Development on computer system of the coupled thermo-hydro-mechanical and chemical process in the near-field of the high-level radioactive waste repository

藤田 朝雄; 藤崎 淳; 鈴木 英明*; 川上 進; 油井 三和; 千々松 正和*; 根山 敦*; 石原 義尚*; 菱谷 智幸*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.416 - 421, 2006/00

ニアフィールドの長期挙動を予測評価するために、熱-水-応力-化学連成現象にかかわる数値実験を行ってきている。本論では、これまでに開発してきた熱-水-応力-化学連成モデルに新たに脱ガス,ガス拡散,濃縮・希釈現象,イオン交換,表面反応,速度論を考慮したモデルについて論ずるとともに、事例解析結果について示す。

ガラス固化体からの放射線量に関する検討

若杉 圭一郎; 宮原 要; 牧野 仁史; 石黒 勝彦; 澤村 英範*; 根山 敦史*; 西村 和哉*

JNC TN8400 2003-022, 84 Pages, 2003/11

JNC-TN8400-2003-022.pdf:9.58MB

本検討では,第2次取りまとめのレファレンスケースで設定したガラス固化体と同様の仕様を想定したガラス固化体を対象に、キャニスタおよびオーバーパックによる遮へいの効果を考慮して、ガラス固化体からの放射線量を定量的に把握した。さらに,ガラス固化体からの放射線量の特徴を遮へいの観点から把握することを目的として,管理区域の基準値までガラス固化体からの放射線量を減衰させるために必要なコンクリート壁の厚さを評価した。

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(II); 概要報告書

石原 義尚*; 千々松 正和*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2003-033, 118 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-033.pdf:1.66MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqe60 を用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1) 本研究では,THAMES(熱-水-応力解析コード),Dtransu(物質移行解析コード),phreeqe60(地球化学解析コード)のプロセスを自動制御し,連成解析全体を管理する連成管理プログラム(COUPLYS)を開発した。(2) 本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,溶液濃度の受渡し,トータル濃度の受渡しに関する支援モジュールを作成した。更に,多元素を取り扱うことができるようにするため,物質移行解析コードの改良を実施した。(3) 本研究では,THMC 物性・連成モジュールとして,既存の実験データに基づき緩衝材の透水係数が,化学反応(鉱物の溶解・沈殿)による密度変化やNaCl 濃度に依存するモデルを作成した。連成管理プログラム(COUPLYS)にTHAMES,Dtransu,phreeqe60,物性・連成モジュールを搭載することにより,THMC 解析コードを構築し,感度解析を実施した。(4) 本研究では,開発したTHMC 解析コードの適用性を確認するため,HLW ニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。

地層処分統合解析システムの製作設計 -成果報告書-

石原 義尚*; 岩本 裕*; 小林 茂樹*; 根山 敦志*; 遠藤 修司*; 進藤 智徳*

JNC TJ8440 2002-009, 179 Pages, 2002/03

JNC-TJ8440-2002-009.pdf:3.03MB

地質環境条件の調査、処分技術および性能・安全評価の3分野で得られる技術基盤情報を体系化した統合解析システムの構築に資するため、システムに不可欠なデータベースと画像処理機能について製作設計を行い、プロトタイプを試作して機能の確認を行った。(1)システムの全体構成の検討として、必要な情報や関連する情報を体系化して管理する統合データベースを中核とし、画像処理、解析情報管理、処分場構成要素管理、およびセキュリティ機能から成るシステムの形態、構成、機能をまとめた。(2)本システムで扱うデータおよび情報の範囲を検討し、データベース構造の設計検討を行うとともに、統合データベースに保存されたデータに対する画像処理機能の設計検討を行った。(3)設計検討の結果に基づき、統合解析システムの実現性について検証するため、基本機能に関するデータベース、システム操作画面、および画像処理機能に対するプロトタイプの製作を行い、各機能の確認を行った。

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究-概要報告書-

千々松 正和*; 根山 敦史*; 石原 義尚*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 岩田 浩*; 佐川 寛*

JNC TJ8400 2002-004, 83 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-004.pdf:0.91MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため、熱-水-応力連成解析コードへの物質移行モデルの追加、数値解析コード開発環境ツールを用いた予備的な連成解析について実施した。(1)熱-水-応力-連成解析コードへの物質移行モデルの追加を目的として、機能要求、解析手法について検討し、オイラリアン・ラグランジアン法(EL法)による物質移行機能追加を基本とした改良計画を提示した。(2)改良計画に基づき、既存の熱-水-応力連成解析コード(THAMES)に物質移行モジュールを追加し、検証計算を行った。(3)高レベル放射性廃棄物人工バリアの緩衝材中における熱-水-応力場の塩の挙動を把握するため、改良した解析コード(THAMES-Transport)を用いて連成解析を行った。解析の結果、緩衝材中の塩の移行挙動や濃縮挙動は表現できたが、今回設定した解析条件の下では、塩の蓄積現象は生じなかった。(4)数値解析コード開発環境ツール(Diffpack)上での連成解析の実現性を確認するため、予備的連成解析システムの設計、製作を行った。本予備的連成解析システムでは、既存の物質移行解析コード(HYDROGEOCHE)、地球化学計算コード(phreeqe60)の連成を対象とした。(5)予備的連成解析システムの正確性を確認することを目的として、開発した連成解析コードと既存の物質移行-地球化学連成解析コード(HYDROGEOCHE)のベンチマーク解析を実施した。(6)THAMESの改良、予備的連成解析システムの製作を通じて課題を摘出し、短期的な開発計画(案)を作成した。

連成解析に係わる基盤情報調査研究; 概要報告書

片岡 伸一*; 河原 憲一*; 松永 健一*; 石原 義尚*; 根山 敦史*; 中川 浩一*; 岩田 浩*; 森 康二*

JNC TJ8400 2001-037, 33 Pages, 2001/03

JNC-TJ8400-2001-037.pdf:2.02MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため、海外における最新情報を調査し、連成解析コードの概念を示した。本研究の要旨を以下に示す。(1)米国ユッカマウンテンにおける連成解析では、サイトと人工バリアの仕様が特定されているため、M(力学)とC(化学)の結合は弱いものとして位置付けられている。(2)米国ユッカマウンテンにおいて採用されている連成解析コードNUFT-Cに関する情報収集を目的として、開発元の米国ローレンスリバモアと情報交換を行い、解析コードの開発目的、機能、事例解析、課題などの情報を収集することができた。(3)連成解析コードの概念構築、開発課題の摘出を目的として、公開情報に基づき、地球化学プロセスを含む連成解析の最新情報ならびに2相系に係わる解析コードの調査を行った。調査の結果、取扱っている現象、連成解析手法の動向に加え、今後の開発方針や注意事項について把握することができた。(4)連成解析コードの位置付けならびに要求事項(機能、品質)について明確にし、開発に際して留意すべき要件を明確にした。(5)サイトが特定されていない状況、短期間の開発に対して前記の要件を満足するための開発方法について検討した。その結果、計算時間の高速化や可視化にも柔軟に対応できるツール(Diffpack)が有効であり、本ツールの事例、機能についてまとめた。

人工バリアシステムの耐震性評価手法の開発3(1)概要版(2)本文

森 康二*; 根山 敦史*; 中川 浩一*

JNC TJ8400 2000-064, 175 Pages, 2000/03

JNC-TJ8400-2000-064.pdf:5.23MB

本研究は、高レベル放射性廃棄物の地層処分システムに於けるニアフィールドの耐震安定性の評価を目的として、以下の検討を実施したものである。(1)解析コードの妥当性の検証 本研究で開発してきた三次元有効応力解析コードは、とくに間隙水圧を考慮しない1相系解析機能に対しては、振動実験等による実測データとの比較を通じて検証を行ってきた。本年度は、サイクル機構で別途実施した緩衝材の液状化試験データを用い、間隙水圧の挙動に着目した有効応力解析機能の検証を行った。(2)2000年レポートに対する補足解析 2000年レポートでは代表的な処分場デザインのオプションを念頭に置いたニアフィールド地震応答解析および評価を行い、人工バリアシステムの耐震安定性を確保できる見通しを得ることができた。その一方で、オーバーパック-緩衝材間や緩衝材-岩盤間等の材料不連続面の応答を規定するモデルパラメータが、評価上重要な因子であるとの知見が得られた。今年度は、上記の2000年レポートに示した検討結果を支援するため補足解析を行い、耐震安定性に関する総合的評価を行った。(3)防災研との共同研究取りまとめに対する補足検討 平成4年度から進められてきた人工バリアシステムの耐震安定性評価に関する共同研究は、今年度を目処に成果を取りまとめることとなっている。本研究では、実測されたデータとの比較を通じて、解析コードの検証作業を段階的に進めてきた。本検討では、最新版の解析コードを用いた一連の実験データ解析を改めて行い、上記共同研究の取りまとめに資するデータ整備を行った。

Development of Thermodynamic Databases for Geochemical Calculations

小田 治恵; Arthur, R. C,*; 笹本 広; 柴田 雅博; 油井 三和; 根山 敦史*

JNC TN8400 99-079, 287 Pages, 1999/09

JNC-TN8400-99-079.pdf:9.78MB

本報告書では、高レベル放射性廃棄物地層処分の研究開発をサポートする地球化学計算のための2種類の熱力学データベースについて報告する。一つは、SPRONS.JNCであり、この熱力学データベースは、SUPCRTモデル・ソフトウェアの中で考慮されている熱力学的な関係式を基にしており、SUPCRTソフトウェアを用いることで、広範囲にわたる圧力・温度条件(圧力:15000 bars,温度:01000)下での鉱物、ガスおよび水溶液化学種の標準モル熱力学特性・部分モル熱力学特性を計算することができる。SPRONS.JNCは、195種類の鉱物・16種類のガスについて、25、1barの条件下での生成標準モルギブス自由エネルギー、生成標準モルエンタルピー、標準モルエントロピーおよび体積に関するデータを含むと共に、Maier-Kelly式による熱容量の温度依存式を適用した場合の各係数についても整備している。またSPRONS.JNCは、1147種類におよぶ無機・有機イオンや錯体について、25、1barの条件下での生成標準モルギブス自由エネルギー、生成標準モルエンタルピー、標準部分モルエントロピーおよびHelgeson-Kirkham-Flowers(HKF)式による温度依存に係わる係数も整備している。SPRONS.JNCは、1991年以降に公開された新たなデータや改訂されたデータを取り入れたものであり、他の同様な熱力学データベースの拡張版である。もう一つのデータベースは、PHREEQE.JNCであり、これは、地球化学計算コードである「PHREEQE」で用いることができる熱力学データベースである。PHREEQE.JNCは、鉱物の溶解反応、ガスの溶解反応、水溶液化学種を含む反応、酸化還元反応について、25、1barの条件下での平衡定数を算出できる様に反応エンタルピーあるいは平衡定数(log K)の温度依存に係わる各係数についても整備している。PHREEQE.JNCに含まれる平衡定数、反応エンタルピーおよび平衡定数の温度依存に係わる係数の全ては、SUPCRTソフトウェアおよびSPRONS.JNCを用いて計算されているので、PHREEQE.JNCとSPRONS.JNCは、同一の熱力学データベースである。またこれらの熱力学データベースに含まれる全てのデータは、基本的な熱力学の定義やSUP

人工バリアシステムの耐震性評価手法の開発2(概要書)

森 康二*; 根山 敦史*; 白川 俊彦*

JNC TJ8400 99-079, 32 Pages, 1999/02

JNC-TJ8400-99-079.pdf:3.51MB

本研究は、高レベル放射性廃棄物の地層処分システムにおけるニアフィールドの耐震安定性の評価を目的として、以下の検討を実施したものである。(1)JNC殿で整備中の地質環境モデルならびに表層観測地震波に基づき、処分震度ー1000m(硬岩系)、(軟岩系)における地中地震波の推定を行った。これより、本検討で対象とした地質環境モデルでは、加速度振幅比で60%(硬岩系)ないし20%(軟岩系)の低減効果があることを確認した。(2)本研究で開発中の3次元地震応答解析コードでは、これまでに材料非線形モデル、粘性境界要素ならびにジョイント要素など、ニアフィールドの耐震性評価を行う上での具体的な解析手法を設定した。また、これらの検討結果に基づき、実処分環境下における処分上ニアフィールドの耐震性評価を行った。処分概念としては、硬岩系処分坑道横置き(-1000m)および軟岩系処分孔堅置き(-500m)の2種類を対象とした。本評価により、地震の発生に伴い緩衝材内に発生するせん断応力は、人工バリアが常時受けている土被り圧に比較して十分小さく、地震による人工バリアの力学的安定性が確保できる見通しを得た。

人工バリアの地震応答解析モデル/コードの開発(V)

森 康二*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 西村 和哉*

PNC TJ1458 97-003, 179 Pages, 1997/02

PNC-TJ1458-97-003.pdf:5.75MB

本研究は、高レベル放射性廃棄物の地層処分システムに於ける人工バリアの耐震安定性の評価を目的として、以下の研究を実施したものである。(1)実処分場を想定したニアフィールドの耐震安定性評価を念頭に、地下深部に於ける地震観測事例を調査した。(2)前年度に引き続き、3次元地震応答解析コードの機能追加を行った。本年度は実処分環境に於ける周辺岩盤のモデル化に伴い、地盤の半無限性を考慮する粘性境界要素の追加を行った。(3)改良コードの妥当性を確認するため、簡易モデルによる定性的な検証解析、ならびに動燃事業団殿所有の総合地盤解析システムSIGNASによるベンチマーク解析を行った。(4)防災科学研究所で実施された1/5スケール人工バリアの振動実験への情報提供(固有値、緩衝材の乾燥密度の影響など)を目的として、予備解析を行った。(5)実処分場を想定したニアフィールドのパラメータ解析を行い、耐震安定性の評価検討を行った。