地層処分場におけるガスの拡散・移行に関する検討

棚井 憲治; 佐藤 治夫; 村上 文啓*; 井上 雅弘*

JNC TN8400 99-045, 108 Pages, 1999/11

JNC-TN8400-99-045.pdf:4.48MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア候補材料の一つである炭素鋼オーバーパックから発生した水素の緩衝材中の移動特性と水素ガスが及ぼす影響について検討するため、緩衝材の候補材料であるベントナイト単一材料および30wt%ケイ砂混合材料を対象とした溶存水素の拡散試験およびガス移行試験を実施し、基本データの取得およびガス移行メカニズムの把握を行った。また、これらの試験により得られたデータに基づいて拡散およびガス移行それぞれに関わる解析的検討を実施した。溶存水素の拡散試験結果から、ケイ砂混合系(ケイ砂混合率30wt%,乾燥密度1.6Mgm-3)での拡散係数は、10-11m2s-110-10m2s-1の範囲にあり、諸外国の試験結果の範囲とほぼ一致していた。また、拡散係数は、乾燥密度1.6Mgm-3に比べて1.8Mgm-3の値がやや小さく、また、25に比べて60の時の値の方がやや大きい傾向を示した。ガス移行試験においては、ベントナイト単一材料で乾燥密度1.8Mgm-3の場合におけるガス有効浸透率は、10-2110-20m2程度であり、30wt%ケイ砂混合系で乾燥密度1.6Mgm-3の場合10-17m2程度である。また、ガスがベントナイトを透気するための破過圧力は乾燥密度に比例して大きくなる傾向にあるとともに、膨潤応力にほぼ比例しており、その値はおおむね膨潤応力程度と推定された。さらに、繰り返し試験結果から、ガスの移行によって緩衝材中に生成される移行経路は、ベントナイトの自己シール性によって修復されることがわかった。溶存水素の拡散解析の結果からは、炭素鋼オーバーパックの腐食速度を5my-1,溶存水素の拡散係数を2x10-11m2s-1とした場合、水素発生開始から1万年後にはオーバーパックと緩衝材の界面にガス発生量の81%程度が蓄積するとともに、その蓄積圧力は16MPa程度であることがわかった。一方、ガス移行解析では、発生した水素ガスのほぼ全量が周辺岩盤に移動するとともに、間隙圧力への寄与は小さく、かつ、緩衝材中の間隙水の排出量も30年以降ほぼゼロに近い値となることがわかった。これらより緩衝材や岩盤の構造力学的安定性や核種移行に影響を与えないことが示された。

Parallel computing for fluid/structure coupled simulation

木村 俊哉; 大西 亮一*; 太田 高志*; Guo, Z.*

Parallel Computational Dynamics, p.267 - 274, 1999/00

並列計算機上において、流体力学と構造力学の相互作用する問題を解析するための計算コードを開発した。流体解析は3次元のオイラー方程式を有限差分法を用いて移動格子上で解き、また構造解析は構造運動方程式を有限要素法を用いて解いている。流体解析コード、構造解析コード、格子形成コードはMPMD形式で、異なるプロセッサグループ上に分配されデータ交換を行いながら並列に計算を進める。

TRU廃棄物処分システムにおける人工バリアの長期力学的挙動の研究

阿部 裕*; 深沢 栄造*; 平 和男*; 田中 俊行*; 清水 保明*; 奥津 一夫*; 塩崎 信久*; 古市 光昭*

PNC TJ1100 95-004, 114 Pages, 1995/03

PNC-TJ1100-95-004.pdf:3.51MB

TRU廃棄物は、高レベル放射性廃棄物と比較して発生量が多いが、発熱性があるものが少ないため、深地層中に大空洞を掘削して処分することが合理的である。本研究では処分システムが施工性の観点から成立するかを諸外国の例や既存の構造物等を調査し検討する。また人工バリアにどのような力学的挙動を生じるかを検討し、基本力学定数の取得を行う。本年度の研究成果を以下に示す。1)諸外国のTRU廃棄物処分システムの例や既存の地下構造物等を調査して、施工性の観点からの処分システムの成立性を検討した。2)人工バリア材に長期力学的な観点からどのような挙動が生じるかを検討し、それらの挙動を評価するための既存モデル及びそのモデルに対する力学的定数の調査を行った。3)Ca化されたNaベントナイトの基礎的な物性(膨潤圧、三軸圧縮強度)を取得し、既存の知見とともに、Ca化されたベントナイトの諸物性を検討した。4)今後の力学的挙動の研究の進め方及び既存の評価モデルに追加すべき機能について検討した。