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杉野 弘幸; 須山 賢也; 奥野 浩
Proceedings of 8th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC 2007), p.144 - 150, 2007/05
使用済燃料の同位体組成を良い精度で計算することは、燃料サイクル施設の臨界安全を評価するために重要である。燃焼計算のためには、燃焼度はPIEサンプルの照射線量を定義するために用いられている。燃焼計算コードと核データライブラリが継続して見直されてきているため、最新の核データライブラリを用いて燃焼度を再計算することは、燃焼解析の品質を確認するうえで重要である。この考え方に基づき、影響の程度を理解するためにオブリハイムのPIEデータの燃焼度を再検討した。この検討の結果、最新の核データ(JENDL-3.3他)を用いて燃焼度を見直すことにより、
Nd生成量の実験結果と解析結果との差が1%から0.7%に軽減された。加えて、中性子倍増率の変化はおおむね0.5%を下回った。
阿波野 俊彦*; 坂井 彰*; 杉野 弘幸*
JNC TJ1400 2002-012, 94 Pages, 2001/06
JNC-TJ1400-2002-012.pdf:3.56MB
高レベル放射性廃棄物地層処分場の操業すなわち、地上施設でのガラス固化体受入れから人工バリアの地下施設への搬送・定置に至る一連の作業については、ガラス固化体から発せられる放射線により、遮へい体の設置あるいは遠隔操作による作業が必要となる。本調査では、人工バリア遠隔搬送・定置技術開発に資することを目的として、処分場に類似した環境で同様な技術を用いていると考えられる海外の施設を対象として遠隔操業技術の調査を行い、得られた各情報を処分技術への応用の観点から分析・評価した。カナダのウラン鉱山に関しては、非常に高品位なウラン鉱山であることから、広い範囲での遠隔技術の適用が予想されていたが、実際には、高い生産性を確保するために、岩盤の遮蔽効果や換気の気流等を利用して遠隔作業の範囲を絞り、簡易で確実なシステムを適用していることが確認された。ドイツの炭坑では、コストと厳しい採掘条件に対応して、全長300mもの掘削システムを自動化して、遠隔操作できる技術を実現していることが確認された。しかしながら、鉱山の条件に合わせて、技術者が直接調整する部分も残されていることも確認された。ウラン鉱山、炭鉱とも運用面での遠隔化が低く、遠隔操作技術として定置装置に直接反映可能な装置は確認できなかったが、安全確保のために換気を有効に利用している点、遠隔制御にも対応した情報収集、管理のシステムを構築している点は処分場の設備設計に反映可能である。ドイツの調査を依頼したドイツの処分実施主体であるDBE社からは、処分事業に対しては、これらの鉱山で実際に使用された実績ある技術の適用が期待される他、長い操業経験を通じて培われたノウハウや、システム全体を構築するための基本的な設計方針にも配慮する必要がある点が指摘された。
杉田 裕; 杉野 弘幸; 油井 三和
JOINT WORKSHOP ON HLW MANAGEMENT BETWEEN KOREA ANDJAPAN, 0 Pages, 2000/00
本件は、韓国と日本の共同国際会議で発表する論文の要旨である。第2次取りまとめで示された高レベル放射性廃棄物地層処分のための工学技術の成果について紹介する。第2次取りまとめではガラス固化体、オーバーパック、緩衝材及び周辺岩盤で構成される人工バリアの設計要件についてとりまとめており、設計の考え方について紹介する内容となっている。
杉野 弘幸; 藤田 朝雄; 谷口 航; 岩佐 健吾; 長谷川 宏
JNC TN8400 99-096, 23 Pages, 1999/12
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に関する研究を、「わが国における高レベル廃棄物地層処分の技術的信頼性-地層処分研究開発第2次取りまとめ-」として取りまとめ、平成11年11月に国に対して報告している。この第2次取りまとめのうち、「分冊2地層処分の工学技術」においては、オーバーパック、緩衝材の設計から、処分場のレイアウト、操業スケジュールまで、幅広く工学的な知見を取りまとめている。本報告は、このうち、緩衝材の設計に関して、背景となる考え方を第2次取りまとめ分冊2の本文に対比させて解説したものである。第2次取りまとめの緩衝材の設計においては、仕様設定の考え方を目に見える形で表現することに留意しており、これに対応して緩衝材の設計要件を10項目設定し、この設計要件を満足する緩衝材の乾燥密度と厚さの範囲をグラフ化して表現している。本報告ではこの緩衝材の範囲設定の考え方を中心に、計算で用いた式、背景等を説明した。
谷口 航; 鈴木 英明*; 杉野 弘幸*; 松本 一浩*; 千々松 正和*; 柴田 雅博
JNC TN8400 99-052, 73 Pages, 1999/12
高レベル放射性廃棄物の地層処分における緩衝材には、水理挙動制御性、核種吸着性、膨潤性、熱伝導性など多くの性能が要求される。現在のところ、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もしくはベントナイトにケイ砂を混合し圧縮したものが有望な候補材料と考えられている。核燃料サイクル開発機構では、地層処分場における人工バリア、地下施設の設計、および性能評価に資するため、圧縮ベントナイトの基本特性についてその試験方法を検討するとともにデータを取得している。また、仮想の地質条件の基に、人工バリアおよび地下施設の設計検討を進めている。人工バリアおよび地下施設の設計においては、緩衝材の熱的変質を避けるために、緩衝材の熱伝導特性が指標の一つとなると考えられている。また、緩衝材が物理的なものとして成立するための最小密度(カサ密度)以下で人工バリアを設計することはありえないため、上記最小密度(カサ密度)も指標の一つとなる。本報告では、緩衝材の熱物性測定を行うとともに、緩衝材の最小密度(カサ密度)についても検討を行った。また、得られた緩衝材熱伝導特性を用い、人工バリアを含んだ周辺の温度解析を行い、緩衝材の制限温度を基に、緩衝材の成立範囲、つまり充填密度、厚さ等の成立範囲を検討した。得られた成果は、以下の通りである。(1)緩衝材の最小密度(カサ密度)にはケイ砂混合率依存性が見られ、ケイ砂混合率が大きいほど、最小密度(カサ密度)も大きくなった。(2)緩衝材の熱伝導率、および比熱の含水比依存性を、乾燥密度およびケイ砂混合率をパラメータにし、定式化した。この結果、含水比が小さい範囲では、ケイ砂混合率が熱伝導率に及ぼす影響は小さいことが分かった。(3)緩衝材の乾燥密度および人工バリアにおける緩衝材厚さに関して、熱的観点からの成立範囲を、解析により求めた。また、緩衝材の乾燥密度、ケイ砂混合率および含水比に関らず、緩衝材厚さと緩衝材最高上昇温度の関係は、熱伝導率で整理できることが分かった。
高治 一彦; 杉野 弘幸
JNC TN8400 99-043, 52 Pages, 1999/11
処分場地下施設の建設時には、坑道の掘削にともなって岩盤に応力再分配が起こる。また、オーバーパックおよび緩衝材の定置後から、緩衝材の膨潤、オーバーパックの自重沈下、腐食膨張変形、岩盤のクリープ変形等が発生し、それらの現象が相互に作用することにより、緩衝材や坑道周辺岩盤の応力状態が経時的に変化することが考えられる。これらの応力状態の変化が緩衝材、岩盤に与える影響を確認することが安全評価上、また人工バリアの仕様設定上重要であることから、緩衝材、岩盤の安定性に影響を与える可能性のある種々の現象に対して、経時変化や相互作用の程度を把握するために、岩盤クリープ挙動、オーバーパックの腐食膨張による緩衝材におよぼす力学的な影響、オーバーパックの自重による沈下挙動について、各現象の相互作用を考慮しながら個別に解析を実施し、長期構造力学安定性を検討、評価した。その結果、基本ケースとした硬岩系岩盤、軟岩系岩盤については、岩の強度、坑道内部の充填物(ベントナイト)の強度、側圧係数等によって、クリープ変形挙動や応力状態の経時変化、ゆるみ領域の拡大する範囲等が異なることが分かった。また、緩衝材の力学的挙動にはオーバーパックの腐食膨張が支配的であり、オーバーパックの自重沈下や基本ケースとした硬岩系岩盤や軟岩系岩盤のクリープ変形はほとんど影響しなかった。また、オーバーパックの腐食膨張によって、緩衝材はオーバーパック周辺のごく限られた部分が限界状態に近い値を示したが、全体的には安定した状態であることが分かった。
杉野 弘幸; 菅野 毅*
JNC TN8400 99-040, 75 Pages, 1999/11
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。
黒木 繁盛; 谷口 航; 小尾 繁*; 長谷川 宏; 杉野 弘幸; 窪田 茂*; 出羽 克之*
JNC TN8400 99-037, 281 Pages, 1999/11
高レベル放射性廃棄物の地層処分場において、人間の安全な生活環境を維持するという基本的な考え方のもと、地下数百m
1,000m程度の地下深部に坑道を掘削し、廃棄体を埋設することが計画されている。その際、建設・操業・閉鎖の作業安全性を確保するため、各段階を通して坑道が力学的に安定していることが求められる。ここでは、第2次取りまとめで求められる処分技術の技術的信頼性を示すため、その要件となる坑道の力学的安定性を解析により評価した。具体的には、各坑道で必要となる断面を設定し、理論解析、有限要素法解析を用いて坑道掘削時の安定性、坑道交差部および地震時の安定性について検討を行った。本検討により得られた結果を以下に示す。・現状の技術で坑道の掘削が可能であると考えられ、適切な支保工を設置し、十分な坑道離間距離および処分孔間隔をとれば坑道の力学的安定性は確保できる。・坑道交差部においては、適切な補強工を施すことにより坑道の力学的安定性は確保される。なお、補強が必要となる範囲は、今回検討を行った交差角度30
では鋭角側に4D、鋭角側に1Dの範囲である。・過去に起こった巨大著名地震を想定して検討を行ったところ、坑道の力学的安定性に及ぼす地震の影響は小さく、坑道の掘削時の安定性が確保されれば地震に対しては安定であることが分かった。
谷口 航; 高治 一彦; 杉野 弘幸; 森 康二*
JNC TN8400 99-054, 140 Pages, 1999/09
わが国の高レベル放射性廃棄物の地層処分では、人工バリアにおける緩衝材として、粘土の一種であるベントナイトあるいはケイ砂混合ベントナイトを圧縮したものを用いることを検討している。この緩衝材は、長期にわたり力学的に安定で、廃棄体を所定の位置に支持し、かつ放射性物質の移行特性上有意な影響を与えないことが要求されている。力学的安定性に影響を及ぼす要因として、わが国のように地震の多い地質環境条件下における地層処分では、地震による繰返し荷重が考えられる。本報告では、地層処分システムにおける人工バリアの力学的耐震安定性を、主に緩衝材の力学的安定性に着目して、振動方程式に基づく動的解析により評価した。解析に用いたコードは、科学技術庁・防災科学技術研究所との共同研究の一環として、核燃料サイクル開発機構が開発したものである。解析では、仮想の地盤における地下深部での地震動を作成し、入力荷重とした。また、緩衝材の力学的非線形性を考慮するとともに、緩衝材の破壊、廃棄体の移動および人工バリアの動的挙動の把握を目的にした全応力(1相系)解析、および緩衝材の間隙水圧の上昇に着目した有効応力(2相系)解析の双方で行った。解析の結果得られた知見は以下の通りである。(1)全応力(1相系)解析では、緩衝材が地震によりせん断破壊することなく、廃棄体が有意に移動することもないことが分かった。また、人工バリアが地震に対して、周辺岩盤と剛体となって振動挙動するためには、緩衝材-岩盤間の接合面の取り扱いが重要であることが分かった。(2)有効応力解析では、緩衝材中の間隙水圧の上昇は認められなかった。したがって、地震により緩衝材のオーバーパック支持力が損なわれることはないことが分かった。
杉野 弘幸; 松本 一浩*
Proceedings of 7th International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Remediation (ICEM '99), 0 Pages, 1999/00
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。緩衝材の流出は、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)と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2つの減少によるものと考えられている。本報告では、緩衝材流出挙動試験設備(BENTFLOW)で実施したextrusion試験とerosion試験の結果および拡散モデルによるextrusion試験の解析結果を報告する。主な報告事項は次のとおり。(1)extrusion現象による流出距離の試験結果は時間の平方根に比例し、その比例定数は緩衝材材料と亀裂開口幅に依存する。(2)ベントナイトの侵食が起こる臨界地下水流量は約630m/aと推定される。(3)extr