Modelling heterogeneous hydration behaviour of bentonite by a FracMan-Thames coupling method for the Bentonite Rock Interaction Experiment (BRIE) at sp HRL

澤田 淳; 坂本 和彦*; 綿引 孝宜*; 今井 久*

SKB P-17-06, 154 Pages, 2023/08

An aim of Task 8, which was 8th modeling task of the SKB Task Forces on Groundwater Flow and Transport of Solutes, was to improve the knowledge of the bedrock-bentonite interface with regard to groundwater flow, mainly based on a set of data obtained by Bentonite Rock Interaction Experiment (BRIE) at sp. JAEA had developed an approach to Task 8 assuming that the discrete features dominate the delivery of groundwater to the bentonite columns emplaced into the vertically drilled boreholes from TASO tunnel floor, resulting in heterogeneous bentonite wetting behavior. This assumption was implemented as a FracMan Discrete Fracture Network (DFN) model for groundwater flow. Due to the assumption, no permeable rock matrix was implemented. The variability and uncertainty of this stochastic "HydroDFN" model was constrained by conditioning the model to match measured fracture location and orientation, and specific capacity (transmissivity) data observed at five probe boreholes. Groundwater from the HydroDFN being delivered to the bentonite columns, was modeled using Thames code with implementing a specific feature at the interface between the fractured rock mass and the bentonite. This modeling approach and the assumption of fracture dominated bentonite wetting appears to be able to provide a reasonable approximation to the observed heterogeneous bentonite wetting behavior of BRIE. We would suggest that a systematic investigation at pilot holes, including both geological mapping of the fractures and also testing of the hydraulic properties, might be required to get more practical prediction of heterogeneous wetting behavior in bentonite, as observed in BRIE.

回転円筒型液液抽出装置内における流動・分散・物質移動シミュレーション

佐野 雄一; 坂本 淳志; 竹内 正行; 三角 隆太*; 國井 佳奈子*; 轟 慧*; 仁志 和彦*; 上ノ山 周*

化学工学論文集, 44(6), p.335 - 340, 2018/11

https://doi.org/10.1252/kakoronbunshu.44.335

高い処理能力や相分離能力などの特徴を有する回転円筒型液液抽出装置に関して、装置の性能向上を目指す上で重要となる装置内部での流動・分散特性について、装置の運転条件の違いが及ぼす影響やこれによる抽出性能の変化について知見を得ることを目的に、乱流数値モデルにもとづいた解析を実施するとともに、実験結果との比較を行った。ロータ回転数の増加や供給液流量の低下により、アニュラー部における液相の存在領域が上下に分断される傾向が示されるとともに、いずれの条件においてもアニュラー下部においてはロータ中心部に向かう流れの形成が確認された。分散相の液滴径は、ロータ回転数の増加および供給液流量の低下により減少する傾向が認められた。以上の結果は、実験により得られた傾向と一致した。さらに、水相/有機相間の物質移動を考慮した解析により、ロータ回転数の違いによる抽出性能の変化が概ね再現できることを確認した。

回転円筒型液液抽出装置における流動状態におよぼす操作条件の影響

三角 隆太*; 國井 佳奈子*; 轟 慧*; 仁志 和彦*; 上ノ山 周*; 佐野 雄一; 坂本 淳志; 竹内 正行

化学工学論文集, 44(3), p.135 - 141, 2018/05

https://doi.org/10.1252/kakoronbunshu.44.135

原子力分野の使用済核燃料再処理プロセスでは回転円筒型液液抽出装置の利用が注目されているが、抽出効率に大きく関連する装置内の流動状態に対する操作条件の影響については十分な検討が行われていない。本研究では、主要な操作因子であるロータ回転数や溶液の供給流量が異なる条件を対象に、混合部の流動状態の観察、ならびにParticle Image Velocimetryによる流速分布測定を行った。ロータ回転数や溶液の供給流量が変化した場合に、装置内の混合部の流動状態が、(a)混合部底面からロータ下部までが液体で満たされロータの回転の影響が流速分布に強く影響する状態(流動状態A)、(b)混合部下部における液の存在領域が、槽底の固定羽根近傍とロータ下部近傍に鉛直方向に大きく2つに分断される状態(流動状態B)、(c)これら2つの状態の過渡的な状態(遷移状態)の3種類の状態に分類されることを明らかにした。8枚の固定羽根が槽底に放射状に取り付けられた混合部では、2枚の固定羽根と槽壁に囲まれた各領域内で、槽壁近傍ではロータの回転方向に沿った流れが形成され、下流側の固定羽根に沿って曲げられ槽底中心部に流れ込むフローパターンであることがわかった。流動状態Aでは、混合部内の水平断面内の流速分布はロータ回転数に対しておおよそ比例するが、流動状態Bでは流動状態Aより流速が遅く、ロータ回転数には比例しないことがわかった。

遠心抽出器によるTDdDGA溶媒系での向流多段抽出/逆抽出試験

木部 智; 藤咲 和彦*; 安倍 弘; 坂本 淳志; 佐野 雄一; 竹内 正行; 鈴木 英哉; 津幡 靖宏; 松村 達郎

JAEA-Research 2015-021, 40 Pages, 2016/02

JAEA-Research-2015-021.pdf:2.3MB

PUREXプロセスの抽出ラフィネートからMAを回収するプロセス開発の一環として、抽出剤にTDdDGAを用いたフローシートの開発を進めている。これまでに、小型ミキサセトラを用いたMA回収試験を実施し、各元素の抽出・逆抽出挙動を評価しているが、油水間の不十分な相分離に起因するものと考えられる各元素の回収率の低下等の問題が確認されている。そのため本試験では次世代センターと基礎工センターの連携の下、油水間の相分離性に優れる遠心抽出器を用いて、模擬ラフィネートを対象とした向流多段抽出/逆抽出試験を実施し、各元素の抽出・逆抽出挙動を評価するとともに、ミキサセトラを用いた際の同挙動との違いについて、比較・検討した。本試験を通して、エントレイメントやオーバーフロー等の異常は認められず、相分離性も良好であった。MAと同様の挙動を示す希土類元素では、ミキサセトラを用いた際と同等の抽出挙動が得られ、相分離性の違いにもとづく影響は認められなかった。逆抽出効率は若干低下する傾向が認められたが、これは遠心抽出器特有の二相混合時間の短縮が一因として示唆される。

Task 7 groundwater flow and transport modelling of fracture system at regional, block, and single-fracture scale flow and transport, Olkiluoto

澤田 淳; 三枝 博光; 竹内 真司*; 坂本 和彦*; Dershowitz, W. S.*

SKB P-13-46, 82 Pages, 2015/12

http://www.skb.com/publication/2483384/

This report summarises the progresses of groundwater flow and transport modelling studies, called Task7 defined by Aspo Task Force on modelling of groundwater flow and transport of solutes. Task7 concerns the uncertainties of hydrogeological model developed by using Olikiluoto site characterization data set, and aims to provide a bridge between the information derived from site characterisation and performance assessment (PA). Task 7 has a specific object: how information from POSIVA Flow Log (PFL) can be used to maximum benefit, to reduce key uncertainties for modelling hydrogeological structure, and PA relevant groundwater flow behaviour. The overall strategy of Task 7 is to progress from the large scale, Olkiluoto island scale, to the much smaller scale that of the tunnel scale of the host rock. This task was very useful for advancing the ability of hydraulic data to improve and condition to key hydrostructural structure at each modelling scale, by using a series of the PFL data.

50cmスケールの岩石試料の亀裂開口幅測定データに基づく亀裂の透水特性評価

澤田 淳; 鐵 桂一*; 坂本 和彦*

第40回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.236 - 241, 2011/01

亀裂性岩盤を対象とした地下水流動評価や核種移行評価には、亀裂を一枚の均質な平行平板に近似したモデルを一般的に用いる。実際の亀裂は複雑な形状を呈しており、これを平行平板モデルで表現する際、透水量係数や亀裂開口幅の値をどのように設定するかが課題となる。本研究では、天然の亀裂を含む50cmスケールの花崗岩試料を、亀裂に直交する方向に1mmごとに精密研削して各断面における亀裂断面の観察から亀裂開口幅の分布データを得た。その結果から亀裂の透水特性を評価し、透水試験により得られた亀裂の透水特性との比較を通じて亀裂開口幅の分布と透水特性の関係を検討する。

カラー図解,プラズマエネルギーのすべて

高村 秀一*; 門 信一郎*; 藤井 隆*; 藤山 寛*; 高部 英明*; 足立 和郎*; 森宮 脩*; 藤森 直治*; 渡辺 隆行*; 林 泰明*; et al.

カラー図解,プラズマエネルギーのすべて, P. 164, 2007/03

核融合並びにプラズマに興味を持ってもらい、またその有用性,将来性を広く理解してもらうための一般向け解説書として、プラズマ・核融合学会の企画(日本実業出版社から出版予定)に共同執筆で出版するものである。読者の対象範囲は、理科に興味を持つ高校生,大学生・一般社会人,ある種のプラズマに仕事で関連している人で、他分野からのヒントを求める人など、広い層に読んでもらえることを想定している。(目次:はじめに/プラズマってなんだ?/プラズマ技術のひろがり/実験室の超先端プラズマ/核融合プラズマエネルギーとは?/プラズマエネルギーへの道/核融合プラズマエネルギー発電所を目指して/プラズマエネルギーと未来社会)

A Numerical study on the correlation between fracture transmissivity, hydraulic aperture and transport aperture

澤田 淳; 武部 篤治*; 坂本 和彦*

no journal, , 

亀裂中の地下水流速を定量的な評価は、放射性廃棄物の地層処分のように汚染物質の移行評価上の重要な役割を担う。亀裂ネットワークモデルのような水理地質構図モデルにおいては、物質移行開口幅が地下水流速を推定するために必要なパラメータの一つとなる。物質移行開口幅,水理学的開口幅と透水量係数の関係について検討するために、不均質に分布する開口幅を持つ単一亀裂モデルを用いた数値解析を実施した。その結果、幾何学的開口幅の平均値が上記3つのパラメータに与える影響が大きいことがわかった。また、亀裂の接触面積率がJRC(亀裂表面の粗度)より透水量係数に与える影響が強い一方でJRCが流速や物質移行開口幅に与える影響が大きいことがわかった。

Characterization of fracture aperture for groundwater flow and transport

澤田 淳; 佐藤 久; 鐵 桂一*; 坂本 和彦*

no journal, , 

不均質に分布する亀裂開口幅が亀裂中の水理物質移行現象に与える影響を評価するために、研削した岩体亀裂の観察による透水に寄与する実際の亀裂の開口幅分布データ取得するとともに、複雑な形状を呈する亀裂中における水理物質移行現象を定量的に測定するために、岩体亀裂の透明レプリカ試料を用いた光学的な測定手法により亀裂開口幅及びトレーサー濃度分布を測定した。また、亀裂形状特性を表す複数のパラメータを用いた亀裂の数値モデルによる解析評価を実施した。これらの成果は、平行平板モデルに用いられる亀裂開口幅をより適切に設定する手法の構築に資することができる。

磁気軸受型遠心抽出器の開発,7; 線照射環境下での稼働試験

坂本 淳志; 荻野 英樹; 藤咲 和彦*; 小泉 聡*; 平野 弘康

no journal, , 

「高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)」の一環として、遠心抽出器の寿命を飛躍的に向上させるために磁気軸受型装置を開発している。磁気軸受は機械的な接触による劣化は生じないので、耐久性に関し放射線による装置への影響が最も重要である。これまでに部品照射試験を行い基本的な設計を固め、抽出器を照射する試験を実施した。10年相当の照射における耐久性(2.610C/kg)を目標に掲げたが、5年に満たない照射線量で起動不可能となった。この成果を踏まえ、制御方法の変更や電気配線の被覆等の改良を行い、改めて稼働試験を実施し、結果として10年相当の照射を受けての連続稼動を達成した。