バックエンド週末基礎講座; 地層処分研究の概要について

山口 正秋

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 29(1), p.38 - 41, 2022/06

https://nuce.aesj.or.jp/jnuce/vol29/jnuce-vol29-1-p38-41.pdf

本講演では、1970年代から進められてきたわが国の地層処分研究の枠組みとその経緯について概説した。2020年には事業主体による文献調査が開始され、今後は地層処分の基盤技術として工学技術や長期安全性の評価により焦点があたると考えられる。そこで本講演では、研究開発分野のうち工学技術および地層処分システムの性能評価の研究開発の概要を中心に、具体的な評価手法を解説した。さらに、最近の研究事例として隆起・侵食影響評価の高度化にむけた取り組みについて紹介した。

Status of study of long-term assessment of transport of radioactive contaminants in the environment of Fukushima (FY2018) (Translated document)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2020-007, 249 Pages, 2020/10

JAEA-Research-2020-007.pdf:15.83MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力(現東京電力ホールディングス)福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出された。この事故により放出された放射性核種は、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌などが生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することで空間線量率が上がってしまうのではないか(外部被ばくに関する懸念)、森林から河川に流出した放射性セシウムが農林水産物に取り込まれることで被ばくするのではないか、規制基準値を超えて出荷できないのではないか(内部被ばくに関する懸念)などの懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。日本原子力研究開発機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

隆起・侵食による地質・地表環境の長期的変動を考慮した地層処分の安全評価手法の開発

若杉 圭一郎; 山口 正秋; 小尾 繁*; 長尾 郁弥; 加藤 智子; 鈴木 祐二*; 江橋 健; 梅木 博之*; 新堀 雄一*

日本原子力学会和文論文誌, 16(1), p.15 - 33, 2017/03

https://doi.org/10.3327/taesj.J16.010

本研究では、我が国の幅広い地域で確認されており、かつサイト選定で影響を回避することが困難な隆起・侵食に着目し、これが高レベル放射性廃棄物地層処分に与える影響を定量的に把握するための安全評価手法を開発した。従来は、隆起速度と侵食速度が等しいとの仮定の下、処分場が一定の速度で地表に接近するという簡易な評価が行われていたが、本研究では、我が国で多く確認されている隆起速度と侵食速度が異なるケースを取り扱うことが可能なモデルを開発し、隆起・侵食に伴う起伏や処分場深度の時間変化、廃棄体ごとの風化帯/地表に到達する時間などを、地形発達モデルに基づき評価した。さらに、このモデルを用いて隆起・侵食を考慮した安全評価を試行した結果、我が国の最頻値の隆起速度(0.3mm/y)を想定したケースの総線量の最大値は、国際機関で示されている放射線防護基準のめやす値(300Sv/y)を下回った。さらに、既往のモデルによる評価との比較により、地表の起伏に起因して廃棄体が風化帯へ分散して侵入する効果を定量的に把握した。以上のことから、本評価手法を用いることにより、隆起・侵食を現象に即して取り扱うことが可能になったとともに、既往の評価の安全裕度を定量的に把握することが可能となった。

Sediment and Cs transport and accumulation in the Ogaki Dam of eastern Fukushima

山田 進; 北村 哲浩; 操上 広志; 山口 正秋; Malins, A.; 町田 昌彦

Environmental Research Letters, 10(1), p.014013_1 - 014013_9, 2015/01

https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/1/014013

本論文は福島長期環境動態研究(F-TRACE)の一環として実施した2次元河川シミュレーションコードNays2Dによる福島県の大柿ダムでの放射性セシウムの流動及び堆積分布予測に関する研究についての報告である。現状のシミュレーションコードでは放射性物質の移動は計算できないが、放射性セシウムは粘土のような粒径の小さい土砂に吸着しやすいことに着目し、土砂の移動を計算しそれを放射性セシウムの移動とみなすことにした。実際に、2013年9月の洪水時や平均的な洪水時の流量等を境界条件として用いて、大柿ダム内の土砂の流れのシミュレーションを原子力機構のBX900で実施し、土砂の移動を計算した。特筆すべき成果は、粒径の小さいシルト及び粘土の振る舞いはダムの排水口の高さに大きく依存しており、排水口の位置を高くすることでダム内にシルト及び粘土が多くとどまるようになることを示したことである。この結果は、ダムの水位を適切に調整することで下流への土砂に付着したセシウムの移動を防げる可能性があることを示しており、住民の被ばくの低減に資する成果である。

Predicting the long-term Cs distribution in Fukushima after the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident; A Parameter sensitivity analysis

山口 正秋; 北村 哲浩; 小田 好博; 大西 康夫*

Journal of Environmental Radioactivity, 135, p.135 - 146, 2014/09

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.04.011

福島第一原子力発電所事故後のセシウム137(Cs)の長期分布予測を試行した。本研究では、USLE(土壌流亡予測式)と簡易的な水理公式を併用した土壌およびセシウム移行モデルを適用して福島におけるセシウムの長期分布予測を行った。本モデルは、土壌侵食、土砂移動および堆積モデル、およびセシウムの移行モデルとその将来分布モデルにより構成される。観測値等の得られていないパラメータについては、感度解析を実施し、パラメータの不確実性に起因する結果の幅を示した。本試行により、ほぼすべての解析ケースにおいて、河川流域内への砂の顕著な堆積傾向が示された一方、シルトや粘土については大半が河口まで運搬されることが示された。一方、侵食・運搬される土砂Csの量については、土地利用や地形、降雨に関わるパラメータに起因するケース毎のばらつきがみられた。これに対し、運搬される土砂中のCs濃度はこうしたパラメータの設定に関わらず、流域毎にほぼ一定の値を示すことが示された。このことは、Csの移動には、土砂の侵食・運搬量と、セシウムの沈着量の寄与が大きいことを示唆する。

Predicting sediment and cesium-137 discharge from catchments in eastern Fukushima

北村 哲浩; 山口 正秋; 操上 広志; 油井 三和; 大西 康夫*

Anthropocene, 5, p.22 - 31, 2014/03

https://doi.org/10.1016/j.ancene.2014.07.001

土壌流亡予測式と地理情報システムを活用した簡易迅速な土砂およびセシウム移行解析モデルを用いて福島県東部の地表から流出する土砂およびセシウムの量を評価した。流出量は土壌流亡予測式を構成する各係数に依存するが、そのうち土地利用係数に着目し、主な評価を行った。その結果、評価対象領域における森林の面積の割合は64%を占めるが、森林から流出する土砂およびセシウムは全体の流出量の24%および33%に留まった。また、主な流出は農耕地からであると評価された。さらに集水域毎に評価を行い、それぞれの流出量を評価し、モニタリングデータと比較した。

Simulating long-term Cs distribution on territory of Fukushima

北村 哲浩; 山口 正秋; 小田 好博; 操上 広志; 大西 康夫*

Transactions of the American Nuclear Society, 109(1), p.153 - 155, 2013/11

東京電力福島第一原子力発電所事故後に地表に降下した放射性セシウムを対象に、主要な移行経路の一つと考えられる土砂移動(侵食,運搬,堆積)を考慮した移行解析を行った。解析は土壌流亡予測式(USLE)と地理情報システム(GIS)のモデル構築機能を使用し構築したモデルで行った。事故後2年後, 6年後, 21年後の空間線量率の計算を行い、経済産業省の予測値と比較した。その結果、比較的高い線量の範囲について同一の減少傾向が見られたが、減少率は本モデルの予測値の方が小さくなった。また、解析結果の一部を加工計算し、河川解析用の境界条件を与えた。

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。

ボーリングコア解析とC年代測定に基づく木曽川デルタの形成プロセス

大上 隆史*; 須貝 俊彦*; 藤原 治*; 山口 正秋*; 笹尾 英嗣

地学雑誌, 118(4), p.665 - 685, 2009/00

https://doi.org/10.5026/jgeography.118.665

隆起・侵食は処分場の深度を減少させ、地下水流動系の変化を引き起こす可能性があるため、地層処分の長期安全性を評価するうえで考慮すべき重要な地質学的事象である。侵食量については、河川上流域の比較的狭い範囲を対象としてはダムの堆砂量を利用して見積もられているが、下流域から上流域までを含む広い範囲を対象としては行われていない。このような広い範囲を対象とする場合、侵食された土砂は河口付近の平野に堆積するため、そこでの堆積量を見積もることにより、侵食量を推定することができる。しかし、海岸沿いの平野は海水準変動の影響を強く受けるため、その形成プロセスは複雑である。そこで、海水準変動の影響を受けて形成された平野の事例として、濃尾平野の形成プロセスを検討した。具体的には、海岸からの距離が異なる複数のボーリングコアを用いて、堆積物の堆積相解析によって濃尾平野の地形地質断面を作成するとともに、多数の放射性炭素年代によって等時間面を求めた。この結果、海水準の上昇に伴って内湾が拡大したのに対し、海水準の下降に伴ってデルタが前進したことが明らかになるとともに、内湾の拡大速度とデルタの前進速度が示された。

福島原発事故における環境修復に向けた取り組み,1; 地層処分技術の活用の枠組み

加藤 智子; 牧野 仁史; 竹内 真司; 宮原 要; 前川 恵輔; 山口 正秋; 飯島 和毅; 天野 健治; 三枝 博光; 澤田 淳; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所周辺における長期的な現存被ばく状況を対象に、環境修復計画の作成及び対策実施を支援するための技術的情報を提示することを目的として、地層処分技術を活用した放射性物質の挙動と人間への被ばく影響の評価手法について検討した。本報告では、地層処分技術を活用した検討の枠組みについて紹介する。