Effects of fine-scale surface alterations on tracer retention in a fractured crystalline rock from the Grimsel Test Site

グリムゼル試験場の亀裂性結晶質岩中におけるトレーサー移行遅延に及ぼす割れ目表面の変質層の影響

舘 幸男  ; 伊藤 剛志*; 赤木 洋介*; 佐藤 久夫*; Martin, A. J.*

Tachi, Yukio; Ito, Tsuyoshi*; Akagi, Yosuke*; Sato, Hisao*; Martin, A. J.*

亀裂性結晶質岩中の放射性核種移行に対する割れ目表面の変質層の影響が、スイスのグリムゼル試験場の単一亀裂を有する花崗閃緑岩試料を用いた室内移行試験、表面分析、モデル化を組み合わせた包括的なアプローチによって調査された。5種類のトレーサーを用いた透過拡散試験,バッチ収着試験,通液試験を含む室内試験によって、移行遅延の程度はHDO, Se, Cs, Ni, Euの順に大きくなること、割れ目表面近傍に拡散に対する抵抗層が存在すること、拡散において陽イオン加速と陰イオン排除の効果が重要であることが確認された。X線CT及びEPMAによる観察から、割れ目周辺の鉱物分布の微視的な不均質性が把握された。これらの知見に基づき、風化したバーミキュライト層、配向した雲母層、マトリクス部から構成される3層モデルを構築し、それぞれの層の間隙率、収着・拡散パラメータを与えることで、通液試験で得られた全てのトレーサーの破過曲線と割れ目近傍のトレーサー濃度分布を良好に解釈することができた。

Effects of fine-scale surface alterations on radionuclide migration in fractured crystalline rocks were investigated by a comprehensive approach coupling a series of laboratory tests, microscopic observations and modelling, using a single fractured granodiorite sample from the Grimsel Test Site, Switzerland. Laboratory tests including through-diffusion, batch sorption and flow-through tests using five tracers indicated that tracer retention was consistently in the sequence of HDO, Se, Cs, Ni, Eu, and as well as showing the existence of a diffusion-resistance layer near the fracture surface, cation excess and anion exclusion effects for diffusion. Microscale heterogeneities in structural properties around the fracture were clarified quantitatively by coupling X-ray CT and EPMA. A three layer model including weathered vermiculite, foliated mica and undisturbed matrix layers, and their properties such as porosity, sorption and diffusion parameters, could provide a reasonable interpretation for breakthrough curves and concentration distributions near fracture surface of all tracers, measured in flow-through tests.