Comparative modeling of an in situ diffusion experiment in granite at the Grimsel Test Site

Soler, J. M.*; Landa, J.*; Havlov, V.*; 舘 幸男; 蛯名 貴憲*; Sardini, P.*; Siitari-Kauppi, M.*; Eikenberg, J.*; Martin, A. J.*

Journal of Contaminant Hydrology, 179, p.89 - 101, 2015/08

https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2015.06.002

マトリクス拡散現象は結晶質岩中の核種移行遅延プロセスとして重要である。スイスのグリムゼル原位置試験場において花崗岩マトリクス中の原位置長期拡散(LTD)試験を行った。試験孔内にHTO, Na , Cs を含むトレーサ溶液を循環させ、2年半の間、トレーサ濃度の減衰が観測された。拡散期間終了後に、オーバーコアリングによって、岩石中のトレーサ分布が分析された。岩石中の拡散深さは、HTOで20cm、Na で10cm、Cs で1cm程度であった。これらのデータセットに対し、拡散・収着モデルによる解釈が、複数のチームによって、異なるコードを用いて実施され、実効拡散係数(De)と岩石容量因子()が導出された。複数のチームによる評価結果は、観測データを概ね再現可能であり、掘削影響による表面部分のDeとの値が、岩石マトリックス部に比べて大きいことを示唆した。一方で、HTOの結果は実験データと解析結果に大きな乖離が認められ、この点は今後の詳細な検討が必要である。

Modeling of an in-situ diffusion experiment in granite at the Grimsel Test Site

Soler, J. M.*; Landa, J.*; Havlov, V.*; 舘 幸男; 蛯名 貴憲*; Sardini, P.*; Siitari-Kauppi, M.*; Martin, A. J.*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1665, p.85 - 91, 2014/09

https://doi.org/10.1557/opl.2014.632

マトリクス拡散現象は結晶質岩中の核種移行遅延プロセスとして重要である。スイスのグリムゼル原位置試験場において花崗岩マトリクス中の原位置長期拡散(LTD)試験を行った。試験孔内にHTO, Na, Csを含むトレーサ溶液を循環させ、2年半の間、トレーサ濃度の減衰が観測された。拡散期間終了後に、オーバーコアリングによって、岩石中のトレーサ分布が分析された。岩石中の拡散深さは、HTOで20cm、Naで10cm、Csで1cm程度であった。これらのデータセットに対し、拡散・収着モデルによる解釈が、複数のチームによって、異なるコードを用いて実施され、実効拡散係数(De)と岩石容量因子()が導出された。複数のチームによる評価結果は、観測データをおおむね再現可能であり、掘削影響による表面部分のeとの値が、岩石マトリクス部に比べて大きいことを示唆した。一方で、HTOの結果は実験データと解析結果に大きな乖離が認められ、この点は今後の詳細な検討が必要である。

GoldSimを用いたTRU第2次取りまとめ解析モデルの構築

蛯名 貴憲*; 稲垣 学*; 加藤 智子

JAEA-Data/Code 2010-029, 41 Pages, 2011/03

JAEA-Data-Code-2010-029.pdf:5.79MB

TRU廃棄物処分技術検討書-第2次TRU廃棄物処分研究開発取りまとめ-(以下、「TRU第2次取りまとめ」という)で実施された安全評価解析では、核種移行解析コードTIGERを用いて人工バリア及び天然バリアでの核種移行解析について決定論的な解析が実施された。TIGERでの核種移行解析では、人工バリア,母岩及び断層の各移行経路は個別に解析する必要があり、入出力に関する品質管理が課題であった。一方、汎用的シミュレーションソフトウェアGoldSimでは、バリア構成ごとやシナリオごとに特化した解析モデルと、これを用いた評価結果は一元的に管理される。今後、核燃料サイクルの最適化等に伴いTRU廃棄物に関する諸解析の実施が予測されることから、本検討ではGoldSimを用いてTRU第2次取りまとめの解析モデルを構築し、TIGERによる解析結果との比較を行い、本検討で作成された解析モデルの信頼性についての確認を実施した。

表層環境を考慮した生物圏評価手法の構築に関する検討

板津 透; 稲垣 学; 加藤 智子; 鈴木 祐二*; 小山田 潔*; 江橋 健; 川村 淳; 蛯名 貴憲*; 宮原 要

JAEA-Review 2009-015, 59 Pages, 2009/07

JAEA-Review-2009-015.pdf:10.84MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価の一つである生物圏評価においては、具体的な地質条件を踏まえて核種挙動を推定し、その結果を評価に反映させる検討が始まっている。本研究では、個別の地域において表層環境(天然バリアからの核種移行先となる帯水層や生物圏の環境)を考慮した生物圏評価手法を構築するためのいとぐちとして、評価に使用される表層水理解析(生物圏評価に利用されることを目的とした表層環境における水理・物質移行解析)について、特に帯水層中での地下水流動に重点を置いて、以下の検討を行った。(1)海外における表層水理解析に関する文献調査を行い、第四紀層中の核種移行を考慮した線量計算等の技術について把握した。(2)国内における表層水理解析に有用な地下水流動・物質移行調査技術に関する文献調査により、表層水理解析の特性(表層環境における層相変化が大きいこと等)に対して有用と思われる環境トレーサの利用法,不圧地下水位データを利用した透水係数の推定法等の情報を得た。(3)モデルサイトの表層環境における物質移行解析を試行し、幾つかのパラメータ値を変えて、計算濃度分布に与える影響を検討したところ、ソース位置の違いによる濃度分布の変化が比較的大きかった。(4)表層水理解析による計算結果を生物圏評価モデルへの入力値として利用するために、河川・湖沼・海域等への地下水・物質流出入量が求められるようなモデル設定・境界条件について検討した。

Impact of silicon migration through buffer material on the lifetime of vitrified waste

三ツ井 誠一郎; 牧野 仁史; 稲垣 学; 蛯名 貴憲*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1193, p.397 - 404, 2009/05

https://doi.org/10.1557/PROC-1193-397

ガラス固化体の寿命に対するニアフィールドプロセスの影響を把握するため、ケイ素のガラスからの放出と緩衝材中での移行を考慮したガラスの長期溶解に関する感度解析を実施した。解析から見積もられたガラスの寿命は緩衝材中のケイ素の拡散係数と分配係数及びEDZ中の地下水流速に強く依存することを示した。このことは、ガラス固化体の長期挙動においてこれらのパラメータの重要性を示している。さらに、ガラス固化体の寿命における水和変質の影響についても検討した。水和変質はケイ素の放出を考慮したガラスマトリクスの溶解と同時に進行する変質である。その結果、開放系におけるガラス固化体の寿命評価では、ガラスの水和性質よりも、緩衝材中でのケイ素の移行を評価することが、より現象の解明に寄与すると結論付けられた。

処分環境や設計オプションに対応した性能評価手法の構築,2

稲垣 学; 蛯名 貴憲*

JAEA-Research 2008-114, 36 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-114.pdf:3.21MB

地層処分は段階的に進められることから、性能評価については、調査による情報の追加や設計オプションの詳細化・変更に伴い、それまで検討されてきた内容との整合性を取りつつ、合理的に進める必要がある。本研究では、性能評価シナリオを抽出する観点から設計や調査と性能評価における情報のやり取りの方法論を具体化し、より現実的な設計条件を踏まえつつ安全機能に基づく"総合性能評価の雛形"を構築し、これに対して、処分条件等の変更内容を反映させることによりシナリオの抽出が容易となることがわかった。このような条件の変更を摂動として取り扱う方法論は、既存の基本的な考え方を損なうことはなく、評価の段階的進展に対して有効であると考えられる。そのため、既存のシステムの情報の流れを本研究における情報整理の方法論を踏まえ、調査設計-処分環境-安全機能の構造に従いFepMatrix等により既存情報を整理する手法は有益であり、段階的な情報の変化に応じたシナリオ抽出の実施に見通しが得られた。

処分環境や設計オプションに対応した性能評価手法の構築,1

稲垣 学; 蛯名 貴憲*

JAEA-Research 2008-022, 37 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-022.pdf:2.26MB

高レベル放射性廃棄物の処分事業では、公募に応募された地域の概要調査地域から精密調査地域が選択される段階的な進捗が想定されている。その際、概要調査地域から適切な精密調査区域を選定する必要があり、概要調査区域で実施される地上からの調査から得られる限られた情報と、ジェネリックな地質環境でこれまで想定されてきた設計条件や処分オプションとを組合せ、処分場の総合的な性能を評価することが必要となる。精密調査地域の選定要件としては、地質環境の長期安定性の確認とともに、破砕帯や地下水流動の及ぼす処分施設への影響について評価することが求められ、設計・施工での対応やシステム全体の性能との関連で論ずる必要がある。そのためには、これまで検討されてきたジェネリックな環境下での地質調査情報や設計条件,性能評価で用いられたシナリオやモデル及びデータを初期条件として、具体的地質情報や設計オプションを組合せた場合に生じるシナリオやモデルの相違を明らかにし、これを設計や地質調査にフィードバックできるようなフレームを構築することが合理的であると考えた。

人工バリア・天然バリア中の核種移行解析コード「TIGER」を不確実性解析に用いるための特性把握

蛯名 貴憲*; 大井 貴夫

JAEA-Data/Code 2008-002, 53 Pages, 2008/03

JAEA-Data-Code-2008-002.pdf:4.98MB

多種多様な地質環境において、処分システムの安全性に関する情報を網羅的に把握するためには、時間・空間的な不均一性や知識・情報の不十分さに起因するパラメータの不確実性を考慮した解析が必要となる。核種移行解析コード「TIGER」は、ある時間で物性値を変化させつつ、ガラス固化体から断層までの核種移行解析を行うことができる解析コードであり、より複雑な条件での不確実性解析を行うために、このようなコードの特性を把握しておくことが重要になる。そこで、本報告書では、まずガラス固化体から断層までの核種移行解析をTIGERで行う場合に考えられる代表的な処理方法を複数作成し、それぞれの解析を実施し、前処理・後処理の作業量,解析時間などについて比較検討を行い、最適な処理方法に関する知見を整備した。その後、最適と考えられる処理方法を用いて、数百から数千ケースの不確実性解析を想定し、計算精度にかかわるパラメータと解析時間との関係についての検討も行った。これらの検討の結果、複雑な地質環境を考慮した天然現象の影響評価解析において、TIGERを用いた不確実性解析を実施する場合に最適な処理方法,計算精度,ツールに関する知見を整理することができた。

地層処分性能評価のガラス溶解評価におけるガラス固化体中の亀裂発生に伴う表面積増加の影響

蛯名 貴憲*; 牧野 仁史

JNC TN8400 2005-006, 37 Pages, 2005/03

JNC-TN8400-2005-006.pdf:1.12MB

高レベル放射性廃棄物を地層処分した後のガラス固化体の溶解においては、ガラスの冷却過程で生じる亀裂により溶解に寄与する表面積が増加し、ガラスの溶解が促進される可能性がある。これまでの安全評価の例では、亀裂により表面積が10倍程度増加するとし、さらに溶解量は表面積に比例して大きくなるとしている。しかし、亀裂があった場合でも実質的な溶解量の増加はそれほど大きくないとの試験結果も報告されている。そこで本研究では、亀裂の発生による表面積増加のガラス溶解に対する影響度を簡単なモデルを用いて定量的に検討した。また、本モデルの実規模模擬ガラス固化体を用いた浸出試験系への適用性の検討を行った。その結果、亀裂の発生がガラス固化体の溶解に与える影響度は、固化体中に存在する亀裂面の表面積の大小そのものではなく、ガラスの主成分であるSiの亀裂内での拡散に関係する亀裂開口幅と、固化体外側からの溶解に関係する面積に依存して変化する事が示唆された。また、実規模模擬ガラス固化体を用いた浸出試験で実測された亀裂開口幅などを参考に、本モデルを実際の試験系へ適用した結果、亀裂発生によるガラスの浸出量の増加は、解析結果および試験結果ともに2倍以下に収まっており、ほぼ整合している事を確認した。

直接処分研究のための使用済燃料の多様性を考慮したモデルインベントリ評価

石谷 和己; 柴田 雅博; 江橋 健; 若杉 圭一郎; 牧野 仁史; 蛯名 貴憲*

no journal, , 

我が国では使用済燃料として多様な炉型・燃料タイプ・燃焼度・冷却期間の燃料が発生しており、直接処分研究では、これらの多様性を発生量及び特徴を踏まえて類型化し、設計・性能評価に用いるモデルインベントリを設定する必要がある。そのため、前提となる使用済燃料の発生量についてのモデル計算による推計を試みるとともに、モデルインベントリの設定に向けての特徴の把握と類型化の観点を整理した。