Using natural systems evidence to test models of transformation of montmorillonite

モンモリロナイトの変質に係るモデルの確からしさを確認するための天然事例の利用

Savage, D.*; Wilson, J.*; Benbow, S.*; 笹本 広   ; 小田 治恵  ; Walker, C.*; 川間 大介*; 舘 幸男  

Savage, D.*; Wilson, J.*; Benbow, S.*; Sasamoto, Hiroshi; Oda, Chie; Walker, C.*; Kawama, Daisuke*; Tachi, Yukio

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、粘土を主体とする緩衝材の長期的な安全機能は、モンモリロナイトが存在することによる高膨潤性と低透水性が維持されるかどうかに影響される。多くの場合、安全評価ではモンモリロナイトのイライト化(非膨潤性鉱物)への変質が懸念され、半経験的な速度論モデルによる評価が行われている。一方、近年、化学反応だけでなく、反応と輸送の2つの現象をカップリングしたモデルでの評価もなされている。本研究では、反応-輸送モデルでの評価を行い、既往の半経験的な速度論モデルによる評価と比較した。その結果、反応-輸送モデルでは、半経験的な速度論モデルに比べて、保守側の評価にはなるものの、天然の事例を再現するという観点では課題があることが示唆された。このため、地層処分におけるニファフィールドの長期変遷評価において、反応-輸送モデルを用いた評価を行う場合は、解析結果の解釈にあたり注意を要することが必要である。

Safety functions for the clay buffer in a repository for high-level radioactive waste (HLW) are fulfilled if the presence of montmorillonite with high swelling capacity and low permeability is maintained in the long-term. The transformation of montmorillonite to the non-swelling mineral likely illite is addressed in most safety assessments by using simple semi-empirical kinetic models, but this approach contrasts with more complex reactive-transport simulations. In the present study, reactive-transport simulations are compared with simple semi-empirical kinetic models. Results suggest that reactive-transport simulations err on the side of conservatism, but may produce unrealistic estimates of illitization. This comparison demonstrates that reactive-transport models may be carefully applied to simulate the long-term evolution of near field environment for HLW disposal.