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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。

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。

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

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

JMTRのコンクリート構造物,冷却設備及びユーティリティ設備等の健全性調査概要

海老沢 博幸; 花川 裕規; 浅野 典一; 楠 秀彦; 箭内 智博; 佐藤 信一; 宮内 優; 大戸 勤; 木村 正; 川俣 貴則; et al.

JAEA-Technology 2009-030, 165 Pages, 2009/07

JAEA-Technology-2009-030.pdf:69.18MB

2007年度から開始するJMTR原子炉施設の改修工事に先立ち、「継続使用する設備・機器」の健全性調査を実施した。調査範囲は、原子炉建家を筆頭に、排気筒,一次冷却系の塔槽類,カナルエキスパンドジョイント,UCL高架水槽,二次系冷却塔及び配管,非常用発電機等、多岐にわたった。その結果、一部補修を要する部分が確認され補修を行ったが、今後の長期保全計画に沿った保守管理を行うことで、十分な安全確保と長期使用に耐えうることが確認された。原子炉更新課は、以上の健全性調査の結果を踏まえて改修工事を進めている。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分における天然現象影響評価に関する研究

川村 淳; 大井 貴夫; 新里 忠史; 安江 健一; 常盤 哲也; 丹羽 正和; 島田 耕史; 黒澤 英樹; 浅森 浩一; 河内 進; et al.

JAEA-Research 2008-018, 47 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-018.pdf:24.18MB

本報告では、総合評価体系の一環として作業フレームの高度化を図り、地質環境条件(THMCG)と天然現象の特性との関係の定量化と処分環境における性能評価パラメータとTHMCG条件との関係の定量化に関する情報整理の考え方について検討した。また、上記の考え方に基づく情報整理手法をすべての天然現象へ適用し、その手法の適用性の確認を実施した。その結果、上記情報整理については、THMCGの変化に関する情報から、地層処分の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、その過不足も含めた情報を効率的に整理できる見通しを得た。また、急激かつ局所的な現象である火山・熱水活動及び地震・断層活動のみならず、緩慢かつ広域的な現象である隆起・侵食/気候・海水準変動にも総合評価体系の考え方に基づく情報整理の手法が適用可能であることを確認できた。また、シナリオのスクリーニング技術に関しては、情報整理により適切なシナリオの選択が可能となる見通しを得た。

論文

DLVO理論に基づく地下水中でのモンモリロナイトゲルからの粒子の分散性に関する評価

黒澤 進; 長崎 晋也*; 田中 知*

日本原子力学会和文論文誌, 6(2), p.205 - 213, 2007/06

DLVO理論を適用して、モンモリロナイトゲルの粒子間の剪断応力に相当する相互作用ポテンシャルを評価した。そして、Stokes則に従い、その相互作用ポテンシャルに相応する地下水流速を算定した。その結果、モンモリロナイト粒子の分散が生じるには、約10$$^{-5}$$$$sim$$10$$^{-4}$$m/sの範囲の地下水流速が必要であることが示された。この流速範囲は、我が国の地下深部の地下水流速よりも速いものである。また、熱運動に起因したモンモリロナイトのゲル粒子の易動性をMaxwell-Boltzmannの分布式を適用して検討した。その結果、ゲル状態にあるモンモリロナイト粒子の熱運動による易動性は、地下水中の溶存イオンの一般的な濃度条件のもとでは起こらないことが示された。本研究から、高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価において、核種移行におけるモンモリロナイト粒子の影響はほとんどないものと推測された。

論文

コロイドプローブ原子間力顕微鏡によるNaCl水溶液中のモンモリロナイト粒子の相互作用力の測定

黒澤 進; 水上 雅史*; 佐藤 久夫*; 野澤 純*; 辻本 恵一*; 栗原 和枝*

日本原子力学会和文論文誌, 5(3), p.251 - 256, 2006/09

本研究では、コロイドプローブAFMにより、モンモリロナイト粒子間の相互作用力をイオン強度$$sim$$500mMの水溶液中で直接測定した。その結果、粒子間には斥力が支配的に作用することが観察され、モンモリロナイト粒子の分散性は高いことが示唆された。また、この測定結果において観られた粒子間が接近する距離での斥力は、DLVO理論による理論予測とは不一致を示すものであった。

論文

The Effect of montmorillonite partial density on the role of colloid filtration by a bentonite buffer

黒澤 進; 田中 知*; James, S. C.*; 油井 三和

Journal of Nuclear Science and Technology, 43(5), p.605 - 609, 2006/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:43.49(Nuclear Science & Technology)

ベントナイト緩衝材の間隙構造を評価するため、均質化法モデルを用いて、間隙の大きさと有効粘土密度の関係について検討した。その検討では、コロイドの大きさとして最小の1nmと間隙の大きさが同等となるような有効粘土密度を試算した。その結果、ベントナイト系緩衝材中の有効粘土密度が1.5Mg/m$$^{3}$$以上の場合、間隙の大きさは1nm以下と見積もられ、この場合にはコロイドは緩衝材中を移行し得ないと考えられる。

論文

地下水水質形成モデルの検証及び高度化に関する研究

笹本 広; 黒澤 進; 磯貝 武司*; 吉川 英樹

放射性廃棄物安全研究年次計画(平成13年度$$sim$$平成17年度)研究成果報告集, p.146 - 152, 2006/03

深部地下水の水質形成モデルの改良・高度化を行うとともに、地下水と人工バリア材料との長期の相互作用及びそれに伴う緩衝材空隙水水質形成のメカニズムを解明することにより、処分場の長期的な地球化学環境を明らかにし、安全評価手法の信頼性向上に資するため、以下の研究を実施した。地下水に関しては、地表からの調査段階における地下水データの信頼性評価手法や原位置地下水を推定するための補正にあたり重要な要因についての検討例を示した。間隙水に関しては、圧縮ベントナイト中間隙水水質の時空間変化を把握するための手法開発を進め、室内でのカラム試験における間隙水pHの時空間変化を把握することが可能になった。また天然のベントナイト鉱床における間隙水水質の空間分布にかかわるデータも取得した。鉱物等の熱力学データベースに関しては、処分環境でセメント系材料が用いられた場合に想定されるような高アルカリ溶液とベントナイトが反応した場合の生成物や高アルカリ条件での支配的な化学種についての熱力学データを収集し、データベースを開発した。

論文

深部地下環境下における核種移行データの取得及びデータベースの整備

吉川 英樹; 柴田 雅博; 笹本 広; 飯島 和毅; 佐藤 治夫; 北村 暁; 石寺 孝充; 藤原 健壮; 黒澤 進; 夏 暁彬; et al.

放射性廃棄物安全研究年次計画(平成13年度$$sim$$平成17年度)研究成果報告集, p.153 - 170, 2006/03

地層処分の安全評価に用いるデータの信頼性向上に資するため、地層処分の安全評価に必要となる深部地下環境下での熱力学的基礎データ,核種挙動評価データ等の取得を行うとともに、国際的な最新情報の調査・評価を実施し、情報をデータベース化した。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分システムにおける核種移行評価に及ぼすコロイド影響に関する研究-第2次取りまとめ以降の検討-

黒澤 進

JNC-TN8400 2005-007, 36 Pages, 2005/03

JNC-TN8400-2005-007.pdf:1.73MB

本報告では、放射性廃棄物の地層処分の環境を人工バリア、天然バリアおよびその境界部に区分して、そこに生成あるいは元々存在するコロイド等の核種移行に及ぼす影響に関して、2次取りまとめ以降の検討結果を示した。なお、本報告は、著者が東京大学大学院工学系研究科システム量子工学専攻 田中知教授の師事のもと、核燃料サイクル機構において得られた成果(投稿論文)を主に学位論文としてまとめた際の主な論題をまとめたものである。

論文

Effects of Colloids and Microorganisms on Radionuclide Migration in Fractured Rock

黒澤 進; 油井 三和; 吉川 英樹

International Symposium NUCEF2005, 0 Pages, 2005/02

地下水中に溶解した核種がコロイド化した場合、地下水中での核種の移行はイオンの場合とは異なり、コロイドの移行にともなって促進された可能性が報告される。例えば、サイクル機構-(スイス)NAGRAの共同研究として実施したグリムゼル原位置試験場におけるコロイドおよび核種移行実験(CRR実験)では、コロイドの影響により核種移行が促進された可能性が示唆された。本報告では、この際の核種移行挙動に関して、コロイドの影響を考慮した核種移行計算コードCOLFRACにより解析した結果を報告する。また、COLFRAC計算コードを利用して、地下水中に存在する微生物をコロイド相当と見なして核種移行の及ぼす影響について解析したので、その結果についても報告する。

論文

Effects of Colloids and Microorganisms on Radionuclide Migration in Fractured Rock

黒澤 進; 油井 三和; 吉川 英樹

International Symposium NUCEF2005, 0 Pages, 2005/02

放射性廃棄物の地層処分においては、廃棄体から溶出する核種のうち、とくにアクチニドイオンは加水分解反応等により真性コロイドを生成したり、環境中に存在するコロイドに収着して擬似コロイドを形成したりすることが知られている。近年の研究では、地下水中に溶解した核種がコロイド化した場合、地下水中での核種の移行はイオンの場合とは異なり、コロイドの移行にともなって促進された可能性が報告される。例えば、サイクル機構-(スイス)NAGRAの共同研究として実施したグリムゼル原位置試験場におけるコロイドおよび核種移行実験(CRR実験)では、コロイドの影響により核種移行が促進された可能性が示唆された。本報告では、この際の核種移行挙動に関して、コロイドの影響を考慮した核種移行計算コードCOLFRACにより解析した結果を報告する。また、COLFRAC計算コードを利用して、地下水中に存在する微生物をコロイド相当と見なして核種移行の及ぼす影響について解析したので、その結果についても報告する。

論文

処分システム性能へのコロイド影響評価; 室内試験、原位置試験とモデル解析を踏まえて

油井 三和; 黒澤 進; 飯島 和毅

原子力バックエンド研究, 11(1), p.45 - 51, 2005/00

放射性廃棄物の地層処分の環境を人工バリア、天然バリアおよびその境界部に区分して、そこに生成あるいは元々存在するコロイド等の核種移行に及ぼす影響に関して、核燃料サイクル開発機構でこれまで得られた知見を示す。また、地層処分研究開発に関する第2次取りまとめ以降、コロイド等の影響評価モデルの開発・高度化を目的として実施した室内および原位置試験の結果とそれら試験結果に関するモデル解析の結果等を報告するとともに、今後の課題を示す。

報告書

グリムゼル岩盤試験場におけるコロイドと核種の移行遅延実験に関する解析

黒澤 進; 茨木 希*; Scott, J.*; 油井 三和; Russell, A.*

JNC-TN8400 2004-016, 35 Pages, 2004/09

JNC-TN8400-2004-016.pdf:1.18MB

核種移行に及ぼすコロイドの影響評価を目的として、1998年よりJNC-NAGRAの共同研究の一環として、グルムゼル岩盤試験場の透水性亀裂を対象にコロイドおよび核種の移行実験が行われた。本研究では、コロイドの影響を考慮した核種移行計算コードCOLFRACにより、この際の核種移行挙動を解析した。

論文

亀裂性岩盤中の核種移行に及ぼすコロイドへの核種収着速度の影響; 実験と数値解析

黒澤 進; 茨木 希*; 油井 三和; 上田 真三*; 吉川 英樹

日本原子力学会和文論文誌, 3(3), p.249 - 256, 2004/09

コロイドの影響は地下水中の放射性核種の移行を促進する主な要因のうちの1つである。本研究では、コロイド共存下での核種の亀裂中移行実験を行い、核種の移行挙動に及ぼす核種-亀裂表面、核種-コロイドの収着の反応速度の影響について検討した。実験では、収着性核種としてCsを1.0$$times$$10$$^{-6}$$g/l (7.5$$times$$10$$^{-9}$$mol/l)の濃度で、コロイドとして粘土コロイドを3.5$$times$$10$$^{-3}$$g/lの濃度で使用した。また、人工的に単一亀裂(寸法50$$times$$50$$times$$0.5mm)を加工した花崗岩をカラムに充填して用いた。移行実験の結果については、核種-亀裂表面、核種-コロイドの収着反応を平衡論および速度論で扱うことができる核種移行計算コードCOLFRACを用いて解析した。その結果、核種-コロイドの収着反応を平衡論/速度論で扱うかにより解析結果は大きく異なることが示され、収着の反応速度に注視した収着データ(分配係数)の取得が重要であることが示唆された。また、本実験結果に基づけば、亀裂中でコロイドがろ過されることに伴いコロイドに収着した核種は亀裂内に留まることから、核種の放射能減衰が期待されると考えられる。

報告書

COLFRACを利用した性能評価に及ぼす微生物の影響に関する評価

黒澤 進; 佐々木 良一; 上田 真三*; 吉川 英樹

JNC-TN8400 2004-012, 68 Pages, 2004/07

JNC-TN8400-2004-012.pdf:5.37MB

本研究は、核種移行計算コードCOLFRACを利用した微生物の影響評価に関し、微生物の挙動をコロイド相当として扱うため、地下環境中での微生物と核種の相互作用やバイオフィルム形成に関する情報を収集、整理した。得られた情報に関しては、COLFRACで計算可能とするためのデータ変換を実施した。COLFRACによる計算の結果、核種が微生物に取り込まれるような場合には、核種移行が大幅に促進される可能性があることがわかった。また、その際の核種移行率は、微生物濃度に支配されることが示された。

論文

Experimental and Numerical Studies on Colloid-enhanced Radionuclide Transport: The Effects of Kinetic Radionuclide Sorption onto Colloidal Particles

黒澤 進; 油井 三和; 吉川 英樹; 茨木 希*; 上田 真三*

2004 MRS Spring Meeting, p.510 - 511, 2004/00

本研究では、コロイドおよび岩石亀裂表面への放射性核種の収着の影響を評価するため、セシウムと粘土コロイドの混合溶液を人工的に作製した単一亀裂を有する花崗岩カラムに対して注入する実験を実施した。その実験結果に関しては、不連続な亀裂性媒体中のコロイドに促進された溶質の移行をシミュレートすることが可能な数値解析コードCOLFRACを使用して解析した。一連の実験および数値解析では、亀裂中をセシウムは可動性のコロイドに収着することによってその移行が促進されることが示された。また、解析結果は、コロイドからのセシウムの脱着が遅いプロセスである場合、セシウムの移行は著しく促進されることを示し、速度論プロセスについて記述するパラメーターを評価する重要性を例証した。さらに、放射性核種を収着した可動性のコロイド粒子が亀裂表面でろ過される場合、放射性核種の移行は遅延される可能性がある。

論文

Experimental and Numerical Studies on Colloid-Enhanced Radionuclide Transport; The Effect of Kinetic Radionuclide Sorption onto Colloidal Particles

黒澤 進; 茨木 希*; 油井 三和; 上田 真三*; 吉川 英樹

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.824, 473 Pages, 2004/00

本研究は、核種移行における核種のコロイドおよび岩石亀裂表面へ収着の影響を調査するため行われた。実験では、人為的に加工した単一亀裂を充填する花崗岩カラムに対して、セシウムと粘土コロイドの混合溶液を注入した。解析も、コロイドに促進された溶質の移行をモデル化することができる計算コード(COLFRAC)を使用して実施した。実験および数値解析では、セシウムの移行はコロイドに収着することにより促進されることが示された。またその解析では、コロイドからセシウムの脱着が遅い場合、セシウムの移行が著しく増強されることを実証し、速度論プロセスについて記述するパラメーターを評価する重要性が示唆された。されに、核種を吸着する亀裂表面でろ過される場合、核種移行は遅延されることが示された。

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