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菊池 広人*; 宇田 俊秋*; 林 大介*; 江守 稔*; 木村 駿
原子力バックエンド研究(CD-ROM), 31(1), p.11 - 20, 2024/06
高レベル放射性廃棄物の地層処分において検討されている緩衝材ブロックを用いた処分孔竪置き方式では、緩衝材定置後から処分坑道の埋戻し材の施工完了までの間に、処分孔内へ流入する地下水の排水に伴い緩衝材の一部が流出し、人工バリアとしての機能に影響を及ぼす可能性が懸念されている。本研究は、SKBが提案するErosion modelを基に、わが国の地質環境への適用性を確認するとともに、工学的な判断(処分孔の利用可否や適切な対策の選択)を支援するための、緩衝材の流出量をより適切に評価できるモデルの開発手法の枠組みの構築を試みた。幌延URLの試験孔を利用した原位置流出試験により、Erosion modelの基となる定流量条件による要素試験とは異なる、時間経過に伴う地下水の流量の低下や、緩衝材の流出が停止する現象を確認した。これらの現象から湧水量、周辺岩盤と処分孔の水頭差、水質、材料の特性、処分孔内の状態などの影響因子を把握した。これらの知見を踏まえて、原位置で把握が可能な情報である孔内外水頭差および孔内湧水量、緩衝材の流出が懸念される期間を主な引数とした流出量評価モデルを、水頭差を制御した定水位での要素試験に基づき整備した。本検討において構築した流出量評価モデルは、Erosion modelに比べてより現実的な評価に近づけることができた。また、一連の取組を通して流出量評価モデルの開発手法を構築するとともに今後の課題について整理した。
酒井 利啓; 早野 明
JAEA-Data/Code 2021-010, 243 Pages, 2021/10
JAEA-Data-Code-2021-010.pdf:62.15MB
JAEA-Data-Code-2021-010-appendix1(CD-ROM).zip:95.55MBJAEA-Data-Code-2021-010-appendix2(CD-ROM).zip:152.69MBJAEA-Data-Code-2021-010-appendix3(CD-ROM).zip:25.48MB
幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構が北海道幌延町において堆積岩を対象として進めているプロジェクトである。本計画では、「深地層の科学的研究」と「地層処分研究開発」を、第1段階「地上からの調査研究段階」、第2段階「坑道掘削時の調査研究段階」、第3段階「地下施設での調査研究段階」の3段階に区分して進められている。このうち第2段階では、立坑および調査坑道において地質・地質構造に関する調査として坑道壁面の地質観察が行われた。坑道壁面の地質観察は掘削サイクルの中で実施されており、掘削断面ごとのデータとして取得される。本報告書は、深度380mまでの立坑および調査坑道において掘削断面ごとに取得された坑道壁面の地質観察のデータを統合・整理した結果を示す。
中山 雅; 大野 宏和; 中山 真理子*; 小林 正人*
JAEA-Data/Code 2019-003, 57 Pages, 2019/03
JAEA-Data-Code-2019-003.pdf:18.12MBJAEA-Data-Code-2019-003-appendix(CD-ROM).zip:99.74MB
幌延深地層研究計画は、堆積岩を対象に研究開発を実施しており、地層処分技術の信頼性向上や安全評価手法の高度化等に向けた研究開発を実施している。幌延深地層研究計画は、3つの段階に分けて実施しており、平成26年度からは第3段階の調査研究として、地下施設の350m調査坑道において、人工バリア性能確認試験を実施している。本試験は、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期の現象を評価する事を目的としている。具体的には、第2次取りまとめで示した処分概念が実際の地下で構築できることの実証、人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、熱-水-応力-化学連成挙動に関わる検証データの取得、である。本データ集は、検証データの取得状況について取りまとめ、計測データの散逸防止を図ることを目的としている。また、データの中には、原子力環境整備促進・資金管理センターとの共同研究において設置した、地中無線モニタリング装置によって取得されたものも含まれる。本データ集でのデータ収録期間は、平成26年12月から平成30年3月までである。計測は継続中であり、今後も随時データを取りまとめて公開する。
瀬野 康弘*; 中山 雅; 杉田 裕; 棚井 憲治; 藤田 朝雄
JAEA-Data/Code 2016-011, 164 Pages, 2016/11
JAEA-Data-Code-2016-011.pdf:8.45MBJAEA-Data-Code-2016-011-appendix(CD-ROM).zip:0.1MB
地下300m以深への地層処分が定められている高レベル放射性廃棄物(HLW)の処分場の坑道などの支保工にはコンクリートの使用が想定されている。一般に、OPCを用いたコンクリートの浸出水のpHは12
13を呈する。一方、緩衝材に用いられているベントナイトはpH約11以上の高アルカリ環境で変質し膨潤性能が低下する恐れがあり、これらのバリア機能が阻害される可能性が指摘されている。したがって、HLW処分場の支保工に使用されるセメント系材料にはバリア機能は求められていないものの、他のバリア機能を阻害しないこと、すなわち、低アルカリ性が求められている。原子力機構では、セメント系材料の低アルカリ化を目指し、コンクリートの浸出水のpHを11程度以下にすることを目標とし、OPCにシリカフュームとフライアッシュを混合させた低アルカリ性セメント(HFSC)を開発した。HFSCのHLW処分場用支保工材料への適用性に関する研究は、幌延深地層研究センターの深度140m, 250mおよび350mの水平坑道において施工を行い適用の目途を得ている。本資料は、HFSCのこれまでに実施した種々の配合試験で得られたHFSCコンクリートのフレッシュ性状や硬化物性値等について整理した。
大野 宏和; 武田 匡樹; 石井 英一
no journal, ,
本報告では、稚内層深部領域に分布する断層を対象に、幌延URLの東立坑の坑底より掘削したボーリング孔を用いて実施したダイポール試験の概要と結果について述べる。本試験で対象とした断層は、事前調査により地下水の主要な水みちとなりうることが示唆されている断層であるが、この深度の稚内層深部領域は断層の水理学的連結性が限定的であることが力学的検討から推定されている。このような断層の水理学的連結性が限定的な領域では、多孔質媒体中での拡散現象が巨視的な物質移行を支配し得る可能性がある一方で、将来的な断層活動により巨視的な物質移行特性が変化しうる可能性がある。そこで、同断層の水圧を人工的に上昇させることにより断層内にせん断破壊を誘発させ(水圧擾乱試験)、その前後でダイポール試験を実施し、断層の物質移行特性の変化を調べた。本試験結果は、先行研究により指摘された稚内層深部の断層の水理学的不連結性を支持するとともに、断層が再活動しても、断層の物質移行特性が大きく変化しなかったことを示す。今後は、試験結果のより詳細な解析を実施する予定である。
能城 悠*; 森川 佳太*; 武田 匡樹; 大野 宏和; 小野 誠*
no journal, ,
拡散試験は岩石の基質中における実効拡散係数(De)や分配係数(Kd)を取得するための試験である。岩石試料を用いた室内拡散試験にはIn-diffusion法やThrough diffusion法などの試験方法が確立されており、多数の試験実績が報告されている。一方でボーリング孔の周辺岩盤を対象とした原位置拡散試験については、国内かつ地下深部での実績はほとんどないのが現状である。われわれは幌延深地層研究計画における地層処分研究開発の一環として原位置拡散試験(以下、原位置試験)を実施するにあたり、その試験目的に適した原位置拡散試験装置(以下、試験装置)を開発した。本発表では、原位置試験計画、開発した試験装置の構造及び原位置試験結果について報告する。
伊藤 剛志*; 舘 幸男; 根本 一昭*; 佐藤 智文*; 武田 匡樹; 大野 宏和
no journal, ,
堆積岩中の物質移行モデルの確証に資するため、幌延URLの350m調査坑道において岩石マトリクス中の原位置トレーサー試験及び解析を行い、室内と原位置とのデータの整合性やモデルの適用性を評価した。
天野 由記; 佐々木 祥人; 伊勢 孝太郎; 岩月 輝希
no journal, ,
瑞浪URLの対象である花崗岩および幌延URLの対象である堆積岩の様々な深度から地下試料を採取して、深部地下に生息する微生物群集分布と現存量に関する調査研究を進めてきた。その結果、現存量や微生物サイズ分布の岩層への依存性を確認するとともに、16S rRNA遺伝子のクローンライブラリー解析や次世代シーケンス解析の結果から、その多くが未培養系統群に属する新規の微生物群集により構成されていることを明らかにしてきた。また、各種の代謝機能遺伝子の定量PCR解析や周辺の地球化学分析により、地下環境における微生物の代謝機能に関する評価も実施している。北海道北部の幌延地域に建設されている幌延URL周辺の地下水中には高濃度のメタンおよび二酸化炭素が溶存するとともに、水素および二酸化炭素を基質とするメタン生成菌が優先して存在することが明らかにされている。一方で、瑞浪URL周辺の微生物群集は、幌延サイトと比較すると現存量、サイズとも1オーダー以上も小さく、その群集組成も堆積岩系の幌延サイトとは全く異なるものであることが明らかにされてきた。本講演では、日本における2ヶ所の地下施設とその周辺のボーリング孔を利用した微生物学的調査に基づいて集積された微生物生態学的特性について紹介しつつ、地球化学特性データをもとに原位置環境で起こっている微生物の代謝活性について議論を展開する。
木村 駿; 中山 雅; 木野田 君公; 棚井 憲治; 丹生屋 純夫*; 志村 友行*; 深谷 正明*
no journal, ,
幌延深地層研究センターの地下施設の350m調査坑道で実施中の人工バリア性能確認試験では、緩衝材膨出センサーを緩衝材-埋め戻し材境界部に配置し、緩衝材の膨出挙動に関する計測を行っている。膨出センサーは板の上に一定間隔でひずみゲージが取り付けてあり、緩衝材が膨出することで板が変形しひずみが計測されるシステムとなっている。本報告では、膨出センサーによって計測されたひずみデータから換算された膨出量からセンサー配置箇所周辺の緩衝材の膨潤変形挙動を推定するとともに、その他の変位計測結果などとの照らし合わせを行い、検証した結果について報告する。
大野 宏和; 武田 匡樹; 石井 英一; 川手 訓
no journal, ,
幌延URL地下350mには稚内層と呼ばれる泥岩が分布しており、亀裂性媒体と多孔質媒体の両者の特性を併せ持つ。本報で報告する原位置拡散試験は、多孔質媒体の特性を持った基質部を対象とした試験であり、泥岩中の収着・拡散特性を明らかにすることを目的としている。試験は、地下350m坑道の底盤から深度約3mの試験孔を3本掘削し、コア観察、単孔水理試験、拡散試験、オーバーコアリングを実施した。コア観察と水理試験の結果、試験区間周辺に構造性の天然割れ目はなく、透水係数はD-02孔からそれぞれ2.2E-10, 4.1E-10, 1.2E-10[m/s]であったことから、割れ目のない基質部として妥当であることを確認した。トレーサーの拡散係数や分配係数の違いにより、減衰曲線の傾きが異なり、D-03孔は一番孔径が大きいため、D-05孔と比較して減衰傾向も大きかったが、緩衝材を設置したD-02孔については顕著な違いは見られなかった。今後は、数値解析や既存データとの比較等により、収着・拡散特性の評価を進めていく予定である。
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。
大野 宏和; 武田 匡樹; 石井 英一; 舘 幸男
no journal, ,
地層処分研究開発において、安全評価の信頼性向上のためには地下深部における天然バリア中の物質移行現象を明らかにする必要がある。本報告では幌延URL地下350mで実施した泥岩中の割れ目を対象とした原位置トレーサー試験の解析検討について報告する。
長岡 亨*; 平野 伸一*; 小鯖 匠*; 天野 由記; 望月 陽人
no journal, ,
本研究では、地下環境に生息する多様な微生物が引き起こす腐食挙動を評価することを目的に、実際の地下環境において圧縮ベントナイト中に包埋した炭素鋼試験片の腐食試験を実施した。試験は、日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センターの深度250m連絡坑道にて行った。地層処分環境を模擬するために、試験セル内の圧縮ベントナイト供試体は、100%ベントナイト材料(クニゲルV1)を用いて、異なる乾燥密度(1.0, 1.4, 1.6, 1.8g/cm
)となるように、大気雰囲気下において油圧プレス機により圧縮成型した。それらの試験セルをボーリング孔内に浸漬させ、止水パッカーにて大気と遮断することにより開始した。試験セル浸漬後、所定期間経過ごとに試験セルを回収して、ベントナイト中の生菌数測定および16S rRNA遺伝子解析に用いるとともに、炭素鋼試験片については重量減損量測定および腐食生成物の分析をおこなった。その結果、異なる乾燥密度条件における圧縮ベントナイト供試体中の炭素鋼試験片の重量は、すべての条件下において炭素鋼試験片重量の減損が認められ、乾燥密度が小さいほど、減損量が大きい傾向を示した。特に最小の乾燥密度1.0g/cmの場合に減損量が大きく、乾燥密度1.4g/cm以上では腐食が抑制されることがわかった。また腐食速度は、試験初期に比べて、試験後期に低下する傾向があることがわかった。腐食挙動に及ぼす微生物の影響を評価するため、回収したベントナイト試料中の生菌数を測定した。その結果、好気性生菌数は、乾燥密度の増加に伴い、低下する傾向が認められた。また16S rRNA遺伝子解析の結果、乾燥密度が高い場合の微生物叢は初期のベントナイト中の微生物叢と類似した構成を示す一方、乾燥密度が低い場合の菌叢は、大きく変化していることがわかった。これらのことから、乾燥密度が低い場合には、圧縮ベントナイト中で微生物が活性を有し、腐食を促進させる可能性が示唆された。
平野 伸一*; 長岡 亨*; 小鯖 匠*; 天野 由記; 望月 陽人
no journal, ,
一般的に金属が腐食を受けにくい環境において急速な腐食や局所腐食などが生じる場合があり、そのような反応には微生物が誘因する微生物腐食が影響する事象が報告されている。深部地下に放射性廃棄物を埋設する地層処分では、放射性廃棄物の閉じ込めを確実とするため放射性廃棄物を人工バリア(オーバーパック(金属製処分容器)、緩衝材)で包埋する概念が検討されている。深部地下においても多様な微生物が存在するため、この人工バリアの閉じ込め性能を評価する上で、微生物による金属製処分容器の腐食影響を考慮する必要性がある。しかし、これまで地下に存在する微生物を対象とした腐食の研究事例は限られている。そこで、本研究では、幌延深地層研究センターの深部地下水を対象として鉄腐食を引き起こす微生物の存在を探索し、その腐食活性を評価することを目的とした。幌延深地層研究センターの地下施設から採取した地下水中の微生物について、炭素鋼片を浸漬し、嫌気条件下で培養をおこなった。その結果、一部の地下水培養液においてメタンガスが検出され、炭素鋼試験片の顕著な重量減損と表面の局部的な減肉が観察された。培養後の地下水に含まれる微生物相の解析をおこなったところ、腐食活性が見られた試料ではメタン菌Methanobacterium属の比率増加が認められたことから、鉄顆粒等を用いてさらに集積培養を行い、メタン菌単離株を取得した。単離株の16S rRNA遺伝子配列解析の結果から本株をMethanobacterium sp. H04株と命名した。炭素鋼片を用いた2か月間の腐食試験を行った結果、重量減損量は45mgに達し、非植菌区と比較して腐食量は約20倍に増加した。腐食速度としては0.5mm/yに達し、既報の海洋性EMICメタン菌Methanobacterium sp. IM1株や淡水性EMICメタン菌Methanobacterium sp.TO1株と同程度の高い腐食活性を有することが明らかになった。
