TRU廃棄物地層処分の性能評価のためのバリア材への核種の収着データの取得

Data acquisition for radionuclide sorption on barrier materials for performance assessment of geological disposal of TRU wastes

舘 幸男  ; 陶山 忠宏*; 三原 守弘  

Tachi, Yukio; Suyama, Tadahiro*; Mihara, Morihiro

TRU廃棄物や高レベル放射性廃棄物の地層処分を対象とした性能評価において、人工バリアであるセメントやベントナイト、天然バリアである岩石中での核種の収着現象は、核種の移行遅延を支配する重要な現象の一つである。収着の程度は一般的に収着分配係数(K)によって表され、バリア材や環境条件に応じて大きく変動するため、それぞれの条件でのKデータを取得し、性能評価解析では関連する不確実性も考慮して収着パラメータ値を設定する必要がある。TRU廃棄物の処分システムでは、高レベル放射性廃棄物で検討されるベントナイトや岩石に加えて、バリア材として利用されるセメント系材料への収着や、一部の廃棄物に含まれる硝酸塩等の化学物質が地下水に溶解して収着に影響を及ぼすことなどを考慮する必要が生じる。本報告書では、このようなTRU廃棄物の処分において考慮すべきバリア材料や、硝酸塩等の影響物質、評価対象核種の組み合わせを対象として、Kデータをバッチ式収着試験により取得した結果を報告する。バリア材としては、普通ポルトランドセメント硬化体、通水で劣化させた普通ポルトランドセメント硬化体、凝灰岩を対象とし、液性については、蒸留水や模擬海水とバリア材料との平衡液に加え、硝酸塩やアンモニウム塩を含む液性条件を対象とした。元素は、C(有機形態),C(無機形態),Cl,I,Cs,Ni,Se,Sr,Sn,Nb,Am,Thを対象とした。ここで報告する収着データの一部は、TRU廃棄物処分技術検討書の性能評価における核種移行解析に用いたパラメータである核種移行データセット(RAMDA: Radionuclide Migration Datasets)の一部として取得・報告されているものであり、ここでは、これらのデータ取得の方法, 条件, 結果の詳細を報告する。

Sorption of radionuclides in cement and bentonite as engineered barrier materials, and rocks as natural barrier is the one of key processes in the performance assessment of geological disposal of TRU and high-level waste. The magnitude of sorption, expressed normally by a distribution coefficient (K), needs to be measured and determined taking into account the properties of barrier materials and geochemical conditions and associated uncertainty in the performance assessment. The basic concept for TRU waste disposal contains cementitious materials as an engineered barrier materials, in addition to bentonite and rock. It is therefore needed to consider the effects of the cement degradation and co-existing substances such as nitrates on radionuclide sorption. This report focused on data acquisition of distribution coefficient (K) by batch sorption experiments for the systems coupling barrier material-chemical condition-radionuclides that are needed to consider for the performance assessment of geological disposal of TRU waste. The barrier materials considered are ordinary Portland cement (OPC), degraded OPC and tuff rock. The chemical conditions are distilled water and synthetic seawater equilibrated with OPC and those containing nitrates and ammonium salts, etc. The radionuclides considered are organic carbon, inorganic carbon, Cl, I, Cs, Ni, Se, Sr, Sn, Nb, Am and Th. Although K values have been partly reported previously as RAMDA (Radionuclide Migration Datasets) for the performance assessment in the TRU-2 report, these results and addition K data are reported with the details of experimental methods and conditions.