報告書番号

N21003

タイトル（和文）

沿岸部の地下水環境を想定したCa型/Na型ベントナイト緩衝材中の廃棄体変位挙動評価

タイトル（英文）

Displacement of overpack in Ca- and Na-bentonite buffer under saline groundwater conditions

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背景
　高レベル放射性廃棄物処分施設の人工バリアの長期挙動評価のため，再冠水後を対象としたオーバーパックの変位挙動を評価する数値解析的検討が行われている。これまでの遠心力模型試験の結果から，再冠水に至るまでにオーバーパックが初期の定置場所から変位(浮上・沈下)することが知られている。しかし，境界条件の複雑さから，現段階では再冠水過程で生じるオーバーパックの変位を再冠水後長期のオーバーパック変位挙動解析に反映できていない。また，既往の遠心力模型試験では緩衝材の材料であるベントナイトとして，Na型ベントナイトのみを扱っている。沿岸部処分において長期間の地下水環境の変化を考慮すると，海水条件下での性能変化が小さいCa型ベントナイトを用いたときの再冠水過程の挙動を把握することも，緩衝材の材料の選択肢を広げる上で重要である。

目的
　異なる地下水環境条件(純水/人工海水)と緩衝材条件(Ca型/Na型ベントナイト)における，閉鎖後初期の緩衝材の膨潤変形とオーバーパックの変位挙動の関係を明らかにし，各条件の影響を評価する。

主な成果
　Ca型およびNa型ベントナイトを用いた緩衝材と，模擬オーバーパックから成る，想定される施設の1/30の縮尺の模型を作成した。この模型を試験容器に封入し，遠心力30 G場で，模型下面から試験用水(純水・人工海水)を注入し上面に排出する排水条件で，19日間の試験で実物換算45年相当の物理現象を再現する遠心力模型試験を行った。
　その結果，有効モンモリロナイト密度注1)が1.0 Mg/m3の条件では，Ca型ベントナイトを用いた緩衝材の純水条件と人工海水条件の浸潤状況(試験後の飽和度分布)の差はNa型のそれらよりも小さく，オーバーパック変位も大きくは変わらなかった。一方，Ca型ベントナイトであっても，有効モンモリロナイト密度が低い条件(0.79 Mg/m3)では純水よりも人工海水のほうが緩衝材への浸潤が速く，緩衝材の全応力が発生するまでの時間とオーバーパックの変位挙動も大きく異なった。また，人工海水とNa型ベントナイトを用いた緩衝材条件の結果から，試験用水の浸潤にともなう緩衝材の変形(応力変化)とオーバーパックの変位挙動の関係を明らかにした。

今後の展開
　さらに長期間の現象を模擬する遠心力模型試験を実施し，緩衝材の変形とオーバーパックの変位挙動の評価精度を向上する。

概要 （英文）

The numerical modeling of buffer and overpack's long-term behavior with high-level radioactive waste (HLW) disposal generally focuses on saturated conditions. The centrifugal acceleration model test suggests that an overpack is displaced (uplift and/or settlement) from the initial position during saturation; overpack displacement is not reflected in numerical models of long-term behavior. Overpack displacement was evaluated by injecting deionized water to a model consisting of Na-bentonite buffer material and the centrifugal model test's overpack. If the HLW disposal site is built on a coastal area, the effect of seawater on buffer materials should also be considered as seawater can reduce the performance of Na-bentonite. Therefore, it is necessary to focus on Ca-bentonite and Na-bentonite to expand the range of buffer material options in various phenomena in multi-barrier system.
This study aims to evaluate the effect of seawater on the characteristics of Ca- and Na-bentonite as buffer materials and overpack displacement in buffer materials during saturation. Acceleration model tests were conducted with a centrifugal force field of 30 G using a 1/30-sized model under strain constraint conditions. The test water infiltration rate results in the buffer materials remained largely unchanged under deionized water and seawater conditions in a compacted Ca-bentonite. However, despite the use Ca-bentonite, the effect of seawater was notable in the low effective montmorillonite density (dry density) of compacted Ca-bentonite. Seawater injection into compacted Na-bentonite with a 45 equivalent years model test showed that overpack events, from uplift to settlement, revealing the mechanical interactions of the buffer material and overpack.

報告者

キーワード