熱-水-応力-化学連成解析モデルを用いた海水系地下水環境下における緩衝材の浸潤挙動評価(受託研究)

Assessment of the infiltration behaviour of buffer material in seawater-type groundwater environments using a coupled THMC analysis model (Contract research)

鈴木 英明*; 高山 裕介  ; 佐藤 久*; 綿引 孝宜*; 佐藤 大介*

Suzuki, Hideaki*; Takayama, Yusuke; Sato, Hisashi*; Watahiki, Takanori*; Sato, Daisuke*

高レベル放射性廃棄物の地層処分における過渡期のニアフィールド状態は、熱的作用(熱輸送、熱膨張)、水理的作用(地下水浸透、温度勾配による水分移動)、力学的作用(応力変形、膨潤圧の発生)および化学的作用(物質移行、間隙水の濃縮希釈、鉱物の溶解沈澱など)などが相互に影響を及ぼし合って変化する複合的な現象が生じると考えられている。このような過渡期における複雑なニアフィールド環境を把握することを始めとして、安全評価における核種移行の初期状態の設定や、オーバーパックの腐食寿命評価に必要となるニアフィールド環境条件に関する情報の提供を目的として、熱-水-応力-化学(THMC)連成解析コード(Couplys)の開発が進められてきている。本研究では、海水系地下水環境下におけるニアフィールドの再冠水挙動の評価を適切に行うため、海水系地下水を想定した溶液を緩衝材材料に浸潤させた室内試験結果に基づき、不飽和浸透流解析と物質移行解析および地球化学解析を連成させる手法により、緩衝材の透水性が間隙水中の塩濃度に依存して変化するとした水理モデルを設定した。また、廃棄体の発熱によってオーバーパック近傍で緩衝材の水分が低下し乾燥する現象について、気液二相流解析コード(TOUGH2)を用いて、廃棄体の発熱を想定した人工バリア体系での気相の流れと水蒸気量の勾配によって生じる水蒸気移動を含む緩衝材の浸潤挙動評価を実施した。そして、得られた浸潤プロファイルに基づき、温度および間隙水飽和度の依存性を考慮した温度勾配による水分移動モデルの設定を行った。さらに、これら設定したモデルをCouplysに適用し、幌延深地層研究計画に基づき実施された人工バリア性能確認試験を対象とした解析評価を実施した。そして、原位置で計測された緩衝材の浸潤挙動に関するデータとの比較を通じてモデルの適切性を確認した。

It is anticipated that the coupled thermal-hydraulic-mechanical and chemical (THMC) processes will occur, involving an interactive process with radioactive decay heat arising from the vitrified waste, infiltration of groundwater from the host rock into the buffer material, swelling pressure of buffer material due to its saturation and chemical reaction between bentonite and pore-water in the near-field of a geological disposal system for high-level radioactive waste repository. In order to evaluate these phenomena in the near-field, the THMC model has been developed. In this study, For the purpose of evaluating the near-field infiltration behavior in seawater-type groundwater environment, a hydraulic model was set in which the permeability of the buffer material change depending on the salt concentration in the pore-water. In order to evaluate the drying phenomenon of the buffer material due to waste heat, a temperature gradient water transfer model was set in consideration of the dependence of temperature and pore-water saturation. The THMC analysis of the in-situ experiment of engineered barrier system (EBS) experiment at the Horonobe Underground Research Laboratory was carried out. The validity of the model was then checked through comparison with measured data.