Pore connectivity of clay materials implicated in fluid flow and chemical diffusion

間隙水流動と化学拡散に影響を及ぼす粘土鉱物の間隙連結性

Hu, Q.*; Wang, Q.*; Zhao, C.*; 舘 幸男  ; 深津 勇太  

Hu, Q.*; Wang, Q.*; Zhao, C.*; Tachi, Yukio; Fukatsu, Yuta

低透水粘土バリア材料中の低拡散性は、放射性廃棄物処分場の長期性能評価において、重要な安全機能と認識されている。間隙の連結性が低い低透水粘土材料は、特異な拡散特性を示し、このことが長期拡散挙動に影響を及ぼす可能性が報告されている。日本の幌延URLの稚内層の泥岩、スイスのモンテリURLのオパリナス粘土岩、さまざまな頁岩や粘土鉱物の関連研究において、間隙構造の評価手法(水銀圧入法や中性子小角散乱法など)と、レーザーアブレーションICP-MSによるマイクロスケールでの元素分布分析を組合せたトレーサー試験手法が適用された。これらの試験結果から、間隙の連続性と拡散挙動の特異性との関係が得られた。間隙のサイズは低い透水性や拡散性の主要な要因ではなく、特異な拡散挙動は間隙の連結性に起因していることを明らかにした。

A low aqueous-phase diffusion in low-permeable clay barrier materials has been accepted as a critical process in the long-term performance evaluation of nuclear waste repository. Low-permeable clay materials whose pores are poorly interconnected are known to have anomalous diffusion properties that strongly impact long-term net diffusion. Related research works with mudrocks of Wakkanai formation of Horonobe URL in Japan, Opalinus clay of Mt. Terri URL in Switzerland, as well as various shale and clay mineral, utilizes a complementary suite of pore structure characterization approaches (e.g., mercury intrusion porosimetry, small angle neutron scattering) and tracer experiments followed with micro-scale mapping with laser ablation-ICP-MS. These results presents the relationship between pore connectivity and anomalous diffusion in clay materials. Pore size is not the major contributor to slow fluid flow and radionuclide transport, the anomalous behavior appears to be caused by low pore connectivity.