物質移行と地球化学反応を連成させた人工バリア変質解析コードの開発

笹川 剛; 向井 雅之; 澤口 拓磨

JAEA-Data/Code 2021-012, 122 Pages, 2022/01

JAEA-Data-Code-2021-012.pdf:3.87MB

高レベル放射性廃棄物や炉内等廃棄物などの放射性廃棄物を処分する際には、人工バリアと天然バリアから構成される多重バリアシステムにより、公衆への被ばくを低減することが求められる。これらのバリアのうち、人工バリアは、放射性核種の閉じ込め機能を発揮することが期待されている。人工バリアに使用されることが想定される材料は、時間とともに変質し、その性能も変化する。変化する性能を的確に評価するためには、人工バリアの長期的な状態変化を解析的に推定することが重要である。人工バリアの状態は、その内部で生じる物質移行と地球化学反応とにより変化するが、これらは相互に関連し合う現象であるため、連成して解析することが必要である。そこで、人工バリアの長期的な状態変化、特に、ベントナイト系緩衝材の人工バリア性能として重要な透水性を主な対象として解析するコードとしてMC-BUFFERを開発してきた。本報告書は、人工バリアに期待される機能、その性能に影響するパラメータ、MC-BUFFERに実装したモデル、MC-BUFFERの構成と機能、入力ファイルの使用と出力例、MC-BUFFERの実行方法およびサンプルランなどについてまとめたものである。

A Study of methods to prevent piping and erosion in buffer materials intended for a vertical deposition hole at the Horonobe Underground Research Laboratory

城 まゆみ*; 小野 誠*; 中山 雅; 朝野 英一*; 石井 智子*

Geological Society Special Publications, 482, 16 Pages, 2018/09

https://doi.org/10.1144/SP482.7

The phenomena of "piping and erosion" are serious problems for the integrity of the buffer material as an element of engineered barrier systems in geological disposal for high-level radioactive waste. In this study, the outflow behavior and condition in buffer material has been investigated using a test pit drilled in host rock at Horonobe Underground Research Laboratory to acquire the knowledge to consider countermeasures to contain the outflow of the buffer material. The following are results. (1) The phenomena of "piping and erosion" occurred irrespective of injection flow rate. However, when the rate is small, it is considered that buffer material can be self-repairing and the erosion of buffer material can be suppressed. (2) When injection water contains a lot of electrolyte, the surface of buffer material peels off and precipitates, possibly suppressing waterproof performance. (3) It is considered that bentonite pellets are effective for countermeasures against buffering "piping and erosion".

Dissolution of montmorillonite in compacted bentonite by highly alkaline aqueous solutions and diffusivity of hydroxide ions

中山 真一; 坂本 好文; 山口 徹治; 赤井 政信; 田中 忠夫; 佐藤 努*; 飯田 芳久

Applied Clay Science, 27(1-2), p.53 - 65, 2004/10

https://doi.org/10.1016/j.clay.2003.12.023

放射性廃棄物処分場で用いられるセメントに起因する高アルカリ環境は、ベントナイト系緩衝材の主要鉱物であるモンモリロナイトを変質させ、これが緩衝材の長期性能を劣化させる可能性が指摘されている。緩衝材に最も期待される性能の一つである止水性能に及ぼすアルカリ環境の影響を定量的に予測するために、圧密成型したベントナイト-砂混合中におけるアルカリ(水酸化物イオン)の拡散及びアルカリ水によるモンモリロナイトの溶解に関する実験を行った。溶解実験はpH 1314,温度90170Cで行い、変質速度の時間依存性及び温度依存性を得た。また、拡散実験は、変質の影響を排除して拡散現象だけを観察できるように、1050Cの低温で行い、1010m/sの値を得た。これらのデータは今後長期予測のためにモデルが開発される、化学反応-物質輸送連成解析に用いられる。

Characterization of Fe-montmorillonite; A Simulant of buffer materials accommodating overpack corrosion product

香西 直文; 安達 美総*; 川村 幸*; 稲田 貢一*; 小崎 完*; 佐藤 正知*; 大橋 弘士*; 大貫 敏彦; 馬場 恒孝

Journal of Nuclear Science and Technology, 38(12), p.1141 - 1143, 2001/12

https://doi.org/10.3327/jnst.38.1141

本論文ではFe型モンモリロナイトの特性評価について述べる。Fe型モンモリロナイトは、炭素鋼オーバーパック腐食生成物が緩衝材中を拡散した状態を模擬している。Na型やCa型の天然のモンモリロナイトは陰イオンであるSe(VI)を吸着しない。著者らは、Fe型モンモリロナイトがSe(VI)を吸着することを見いだした。

高並列可視化処理時におけるZバッファ画像合成処理

金子 勇; 村松 一弘

JAERI-Data/Code 2000-020, p.16 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-020.pdf:0.88MB

多数のプロセッサを有する高並列計算機上においては、領域分割による数値計算手法が用いられる。ここで、解析規模の増大してきている現状では、これらの解析結果の可視化を計算本体と同時に各プロセッサで同時に行う手法が現実的なものとなりつつある。特に、リアルタイムに計算結果を可視化するという、実時間可視化を行う際には、この手法は必須のものである。そして、このような多数のプロセッサを用いて画像レンダリングを行う手法の場合、各プロセッサのレンダリング結果を最終的に一つの画像に合成する処理を行う必要があり、これは、Zバッファを用いた画像合成手法で処理が行われる。しかし、数十プロセッサを超える規模でそのZバッファ画像合成手法を行うと、処理の低速化並びに各プロセッサでのローカルメモリ不足という問題が発生する。そこで本報告では、Zバッファ画像合成処理を演算子と考え、これがReduceオペレータという特殊な演算子であることを用いた並列化手法、並びに背景情報の削除によるバッファ圧縮という、この問題に対する二つの解決法を新たに提案する。また実際に、並列計算機Paragonで評価を行った結果を示し、これらの手法の有効性を検証する。

高レベル放射性廃棄物地層処分システムの初期過渡状態の解析

大江 俊昭*; 安 俊弘*; 池田 孝夫*; 菅野 毅*; 千葉 保*; 塚本 政樹*; 中山 真一; 長崎 晋也*

日本原子力学会誌, 35(5), p.420 - 437, 1993/05

https://doi.org/10.3327/jaesj.35.420

高レベル廃棄物地層処分の安全評価シナリオのひとつである地下水移行シナリオにおいて、従来の解析でしばしば想定されている、(1)固化体からの核種放出は処分場閉鎖後千年目からとする、(2)ニアフィールドでは地下水は還元性である、という仮定の妥当性の検討を目的として、処分開始直後から緩衝材層が水分飽和に達するまでの時間、水分飽和後の緩衝材間隙水中の化学的環境条件、処分場内での水素発生の影響を公開コードTOUGH,PHREEQE,CHEMSIMUL等により各々解析した。その結果、(1)緩衝材層の最高温度は100C以下で地下水の冠水は数十年以内である。(2)浸入した地下水は緩衝材中の鉱物との反応により還元性となる。(3)地下水冠水までの水蒸気によるオーバーパックの腐食は無視でき、また冠水後も還元環境のため、既存の腐食実験データからはオーバーパックの腐食寿命を1000年とする仮定には裕度がある、ことなどがわかった。

Coating failure of VHTR reference fuel by irradiation

福田 幸朔; 湊 和生; 井川 勝市; 石本 清

Journal of Nuclear Science and Technology, 20(7), p.584 - 592, 1983/00

https://doi.org/10.3327/jnst.20.584

多目的高温ガス炉用燃料に関する一連の照射試験の中で、酸浸出法による照射済被覆燃料粒子の破損率を測定して来た。コンパクトの状態で照射された被覆粒子の破損率は全て多目的高温ガス炉に設計された粒子破損許容値を満たしていた。コンパクトの中の被覆粒子破損率とルーズな状態で照射された被覆粒子破損率を比較してみると、前者の破損率は後者より約1桁低かった。このことはコンパクトの黒鉛マトリックスが被覆層を保護する効果を有していると推察される。照射後試験の金相試験において、照射に起因したバッファー層の一部高密度化が観察されたが、これはバッファー層剥離や径方向クラックの発生原因となっている。径方向クラックはSiC層にまで達し、全被覆破損につながる場合が見られた。

幌延URLにおける人工バリア性能確認試験の現状

中山 雅; 大野 宏和; 白瀬 光泰*; 丹生屋 純夫*

no journal, , 

幌延URLの深度350m調査坑道では、実物大の模擬人工バリアを設置し、坑道の埋め戻し、コンクリートプラグの設置までを行い、人工バリア性能確認試験を実施中である。本試験は、平成26年1月から、模擬オーバーパック内のヒーターによる加熱を開始するとともに、処分孔竪置き方式を想定した試験孔内へ注水を開始した。本報告では、これまでの取得した各種データおよび緩衝材中への地下水の浸潤状況について述べる。

Countermeasures against piping and erosion of bentonite buffer; Piping inhibition due to pre-hydration

白瀬 光泰*; 石井 智子*; 小林 一三*; 城 まゆみ*; 小野 誠*; 中山 雅

no journal, , 

日本における有望な地層処分概念のひとつに、竪置き方式があり、竪置き方式では、処分孔壁と緩衝材の外側との間に一定の隙間(ギャップ)が存在する。緩衝材の処分孔への定置後、緩衝材が地下水と接触して膨潤することによって期待する機能(自己シール等)が発揮されて、この機能によって緩衝材外側と岩盤とのギャップが埋められることとなる。しかしながら、緩衝材が膨潤して機能を発揮する前に、岩盤と緩衝材の外側のギャップを流れる処分孔内湧水の状況によっては、孔内湧水と接触する緩衝材表面からベントナイトが孔外へ流出する可能性があり、人工バリアの機能低下につながる可能性が危惧される。上記の課題に対し、RWMCでは、竪置き・ブロック方式を対象とし、緩衝材の流出が期待する機能に与える影響の程度を把握するとともに、緩衝材の流出抑制に資する工学的対策の研究を進めている。工学的対策の研究の一つとして、RWMCは、緩衝材の定置直後に人工的な給水を行って膨潤させるプレハイドレーションに関する試験を実施した。