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論文

Evolution of the reaction and alteration of granite with Ordinary Portland cement leachates; Sequential flow experiments and reactive transport modelling

Bateman, K.*; 村山 翔太*; 花町 優次*; Wilson, J.*; 瀬田 孝将*; 天野 由記; 久保田 満*; 大内 祐司*; 舘 幸男

Minerals (Internet), 12(7), p.883_1 - 883_20, 2022/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.80(Geochemistry & Geophysics)

The construction of a repository for geological disposal of radioactive waste will include the use of cement-based materials. Following closure, groundwater will saturate the repository and the extensive use of cement will result in the development of a highly alkaline porewater, pH $$>$$ 12.5; this fluid will migrate into and react with the host rock. The chemistry of the fluid will evolve over time, initially high [Na] and [K], evolving to a Ca-rich fluid, and finally returning to the groundwater composition. This evolving chemistry will affect the long-term performance of the repository, altering the physical and chemical properties, including radionuclide behaviour. Understanding these changes forms the basis for predicting the long-term evolution of the repository. This study focused on the determination of the nature and extent of the chemical reaction, as well as the formation and persistence of secondary mineral phases within a granite, comparing data from sequential flow experiments with the results of reactive transport modelling. The reaction of the granite with the cement leachates resulted in small changes in pH and the precipitation of calcium aluminum silicate hydrate (C-(A-)S-H) phases of varying compositions, of greatest abundance with the Ca-rich fluid. As the system evolved, secondary C-(A-)S-H phases re-dissolved, partly replaced by zeolites. This general sequence was successfully simulated using reactive transport modelling.

論文

Evolution of the reaction and alteration of mudstone with ordinary Portland cement leachates; Sequential flow experiments and reactive-transport modelling

Bateman, K.; 村山 翔太*; 花町 優次*; Wilson, J.*; 瀬田 孝将*; 天野 由記; 久保田 満*; 大内 祐司*; 舘 幸男

Minerals (Internet), 11(9), p.1026_1 - 1026_23, 2021/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.89(Geochemistry & Geophysics)

The construction of a repository for geological disposal of radioactive waste will include the use of cement-based materials. Following closure, groundwater will saturate the repository and the extensive use of cement will result in the development of a highly alkaline porewater, pH $$>$$ 12.5. This fluid will migrate into and react with the host rock. The chemistry of the fluid will evolve over time, initially high [Na] and [K], evolving to a Ca-rich fluid and finally returning to the groundwater composition. This evolving chemistry will affect the long-term performance of the repository altering the physical and chemical properties, including radionuclide behaviour. Understanding these changes forms the basis for predicting the long-term evolution of the repository. This study focused on the determination of the nature and extent of the chemical reaction; the formation and persistence of secondary mineral phases within an argillaceous mudstone, comparing both data from sequential flow experiments with the results of reactive transport modeling. The reaction of the mudstone with the cement leachates resulted in small changes in pH but the precipitation of calcium aluminium silicate hydrate (C-A-S-H) phases of varying compositions. With the change to the groundwater secondary C-(A-)S-H phases re-dissolved being replaced by secondary carbonates. This general sequence was successfully simulated by the reactive transport model simulations.

口頭

Development of solute transport modelling for multiple flow paths around the faults in mudstone

武田 匡樹; 大野 宏和; 舘 幸男; 村山 翔太*

no journal, , 

本検討では移行経路の不均質を踏まえ、3つの移行経路に対しフロー領域(移流が生じる領域)およびスタグナント領域(移流が生じない領域)を仮定したモデルを原位置トレーサー試験結果に適用することにより、泥岩中の断層の物質移行特性を評価した。パルス入力による試験結果と解析結果とは良い一致を示したものの、定常入力による試験結果はウラニン,モリブデン,セシウムについて、破過曲線の形状に乖離が見られた。この乖離は解析結果の方が試験結果に比べてトレーサー回収率が過大であることに起因すると考えられる。今後は移行経路の不均質性をより適切に考慮可能な物質移行モデルの開発を進めていく予定である。

口頭

幌延URLにおける物質移行特性評価; 泥岩中の断層帯を対象とした原位置トレーサー試験

村山 翔太*; 武田 匡樹; 大野 宏和; 舘 幸男

no journal, , 

複数の割れ目を含む断層帯を対象とした物質移行を評価する上では、実際の断層帯の場の特性を踏まえた適切な物質移行モデルを構築することが必要であり、そのためには原位置トレーサー試験によってトレーサーの移行経路や移行特性に関する情報を取得することが重要である。本発表では幌延URLの350m調査坑道における断層帯を対象としたトレーサー試験によって破過データを取得するとともに、トレーサー試験後に採取したコア試料の観察および割れ目表面のトレーサー濃度分析に基づき、割れ目の空間分布とトレーサーの移行経路の推定を試みた。さらに、それらの情報を基づく、解析モデルを構築し、試験結果の解釈を通じて、モデルの有効性を確認した。

口頭

花崗閃緑岩の割れ目中のトレーサー移行挙動の評価,2; モデルによる解析

村山 翔太*; 深津 勇太; 石寺 孝充; 舘 幸男

no journal, , 

地層処分の安全評価において、岩盤中の放射性核種の移行挙動を予測するため、岩石の不均質性を考慮した核種移行の現象理解と移行モデルの開発は重要である。これまでに原子力機構では、スイスのグリムゼル花崗閃緑岩の割れ目を対象にした室内試験データを元に、割れ目表層からマトリクス部にかけて存在する変質層を考慮した移行モデルを構築し、変質層での収着と拡散の重要性を示してきた。本研究では、先行研究及び室内トレーサー試験の結果(本シリーズ発表1)に基づき、岩石割れ目の不均質性(割れ目中の充填物、割れ目表層の変質層、流路の制限)を考慮したモデルを構築して割れ目中の核種移行挙動を解析し、その不均質性が核種移行へ及ぼす影響を評価した。

口頭

花崗閃緑岩の割れ目中のトレーサー移行挙動の評価,1; 室内トレーサー移行試験

深津 勇太; 赤木 洋介*; 佐藤 久夫*; 村山 翔太*; 石寺 孝充; 舘 幸男

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、岩盤中の割れ目は、放射性核種の主な移行経路として想定されている。割れ目中の核種は地下水の流れにより移行するが、割れ目の形状や性状が均一でないことから、その不均質性が移行挙動へ及ぼす影響の評価が課題である。これまでに原子力機構では、原位置試験場から採取した岩石の天然の割れ目を対象に、核種の移行挙動の理解及びモデル開発を進め、割れ目開口幅や割れ目表面近傍の変質層の重要性を示してきた。一方で、これまでに対象とした試料では数cm程度の移行評価にとどまり、より大きなスケールで想定される流路の選択性や連続性が移行挙動に及ぼす影響の評価が課題であった。本研究では、数十cm程度の移行距離を想定した大型の花崗閃緑岩の割れ目を対象に、トレーサー移行試験及びX線CT測定を実施した。それらの結果から、移行挙動に影響を及ぼすことが予想される割れ目の構造やトレーサーの流路の不均質性を調べた。

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