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報告書

拡散モデルを用いた侵入現象による緩衝材密度変化の事例解析

松本 一浩*; 棚井 憲治; 菅野 毅*; 岩田 裕美子*

JNC-TN8400 2005-009, 40 Pages, 2005/06

JNC-TN8400-2005-009.pdf:2.5MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において,緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象として,緩衝材の流出/侵入挙動が考えられる。本報では,侵入現象のモデル化で用いている緩衝材の物性データに関する検討ならびに見直しを行い、モデルの評価精度の向上を図った。また、緩衝材の侵入現象に伴う長期的な密度変化に関して事例解析を実施し,侵入現象モデルの今後の課題を明確化した。

報告書

地下水中の金属有機錯体に関わる分析手法の検討及び分析

栃木 善克*; 菅野 毅*; 上野 俊一郎*; 久保田 伸彦*; 西野 順也*; 福永 栄*

JNC-TJ7400 2005-017, 49 Pages, 2004/03

JNC-TJ7400-2005-017.PDF:12.08MB

地下水に微量存在する有機物は、同様に地下水中に存在する金属元素と錯体を形成することで、金属元素の移行挙動に影響することが知られている。しかし、還元的な地下環境下における影響は明らかになっていないことからこれを評価する必要がある。このため、地下深部の化学環境を模擬する試験装置を製作し、有機物・金属元素・有機錯体の挙動を、各種の化学環境を想定した試験条件下で分析,解析することで、有機物の金属元素の挙動に対する影響の評価を試みた。試験・分析を行った結果、同試験系が低い酸化還元電位を実現可能な性能を有することを確認すると共に、有機酸として酢酸・シデロフォア・フルボ酸を使用した試験により、錯体形成係数を評価できることが分かった。

報告書

緩衝材侵入現象モデルの検討(II)

菅野 毅*; 岩田 裕美子*

JNC-TJ8400 2003-083, 65 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2003-083.pdf:0.81MB

高レベル放射性廃棄物地層処分における緩衝材の岩盤亀裂への侵入現象のモデル化の検討を行なった。平成14年度の研究における緩衝材侵入現象のモデル化で課題となっていた、侵入ゲルの密度分布の評価について、サイクル機構殿が新たに取得したX線CTによる亀裂部乾燥密度分布の測定データを用い、モデルの妥当性および適用性に関する検討を行い、モデルの見直しを実施した。本研究で見直したモデルに基づき、模型試験(ストロー貫入型・BENTFLOW型)による侵入試験結果6ケースの密度分布測定結果との比較を行った。BENTFLOW型模型試験では数値解析と実験結果との間に比較的整合性が見られたが、ストロー貫入型模型試験では実験結果との乖離が認められた。本モデルにおいては、中野らの膨潤性粘土の移動論に基づき、粘土粒子の拡散としてモデル化を試みている。また、安らは、緩衝材の侵入現象について、圧密方程式を適用してモデル化を行っている。そこで、モデルの妥当性評価も含め、これら専門家間においてレビューを実施し、今後の課題を明確にした。最後に、見直したモデルを用いて、緩衝材の密度低下を数値解析により評価し、第2次取りまとめとの比較を行なった。

報告書

地層処分における微生物影響の評価研究(II)(概要)

福永 栄*; 岩田 裕美子*; 菅野 毅*; 工藤 章*

JNC-TJ8400 2003-070, 45 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-070.pdf:0.13MB

地層処分における微生物影響の評価に関して、1)微生物影響評価モデルの調査、2)微生物と核種の相互作用研究を行った。シミュレーションモデルについては、ガス発生、地球化学、微生物腐食、微生物量に関する文献調査を行いモデル概略を把握した。核種との相互作用については、嫌気性微生物へのPuの収着実験を行い、酸化還元電位の影響、微生物の滅菌処理による影響についてデータを得た。

報告書

地層処分における微生物影響の評価研究(II)

福永 栄*; 岩田 裕美子*; 菅野 毅*; 工藤 章*

JNC-TJ8400 2003-069, 73 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-069.pdf:0.39MB

地層処分における微生物影響の評価に関わる1)微生物影響評価に関するモデルの調査、2)微生物と核種の相互作用評価試験を実施した。ガス発生、地球化学、微生物腐食と微生物量に関する論文調査によってモデル概略をまとめ、今後の課題として、有機物の生分解性評価、微生物量の評価、モデルの検証が挙げられた。微生物と核種の相互作用については、嫌気性微生物を用い、最も活性となる酸化還元電位(-85mV)より低い条件(-135mV)下におけるPuの収着実験を実施した。Puの分配係数は、Eh=-85mV では微生物の滅菌処理による低下が見られていたのに対し、-135mVの条件では滅菌処理の影響は見られなかった。

報告書

緩衝材侵入現象モデルの検討

菅野 毅*; 岩田 裕美子*

JNC-TJ8400 2003-026, 63 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-026.pdf:0.56MB

高レベル放射性廃棄物地層処分における緩衝材の岩盤き裂への侵入現象のモデル化の検討を行った。第2次取りまとめの段階における検討で課題となっていた点の解決を目指し、次の項目を実施し、既存モデルの高度化を図った。(1)ベントナイトの粘性係数測定手法の検討:緩衝材侵入現象のモデル化に必要となる固相拡散係数算出に用いるベントナイトの粘性係数に関する測定方法を調査検討し、サイクル機構で取得されたデータの物理的解釈や妥当性を検討した。(2)膨潤圧入力データの検討:小峯らが提案している緩衝材膨潤評価式に関する調査を行い、侵入現象のモデル化に必要な低密度領域を含めた膨潤圧(および透水係数)の入力データを検討した。(3)入力パラメータの設定:上記の粘性係数、膨潤圧、透水係数に関する調査検討をまとめて、侵入現象の評価に必要となる入力パラメータである固相拡散係数の値を見直した。(4)安らのモデルとの比較:緩衝材侵入現象を(逆の)圧密過程としてモデル化を実施している安らの手法について調査し、本研究で採用している固相拡散モデルとの類似性、相違点等を整理、検討した。その結果、安らのモデルは本研究における固相拡散に基づくモデルと等価である可能性が示された。(5)数値解析:上記の入力パラメータの設定で得られた固相拡散係数の値を用い、BENTFLOW 試験およびストロー状のサンプル器具を用いた侵入ゲルの密度分布に関するサイクル機構の模型試験の数値解析を実施した。BENTFLOW 試験の解析では、第2次取りまとめ時点の検討よりも試験結果と良い一致を得た。ただし、模型試験の解析では試験結果との差が大きく、今後の課題が残る。

報告書

地層処分における微生物影響の評価研究(概要)

福永 栄*; 中山 衛*; 神徳 敬*; 菅野 毅*; 工藤 章*

JNC-TJ8400 2002-037, 68 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-037.pdf:0.28MB

地層処分における微生物影響の評価に関わる次の4つの調査及び試験を実施した。FEP辞書の網羅性、内容、重要度評価レベルの向上及び微生物による硝酸塩の化学形態変化の調査を実施し、処分施設のニアフィールド母岩での微生物、及び硝酸塩と電子供与体が共存した場合の脱窒を行う微生物の重要性が示された。微生物の圧縮ベントナイト中における移行性の試験をNa型ベントナイト及びCa型化ベントナイト(ともにケイ砂混合率30%)を用いて実施した。Na型ベントナイトは降水系地下水及び海水系地下水で3週間、Ca型化ベントナイトは、降水系地下水で9週間の試験期間を設定した。結果、Na型はともに菌の移動は検知されなかった。Ca型は最下層(20mm)まで菌の移動がみられた。超長期のベントナイト中の微生物移行の推測及び生息状況調査では、外界に接するNa型およびCa型のベントナイト鉱床をボーリングし、深さ方向にかけてコアの鉱物組成の調査、微生物数計測及び若干の系統解析を実施した。その結果、外界に比べれば数は少ないが、ベントナイト層の内部にも微生物が生存していることがわかった。微生物と核種の相互作用評価は、硫酸還元菌を用い、酸化還元電位を最も活性である-500mVから強制的に-85mVに設定し実施した。酸化還元電位がNpの分配係数に及ぼす影響を評価した。

報告書

拡散モデルを用いた緩衝材の流出挙動の解析的予測

杉野 弘幸; 菅野 毅*

JNC-TN8400 99-040, 75 Pages, 1999/11

JNC-TN8400-99-040.pdf:9.08MB

これまでにサイクル機構では高レベル廃棄物の地層処分研究の一環として、人工バリアとして用いられる緩衝材の岩盤内への流出、侵食挙動に関して研究を進めてきた。平成9年には地層処分基盤研究施設(エントリー)の緩衝材流出挙動試験設備を用いて実施した緩衝材の流出挙動に関する試験に関して報告をまとめている。本書はその後、第2次取りまとめに向けて、緩衝材の流出挙動を解析的に評価した試みを報告したものである。緩衝材の流出挙動は、中野ら(1982)、Pusch(1983)、Kanno and Wakamatsu(1991)、Borgessonら、Ahn(1999)らなどにより研究が為されている。本報告ではこれらの研究をもとに緩衝材の流出挙動に対するメカニズムのモデル化を検討し、緩衝材の流出挙動を拡散モデルと、さらに緩衝材の粘性係数を仮定し、その効果を考慮したモデルを採用することにより、緩衝材の流出挙動の亀裂幅に対する依存性を解析的に表現した。また、その結果を用いて、第2次取りまとめで想定した人工バリアに対して長期にわたる緩衝材の流出に起因する密度変化を解析的に予測することを試みた。

報告書

地層処分場の空洞安定性評価手法の検討

水川 雅之; 藤田 朝雄; 菅野 毅; 石川 博久

PNC-TN8410 97-308, 162 Pages, 1997/12

PNC-TN8410-97-308.pdf:8.36MB

地層処分施設の設計では,処分場を構成する種々の坑道の空洞安定性の検討が必要である。本検討では,解析技術の信頼性向上の観点から,空洞安定性評価手法としての有限要素法の適用性の確認,亀裂の卓越した岩盤を対象にした不連続体解析手法の検討,空洞の長期安定性評価手法の検討,および第2次とりまとめに向けた岩盤力学データベースの検討を行った。事例解析の結果から,有限要素法は空洞安定性評価手法として有用であるとことが判断できた。

報告書

スウェ-デンの使用済燃料封入施設

千葉 恭彦*; 菅野 毅*

PNC-TN8510 97-003, 20 Pages, 1997/10

PNC-TN8510-97-003.pdf:1.09MB

本報は、国際シンポジウム「WASTE MANAGEMENT'96」(1996年2月、於米国アリゾナ州Tucson)において発表された「ENCAPSULATION PLANT FOR SPENT FUEL IN SWEDEN」を翻訳したものである。

報告書

ベントナイト緩衝材の流出特性の評価 (1)

菅野 毅; 石川 博久; 松本 一浩*

PNC-TN8410 97-313, 1 Pages, 1997/10

PNC-TN8410-97-313.pdf:3.83MB

高レベル放射性廃棄物地層処分における人工バリアの長期物理的安定性を評価するために、処分坑道(又は処分孔)から周辺岩盤亀裂への緩衝材の流出挙動を定量的に把握する必要がある。緩衝材の流出が大規模に起こる場合は、処分坑道(又は処分孔)内のベントナイト量が減り、緩衝材に期待される諸機能が低下することが考えられる。また、緩衝材の浸食によりベントナイトコロイドが発生し、これが放射性核種を搬送する可能性も指摘されている。緩衝材の流出は、(1)ベントナイトが膨潤することによる亀裂への侵入現象(extrusion)(2)亀裂へ侵入したベントナイト粒子が地下水の流れにより浸食される現象(erosion)の二つの現象によるものと考えられている。本研究では、緩衝材流出挙動試験設備(BENTFLOW)を用い、これらの現象を模擬した試験を行い、extrusion現象の速度及び浸食現象が起こる最小臨界流速に関する定量的な測定を行った。試験により得られた知見は以下のとおり。(1)extrusion現象による流出変位(距離)yは、次式に示すように時間tの平方根に比例し、比例係数Aは、亀裂幅dが大きい程、また、ベントナイト含有比Bcが大きい程大きくなる。y=A(d, Bc) $$sqrt{t}$$ クニゲルVI-100% ベントナイトの場合、亀裂幅0.5mmでは、Aの値として、0.34[mm $$cdot$$ h$$^{-1/2}$$]が得られた。(2)ベントナイトの浸食が起こる最小臨界流速は2$$times$$10$$^{-5}$$[m/s] (630[m/y])程度と判断される。これらの知見を用い、坑道横置方式と処分孔竪置方式の仕様例に基づいて、処分環境における緩衝材の流出量の評価を実施した。処分環境における岩盤亀裂の開口幅は0.5mmとした。その結果、extrusion現象による緩衝材の質量流出率として、1万年間後で0.04$$sim$$0.2%、100万年後で2$$sim$$12%という値が得られた。この流出による影響が最大となったのは、処分孔竪置方式における100万年後の評価結果で、緩衝材の乾燥密度は初期の1.8g/cm$$^{3}$$から1.5g/cm$$^{3}$$まで低下し、その透水係数は初期の3.9$$times$$10$$^{-14}$$[m/s]から1.6$$times$$10$$^{-13}$$[m/s]まで増加すると予測される。この程度の透水係数の上昇であれば、緩衝材の止水性に及ぼす流出の影響はあまり大きくないと考えられる。緩衝材の浸食現象に関しては、亀裂開口幅が0.5mmの場合、地下水流速は2$$sim$$4$$times$$10$$^{-4}$$[m/s]となり、地下水流速が...

報告書

緩衝材の飽和透水特性

松本 一浩*; 藤田 朝雄; 石川 博久; 菅野 毅; 鈴木 英明*; 石黒 勝彦

PNC-TN8410 97-296, 134 Pages, 1997/04

PNC-TN8410-97-296.pdf:5.08MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、人工バリアの構成要素のひとつである緩衝材には、低透水性、核種吸着性、機械的安定性など多くの性能が要求される。現在までのところ、これらの要求性能の多くを満足するものとして、圧縮ベントナイトが有望な候補材料と考えられている。動力炉・核燃料開発事業団では、地層処分研究の一環として人工バリア技術開発および性能評価の基礎データとするために緩衝材の基本的特性に関する研究を進めている。本報告では、緩衝材としての圧縮ベントナイトの地下水飽和状態における水理特性の把握を目的とし、乾燥密度、ケイ砂混合率および温度をパラメータとして透水試験を実施し、特に透水係数の温度依存性について検討した。試験の結果より、透水係数は温度の上昇に伴い大きくなることが分かった。また、透水係数の温度依存性の要因を検討するために、多孔質体の透過抵抗を表す固有透過度を用いて整理を行った。その結果、固有透過度は温度によらず一定であることが分かった。このことから透水係数にみられる温度依存性は、圧縮ベントナイトの構造特性の変化によるものではなく、透過する水の密度および粘性係数の温度による変化で説明できることが分かった。以上の検討より、固有透過度を乾燥密度とケイ砂混合率の関数とした実験式を得た。さらに、乾燥密度とケイ砂混合率の関係を有効粘土密度で整理し、有効粘土密度と固有透過度の関係を得た。また、これら得られた結果から、緩衝材中における物質移行の検討を行なった結果、緩衝材中に存在する核種は、拡散支配によって移行すると考えてよいという結果を得た。

報告書

緩衝材のせん断特性1

並河 努; 菅野 毅; 石川 博久; 石黒 勝彦

PNC-TN8410 97-074, 60 Pages, 1997/02

PNC-TN8410-97-074.pdf:2.22MB

人工バリアシステムを構成する緩衝材ベントナイトには、オーバーパックの自重や腐食膨張、周辺岩盤のクリープ変形などにより、長期的な外力が作用すると予測されている。緩衝材の力学的変形安定性を評価するためには、これら外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を明らかにする必要がある。本報告書は緩衝材ベントナイトの力学特性試験の一環として行われた、飽和した圧縮ベントナイトの圧蜜非排水3軸せん断試験についてまとめたものである。試験では、ベントナイト試料クニゲルV1(100%)を乾燥密度$$rho$$dが1.6g/cm3になるように圧縮成型し飽和させた供試体を用いた。試験は3軸試験装置を用いて行い、飽和供試体を0.8MPaから3.0MPaの圧蜜応力で圧蜜後、非排水条件でせん断試験を行った。せん断方法には、応力制御方式とひずみ制御方式の2通りの方法を用いて試験を行った。試験結果より、各圧蜜応力での軸差応力qと軸ひずみ$$epsilon$$aの関係が得られた。その関係は非線形関係となり、軸ひずみ$$epsilon$$a7%前後で軸差応力qが最大となり供試体が破壊することがわかった。そして、応力制御せん断試験では、一定軸荷重載荷下において軸ひずみが経過時間とともに増加するクリープ現象が認められた。また、圧蜜応力により供試体の状態を正規圧蜜と過圧蜜に分類した場合、両者のせん断挙動は過剰間隙水圧の発生状況等の点で異なるものとなった。正規圧蜜状態と考えられる供試体では、せん断中負のダイレタンシーの影響と考えられる過剰間隙水圧の上昇が認められ、破壊時の応力比q/p′もほぼ一定となった。そして、その応力比q/p′より破壊線(限界状態線)の傾きM=0.58が得られた。それに対し過圧蜜状態と考えられる供試験体には、せん断中過剰間隙水圧の上昇は認められず、破壊時の応力比q/p′は正規圧蜜よりも大きな値となった。また、正規圧蜜、過圧蜜に関係なく、試験後(破壊後)の各供試体には肉眼で確認できる破壊すべり面は認められなかった。

報告書

緩衝材の圧密特性

並河 努; 菅野 毅; 石川 博久; 石黒 勝彦

PNC-TN8410 97-051, 53 Pages, 1997/02

PNC-TN8410-97-051.pdf:1.4MB

人工バリアシステムを構成する緩衝材ベントナイトには、オーバーパックの自重や腐食膨張、周辺岩盤のクリープ変形などにより、長期的な外力が作用すると予測されている。緩衝材の力学的安定性を評価するためには、これら外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を明らかにする必要がある。本報告書は緩衝材ベントナイトの力学特性試験の一環として行なわれた、飽和した圧縮ベントナイトの1次元圧蜜試験についてまとめたものである。試験では、ベントナイト試料クニゲルV1(100%)を乾燥密度$$rho$$dが1.6g/cm3及び1.8g/cm3になるように圧縮成型し飽和させた供試体を用いた。試験は高圧圧蜜試験装置を用いて行い、飽和した供試体に膨潤応力から19.6MPaの圧蜜応力を8段階で載荷した。19.6MPaまで載荷後は、4段階で膨潤応力相当まで除苛し、再び19.6MPaまで4段階で載荷した。試験結果より、各載荷stepでの圧蜜沈下量と経過時間の関係($$Delta$$d-logt関係)が得られた。2次圧蜜と見られる圧蜜の後半を除き、圧縮ベントナイトの$$Delta$$d-logt関係はTerzaghiの圧蜜理論でほぼ表現できることが明かとなった。また、各載荷stepの結果より間隙比-圧蜜応力の関係(e-logp関係)が得られた。e-logp関係において、圧蜜降伏応力pc′初期の膨潤応力より大きな値となり、圧蜜降伏応力pc′以上の範囲においてe-logp関係はほぼ直線となった。除苛、再載荷過程において、e-logp関係は非線形関係となり、リバウンド量も大きな値となった。e-logp関係より求めた圧縮指数Ccと膨潤指数Csは、初期乾燥密度により異なり、初期乾燥密度が1.6g/cm3の供試体ではCc=0.27、Cs=0.18となり、初期乾燥密度が1.8g/cm3の供試体ではCc=0.21、Cs=0.11となった。また、圧蜜試験より得られた透水係数は、透水試験より得られた結果に比較し妥当な値であった。

報告書

熱-水-応力連成試験設備(COUPLE)をおける試験(その1) 天然岩石を用いた試験結果

千々松 正和*; 松本 一浩*; 菅野 毅; 石黒 勝彦; 杉田 裕; 茂呂 吉司*; 石川 博久

PNC-TN8410 97-025, 57 Pages, 1997/01

PNC-TN8410-97-025.pdf:5.18MB

地層処分の性能評価において、ニアフィールドの熱、水理、応力等の条件を明確にする観点から、人工バリア及び周辺岩盤における熱-水-応力の連成現象を定量的に評価することが重要である。熱-水-応力連成試験設備(COUPLE)では、試験対象を周辺岩盤を含むニアフィールドまで拡張し、地下深部の処分環境下における地圧の作用、地下水の浸入による緩衝材の膨潤圧力の発生、廃棄体の発熱による熱応力等が周辺岩盤のゆるみ域や亀裂中の水理特性に及ぼす影響を評価することを主目的とし試験を実施した。試験の第一段階として、対象試験岩体への模擬処分孔掘削前後の載荷試験を実施した。試験の第二段階として、模擬処分孔内にヒーター、緩衝材(ベントナイトブロック)を設置し、浸潤、加熱試験を実施した。そして試験終了後、緩衝材のサンプリングを行ない、乾燥密度、含水比の測定を行なった。その結果、次のようなことが分かった。・AE測定と弾性波測定を総合的に評価することにより、載荷により発生する破壊の位置を定性的に予測できる。・サイクロメータを用いることにより、水がベントナイトの外側から順次内部へ浸入していく様子が観察できた。・ベントナイトに水が浸潤することにより膨潤圧が発生する。しかし、ベントナイトが飽和した時点で、膨潤圧の新たな発生はなくなる。・ヒーターによる加熱により、粘土内に熱応力が発生した。・ベントナイトブロックを用いる場合でも、ベントナイトが飽和した後は膨潤によりブロック継目は閉鎖し、高透水性部になることはない。

論文

Sensitivity analysis of temperature distributions in deep geological repository for high-level radioactive waste

谷口 航; 藤田 朝雄; 菅野 毅; 石川 博久; 石黒 勝彦

Proceedings of 8th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-8), 0 Pages, 1997/00

高レベル放射性廃棄物の地層処分場に関する設計検討においては、廃棄体の放出する熱の影響が処分場の設計仕様を決定する一要因となる。本件は、このことに着目し、人工バリアに生じると考えれるエアーギャップの有無、廃棄体定置における平面的レイアウト、緩衝材厚さ及び、廃棄体の発熱特性の影響を感度解析的に検討したものである。主な検討結果は以下の通りである。・全ての解析ケースにおいて、人工バリアの温度が最大になる時間は、処分後30年以内であった。・エアーギャプの存在で考慮した場合、存在を考慮しない場合と比較して、ギャップ内側では最大温度が高くなるが、ギャップ外側では、最大上昇温度はほぼ一定である。

報告書

圧縮ベントナイトの水素ガス移行特性評価

棚井 憲治; 菅野 毅; Galle, C.*

PNC-TN8410 96-289, 25 Pages, 1996/06

PNC-TN8410-96-289.pdf:0.99MB

高レベル放射性廃棄物地層処分における人工バリアの一つである炭素鋼オーバーパックは、還元環境下では腐食により水素ガスを発生する。この水素ガスは、緩衝材の通気性が小さい場合には、オーバーパックと緩衝材間に蓄積され、人工バリアの構造力学的安定性や核種移行特性に影響を及ぼす可能性がある。したがって、緩衝材中のガス移行挙動メカニズムを定量的に把握し、ガス発生による影響を定量的に評価する必要がある。本報告書は、(1)腐食生成ガスの蓄積、移行の検討(2)不飽和透気試験(3)飽和透気試験(4)ガス移行経路の同定手法に関する検討のそれぞれの結果について述べるものである。水素ガスの蓄積、移行の検討については、腐食速度から求められる水素ガスの発生量と溶存水素としての拡散移行速度をそれぞれ概略的に計算し、ガスの蓄積可能性について検討を行った。その結果、ガス発生速度に比して拡散移行速度が2桁程小さい値となることから、オーバーパックと緩衝材間に水素ガスが蓄積される可能性があることが分かった。しかしながら、現状の試験結果から水素ガスは膨潤圧程度の圧力でベントナイト中を透過することが推測されていることから、水素ガスの蓄積圧力による緩衝材の構造力学的安定性に与える影響は少ないものと予想される。不飽和透気試験においては、ガス有効浸透率の飽和度依存性について検討を行い、以下のような結果を得た。1)ガス有効浸透率は飽和度が高くなるにつれて小さな値を示し、その値は約70%の飽和度においてガス絶対浸透率の1/100$$sim$$1/1000程度であることが分かった。2)本試験結果は、既に幾つか提案されている相対浸透率評価モデルのうち、Coreyモデルにより近似できる。3)絶対浸透率は、元来流体によらず媒体固有のものであるが、透水試験の結果から求められた絶対浸透率と本試験結果を比較した結果、5桁程度異なることが判明した。その理由としては、ベントナイトのような膨潤性媒体の場合、膨潤による空隙構造の変化が起因しているものと推測される。また、飽和透気試験においては、破過圧力の把握と破過圧力と膨潤圧との関係について検討を行い、以下のような結果を得た。1)破過圧力は乾燥密度の増加に伴い大きくなる傾向を示し、これは各乾燥密度の膨潤圧に依存しているものと推測される。2)破過後のガスの有効浸透率は、10-18$$sim$$10-21 の範囲で

報告書

緩衝材の水分ポテンシャルと水分拡散係数

鈴木 英明*; 菅野 毅; 藤田 朝雄

PNC-TN8410 96-117, 61 Pages, 1996/03

PNC-TN8410-96-117.pdf:3.61MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリアおよび、その周辺岩盤から成るニアフィールドでは、廃棄体からの放熱、周辺岩盤から人工バリアへの地下水の浸入、地下水の浸入による緩衝材の膨潤圧の発生、周辺岩盤の地圧変化などの現象が相互に影響することが予想される。このような、熱-水-応力連成現象を評価することは、ニアフィールド環境の明確化の観点から重要な課題の一つである。動燃事業団では、熱-水-応力連成現象を評価するために、個々の現象に関わるメカニズムを明らかにするための研究とともに、大型緩衝材試験設備(BIGBEN)を用いての連成現象の観察や、これを解析する手法およびコードの開発を行っている。本報告は、緩衝材の候補材であるベントナイトを対象に、熱-水-応力連成現象解析のための入力データとなる水分ポテンシャルと水分拡散係数について、その体積含水率および温度依存性を実験的に明らかにし、定式化を行ったものである。

報告書

釜石原位置試験場における粘土グラウト試験

杉田 裕; 菅野 毅; 石川 博久; 石黒 勝彦

PNC-TN8410 96-014, 46 Pages, 1995/12

PNC-TN8410-96-014.pdf:0.08MB

高レベル放射性廃棄物地層処分において,処分場の建設にともない発生する立坑や坑道等の空洞は,そのままでは廃棄体と人間の生活圏とをつなげる経路となるため,適切に閉鎖する必要がある。廃棄体定置後の地質環境を元の状態に戻すことによって,空洞に添った地下水の流れと核種の移行を抑制するために埋戻し,プラグ,グラウト等を組合せたシーリングシステムの研究開発が必要不可欠である。本報告書は、釜石原位置試験場において実施した粘土グラウトの止水性に関する基本特性の結果についてまとめたものである。グラウト試験は,国産ベントナイトであるクニゲルVAを試験試料とし,既存坑道より新たに掘削・拡幅したグラウト試験坑道で実施した。グラウトの効果は試験前後の透水試験で把握した。グラウトの注入試験は,注入圧1.0MPaを基本とし,注入濃度を0.2wt%$$sim$$8.0wt%まで6段階に設定した。その結果,以下の知見が得られた。(1)本試験範囲では,静的注入法によりグラウト注入が可能であった。(2)今回対象とした亀裂群については,亀裂によらず注入濃度が大きくなるとグラウト液の注入速度は小さくなった。(3)亀裂群A,Bともにベントナイト注入速度は注入濃度とともに増加するが,注入濃度4.0wt%前後から注入速度が上がらなくなり,亀裂のめづまりと考えられる傾向を示した。(4)粘土グラウトにより亀裂群の透水係数が減少し,透水係数は亀裂群Aの存在するボーリング孔が9.6$$times$$10-8--/sから2.5$$times$$10-9--/sであり,亀裂群Bの存在するボーリング孔は4.2$$times$$10-6--/sから1.1$$times$$10-8--/sであった。(5)電磁波トモグラフィーでは,グラウトの浸透を速度変化で捉える可能性があることを示した。

報告書

吹付工法を用いた緩衝材固着性能試験

菅野 毅; 藤田 朝雄; 杉田 裕

PNC-TN8410 95-179, 19 Pages, 1995/05

PNC-TN8410-95-179.pdf:0.67MB

地層処分における高レベル放射性廃棄物の定置方式については、竪置方式、横置方式の代表的な2案に関して検討がなされている。処分システムの設計研究のなかで、緩衝材の施工技術開発は、人工バリアシステムの機能を担保するうえで重要な項目の一つである。竪置方式の緩衝材の施工については、これまでに動力炉・核燃料開発事業団の緩衝材大型試験設備(Big-Ben)においてブロック方式および現地締固め方式の試験施工が実施され、処分孔内の緩衝材の施工方法と密度の関係に関するデータが得られている。一方、横置方式については、緩衝材の施工方法の一つとして吹付工法が考えられているが、国内におけるその施工実績の例はない。このため、既存の吹付機を用いた緩衝材の吹付試験を実施し、吹付作業の可能性、施工性および品質・性能に関する知見を得た。試験の結果、最適含水比付近の試料では緩衝材の吹付が可能であることが確認できた。吹付により得られた緩衝材の乾燥密度は1.0$$sim$$1.5g/cm/SUP3であり、さらに電動タンピングランマーによる吹付試料の締固めを行うことで1.5$$sim$$1.7g/cm/SUP3の乾燥密度を得ることが出来た。

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