A Systematic radionuclide migration parameter setting approach for potential siting environments in Japan

浜本 貴史*; 石田 圭輔*; 澁谷 早苗*; 藤崎 淳*; 舘 幸男; 石黒 勝彦*; McKinley, I. G.*

Proceedings of 2019 International High-Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2019) (USB Flash Drive), p.77 - 82, 2019/04

NUMO's recently published safety case involves utilisation of the safety case approach to provide a basis for preparation for future phases of work and development of a template for later, more complete and rigorous, safety cases. Advances include capturing potential siting environments in Site Descriptive Models (SDMs) and focusing post-closure safety assessment methodology on repository designs tailored to these SDMs. Radionuclide-specific parameters in the engineered barrier system (EBS), such as solubilities, sorption and diffusion values, are selected based on established chemical models that take into account evolution of porewater chemistry, alteration of EBS material and different host rock properties. Existing chemical thermodynamic databases developed in Japan have been used for the coupled geochemical and mass transport analyses applied to set these parameters. Nevertheless, in view of fundamental uncertainties in the thermodynamic approach, expert judgment played a key role in the process. This paper discusses the methodology used to set "reasonably conservative" radionuclide migration parameters for the illustrative SDMs, with a focus on chemistry which can be captured in existing models only by introducing significant simplifications.

緩衝材の地球化学プロセスに着目した熱-水-化学連成挙動に関する工学規模の人工バリア試験と解析評価

鈴木 英明; 藤崎 淳*; 藤田 朝雄

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 16(1), p.43 - 56, 2009/12

https://doi.org/10.3327/jnuce.16.43

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア定置後のニアフィールドの挙動は、廃棄体からの放熱,人工バリア内への地下水の浸潤,緩衝材の膨潤,間隙水組成の変化など、熱的,水理学的,力学的及び地球化学的プロセスが相互に影響を及ぼし合う連成現象が生じることが予想される。このようなニアフィールドの連成挙動の現実的な理解と予測を目的に、ニアフィールドの連成現象を表現する熱-水-応力-化学連成挙動解析モデルの開発を行っている。本論は、工学規模の人工バリア試験結果及び開発した連成解析モデルによる確証解析結果について述べる。人工バリア試験では、緩衝材中の物質移行及び地球化学プロセスにかかわる情報を得た。そして、開発した連成解析モデルにより、モルタルからの高アルカリ性間隙水の浸潤による緩衝材の地球化学プロセスに着目した熱-水-化学連成解析を実施した。その結果、工学規模の人工バリア試験の温度場,再冠水挙動及び緩衝材とモルタルとの境界部での鉱物の溶解沈殿挙動を説明でき、開発した連成解析モデルが、緩衝材が飽和するまでの過渡的な遷移状態における熱-水-化学連成挙動評価に適用できることを確認した。

坑道周辺における不飽和領域の生起に伴う地球化学反応を考慮した水理-物質移行連成解析; 高レベル放射性廃棄物の地層処分における熱-水-応力-化学連成挙動モデル/解析コードの適用

鈴木 英明; 藤崎 淳; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2008-003, 48 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-003.pdf:2.07MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムにおける人工バリア定置後のニアフールド挙動のより現実的な予測を行うためには、処分場建設に伴って生じる応力場,水理場,化学場などの変化を解析評価の初期条件として考慮する必要がある。例えば、坑道掘削に伴う処分坑道周辺における不飽和領域の発生は、酸化還元電位の変化や、地下水へのガスの溶解あるいは脱ガスによる溶液組成の変化など、オーバーパックの腐食や核種移行の環境条件などに影響を及ぼすことが予想される。本報告書は、幌延等の具体的地質環境における熱-水-応力-化学連成挙動モデル/解析コードの適用事例の提示に向け、坑道周辺における不飽和領域の生起に伴う地球化学反応を考慮した水理-物質移行連成解析を実施した。そして、岩盤内に大気が侵入することによる間隙水の酸化還元電位の変化や、間隙水中に高い濃度で溶解している二酸化炭素が脱ガスすることによる間隙水pHの変化など、これまでに開発した連成挙動モデル/解析コードで表現できることを確認した。

Experimental studies on the coupled THMC processes by couple equipment

藤崎 淳; 鈴木 英明*; 藤田 朝雄; 伊藤 彰*; 小田 好博

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.213 - 219, 2006/05

高レベル廃棄物地層処分システムにおけるニアフィールドの性能を評価するうえで、熱-水-応力-化学連成現象の評価が重要な課題の一つになっている。このようなTHMC現象の解明のためにCOUPLE施設を用いた試験研究が行われてきている。本論では、COUPLE施設を用いた試験結果を示すとともに、TH現象と化学現象にかかわる予備的な解析結果について示す。

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。

熱-水-応力-化学連成解析モデルの開発,2; 連成解析モデルによるニアフィールド事例解析

鈴木 英明; 藤崎 淳; 藤田 朝雄; 内藤 守正; 油井 三和

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア定置後のニアフールドの挙動は、熱的,水理学的,力学的及び化学的プロセスが相互に影響を及ぼし合う連成挙動として扱うことが肝要である。「第2次取りまとめ」以降、オーバーパックの腐食や核種移行の環境条件の評価を行うため、地球化学変遷を考慮したニアフィールドの長期挙動のより現実的な理解と予測を目的とする熱-水-応力-化学連成モデル/コードの開発を進めている。熱-水-応力-化学連成モデル/コードの検証を目的として、人工バリア試験(COUPLE)を対象に熱-水-化学連成解析を実施し、モデルにより実験結果を再現できることを確認した。さらに、ニアフィールドの連成挙動に関する事例解析として過渡的な緩衝材再冠水段階の環境下におけるセメント材料支保工からの化学的な変遷挙動を把握した。

幌延地質環境を事例とした坑道周辺の不飽和化に伴う地球化学反応を考慮した水理-物質移行連成解析

鈴木 英明; 藤田 朝雄; 藤崎 淳*

no journal, , 

人工バリア定置後のニアフィールド挙動のより現実的な理解と予測を行うためには、処分場建設に伴って生じる応力場,水理場,化学場などの変化を考慮する必要がある。例えば、坑道掘削に伴う処分坑道周辺での不飽和領域の発生は、岩盤内に空気が浸入することによる地下水の酸化還元電位の変化など、オーバーパックの腐食や核種移行の環境条件などに影響を及ぼすことが予想される。本研究は、地層処分システムで想定される熱-水-応力-化学連成挙動を予測するために開発した数値解析モデルの適用事例として、幌延深地層研究所より得られた地質環境データを用いて、坑道周辺での不飽和化に伴う地球化学特性の変化に関する解析を実施した。その結果、岩盤内に酸素が侵入することによる間隙水の酸化還元電位の変化や、地下水中に高い濃度で溶解している炭酸が脱ガスすることによる地下水pHの変化など、地下水水質変化に関するシミュレーションが可能であることを確認した。

塩濃縮・析出現象評価技術の開発

永谷 睦美; 藤崎 淳*; 九石 正美; 藤田 朝雄; 千々松 正和*

no journal, , 

塩濃度が高い環境下における緩衝材中への塩濃縮・析出現象を把握するため、熱-水-応力-化学連成(以下、THMC)解析コードにおける物質移行モデルを改良した。さらに、1次元塩水浸潤試験を対象に確証解析を実施し、その適用性について検討した。その結果、温度勾配下の不飽和領域においても、塩濃縮・析出現象をおおむね表現できることを確認した。

炭素鋼片および模擬ガラス片の相互作用がガラス溶解挙動に及ぼす影響

後藤 考裕*; 松原 竜太*; 浜本 貴史*; 藤崎 淳*; 三ツ井 誠一郎; 谷口 直樹

no journal, , 

ガラスの長期溶解モデルに反映することを目的として、50C及び80C、窒素雰囲気において炭素鋼片および模擬ガラス片の共存条件で浸漬試験を実施した。比較のため、炭素鋼片または模擬ガラス片のみの条件での浸漬試験も実施した。浸漬終了後、液相分析および固相分析を実施し、ガラスの規格化浸出速度を算出するとともに、炭素鋼片表面生成固相を同定した。ガラスの規格化浸出速度(平均値)は、炭素鋼共存条件では50Cで1.110g/m/d、80Cで3.010g/m/dとなった。模擬ガラス片のみの条件では、50Cで2.910g/m/d、80Cで9.210g/m/dが得られており、炭素鋼共存による規格化浸出速度の増加は約3倍となった。また、炭素鋼片の表面をエックス線回折法で分析したところ、50Cおよび80Cのいずれの試料においても磁鉄鉱等の腐食生成物は検出されず、80Cの条件で鉄ケイ酸塩鉱物と推測されるピークが検出された。これは、液相データに基づくGeochemist's Workbenchによる固相の推定結果や炭素鋼共存系での既往研究の結果と一致する。

硬化セメントペースト中のヨウ素イオンおよびセシウムイオンの拡散挙動

川戸 陸也*; 石田 圭輔*; 山本 武志*; 湊 大輔*; 藤崎 淳*; 浜本 貴史*; 三原 守弘

no journal, , 

硬化セメントペースト(HCP)中のヨウ素イオン(I)とセシウムイオン(Cs)の拡散挙動を観察するために、5年間以上湿空養生した異なる水セメント比の供試体に対し、IとCsをトレーサーとした一面解放浸漬試験を実施し、EPMAを用いた深さ方向の元素濃度面分析を行った。

R&D program of operational model of long-term performance for vitrified high-level radioactive waste

松原 竜太*; 藤崎 淳*; 石田 圭輔*; 石黒 勝彦*; 稲垣 八穂広*; 大窪 貴洋*; 三ツ井 誠一郎; 岩田 孟; 関根 伸行*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の性能は、熱-水-応力-化学(THMC)の条件に依存するため、原子力発電環境整備機構(NUMO)は、地層処分の実施主体として、THMC条件を考慮できる性能評価モデルの研究開発を推進してきた。NUMOは、ガラスの溶解に関するFEP(特性,事象,プロセス)分析、関連プロセスの相対的重要度を評価するための数値モデルによる感度解析を通じ、研究開発上の課題を特定するとともに研究開発計画を策定した。現在、原子力機構と2つの大学との共同研究として、3つの研究開発を進めている。溶解挙動の変遷を理解するための長期浸出試験、現実的な地下水組成条件下での性能を評価するための様々な溶液条件における浸出試験、およびガラスと地下水の界面での元素の移動を理解するための分子動力学シミュレーションである。この講演では、現在の状況を紹介する。