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論文

Progress in the geological disposal program in Japan

出口 朗*; 梅木 博之*; 植田 浩義*; 宮本 陽一; 柴田 雅博; 内藤 守正; 田中 俊彦*

LBNL-1006984 (Internet), p.12_1 - 12_22, 2016/12

我が国における高レベル放射性廃棄物の地層処分については、1999年に「第2次取りまとめ」として技術的信頼性が取りまとめられたが、その後10年以上が経過するとともに、東北地方太平洋沖地震などの自然事象が発生していることから、政府は、地層処分の技術的信頼性について、改めて最新の科学的知見を反映した再評価を行った。この再評価結果を受け、政府は、「特定放射性廃棄物の最終処分に関する基本方針」を変更し、国が「科学的有望地」を提示するとともに、国が調査への協力を自治体に申し入れることを定めた。原子力発電環境整備機構(NUMO)および関係研究開発組織(原子力機構および原子力環境整備センター)は、地層処分の技術的信頼性の向上のため研究開発を進めている。また、NUMOは、一般的なセーフティケースの構築を進めている。

論文

Development of performance assessment models for glass dissolution

後藤 考裕*; 三ツ井 誠一郎; 高瀬 博康*; 黒澤 進*; 稲垣 学*; 柴田 雅博; 石黒 勝彦*

MRS Advances (Internet), 1(63-64), p.4239 - 4245, 2016/00

原子力発電環境整備機構と原子力機構は、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマを対象に2011年度から共同研究を進めている。我々は、この共同研究の一環として、鉄オーバーパックの腐食に伴うFeケイ酸塩の生成やオーバーパックの亀裂内の腐食生成物を通じたSiの移行など、様々なプロセスを考慮したガラス溶解モデルを開発している。モデル開発の目的は、ガラス溶解に関連するプロセスの相対的重要度の評価及び説得力のあるセーフティケースの作成に向けた更なる研究開発課題の特定である。感度解析では、1千年から1千万年を超える範囲のガラス固化体寿命が見積もられた。これはFeケイ酸塩の生成やガラス変質層内の物質移行特性など、主要なプロセスに関する現時点での理解に不確かさによるものである。

論文

放射性廃棄物概論; 施設の運転および廃止措置により発生する放射性廃棄物の対策,7; 地層処分システムの安全評価

柴田 雅博; 亀井 玄人

日本原子力学会誌, 57(4), p.271 - 275, 2015/04

連載講座「放射性廃棄物概論」の一環として、地層処分システムの安全評価に関する一般的な手法と、関連する最新の国際動向等について解説する。

報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化,3; NUMO-JAEA共同研究報告書(2013年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 三ツ井 誠一郎; 北村 暁; 吉川 英樹; 小田 治恵; 石寺 孝充; et al.

JAEA-Research 2014-030, 457 Pages, 2015/03

JAEA-Research-2014-030.pdf:199.23MB

原子力機構(JAEA)がこれまで蓄積してきた技術やノウハウを、原子力発電環境整備機構(NUMO)が今後行う精密調査地区の選定等の処分事業に適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくための具体的な考え方と進め方を策定すること等を目的として、2011年度よりJAEAとNUMOは以下の3つのテーマについて共同研究を進めている。(1)水理の観点からみた母岩の適性を評価する方法に関する検討: 水理地質構造モデル構築手法の事例調査に基づいて、得られた知見を評価ツリーとして整理し、モデルの不確実性やそれらの評価項目への影響等についての検討を行った。(2)シナリオの構築方法に関する検討: 状態設定手順を実務的な観点から、さらに見直すとともに、セメント影響とガラス溶解挙動について、知見の体系的な整理と不確実性の影響について解析的検討を行った。(3)核種移行パラメータの設定方法に関する検討: 母岩の分配係数を対象に、国内外の事例調査をもとに複数の設定手法を整理し、堆積岩及び花崗岩への適用を通じ妥当性や課題を確認した。溶解度について、溶解度制限固相の決定を含む設定手法を検討し、主要核種への適用を通じ妥当性や課題を確認した。

論文

"Relative rates method" for evaluating the effect of potential geological environmental change due to uplift/erosion to radionuclide migration of high-level radioactive waste

江橋 健; 川村 淳*; 稲垣 学*; 小尾 繁*; 柴田 雅博; 板津 透; 仲島 邦彦*; 宮原 要; Apted, M. J.*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1665, p.39 - 45, 2014/07

隆起・侵食が地層処分の安全機能に与える影響については、サイト選定によって回避することが基本であるものの、評価が超長期に渡ることに起因してその不確実性を完全に排除することができず、その影響を仮想的に評価する可能性がある。本研究においては、仮想的な堆積岩分布域を対象として、隆起・侵食に起因する地質環境条件の変化が地層処分の核種移行に与える影響について、より現実に即して評価するためのアプローチを例示した。このアプローチは、既存の概念モデル(モダンアナログ的な観点と地史に基づく外挿の考え方)を応用したものであり、隆起・侵食による地質環境条件の変化に関する組合せを効果的に抽出可能であることに加え、処分事業の初期段階のように情報が限られた段階における地質環境調査や隆起・侵食に関する将来予測に対して、有効なフィードバック情報となりうるものである。

論文

直接処分

畑中 耕一郎; 柴田 雅博

テキスト「核燃料サイクル」(インターネット), 6 Pages, 2014/06

直接処分の対象となる使用済燃料の特徴を整理するとともに、直接処分に関する諸外国の状況を概観し、全体計画を踏まえたわが国での直接処分に関する研究開発の取り組みの現状について解説する。

報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化,2; NUMO-JAEA共同研究報告書(2012年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 早野 明; 牧野 仁史; 若杉 圭一郎; 三ツ井 誠一郎; 小田 治恵; 北村 暁; 大澤 英昭; et al.

JAEA-Research 2013-037, 455 Pages, 2013/12

JAEA-Research-2013-037.pdf:42.0MB

原子力機構(JAEA)及び原子力発電環境整備機構(NUMO)は、平成24年度に引き続き、JAEAがこれまで蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後行う精密調査地区の選定等の処分事業に直接適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくことを目的として、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて検討した。(1)水理の観点からみた母岩の適性を評価する方法に関する検討については、平成24年度に引き続き、結晶質岩を対象とした地下水移行時間の評価ツリーを拡充するとともに、新たに堆積岩を対象とした評価ツリーを作成した。(2)シナリオの構築に関する検討については、平成24年度の状態設定手順を実務的な観点から見直し、緩衝材を対象として試行した。また、安全機能への不確実性の影響について解析的検討を行った。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討については、母岩の分配係数を対象に、国内外の事例調査をもとに複数の条件変換手法を含む設定手法を整理し、堆積岩及び花崗岩への適用を通じ妥当性や課題を確認した。さらに、溶解度について、溶解度制限固相の決定を含む設定手法を検討し、主要核種への適用を通じ妥当性や課題を確認した。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分場を対象とした隆起・侵食および気候・海水準変動による影響評価手法の検討; わが国における河川侵食による地形変化モデルの構築

注連本 英典; 山口 正秋; 若杉 圭一郎; 柴田 雅博

JAEA-Research 2013-012, 35 Pages, 2013/10

JAEA-Research-2013-012.pdf:8.16MB

本研究では天然現象のうち隆起・侵食/気候・海水準変動事象に着目し、地下深部に設置された処分場が地表に近接した場合の影響を定量的に評価すべく、わが国における侵食作用の中で主要、かつ速度が大きいと考えられる河川の侵食作用に注目し、河川侵食により生じる地形変化の概念モデルを流域により異なる河川侵食/堆積のシステムごとに構築した。河川侵食による地形変化の概念モデルは、これまで未着手であった河川の下流$$sim$$河口部、及び源流部を対象として、過去12万年程度の隆起・侵食及び気候・海水準変動の影響による河川の地形変化の記録を模式化することにより概念モデルを構築した。さらに、処分場の地表近接プロセスの評価において必要となる侵食量を見積もるために、沖積層の情報をもとに河川の流路付近の下刻及び側方侵食の深さと幅を分析し、モデルにおけるディメンジョンの設定方法を例示した。源流部の概念モデルでは、中部山岳地帯のDEMデータをもとに谷に関するディメンジョンを例示した。以上の検討を通じて、わが国の河川侵食の特徴を踏まえた地形変化の概念モデルの開発と、河川侵食による処分場の地表近接による影響を評価するための基盤情報を整備した。

論文

Bounding analysis of uplift and erosion scenario for an HLW repository

若杉 圭一郎; 仲島 邦彦*; 注連本 英典; 柴田 雅博; 山口 正秋

Proceedings of 21st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-21) (DVD-ROM), 9 Pages, 2013/07

我が国において隆起・侵食は、不回避な天然現象の一つとしてシナリオで考慮する必要がある。また、現時点では評価時間のCut-offが定められていないため、超長期の影響も含めた隆起・侵食シナリオに対する評価の信頼性向上が求められている。このため、本研究では、我が国の地質・地形的特徴を考慮したより現実的な評価モデルを設定し、隆起と河川侵食を考慮した安全評価を実施した。さらに、仮想的な線量基準を満たすパラメータの組合せを把握するために、隆起・侵食速度及び透水量係数に着目したBounding解析を実施した。その結果、本解析条件のもとでは、余裕深度処分の安全評価基本シナリオへの線量目安値(10$$mu$$Sv/y)を満たすパラメータの組合せは見いだせなかったものの、すべてのケースにおいて、変動ケースの目安値である300$$mu$$Sv/yを下回った。さらに詳細分析から、EBSからの放出を加速させても、母岩の安全機能により、核種が処分場近傍に留まることが示された。この結果、隆起・侵食の影響は、原則的に適切なサイト選定と設計によって回避されるべきであり、処分場が地下深部に留まっている間の核種の減衰を期待するしかないことが再確認された。

報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化; NUMO-JAEA共同研究報告書(2011年度)(共同研究)

柴田 雅博; 澤田 淳; 舘 幸男; 牧野 仁史; 早野 明; 三ツ井 誠一郎; 谷口 直樹; 小田 治恵; 北村 暁; 大澤 英昭; et al.

JAEA-Research 2012-032, 298 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-032.pdf:33.68MB

原子力機構(JAEA)と原子力発電環境整備機構(NUMO)は、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて、原子力機構が蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後の処分事業に適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくための具体的な考え方と進め方を策定するとともに、必要な開発課題と今後の計画を明らかにすることを目的として、2011年度に共同研究を実施した。実施テーマと概要は以下の通り。(1)対象母岩の選定に関する検討:母岩特性のうち水理に着目し、母岩特性を評価するための項目、及び地下水移行時間の評価手法について、地質環境の調査・評価と関連付けたうえで整理した。(2)シナリオの構築に関する検討:シナリオ構築手順を具体化するとともに、ガラス固化体の溶解と核種の浸出、オーバーパックの腐食、緩衝材の長期変遷について、現象理解に関する最新の知見を構造的に整理した。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討:緩衝材の分配係数と拡散係数、母岩の分配係数を対象として、パラメータ設定の方法論を検討し、その方法論に従った試行を行った。(4)知識情報の品質確保に関する検討:知識情報の品質を確保するための考え方や手法を、(2)シナリオの構築で検討した状態設定に対する論拠に関する情報を例として検討した。

報告書

地上からの調査段階において地下施設周辺母岩の性能を評価する手法の基礎的検討

稲垣 学*; 田中 達也*; 橋本 秀爾*; 前川 恵輔; 柴田 雅博

JAEA-Research 2011-056, 37 Pages, 2012/03

我が国の地層処分事業は段階的に進められ、精密調査地区の選定段階においては、地下施設の基本レイアウトの設定、長期安全性に関する予備的評価等が行われる予定である。このためには、地上からの調査による限られた情報に基づいて、さまざまな不確実性や、地質構造や地質環境の不均質性を考慮した、評価対象とする地域の水理地質構造モデルの構築方法、さらに、処分施設に必要となる地下深部の空間的な広がりを考慮した、好ましい性能の岩盤領域(母岩)の把握方法等について、技術的な見通しを得るために、具体的なアプローチ、方法論を検討しておくことが重要である。本研究は、精密調査地区選定段階において地層処分施設の設定に好ましいということを判断するための指標について検討を行い、どのような手法と指標で評価することが有効となりえそうかという技術的課題について、幌延深地層研究計画における調査データを例題として用いた検討を実施し、手法の有効性の確認と課題の抽出を行った。

報告書

人工バリアシステムの安全機能の多重性に関する考察

若杉 圭一郎; 小尾 繁*; 柴田 雅博

JAEA-Research 2011-006, 31 Pages, 2011/06

JAEA-Research-2011-006.pdf:2.37MB

地層処分の安全評価では、国際的に合意された方法論に則りシナリオやモデルを構築し、これを用いて安全性が確保されていることを影響解析により確認してきたが、システム全体で安全確保を達成することが地層処分の基本概念であるため、個別の安全機能の性能やその多重性について研究された例は少なかった。このため、本研究では、地層処分の安全機能の多重性について理解するため、安全機能の個別の性能や相互補完の関係を明らかにするための手法を構築するとともに、これに基づき、人工バリアの安全機能に着目し検討を行った。その結果、安全機能を一つだけ考慮する場合、ガラスの溶解速度は線量を大きく低減させた。さらに、安全機能間の相対的重要度の関係や安全機能の相互補完の組合せを明らかにした。さらに、安全機能が発揮される条件を定量的に把握するために、上述の離散的な解析を補完したBounding Analysisを実施した。その結果、ガラスの閉じ込め性能と緩衝材の閉じ込め性能のそれぞれが発揮される条件を明らかにした。このような知見は、地層処分システムを構成するシステム要素の安全機能に対する性能要求を検討するうえで、重要な知見になると考えられる。

論文

Roles of conceptual model development for realistically quantifying radionuclide migration

宮原 要; 舘 幸男; 北村 暁; 三ツ井 誠一郎; 澤田 淳; 柴田 雅博; Neall, F.*; McKinley, I. G.*

Proceedings of 2011 International High-Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWMC 2011) (CD-ROM), p.292 - 298, 2011/04

日本の地層処分計画における公募方式による複数の処分候補地を比較評価するため、処分場閉鎖後の安全評価ではできるだけ現実的に核種移行現象を取り扱うことが求められる。現実的なモデルやパラメータ設定のためには、理論の裏付け,室内,野外試験,ナチュラルアナログによる知見や情報を総合した現象理解を踏まえる必要があり、データ取得手法の信頼性をチェックする等のこれまでの紋切り型の品質保証手続きは役に立たない。本研究では、この問題を掘り下げたうえで、知識工学手法を適用した解決策を提案する。

報告書

Horonobe Underground Research Laboratory Project; Synthesis of phase I investigation 2001 - 2005, Volume "Geological disposal research"

藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; 笹本 広; 吉川 英樹; 柴田 雅博; et al.

JAEA-Research 2011-001, 193 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2011-001.pdf:5.23MB

本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。

報告書

地層処分研究開発成果とりまとめ; CoolRep H22

梅木 博之; 日置 一雅; 大澤 英昭; 藤田 朝雄; 柴田 雅博; 牧野 仁史; 岩月 輝希; 竹内 真司; 石丸 恒存

JAEA-Review 2010-073, 255 Pages, 2011/02

JAEA-Review-2010-073.pdf:4.19MB

独立行政法人日本原子力研究開発機構(以下「JAEA」)は、国が示した中期目標や関連する計画・方針に従って定めたJAEAの中期計画(平成17年10月1日$$sim$$平成22年3月31日)に基づき、平成21年度までに進めてきた地層処分の研究開発の成果を取りまとめたCoolRep H22を作成し、平成22年3月に地層処分研究開発部門ホームページ上で公開した。本稿では、これまでにJAEA地層処分研究開発部門のホームページで公開したCoolRep H22の内容を示す。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分にかかわる天然現象影響に関する研究

川村 淳; 牧野 仁史; 笹尾 英嗣; 新里 忠史; 安江 健一; 浅森 浩一; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 大澤 英昭; 江橋 健; et al.

JAEA-Research 2010-027, 85 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-027.pdf:9.37MB

日本原子力研究開発機構は、天然現象についてより現実的な影響評価を実施するための技術を整備しておくことという目的のために、高レベル放射性廃棄物地層処分への天然現象(地震・断層活動,火山・地熱活動,隆起・侵食/沈降・堆積及び気候・海水準変動)の影響を評価するための作業フレームを整備・高度化した。本報告では、作業フレームに則り、上記に挙げた天然現象に対して地質環境条件と天然現象の特性との関係の定量化及び処分環境における性能評価パラメータと地質環境条件との関係の定量化に関する情報整理を実施した。また、天然現象影響に関する研究を対象として、知識マネージメントの検討手法の一つである討論ダイヤグラムを用いた検討を試行し、今後の課題の抽出も試みた。その結果、天然現象とそれに起因する地質環境条件の変化については、既存の現象や現在の地質環境条件をモダンアナログとして用いるとともに地史の情報を組合せることにより、作業フレームに基づく統一的な情報整理の手法が適用可能であり、より適切なシナリオの選択が可能となる見通しを得た。また、討論ダイヤグラムの試行により、安全評価において重要な天然現象研究や地質環境に関するデータや知見などについて、その過不足も含めて効率的に課題点が抽出できる見通しを得た。

報告書

Information basis for developing comprehensive waste management system; US-Japan Joint Nuclear Energy Action Plan Waste Management Working Group Phase I report (Joint research)

油井 三和; 石川 博久; 渡邊 厚夫*; 吉野 恭司*; 梅木 博之; 日置 一雅; 内藤 守正; 瀬尾 俊弘; 牧野 仁史; 小田 治恵; et al.

JAEA-Research 2010-015, 106 Pages, 2010/05

JAEA-Research-2010-015.pdf:13.58MB

本報告書は日米原子力エネルギー共同行動計画廃棄物管理ワーキンググループのフェーズIの活動をまとめたものである。このワーキンググループでは、日米両国間の既存の技術基盤を集約するとともに、今後の協力内容を共同で策定することに主眼を置いている。第一に、両国における核燃料サイクルに関する政策的及び規制の枠組みを概観するとともに、さまざまな先進燃料サイクルシナリオの調査を行い、これらを取りまとめた。第二に、廃棄物管理及び処分システムの最適化について議論を行った。さまざまな区分の廃棄物を対象とした処分システム概念のレビューを行うとともに、最適化において検討すべき要因について議論を行った。これらの作業を通じ、最適化に関する潜在的な協力可能分野と活動の抽出を行った。

報告書

熱力学データベース整備のための熱力学データ系統性に関する調査及び活量係数モデルの差異による溶解度計算結果の比較

北村 暁; 柴田 雅博; 山口 徹治; 飯田 芳久; 油井 三和

JAEA-Technology 2009-074, 48 Pages, 2010/03

JAEA-Technology-2009-074.pdf:7.33MB

高レベル放射性廃棄物及び地層処分対象のTRU廃棄物の地層処分の性能評価に用いるための熱力学データベースの整備に資することを目的として、熱力学データの系統性に関する調査を実施した。幾つかの元素について、標準生成自由エネルギーと標準生成エンタルピーとの相関関係を調査し、標準生成自由エネルギーから標準生成エンタルピーの推定が可能であることを示した。また、アクチニド元素の錯生成定数の系統性に関する3つのモデルについて、その適用性を比較検討し、最適なモデルを提案するとともに、未報告のアクチニド錯体の生成定数の推定が可能であることを示した。さらに、溶解度計算時に必要な活量係数について、2つのモデルの比較検討を行い、推定される溶解度の差異を調査した。以上の結果は、熱力学データベース整備及び地層処分の性能評価を行ううえで有益なものであると考えられた。

報告書

仮想的な堆積岩分布域における地層処分の地下水シナリオを対象とした隆起・侵食の影響評価手法の例示

江橋 健; 川村 淳; 稲垣 学; 小尾 繁*; 柴田 雅博; 板津 透; 仲島 邦彦*; 宮原 要

JAEA-Research 2008-117, 36 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-117.pdf:3.18MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、隆起・侵食は、適切なサイト選定や処分場の設計によって処分システムに及ぼす著しい影響を回避することが可能と考えられているものの、この現象が緩慢ながらも極めて長期間に渡って継続することから、現象の過去の履歴と処分システムへ与える潜在的な影響の理解に基づいて、隆起・侵食のシナリオを考慮した性能評価手法の信頼性を向上させることが重要である。本研究では、具体的な地質環境を対象とした影響評価に反映できるよう、仮想的な堆積岩分布域における地下水シナリオを対象として、概念モデルに基づく処分環境条件の時間変遷パターン、及びその影響解析について例示した。本検討を通じて、概念モデルが、隆起・侵食にかかわる場の特徴を取り込んだ処分環境条件の時間変遷の組合せを効果的に抽出可能であることに加え、核種移行モデル・パラメータの設定及びそれに基づく影響解析に対して有効な出発点となりうることについて見通しを得た。また、概念モデルに基づいた影響解析を通じて得られる知見は、処分事業の初期段階のように情報が限られた段階における地質環境調査や隆起・侵食に関する将来予測に対して、有効なフィードバック情報となりうるものである。

報告書

スメクタイトと2:1型粘土鉱物の標準生成自由エネルギーの推定手法による誤差について

上野 健一; 柴田 雅博*

JAEA-Research 2007-069, 36 Pages, 2007/09

JAEA-Research-2007-069.pdf:1.49MB

粘土鉱物の熱力学データは、実験的アプローチでの整備が容易ではない。このため、計算手法の検討が行われている。しかし、計算により熱力学データを推定する場合、どの手法を用いたら信頼性が高い値(推奨値)を得ることができるのか、どの程度の誤差が存在するかの議論は行われていない。本報告では、熱力学データのうち、${it $Delta$G$_{f}$$^{circ}$}$について、スメクタイトと2:1型粘土鉱物を対象として、${it $Delta$G$_{f}$$^{circ}$}$推定手法の選定手順を示し、選定された手法から求めた、${it $Delta$G$_{f}$$^{circ}$}$推奨値にどの程度の誤差が存在するかを把握することを目的として、手法のレビューと相互比較を行った。その結果、実験値と推定値の差の平均値,標準偏差($$sigma$$)が小さい手法を信頼性の高い手法とし、その手法から計算される$$sigma$$を推奨値とする考え方を示した。

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