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Diffusion model considering multiple pore structures in compacted bentonite

多重間隙構造を考慮した圧縮ベントナイト中の拡散モデル

四辻 健治; 舘 幸男; 大窪 貴洋*

Yotsuji, Kenji; Tachi, Yukio; Okubo, Takahiro*

処分環境における圧縮ベントナイト中の核種の拡散係数や収着分配係数等の整合的な推定評価を目指し、原子力機構では統合収着・拡散モデル(ISDモデル)の開発を進めてきた。ISDモデルは、圧縮ベントナイト中の間隙水化学および核種の収着・拡散挙動を整合的に評価するモデルである。特にISDモデルの拡散パートは電気二重層理論と均質間隙モデルに基づいており、カチオンの過剰な実効拡散係数と細孔間隙でのアニオン排除を整合的に説明できる。現状のISDモデルは1価カチオン/アニオンの実効拡散係数をある程度定量的に評価できるが、多価カチオンや錯体形状の化学種に対しては実測データの再現性が悪い。モデルを改良するには、溶質・溶媒および粘土鉱物間の相互作用を分子レベルで高度化するとともに、不均質間隙構造を考慮したモデル化を進める必要がある。そこで本研究では、多重間隙構造を考慮して現状ISDモデルの高度化を検討した。多重間隙モデルによる解析の結果、実効拡散係数の塩濃度依存性が、現状の均質間隙モデルより緩和され、拡散モデルが改善されることがわかった。

We have developed integrated sorption and diffusion model (ISD model) for assessment of diffusion parameters consistent with sorption processes in compacted bentonite. The ISD model gives consistent consideration to porewater chemistry, sorption and diffusion processes in compacted bentonite. The diffusion component based on the electric double layer theory and the homogeneous pore model in the ISD model accounts consistently for cation De overestimation and anion exclusion in narrow pores. The current ISD model can quantitatively account for diffusion of monovalent cations and anions, however, the model predictions disagree with diffusion data for multivalent cation and complex species. To improve the applicability of the model, it is necessary to consider the atomic level interactions between solute, solvent or clay mineral, and try that we apply the current ISD model to heterogeneous pore structure. In this study we try the application of the current ISD model to multiple pore structure. As results of numerical analysis of these models, the salinity dependence of effective diffusivity for the multi-pore model is comparatively smaller than that for the homogeneous pore model and the current diffusion model is improved.

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