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報告書

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 350m調査坑道における人工バリアの設置および坑道の埋め戻し

中山 雅; 大野 宏和

JAEA-Research 2019-007, 132 Pages, 2019/12

JAEA-Research-2019-007.pdf:11.29MB
JAEA-Research-2019-007-appendix(CD-ROM).zip:39.18MB

原子力機構が北海道幌延町で実施している幌延深地層研究計画では、堆積岩を対象として、深地層の科学的研究、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基盤的な研究開発および安全規制のための研究開発を実施している。平成26年度からは幌延深地層研究センターの地下施設の350m調査坑道(試験坑道4)において、幌延の地質環境をひとつの事例に、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(熱-水-応力-化学連成挙動)を評価する事を目的とした人工バリア性能確認試験を実施している。本報告では、人工バリア性能確認試験において実施した、試験坑道および試験孔の掘削、緩衝材および模擬オーバーパックの設置、転圧締め固めおよび埋め戻し材ブロックによる坑道の埋め戻し、コンクリートプラグの設置およびコンタクトグラウト工の実施、計測システムの整備および計測の開始、などについて述べる。上記の作業を通じて、開発した大口径掘削機による試験孔掘削の実証、緩衝材ブロック定置における真空把持装置の適用性、埋め戻し材転圧締め固めにおける品質管理手法の提示、低アルカリ性セメント材料によるコンクリートプラグの施工などについて確認を行い、実環境において処分概念の構築が十分に可能であることを示した。

報告書

幌延深地層研究計画におけるオーバーパック腐食試験; 模擬オーバーパック、緩衝材およびヒーターの製作、設置

中山 雅

JAEA-Technology 2018-006, 43 Pages, 2018/08

JAEA-Technology-2018-006.pdf:5.32MB
JAEA-Technology-2018-006-appendix(CD-ROM).zip:29.19MB

幌延深地層研究計画は、堆積岩を対象に深地層の研究開発を実施するものであり、深地層の科学的研究、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基盤的な研究開発を実施しており、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」および「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施している。平成26年度からは、第3段階の調査研究として、幌延URLの試験坑道3において、オーバーパック腐食試験を実施している。本試験は、幌延の地質環境を事例に再冠水までの過渡期を対象として、セメント影響を考慮した腐食現象を評価することを目的としている。オーバーパックは直径10cm、緩衝材は直径30cmの縮小スケールとし、試験孔には低アルカリ性コンクリート支保を設置した。ヒーターによりオーバーパック内部から加熱して試験を実施している。本報告では、オーバーパック腐食試験において、ヒーターによる加熱および計測開始までに実施した、試験孔の掘削、模擬オーバーパックの製作、コンクリート支保の設置、試験体の設置および各種計測センサーの設置について述べる。

報告書

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; プラグコンクリートの配合検討

中山 雅; 丹生屋 純夫*; 三浦 律彦*; 竹田 宣典*

JAEA-Research 2017-016, 62 Pages, 2018/01

JAEA-Research-2017-016.pdf:19.99MB

幌延深地層研究計画では、堆積岩を対象に研究開発を実施するものであり、深地層の科学的研究、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基盤的な研究開発を実施している。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」および「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施している。平成22年度からは第3段階の調査研究を開始しており、平成26年度からは幌延URLの350m調査坑道(試験坑道4)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、幌延の地質環境をひとつの事例に、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におけるTHMC連成挙動の検証データを取得する事を目的としている。本報告は、プラグコンクリートの配合について、原位置での打設前に検討した配合について取りまとめたものである。配合の検討に際しては、原子力機構が開発し、幌延URLの試験坑道で施工試験を通じて施工実績のある、低アルカリ性セメントの配合を基本とし、プラグの要求性能を考慮して試験を行い、実機試験練り用の配合を決定した。

報告書

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 大口径掘削機の開発、模擬オーバーパック、緩衝材および埋め戻し材の製作

中山 雅; 松崎 達二*; 丹生屋 純夫*

JAEA-Research 2016-010, 57 Pages, 2016/08

JAEA-Research-2016-010.pdf:10.81MB
JAEA-Research-2016-010-appendix(CD-ROM).zip:31.42MB

幌延深地層研究計画は、堆積岩を対象に深地層の研究開発を実施するものであり、深地層の科学的研究、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基盤的な研究開発のための研究開発を実施している。平成26年度からは、第3段階の調査研究として、幌延深地層研究センターの地下施設の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。人工バリア性能確認試験は、幌延の地質環境をひとつの事例に、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、(1)地層処分研究開発の第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、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)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。本報告では、人工バリア性能確認試験における原位置での施工に際して、事前に開発や製作を伴う、試験孔掘削のための大口径掘削機の開発、模擬オーバーパックの製作、緩衝材および埋め戻し材の製作について取りまとめるとともに、その品質管理の実施状況について述べたものである。

報告書

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 計測データ集(平成27年度)

中山 雅; 大野 宏和; 中山 真理子*; 小林 正人*

JAEA-Data/Code 2016-005, 55 Pages, 2016/07

JAEA-Data-Code-2016-005.pdf:11.32MB
JAEA-Data-Code-2016-005-appendix(CD-ROM).zip:32.68MB

幌延深地層研究計画において、平成26年度からは第3段階の調査研究として、人工バリア性能確認試験を地下施設の深度350m調査坑道において実施している。当該試験は、幌延の地質環境を事例に、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、(1)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、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)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、(3)の検証データについて取りまとめたものであり、各種計測データの散逸防止を目的としている。また、計測データの中には、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。なお、地中無線モニタリング装置は、経済産業省資源エネルギー庁の委託事業である「地層処分技術調査等事業 処分システム工学確証技術開発」において開発された。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28年3月までである。

報告書

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 坑道の埋め戻し材に関する検討

中山 雅; 大野 宏和; 棚井 憲治; 杉田 裕; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2016-002, 280 Pages, 2016/06

JAEA-Research-2016-002.pdf:16.21MB

幌延深地層研究計画では、平成26年度から第3段階の調査研究として、幌延深地層研究センターの地下施設(以下、幌延URL)の350m調査坑道(試験坑道4)において、人工バリア性能確認試験を実施している。人工バリア性能確認試験は、幌延の地質環境をひとつの事例に、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ことを目的としている。具体的には、(1)地層処分研究開発の第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、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)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。本報告では、人工バリア性能確認試験において、試験坑道4の一部を埋め戻す際に使用する埋め戻し材について検討した。具体的には、幌延URLの坑道掘削により生じた掘削土(ズリ)とベントナイトを混合した材料の、基礎物性の把握、施工方法による目標乾燥密度の設定および狭隘な試験坑道を想定した施工性確認試験などを行い、人工バリア性能確認試験における埋め戻し材の使用を決定した。その結果、坑道下半部は埋め戻し材の撒き出し転圧締め固めにより乾燥密度1.2Mg/m$$^{3}$$、坑道上半部は乾燥密度1.4Mg/m$$^{3}$$の埋め戻し材ブロックを設置することにより、埋め戻し材の要件として設定した透水性および膨潤圧を確保できることを確認した。

報告書

地層処分実規模設備運営等事業における工学技術に関する研究; 平成26年度成果報告(共同研究)

小林 正人*; 齋藤 雅彦*; 岩谷 隆文*; 中山 雅; 棚井 憲治; 藤田 朝雄; 朝野 英一*

JAEA-Research 2015-018, 14 Pages, 2015/12

JAEA-Research-2015-018.pdf:5.43MB

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センター(原環センター)は、地層処分研究ならびに技術開発を進めている。原子力機構は、北海道幌延町において幌延深地層研究計画を進めており、地層科学研究および地層処分研究開発を実施している。一方、国は深地層の研究施設等を活用して、国民全般の高レベル放射性廃棄物地層処分への理解促進を目的として、実規模・実物を基本とするが、実際の放射性廃棄物は使用せずに、地層処分概念とその工学的な実現性や人工バリアの長期挙動までを実感・体感できる設備の整備等を行う「地層処分実規模設備整備事業」を平成20年度から公募事業として進めており、平成26年度は事業名称を「地層処分実規模設備運営等事業」に変更した。原子力機構と原環センターは、原環センターが受注した「地層処分実規模設備運営等事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するために、共同研究契約「地層処分実規模設備運営等事業における工学技術に関する研究」を締結した。なお、本共同研究は幌延深地層研究計画のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施する。本報告は、本共同研究における平成26年度の成果について取りまとめたものである。

報告書

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成25年度成果報告(共同研究)

藤田 朝雄; 棚井 憲治; 中山 雅; 澤田 純之*; 朝野 英一*; 齋藤 雅彦*; 吉野 修*; 小林 正人*

JAEA-Research 2014-031, 44 Pages, 2015/03

JAEA-Research-2014-031.pdf:16.11MB

原子力機構と、原環センターは、原環センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するために、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」に関して、共同研究契約を締結した。本共同研究は、「地層処分実規模設備整備事業」における設備整備のための工学技術に関する研究(調査、設計、製作、解析等)を共同で実施するものである。なお、本共同研究は深地層研究所(仮称)計画(平成10年10月、核燃料サイクル開発機構)に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約に関わる平成25年度の成果についてまとめたものである。具体的成果としては、平成20年度に策定した全体計画に基づき、緩衝材定置試験設備や、実物大の緩衝材及びオーバーパック(模擬)の展示を継続するとともに、緩衝材定置(実証)試験を実施した。また、緩衝材の浸潤試験を継続した。

報告書

Progress report on safety research on radioactive waste management for the period April 1995 to March 1996

関根 敬一; 村岡 進; 馬場 恒孝

JAERI-Review 97-007, 61 Pages, 1997/03

JAERI-Review-97-007.pdf:2.18MB

人工バリア研究室、天然バリア研究室及び地質環境研究室において、平成7年度に実施した放射性廃棄物処理処分の安全性に関する研究成果をまとめた。その内容は次の通りである。1)廃棄物固化体及び人工バリア材の研究開発では、各種固化体の性能評価試験を継続した。2)浅地中埋設に関する安全評価研究では、土壌中の核種移行試験を継続した。3)地層処分の安全性評価研究では、核種の水中での化学的挙動、地層中での核種移行、地下水流動に関する研究、並びに、ナチュラルアナログ研究を継続した。

報告書

Progress report on safety research on radioactive waste management for the period April 1993 to March 1995

関根 敬一; 村岡 進; 馬場 恒孝

JAERI-Review 96-005, 97 Pages, 1996/03

JAERI-Review-96-005.pdf:2.88MB

人工バリア研究室、天然バリア研究室及び地質環境研究室において、平成5,6年度に実施した放射性廃棄物処理処分の安全性に関する研究成果をまとめた。その内容は次の通りである。1)廃棄物固化体及び人工バリア材の研究開発では、各種固化体、緩衝剤及びモルタルの性能評価試験を継続した。2)浅地中埋設に関する安全評価研究では、土壌中の核種移行試験を継続した。3)地層処分の安全性評価研究では、核種の水中での化学的挙動、地層中での核種移行、地下水流動に関する研究、並びにナチュラルアナログ研究を継続した。

論文

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

 被引用回数:6 パーセンタイル:56.97(Nuclear Science & Technology)

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100$$^{circ}$$C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。

論文

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリアの性能評価モデル

中山 真一; 安 俊弘*; 池田 孝夫*; 大江 俊昭*; 河西 基*; 塚本 政樹*; 木村 英雄; 宗像 雅広

日本原子力学会誌, 34(4), p.342 - 364, 1992/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:28.1(Nuclear Science & Technology)

高レベル放射性廃棄物ガラス固化体から放出される放射性核種の人工バリア内での移行をモデル化し、緩衝材と岩盤との境界における$$^{99}$$Tc,$$^{135}$$Csおよび$$^{237}$$Npのフラックスを求めた。本解析の特徴的な点は、(1)多孔質媒体である緩衝材中の物質移動は、移流効果が無視でき拡散支配であることを、処分孔周辺の地下水流動解析から明らかにしたこと、(2)ガラス固化体からの放射性核種の放出挙動を地下水とガラス固化体、オーバーパック、緩衝材との地球化学的反応を考慮して解析したこと、(3)緩衝材中の$$^{237}$$Npの移行挙動に酸化還元反応を考慮したこと、(4)球状と無限円柱状の固化体形状の相違による核種放出率の相違を比較したこと、である。今回の解析は合理的で説得力のある統合評価モデルへの第一歩であり、この解析を通して、確たる根拠のない暗黙の過程やさらに考慮すべき現象を抽出し、性能評価モデル開発のための今後の研究方向や課題の提言を行なった。

論文

Modeling for migration of a redox-sensitive radionuclide in engineered barriers

安 俊弘*; 中山 真一

Nuclear Technology, 97, p.323 - 335, 1992/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:36.08(Nuclear Science & Technology)

$$^{237}$$Npが鉄や溶存酸素(DO)との酸化還元反応を伴いながら、オーバーパックと緩衝材(ベントナイト)とから構成される人工バリア中を拡散する現象をモデル化した。地下水のpHが9のように高いと、DOはFeと素早く反応し消費されるため、固化体表面にまで到達しない。従って固化体から放出されるNpは、溶解度が低く吸着力の高いNp(IV)である。一方、地下水のpHが6.5のように低いと、DOは固化体表面にまで達し固化体表面と酸化性雰囲気にするため、固化体から放出れるNpは、吸着力が小さく溶解度が高いNp(V)である。DOの存在を無視し、Np(IV)が固化体から放出されると仮定すると、工学バリアからのNpの放出について非常に楽観的評価につながる可能性がある。

論文

Neptunium migration involving oxidation-reduction reactions in engineered barriers

J.Ahn*; 中山 真一

Proc. of the 3rd Int. Symp. on Advanced Nuclear Energy Research; Global Environment and Nuclear Energy, 10 Pages, 1991/00

$$^{237}$$Npが鉄や溶存酸素(DO)との酸化還元反応を伴いながら、オーバーパックと緩衝材(ベントナイト)とから構成される人工バリア中を拡散する現象を解析した。地下水のpHが9のように高いと、DOはFeと素早く反応し消費されるため、固化体表面にまで到達しない。従って、固化体から放出されるNpは、溶解度が低く吸着力の高いNp(IV)である。一方、地下水のpHが6.5のように低いと、DOは固化体表面にまで達し、固化体周辺を酸化性雰囲気にするため、固化体から放出されるNpは、吸着力が小さく、溶解度が高いNp(V)である。DOの存在を無視し、Np(IV)が固化体から放出されると仮定すると、工学バリアからのNpの放出について非常に楽観的評価につながる可能性がある。

口頭

幌延URLにおける人工バリアの性能確認試験,7; 大口径掘削機による試験孔の掘削

丹生屋 純夫*; 下原 正弘*; 城 まゆみ*; 名合 牧人*; 中山 雅; 棚井 憲治; 橋本 祐太; 捻金 礎人

no journal, , 

幌延URLの深度350m調査坑道で実施する、人工バリア性能確認試験では、実物大の模擬人工バリアを設置し、坑道の埋め戻しまでを行う計画である。模擬人工バリアを定置する試験孔は、竪置き方式を想定した$$phi$$2.4m深さ4.2mの大口径の孔であり、実際の処分場を想定した場合、掘削には専用のマシンを用いることが効率的である。堆積岩に対応可能な方法として、外堀ケーシング工法と中堀オーガー工法を同一のマシンで施工可能な、専用の掘削機械を開発し、実際に地下環境で使用した。本報では、掘削機の概要と地上での模擬岩盤を用いた掘削試験、および幌延URLでの試験孔の掘削について述べる。

口頭

幌延URLにおける人工バリアの性能確認試験,8; 緩衝材中の計測計画

白瀬 光泰*; 城 まゆみ*; 本島 貴之*; 丹生屋 純夫*; 中山 雅; 棚井 憲治

no journal, , 

幌延URLの深度350m調査坑道で実施する、人工バリア性能確認試験では、実物大の模擬人工バリアを設置し、坑道の埋め戻しまでを行う計画である。本試験では、緩衝材内に腐食電位計,土圧計,間隙水圧計等を設置するとともに、比抵抗トモグラフィにより緩衝材への地下水の浸潤状況を計測する計画である。

口頭

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。

口頭

Influence of pore water vaporization on saturation process in the buffer material coupled Thermo-Hydro-Mechanical analysis

佐藤 伸*; 大野 宏和; 棚井 憲治; 山本 修一*; 深谷 正明*; 志村 友行*; 丹生屋 純夫*

no journal, , 

The saturation process in the buffer material is affected by the heat generated by the vitrified waste in the high-level radioactive waste geological disposal. Especially, the phase changes occurred in the pore water, such as water vaporization and dissolution of the pore air in to the liquid phase affects the water movement in the buffer material. Hence, it is important to evaluate the coupled Thermo-Hydro-Mechanical (THM) behavior considering phase transformation of pore water in the buffer material. Therefore, we carried out the coupled THM analysis to investigate the generation of water vaporization during the saturation process. Additionally, we discussed the influence of relative permeability as one of the gas phase advection properties.

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