Application of diffusive gradients in thin films (DGT) for the dynamic speciation of radioactive cesium in Fukushima Prefecture, Japan

田中 琢朗*; 福岡 将史*; 戸田 賀奈子*; 中西 貴宏; 寺島 元基; 藤原 健壮; 庭野 佑真*; 加藤 弘亮*; 小林 奈通子*; 田野井 慶太朗*; et al.

ACS ES&T Water (Internet), 4(8), p.3579 - 3586, 2024/08

https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00453

Radioactive cesium released by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident in March 2011 remains in the forest environment and is being transported to the ocean via residential areas by runoff into river systems. Most of the Cs in river water exists as suspended forms, being strongly fixed by micaceous clay minerals. If this fraction can change its form into dissolved forms, this results in additional input of bioavailable Cs. In this study, in-situ sampling of Cs at multiple rivers in Fukushima Prefecture was conducted using the DGT (diffusive gradient in thin film) devices to investigate the dynamics of radioactive cesium in river environments. At almost all sampling points, the DGT Cs concentrations exceeded dissolved Cs concentrations, revealing the existence of a flux from the suspended to the dissolved forms. This additional input was found to have higher Cs/ Cs ratios, compared those of Cs in the dissolved form. This study demonstrates that the bioavailability of Cs can be underestimated by assessing only the dissolved form due to Cs flux from the suspended particles likely caused by their dissolution.

東濃地域における地質環境の不均一性評価; 平成16年度(委託研究)

戸井田 克*; 須山 泰宏*; 森 孝之*; 稲葉 武史*; 笹倉 剛*; 渥美 博行*; 升元 一彦*; 小林 一三*; 岩野 圭太*; 古市 光昭*; et al.

JAEA-Research 2007-065, 210 Pages, 2007/09

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東濃地科学センターにおける地層科学研究では、地質環境特性を明らかにするために必要な調査・解析技術並びにその妥当性を評価する手法の開発を進めている。この研究では、岩盤の不均一性推定に伴う不確実性を定量的に把握するための手法を明らかにし、その不確実性を低減するための合理的な地質環境調査手法の確立を一つの大きな目標としている。本研究においては、これまでにファジー地球統計を基本とした不確実性解析手法を用い、調査の各段階で想定し得る(あるいは否定できない)モデルやパラメータの全体集合を考えることにより不確実性を定量化でき、調査結果に基づき蓋然性が低いと考えられる選択肢を絞り込むことによってその不確実性を低減できるという新たなアプローチを考案している。平成16年度は、平成17年度に行う研究成果の取りまとめに向け、これまで東濃地域で行われた調査結果に基づき、本手法の実用化に向けた評価・検討を行った。本研究成果を取りまとめると以下のようになる。(1)東濃地域の事例を対象とした統合化データフローを活用し、本手法を適用するための知識・情報を整理した。(2)これまでの課題であったパラメータの設定方法とスクリーニング方法を整備した。(3)適用事例を用いて評価・検討を行い、本手法の実用化の目処を得た。(4)本手法(確率的手法)とこれまでに適用されてきた決定論的手法との統合方法を整備した。

MBCモデルによる瑞浪超深地層研究所研究坑道の掘削影響予測解析

森 孝之*; 森川 誠司*; 田部井 和人*; 岩野 圭太*; 中嶌 誠門*

JNC TJ7400 2005-080, 216 Pages, 2005/03

JNC-TJ7400-2005-080.pdf:35.16MB

超深地層研究所計画(以下、MIU計画)の第1段階における岩盤力学研究では、岩芯やボーリング孔を利用した試験などにより、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して、岩盤力学モデルを構築するとともに、その岩盤力学モデルをもとに坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の挙動を推定し、その結果を坑道の力学的安定性の評価や詳細設計、さらに次段階以降の調査・研究計画の策定に反映することとしている。現在のMIU計画の進捗状況は、第1段階における調査・研究の最終段階となり、来年度からは、研究坑道の掘削施工を通じて調査研究を進める第2段階へと本格的に移行する状況である。そこで、本業務では、第1段階における最新・最終の調査結果を用いてまず、解析モデルの構築を図り、それをもとにMBCモデルによる研究坑道の掘削影響予測解析を実施し、坑道の力学安定性の評価や次段階以降の調査・研究計画の策定のための基礎資料を得る。これらの検討により、得られた知見は以下の通りである。(1)研究所用地内に削孔したMIZ-1号孔の岩芯を用いて、圧裂引張試験で発生した亀裂面に対し、一面せん断試験を行い、掘削に伴い新しく発生する新鮮な亀裂面を想定した力学特性が得られた。(2)MIZ-1号孔の調査データを詳細に検討した結果、岩盤力学特性や亀裂特性を深度別の傾向で分類し、岩盤力学モデルを構築した。(3)MBCモデルによる坑道掘削影響予測解析を行い、立坑・水平坑道では、岩盤等級や掘削損傷領域の有無、水平坑道の展開方向の違い等による周辺岩盤の挙動を検討した結果、岩盤が堅硬であるため、比較的亀裂の開口量が小さいが、水平坑道では、高傾斜亀裂の存在により側壁部の掘削影響が顕著であることが分かった。

掘削損傷領域を考慮したMBCモデルによる坑道掘削影響解析

森 孝之*; 森川 誠司*; 田部井 和人*; 岩野 圭太*

JNC TJ7400 2004-006, 58 Pages, 2004/02

JNC-TJ7400-2004-006.pdf:9.51MB

核燃料サイクル開発機構では,超深地層研究所計画(以下,MIU計画)の第1段階における研究として,掘削影響領域の予測解析手法の整備・高度化を進めている。昨年までに,岩盤内の亀裂挙動を考慮できる解析手法の1つであるMBC(Micromechanics Based Continuum Model)解析についても,2次元掘削影響解析を実施してきた。ただし,本解析手法は,通常の有限要素法の掘削解析同様,応力再配分現象のみを捉える解析となっており,発破や機械掘削により生じた掘削損傷領域を考慮していない。そこで,本業務では,MBCモデルを対象に,掘削損傷領域のモデル化手法を確立するとともに,掘削損傷領域を考慮した掘削影響解析を実施し,掘削損傷領域を考慮することによる掘削影響についての検討を行った。得られた知見については以下の通りである。1.MBCモデルで使用する岩盤や亀裂のパラメータについて感度解析を実施し,各パラメータが掘削影響領域に与える影響とその鋭敏性について検証し,亀裂密度と岩盤基質部の弾性係数の影響度が高いことが分かった。2.立坑・横坑断面に対し,掘削損傷領域を考慮した解析ケースを実施した。設定した掘削損傷領域内の亀裂密度を大きくするほど,またその領域を広げるほど,亀裂の開口量は増大し,等価せん断剛性は低減した。3.掘削損傷領域内の亀裂状態に関して,先在亀裂が進展する場合と,新たに坑道壁面平行に亀裂が発生する場合について解析を実施した結果,前者のケースは後者に比して,設定した掘削損傷領域の外へより影響が及ぶ傾向であった。4.以上の結果から,MBCモデルを用いた掘削損傷領域を考慮した掘削影響解析よる研究坑道の詳細検討は可能であることが分かった。また,研究坑道の岩盤挙動の実計測を通して本解析の検証を行うことができると思われる。

深度300mと500mにおける割れ目の分布特性の違いが地下水流動特性に与える影響に関する研究,2; 割れ目の分布特性の比較

細谷 真一*; 鈴木 一成*; 石橋 正祐紀; 澤田 淳; 渥美 博行*; 岩野 圭太*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構の瑞浪超深地層研究所における異なる岩盤領域(土岐花崗岩の上部割れ目帯と下部割れ目低密度帯)に位置する深度300mボーリング横坑(上部割れ目帯)と深度500m研究アクセス北坑道の冠水坑道(下部割れ目低密度帯)で観察された割れ目のデータを用いて、割れ目の分布特性の違いが地下水流動特性に与える影響を検討することを目的として、割れ目の分布特性を整理し、割れ目ネットワークモデルに基づく水理地質構造モデル構築のためのデータセットを作成した。また、割れ目の方向に基づき分類した各方位セットの分布特性と水理的情報とを比較することで、割れ目の方向性と透水性の関係についての予察検討を実施した。その結果、深度によって割れ目密度が異なるとともに、割れ目の方向性と透水性に関連があることが認められた。今後は割れ目の方向性と透水性の関連性などを適切にモデルに反映させるための方法論の検討を進めていく予定である。

幌延深地層研究所140m調査坑道における水理特性調査; 水平坑道の掘削影響評価

藪内 聡; 國丸 貴紀; 岩野 圭太*; 森川 誠司*; 並川 正*

no journal, , 

幌延深地層研究所の140m調査坑道において水平坑道の掘削が岩盤の水理特性に与える影響を把握するため、水平坑道壁面から約3m離れた位置で、水平坑道の掘削前から掘削中,掘削後にかけて繰り返しの透水試験や間隙水圧モニタリングを実施した。また、等価連続体モデルを用いた力学-水理の連成による掘削影響解析を実施した。透水試験の結果から、水平坑道の掘削に伴う顕著な変化は認められなかった。また、掘削影響解析により得られた透水係数分布においては、坑道近傍の限られた範囲や特に坑道底盤部に透水係数の増加域が認められた一方、透水試験を実施した場所では水平坑道の掘削を通じて透水係数の変化はなく、原位置試験結果との整合性が認められた。これらの結果から、透水試験区間においては坑道の掘削により透水性に影響を与えると考えられる空隙構造の変形などはほとんど生じていないものと考えられる。これは、140m調査坑道における岩盤力学に関する試験・計測により、岩盤の力学的な性質が明瞭に変化している範囲は坑道壁面から数十cm程度と得られている結果と矛盾しない。一方、間隙水圧モニタリングにおいては、水平坑道の切羽が間隙水圧モニタリング区間側方を掘進する約20日間に間隙水圧は0.20.3MPa程度の低下を示し、掘削影響解析で得られた間隙水圧の挙動は間隙水圧モニタリングによる計測値とよい整合を示した。

割れ目ネットワークモデルを用いた物質移動に関する研究,2; 地質学的/水理学的パラメータ間の相関性を考慮した割れ目ネットワークモデルの構築

升元 一彦*; 渥美 博行*; 岩野 圭太*; 中嶌 誠門*; 瀬尾 昭治*; 川端 淳一*; 三枝 博光; 尾上 博則; 澤田 淳

no journal, , 

超深地層研究所計画の一環として、割れ目を考慮した物質移動特性の評価を行っている。これまで、割れ目ネットワークモデル(以下、DFNモデル)に基づくモデル化及び数値解析を用いて、物質移行特性に影響を与える割れ目パラメータの評価を行ってきたが、地質学的パラメータや水理学的パラメータのパラメータ間の相関を考慮していなかった。そこで、本研究では割れ目のパラメータ間の関連性の有無がモデル化・解析結果に与える影響の評価するために、パラメータ間の相関を考慮したDFNモデルを構築し、相関を考慮していないモデルとの比較を行った。その結果、DFNモデルを構築する際、地質学的パラメータや水理学的パラメータのパラメータ間の相関性の有無により構築されるモデルが異なることを示した。

割れ目ネットワークモデルを用いた物質移動に関する研究,4; モデル構築に必要なボーリング調査の量に関わる検討

渥美 博行*; 中嶌 誠門*; 岩野 圭太*; 升元 一彦*; 瀬尾 昭治*; 川端 淳一*; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 細谷 真一*

no journal, , 

割れ目ネットワークモデルに基づく地質構造モデルを構築するにあたっては、割れ目の地質学的特性を把握することが重要である。しかし、ボーリング調査で取得される地質学的特性については、必要な調査量や調査手順といった調査の最適化のための方法論は十分に確立されているとは言えない。そこで、構築した地質構造モデルに仮想ボーリング孔をモデル化し、これと交差する割れ目情報に基づき、モデル構築に必要なボーリング調査の量に関わる検討をした。その結果、調査においては割れ目の卓越方位との遭遇率を考慮し、調査の進展とデータの関係から調査量の十分性を検討することが重要であることが示唆された。