Experimental verification of models assessing Eh evolution induced by corrosion of carbon steel overpack

炭素鋼オーバーパックの腐食によるEh変動評価モデルの実験的検証

坂巻 景子 ; 片岡 理治; 前田 敏克; 飯田 芳久 ; 鴨志田 美智雄; 山口 徹治 ; 田中 忠夫 

Sakamaki, Keiko; Kataoka, Masaharu; Maeda, Toshikatsu; Iida, Yoshihisa; Kamoshida, Michio; Yamaguchi, Tetsuji; Tanaka, Tadao

地層処分環境下において人工バリアの一つであるオーバーパックは地下水と接触し、腐食する。処分場閉鎖直後は、酸素が存在するため酸化的雰囲気であるが炭素鋼の腐食等で酸素が消費され還元性雰囲気になると考えられる。酸化還元電位(Eh)の低下は廃棄中に含まれるSe等の地球化学的挙動に影響するため、地層処分の安全評価を行う上で重要な評価項目である。本研究では、Eh変動を模擬する炭素鋼腐食試験を行い、その結果を用いてEh変動評価モデルの妥当性を検証した。ベンチマーク計算では最近公表された知見を反映したモデルも用いて、2ケースの計算を行った。それぞれのケースでEhを決定づける酸化還元反応は異なったが、Eh評価結果には大きな差はなくいずれのケースも300日以降において実験値と整合した。

Corrosion experiments of a carbon steel plate embedded in bentonite mixture were conducted toverify our models assessing Eh evolution induced by corrosion of carbon steel overpack. Theexperimental results showed that the Eh decreased for the first 200 days and was subsequentlystabilised at around -450 mV; corrosion products were identified as magnetite and Fe waspresent mostly as divalent Fe within a 5 mm range from the carbon steel plate. Reactive transportmodelling was performed to assess the Eh evolution in the system using kinetic dissolution modelfor metallic iron and thermodynamic equilibrium models for other chemical reactions and closelyreproduced the experimental results. The models were verified only under the conditionsemployed in this study.