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出井 俊太郎; Francisco, P. C. M.; 天野 由記; 杉浦 佑樹; 高橋 嘉夫*; 舘 幸男
Journal of Nuclear Science and Technology, 15 Pages, 2026/00
高レベル放射性廃棄物(HLW)から放出されたセレン(Se)は、黄鉄鉱の形成過程でSeが同鉱物内取り込まれ、地下水中での移動性が低下する可能性がある。放射性核種の移行解析において黄鉄鉱へのSeの取り込みを適切に評価するためには、地下深部環境における天然由来のSeの保持機構およびその長期的な安定性を明らかにする必要がある。本研究では、北海道幌延地域の深部堆積層におけるSeの分別と化学種を、逐次抽出法(SE)および放射光マイクロX線蛍光・吸収分光分析(
-XRF-XAS)を用いて調査した。幌延地域の声問層および稚内層において、Seの分布は比較的均一であり、逐次抽出の結果から、Seは主に硫化物/セレン化物画分に存在していることが示された。-XRFの結果により、Seは鉄(Fe)および硫黄(S)に富む領域に分布していることが確認され、これらの領域には光学顕微鏡観察によりフランボイダル型の黄鉄鉱が存在していた。これらのSe濃集領域から得られたSe K吸収端XANESスペクトルにより、Seが還元状態(-Iまたは0)で存在していることが明らかとなった。また、EXAFS領域の解析結果は、Seが黄鉄鉱の結晶構造中でSを置換していることを強く示唆している。さらに、地下水は黄鉄鉱に対して過飽和または平衡状態にあることが確認されており、Seを含む黄鉄鉱が形成される安定な化学環境が長期にわたって維持されていることが示された。本研究の結果は、HLWから放出される可能性のあるSeが、黄鉄鉱の存在下で取り込まれることにより、長期にわたって安定な形で保持され得ることを示唆している。
中山 雅; 石井 英一; 青柳 和平; 早野 明; 村上 裕晃; 大野 宏和; 武田 匡樹; 深津 勇太; 望月 陽人; 尾崎 裕介; et al.
JAEA-Review 2025-042, 136 Pages, 2025/12
JAEA-Review-2025-042.pdf:12.95MB
幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているプロジェクトである。令和6年度は、「令和2年度以降の幌延深地層研究計画」で示した、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」、「処分概念オプションの実証」および「地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証」の3つの研究課題を対象に調査研究を実施した。具体的には、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」では、人工バリア性能確認試験および物質移行試験を、「処分概念オプションの実証」では、人工バリアの定置・品質確認などの方法論に関する実証試験および高温度等の限界条件下での人工バリア性能確認試験を実施した。また、「地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証」では、ダクティリティインデックスを用いた透水性評価手法の検証および水圧擾乱試験から原位置の地圧の状態を推定する手法の検討などを実施した。地下施設整備を継続し、東立坑および換気立坑が深度500mまでの掘削を完了するとともに、西立坑および500m調査坑道の掘削を開始した。令和6年度末現在の掘削進捗は、東立坑および換気立坑が深度500m、西立坑が深度472m、500m調査坑道が112.9mである。幌延国際共同プロジェクト(Horonobe International Project: HIP)では、令和6年6月には合同タスク会合を幌延深地層研究センター国際交流施設にて開催し、坑道の整備状況や試験の準備状況について確認した。また、管理委員会やタスク会合を通じて参加機関との議論を行った。HIPは令和4年度後半から令和6年度までをフェーズ1、令和7年度から令和10年度までをフェーズ2に分けて実施することとしており、令和6年度はフェーズ1の研究成果を取りまとめた。
出井 俊太郎; 柴田 真仁*; 根岸 久美*; 杉浦 佑樹; 天野 由記; Bateman, K.*; Wilson, J.*; 横山 立憲; 鏡味 沙耶; 武田 匡樹; et al.
Results in Earth Sciences (Internet), 3, p.100097_1 - 100097_16, 2025/12
高レベル放射性廃棄物の地層処分において、セメントと泥岩の相互作用による化学的擾乱領域が形成され、岩盤中の核種移行特性に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、11年前に幌延深地層研究センターの140m調査坑道に施工されたセメント(普通ポルトランドセメント(OPC)および低アルカリ性セメント(LAC))と泥岩の界面における変質状態について調査した。複数の分析手法を組み合わせることで、セメントの溶解、方解石やC-(A-)S-H相などの二次鉱物の析出、モンモリロナイトの陽イオン交換、泥岩の空隙率の低下など、セメントと岩石の界面における主要な反応が特定された。また、空隙率の低下による拡散の低下や、変質した泥岩中の二次鉱物への取り込みによる収着の促進など、セメントと泥岩の相互作用が放射性核種の移行に及ぼす影響についても明らかになった。
蓬田 匠; Scaria, J.*; Fablet, L.*; 徳永 紘平; 出井 俊太郎; 東 晃太朗*; 河村 直己*; 高橋 嘉夫*; Marsac, R.*
Chemical Communications, 61(91), p.17926 - 17929, 2025/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)本研究では、U(VI)からU(V)およびU(IV)への還元反応において、磁鉄鉱のstoichiometry(0 
R = Fe(II)/Fe(III) 0.5)がUの酸化還元反応に与える影響を明らかにした。磁鉄鉱のRは、構造中のFe(II)の酸化やプロトン/リガンドにより促進される溶解により容易に変化することが知られているが、これまでの研究ではU(V)の生成反応に関するRの影響は評価されていなかった。本研究では、異なるRを持つ磁鉄鉱上におけるUの電子状態を調べるため、U L
端HERFD-XANES分光法を用い、磁鉄鉱上のU(V)による特異的なピーク分裂を観察した。また、異なる条件下で行った吸着実験の結果、U(V)種が広範な条件下で高い安定性を示すことを示し、10日間の反応時間を経た後でも磁鉄鉱上で安定に存在していることが示された。最も重要な知見として、pHと酸化還元条件に依存して存在量が変化する、磁鉄鉱構造中のFe(II)がU(V)の安定化に重要な役割を果たしていることが明らかになった。
舘 幸男; 青柳 和平; 尾崎 裕介; 早野 明; 大野 宏和; 武田 匡樹; 望月 陽人; 出井 俊太郎; 三中 淳平; 村上 裕晃; et al.
NEA/NE(2025)20 (Internet), 118 Pages, 2025/11
This interim report summarises the research activity which was carried out in the Phase 1 (February 2023 to March 2025) of the Horonobe International Project (HIP), which utilises an underground facility for the research and development of geological disposal at the town of Horonobe in Hokkaido. The aims of this project are to develop and demonstrate advanced technologies to be used in repository design, operation, closure, and a realistic safety assessment in deep geological disposal. In Task A (Solute transport experiment with model testing), the fracture distribution, transmissivity, and connectivity were evaluated prior to the in situ tracer test at a depth of 250 m. Then, two types of in situ tracer tests were successfully carried out and breakthrough curves using sorbing and non-sorbing tracers were successfully obtained. In Task B (Systematic integration of repository technology options), the distribution of fractures or faults, development of the excavation damaged zone, and water inflow from fracture during excavation were predicted prior to the excavation of the gallery at 500 m depth. In Task C (Full-scale engineered barrier system dismantling experiment), data acquisition of the full-scale engineered barrier system experiment performed at 350 m depth was continued. The research results in this interim report will contribute to the further development of preliminary safety assessments of the geological disposal project.
中山 雅; 石井 英一; 早野 明; 青柳 和平; 村上 裕晃; 大野 宏和; 武田 匡樹; 望月 陽人; 尾崎 裕介; 木村 駿; et al.
JAEA-Review 2025-027, 80 Pages, 2025/09
JAEA-Review-2025-027.pdf:6.22MB
幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているプロジェクトである。令和7年度は、「令和2年度以降の幌延深地層研究計画」で示した、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」および「処分概念オプションの実証」について、引き続き調査研究を行う。令和7年度に実施する主な調査研究は以下のとおりである。「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」では、人工バリア性能確認試験のデータ取得を継続するとともに、解体試験計画の具体化や原位置試験を対象とした解析検討の準備を行う。「処分概念オプションの実証」では、坑道スケール
ピットスケールでの調査・設計・評価技術の体系化について、坑道スケールピットスケールにおける閉じ込め性能の評価手法の整理を行う。500m調査坑道において先行ボーリング調査を行い、岩石の強度や岩盤の透水性などのデータを取得するとともに、トモグラフィ調査による試験坑道周辺の掘削損傷領域の広がりに関するデータを取得する。埋め戻し材や止水プラグの施工については、原位置施工試験に向けた計画検討を進める。深度500mの坑道掘削に伴う湧水量を観測するとともに、解析において予測された湧水量の範囲に収まるかどうかを確認する。500m調査坑道で施工予定のピット周辺の掘削損傷領域の広がりについて原位置における掘削損傷領域の把握のための試験計画を検討する。また、割れ目からの湧水量やピット周辺の掘削損傷領域の広がりについて調査・評価手法の整理を進める。地下施設の建設・維持管理では、令和6年度に引き続き西立坑と500m調査坑道の掘削を行い、令和7年度末に施設整備を完了する予定である。国内外の資金や人材の活用に関する取り組みとして、幌延国際共同プロジェクトにて「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」および「処分概念オプションの実証」に関わる3つのタスク(タスクA:物質移行試験、タスクB:処分技術の実証と体系化、タスクC:実規模の人工バリアシステム解体試験)について調査研究を継続する。
2021年度)出井 俊太郎
JAEA-Data/Code 2023-008, 49 Pages, 2023/07
JAEA-Data-Code-2023-008.pdf:5.41MB
JAEA-Data-Code-2023-008-appendix(CD-ROM).zip:7.08MB
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町の幌延深地層研究センターにおいて、深地層の研究施設を活用した地層科学研究および地層処分研究開発を実施してきた。令和2年度以降の幌延深地層研究計画では、必須の課題への対応に必要なデータを取得するために、地下施設内の調査坑道に設置された地球化学モニタリング装置を用い、岩盤中の地下水の水圧・水質変化の観測を継続している。本報は、140m調査坑道および350m調査坑道に設置された地下水の地球化学モニタリング装置を利用して、2019年度2021年度の3年間に取得した地下水圧の観測結果を取りまとめたものである。
本多 典久; 出井 俊太郎; 石井 英一
JAEA-Data/Code 2022-002, 37 Pages, 2022/06
JAEA-Data-Code-2022-002.pdf:2.85MBJAEA-Data-Code-2022-002-appendix(CD-ROM).zip:5.68MB
幌延深地層研究計画においては、地下施設周辺のボーリング孔に設置した水圧モニタリング装置を用いて地下施設建設が水圧に及ぼす影響を観測している。本報では、水圧観測開始から2021年3月までにHDB-111孔及び換気立坑先行ボーリング(PB-V01孔)において取得された地下水間隙水圧観測結果と浅層ボーリング7地点の地下水位観測結果を取りまとめた。
出井 俊太郎; 望月 陽人
JAEA-Data/Code 2022-001, 29 Pages, 2022/06
JAEA-Data-Code-2022-001.pdf:3.03MBJAEA-Data-Code-2022-001-appendix(CD-ROM).zip:2.06MB
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町の幌延深地層研究センターにおいて、深地層の研究施設を活用した地層科学研究および地層処分研究開発を実施してきた。令和2年度以降の幌延深地層研究計画では、必須の課題への対応に必要なデータを取得するために、地下施設内の調査坑道に設置された地球化学モニタリング装置を用い、岩盤中の地下水の水圧・水質変化の観測を継続している。本報では、140m調査坑道、250m調査坑道および350m調査坑道に設置された地下水の地球化学モニタリング装置を用い、2020年4月1日から2021年3月31日までに取得した水圧および物理化学パラメータ(水温、pH、電気伝導度、酸化還元電位、溶存酸素濃度)の測定結果をとりまとめた。
2019年度)出井 俊太郎; 望月 陽人; 宮川 和也; 笹本 広
JAEA-Data/Code 2021-005, 54 Pages, 2021/06
JAEA-Data-Code-2021-005.pdf:4.95MBJAEA-Data-Code-2021-005-appendix(CD-ROM).zip:5.42MB
日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において、深地層の研究施設を活用した地層科学研究および地層処分研究開発を実施してきた。幌延深地層研究センターでは、地層科学研究の一環として、地下施設内の調査坑道において、地球化学モニタリング装置を用い、岩盤中の地下水の水圧・水質変化の観測を継続している。本報では、140m調査坑道,250m調査坑道および350m調査坑道に設置された地下水の地球化学モニタリング装置を用い、2017年4月1日から2020年3月31日までに取得した水圧及び物理化学パラメータ(温度,pH,電気伝導度,酸化還元電位,溶存酸素濃度)の測定結果をとりまとめた。
望月 陽人; 天野 由記; 出井 俊太郎; 別部 光里*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分では、深部地下水中の粒子との相互作用が放射性核種の移行に与える影響を評価し、核種の長期的な移行挙動の予測モデルに反映することが求められる。本研究では、長半減期核種であるアクチノイドのアナログ元素とされる希土類元素と深部地下水中の粒子との相互作用を評価するための室内試験を実施した。3kDaでの限外ろ過を行った地下水に希土類元素を添加した場合、溶液中の希土類元素は0.2mよりも小さい画分として溶存することが示唆された。一方、ろ過処理をせずに地下水に希土類元素を添加した場合、濃度が相対的に緩やかに減少し、溶存しているLaの約半分が
0.2mの画分として存在した。これらの違いは、地下水中の粒子の有無によるものと考えられ、粒子が存在する場合には、それらとの相互作用により希土類元素が0.2mよりも大きい画分として溶液中に存在しやすくなることが示唆された。
出井 俊太郎; 舘 幸男; 天野 由記; Francisco, P. C. M.; 杉浦 佑樹; 高橋 嘉夫*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物中に含まれるセレン(
Se;約30万年)は、岩盤への収着分配係数が小さいため、地層処分の核種移行評価上は遅延効果が期待できない核種として位置付けられている。一方で、二次鉱物生成に伴う共沈反応は、セレンの移行遅延に寄与する反応として期待できる可能性がある。本研究では、セレンの移行遅延に関する天然事例研究として、北海道幌延地域で得られた深部堆積岩を対象にセレンの長期的な収着・保持メカニズムを明らかにすることを目的とした。セレンの存在形態および局所構造を明らかにするために実施した逐次抽出試験とXAFS分析の結果から、セレンが黄鉄鉱の結晶構造中の硫黄と置換する形で取り込まれていることが明らかになり、黄鉄鉱の共沈反応によってセレンが岩盤中に保持されていることが示された。以上の結果より、深部堆積岩中では、共沈反応によりセレンが移行しづらい形態で岩盤に保持される可能性が示された。
Fairat, K.; 武田 匡樹; 尾崎 裕介; 望月 陽人; 出井 俊太郎
no journal, ,
泥岩中の物質移行特性の評価を目的として破過曲線を取得した。岩石の空隙による物質移行への影響を考慮するために、動相不動相モデルを使用して逆解析を実施した。その結果、破過曲線は亀裂と健岩部の相互作用の影響を顕著に受けていることが解った。
Fairat, K.; 武田 匡樹; 尾崎 裕介; 望月 陽人; 大野 宏和; 深津 勇太; 出井 俊太郎
no journal, ,
The breakthrough curve (BTC) was obtained to determine the behavior of flow and solute transport in the fractured mudstone. A PFLOTRAN Dual Continuum Disconnected Matrix Model (DCDM) parameter estimation was used to account for advection in the fracture and diffusion in the matrix. The result shows that the DCDM model is a candidate conceptual model for the experimental site.
出井 俊太郎; 舘 幸男; 天野 由記; 杉浦 佑樹; Francisco, P. C. M.; 高橋 嘉夫*
no journal, ,
Se is one of the key radionuclides for safety assessment of the high-level radioactive waste (HLW) due to its long half-life and complex speciation depending on the redox condition. Since selenium is considered to be easily migrates as an anion, it is important to understand the retention mechanism of Se in the subsurface environment. The aim of this study is to elucidate the retention mechanisms of Se in the deep subsurface by clarifying the speciation of Se.
出井 俊太郎; 杉浦 佑樹; 天野 由記; Francisco, P. C. M.; 高橋 嘉夫*; 舘 幸男
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分において、Uは炭酸イオンと溶存錯体を形成するため、安全評価上重要な放射性核種の一つと考えられている。堆積岩では、カルサイトが二次鉱物として析出すると考えられており、放射性核種がカルサイトの結晶構造に取り込まれることで、放射性核種の移行が遅延する可能性がある。室内試験においてUがカルサイトに取り込まれることが多くの研究で報告されているが、天然試料のカルサイト中のUの分布や化学種の同定は共存元素の干渉により困難である。本研究では、天然のカルサイト中のUの分布と化学形を同定するために、深部堆積岩試料を対象にしたマイクロX線分析を行った。
尾崎 裕介; 武田 匡樹; 大野 宏和; 望月 陽人; 出井 俊太郎; Fairat, K.
no journal, ,
幌延深地層研究センターでは、地層処分の安全評価に必要な技術開発として深度250, 350, 500mにおいて原位置トレーサー試験を実施してきた。これらの内、本研究では幌延国際共同プロジェクトの一環として実施している深度250mにおける試験結果に関して報告する。深度250mにおける原位置トレーサー試験では、離隔距離が約1mの2本のボーリング孔を使用するダイポール試験を2度実施した。1度目の試験では、トレーサー検出の可否や試験時間の把握を目的としてトレーサーを10分間注入するパルス試験を実施した。2度目の試験では、濃度が定常状態に達するまでトレーサーを注入し続けるコンスタントソース試験を実施した。これらの試験では、トレーサーは注入後約200分後には検出されるものの、トレーサー注入からチェイサー注入に切り替えた後も、長期間トレーサーが検出され続けた。試験では、収着性の低いウラニンをしていることや原位置の岩石の間隙率が高いことから、母岩から亀裂へのトレーサーの移動が長期間トレーサーが検出され続けた原因として予測された。この効果を考慮して試験結果の数値解析を実施したところ、試験結果を適切にモデル化することができた。
出井 俊太郎; 宮川 和也; 笹本 広; 舘 幸男; 天野 由記; Francisco, P. C. M.; 杉浦 佑樹; 高橋 嘉夫*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全性評価において、セレン(Se;半減期: 300kyr)は人工バリアや天然バリアである岩盤に収着されにくいと考えられる。一方で、セレンは鉄水酸化物に収着することが室内試験より報告されている。本研究では、深部地下環境におけるセレンの長期的な収着挙動を理解するために、北海道幌延地域の堆積岩を対象にセレンの化学形態分析を実施した。堆積岩中のセレンの化学形態について、逐次抽出試験およびXAFS分析を実施した結果、セレンは-I価または0価の還元的な形態で堆積岩中に存在することが明らかになった。XRF分析より、セレンはパイライトに濃集していることが示唆された。セレンはパイライト中の硫黄と置換し、固体中に取り込まれることが報告されており、同様の形態で初期続成作用時からセレンが長期間保持されている可能性が考えられる。今後、堆積岩中のパイライトへのセレン収着メカニズムを明らかにする予定である。
出井 俊太郎; 天野 由記; 杉浦 佑樹; 柴田 真仁*; 根岸 久美*; 横山 立憲; 鏡味 沙耶; 武田 匡樹; 望月 陽人; 櫻井 彰孝; et al.
no journal, ,
放射性廃棄物の地層処分において、支保工などにセメント系材料が使用される。セメント系材料と地下水との反応によって高pHや高Ca濃度の間隙水が拡がり、岩石構成鉱物の溶解や二次鉱物の析出による泥岩-セメント界面の変質をもたらし、岩盤中の放射性核種の移行挙動に影響を及ぼす可能性がある。本研究では北海道の幌延深地層研究センター地下施設(幌延URL)の地下深部に坑道支保工として施工されたセメントと泥岩の原位置での相互作用に着目し、様々な分析手法を適用することにより、セメントと泥岩の原位置での相互作用について検討した。
