Mineralogical changes and associated decrease in tritiated water diffusivity after alteration of cement-bentonite interfaces

ベントナイト-セメント界面の変質後に観察された鉱物の変化とそれに伴うトリチウム水の拡散係数の低下

山口 徹治 ; 澤口 拓磨 ; 塚田 学; 星野 清一*; 田中 忠夫 

Yamaguchi, Tetsuji; Sawaguchi, Takuma; Tsukada, Manabu; Hoshino, Seiichi*; Tanaka, Tadao

セメント硬化体を炭酸ナトリウム溶液に接触させて変質させる試験と、セメント硬化体とベントナイトを接触させて変質させる試験とを行った。変質に伴う物質移行特性の変化は、トリチウム水を透過拡散させて拡散係数の変化を検出することによって調べた。炭酸系の試験では、界面近傍における鉱物の変化に伴い、180日間に拡散係数が変質前の70%に低下した。セメントとベントナイトを接触させたケイ酸系の試験では、界面近傍における鉱物の変化に伴い、600日間に拡散係数が変質前の71%に低下した。粉砕したセメント硬化体とベントナイトを混合して変質させた既往の研究では、拡散係数が180日間に変質前の20%にまで低下したのに比較すると、本研究では反応面積が小さいので拡散係数の変化も小さくなった。炭酸系の実験では硬化体表面から0.55mmの範囲で拡散係数の変化が起こり、ケイ酸系の実験では界面から0.5mmの範囲で拡散係数の変化が起こったと評価された。この結果を、単純なモデルを用いて15年間に外挿したところ、フランスTournemire地下実験施設で観察された15年間にわたるセメント-粘土岩相互作用の特徴をよく再現した。このような知見は、実験データに信頼性を与えるとともに、実験に基づくデータやモデルを長期評価に用いる際の根拠の1つとなりうる。

Alteration of bentonite-cement interfaces and accompanying changes in diffusivity of tritiated water was experimentally investigated using intact hardened cement specimens. The alteration by carbonate solution was accompanied by mineralogical changes at the interface and a decrease in the diffusivity to 70% of the initial value after 180-day period. Another alteration under silicate system contacting hardened cement and compacted bentonite was accompanied by mineralogical changes at the interface and a decrease in the diffusivity to 71% of the initial value after 600-day period. The changes in the diffusivity were much less than those observed for mixed specimens of granulated hardened cement and bentonite where the diffusivity decreased down to 20% of the initial value over 180 days. The results were extrapolated to 15 years under simple assumptions and showed good agreement with those observed in the cement-argillite interface at Tournemire URL. Such an explanation enhances our confidence in our assessment of alteration of cement-bentonite systems and can be a base for using our data and models in long term assessment of radioactive waste disposal.