地層処分におけるガス移行影響評価 人工バリア内のガス移行解析手法とデータ取得
放射性廃棄物の地層処分場において発生するガスは, 処分場内の圧力上昇によるバリア機能の低下, 気相飽和度の上昇にともなう処分場内間隙水の排出等により, 処分の長期安全性に対する潜在的影響を有すると考えられている. 本稿ではこれらガス影響の評価に必要となる人工バリア内でのガス移行に着目し, その評価手法, 解析モデルと移行特性試験, および移行特性パラメータの評価・設定に関する研究成果について報告する. 本研究では粘土系材料およびセメント系材料に対するガス透過試験を実施し, ガス侵入圧力, 透過係数等のガス移行挙動を把握するとともに, ガス移行評価に適用しうるモデルパラメータの評価を行った. 間...
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| Published in | 原子力バックエンド研究 Vol. 10; no. 1-2; pp. 31 - 46 |
|---|---|
| Main Authors | , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
一般社団法人 日本原子力学会 バックエンド部会
2004
|
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 1884-7579 1884-7579 |
| DOI | 10.3327/jnuce.10.31 |
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| Abstract | 放射性廃棄物の地層処分場において発生するガスは, 処分場内の圧力上昇によるバリア機能の低下, 気相飽和度の上昇にともなう処分場内間隙水の排出等により, 処分の長期安全性に対する潜在的影響を有すると考えられている. 本稿ではこれらガス影響の評価に必要となる人工バリア内でのガス移行に着目し, その評価手法, 解析モデルと移行特性試験, および移行特性パラメータの評価・設定に関する研究成果について報告する. 本研究では粘土系材料およびセメント系材料に対するガス透過試験を実施し, ガス侵入圧力, 透過係数等のガス移行挙動を把握するとともに, ガス移行評価に適用しうるモデルパラメータの評価を行った. 間隙に水を含む固相中をガスが移行する際の機構は, 固相の間隙構造, 鉱物特性により大きく変化しうるが, ここでは現時点で多次元多相流解析において唯一実用化されている連続媒体２相流モデルを適用し, 固液間の相対的に強い相互作用等を反映した特性曲線を設定することにより, 粘土系材料およびセメント系材料に対する移行特性を評価し, 試験結果との良い一致を見た. 本研究により, セメント系材料に対する連続媒体２相流モデルの適用が可能であることが確認されたが, 今後は粘土系媒体に対する応力条件による影響を反映したモデルの開発と適用, 岩盤を含む個々のバリア構成材料に対する長期のガス透過試験による移行特性データの信頼性向上, 環境因子による影響の把握, さらに各種媒体に対して最適な移行モデルを統合した複数媒体解析ツールの開発と, 実規模試験結果による確証を段階的に進めることが必要である. |
|---|---|
| AbstractList | 放射性廃棄物の地層処分場において発生するガスは, 処分場内の圧力上昇によるバリア機能の低下, 気相飽和度の上昇にともなう処分場内間隙水の排出等により, 処分の長期安全性に対する潜在的影響を有すると考えられている. 本稿ではこれらガス影響の評価に必要となる人工バリア内でのガス移行に着目し, その評価手法, 解析モデルと移行特性試験, および移行特性パラメータの評価・設定に関する研究成果について報告する. 本研究では粘土系材料およびセメント系材料に対するガス透過試験を実施し, ガス侵入圧力, 透過係数等のガス移行挙動を把握するとともに, ガス移行評価に適用しうるモデルパラメータの評価を行った. 間隙に水を含む固相中をガスが移行する際の機構は, 固相の間隙構造, 鉱物特性により大きく変化しうるが, ここでは現時点で多次元多相流解析において唯一実用化されている連続媒体２相流モデルを適用し, 固液間の相対的に強い相互作用等を反映した特性曲線を設定することにより, 粘土系材料およびセメント系材料に対する移行特性を評価し, 試験結果との良い一致を見た. 本研究により, セメント系材料に対する連続媒体２相流モデルの適用が可能であることが確認されたが, 今後は粘土系媒体に対する応力条件による影響を反映したモデルの開発と適用, 岩盤を含む個々のバリア構成材料に対する長期のガス透過試験による移行特性データの信頼性向上, 環境因子による影響の把握, さらに各種媒体に対して最適な移行モデルを統合した複数媒体解析ツールの開発と, 実規模試験結果による確証を段階的に進めることが必要である. |
| Author | 山本, 幹彦 三原, 守弘 大井, 貴夫 |
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| Copyright | 2004 社団法人日本原子力学会 バックエンド部会 |
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| DOI | 10.3327/jnuce.10.31 |
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| EISSN | 1884-7579 |
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| ISSN | 1884-7579 |
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| Issue | 1-2 |
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| PublicationCentury | 2000 |
| PublicationDate | 2004 |
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| PublicationTitle | 原子力バックエンド研究 |
| PublicationTitleAlternate | 原子力バックエンド研究 |
| PublicationYear | 2004 |
| Publisher | 一般社団法人 日本原子力学会 バックエンド部会 |
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| References | [17] Pruess, K. : TOUGH2 - A General- purpose numerical simulator for multiphase fluid and heat flow, LBL20700 Lawrence Berkeley National Laboratory (1991). [2] Hunter, T.O. edition : Summary of research and development activities in support of waste acceptance criterior for WIPP. SAND79-1305, Sandia national laboratories (1979). [3] Pusch, R. and Forsberg, T. : Gas migration through bentonite clay. SKB TR 83-71, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co. (1983). [8] Biddle, P., McGahan, D., Rees, J.H. and Rushbrook, P.E : Gas Generation in Repositories. AERE R12291 UK Nirex Ltd.(1987). [7] Wiborgh, M., Höglund, L.O. and Pers, K.: Gas formation in a L/ILW repository and gas transport in the host rock. NTB 85-17, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1986). [30] Volckaert, G., Ortiz, L., De Canniere, P., Put, M., Horseman, S. T., Harrington, J. F., Fioravante, V. and Impey, M. : MEGAS : Modelling and experiments on gas migration in repository host rocks Phase-I Final Report. EUR 16235 EN, European Commission (1995). [25] Mayer, G., Moetsch, H. A. and Wittmann, F. H. : Large-scale experiment for water and gas transport in cementitious backfill materials. NTB 98-03, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1998) [11] 中居邦浩 : 浅地中処分におけるガス発生とその予備的影響評価, 平成7年度「放射性廃棄物管理専門研究会」報告書（東邦夫,下浦一邦 編）, 京都大学原子炉実験所, 平成7年11月27-28日, KURRI-TR-414, pp.11-31(1995). [14] Rodwell, W. R. and Norris, S. : A thematic network on gas issue in safety assessment of deep repositories for radioactive waste. (GASNET), ERU 20620 EN, European Commission (2003). [21] Iriya, K., Hironaga, M. and Kawanishi, M. : Gas transportation in saturated cementitious materials. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XVIII (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 353) (Murakami, T. and Ewing, R. C. edit.) 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NTB 85-35, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1985). [9] Pruess, K. : Numerical modelling of gas migration at a potential repository for low- and intermediate-level nuclear wastes at Oberbauenstock, Switzerland. NTB-89-28, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1990). [20] 佐藤立, 溝渕麻子, 廣田謙, 藤原愛 : キャピラリーバンドルモデルによる透気試験のシミュレーション, 日本原子力学会2001秋の大会, 北海道大学, 9月19～21日, O7 (2001). [12] 共同作業チーム : TRU廃棄物処分概念検討書. JNC TY1400 2000-001, TRU TR-2000-01, 核燃料サイクル開発機構, 電気事業連合会 (2000). [6] Pusch, R., Ranhagen, L. and Nilsson, K. : Gas migration through MX-80 bentonite. NTB 85-36, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1985). [13] 棚井憲治, 佐藤治夫, 村上文啓, 井上雅弘 : 地層処分場におけるガスの拡散・移行に関する検討, JNC TN8400 99-045, 核燃料サイクル開発機構 (1999). [19] Villar, M. V. and Lloret, A. : Variation of the intrinsic permeability of expansive clays upon saturation. Clay Science for Engineering (Adachi, K. and Fukue, M. Edit.), Proceedings of the International Symposium on Suction, Swelling, Permeability and Structure of Clays - IS-Shizuoka 2001 Shizuoka Japan 11-13 January (2001). [16] Yamamoto, M., Murakami, T., Kuchimura, K., Mori, R., Shoji, Y. and Mihara, M., : Gas migration properties of engineered barriers : gas injection test of compacted sand bentonite mixture and two phase flow simulation. The 7th International Conference, Proceedings on Radioactive Waste Management and Environment Remediation, ICEM'99, Nagoya, Japan, September 26-30 (1999). [15] Horseman, S. T. and Harrington J. F., : Study of gas migration in Mx80 buffer bentonite, British Geological Survey Natural Environment Research Council, NERC BGS Internal Report WE/97/7 to SKB (1997). [24] Jacobs, F., Mayer, G., and Wittmann, F. H. : Permeability of backfill materials. Corrosion and gas generation in radioactive waste repositories, (Wittmann, F. H. edit.), Proceedings of Post-Conference Seminar No. 10 of 12th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology SMiRT-12 Stuttgart, August 15-20, 1993, Aedification Publishers, pp.83-99 (1994). [4] Moreno, L. and Neretnieks, I.: Gas, water and contaminant transport from a final repository for reactor waste. Progress report SFR 85-09, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co. (1987). [28] Narasimhan, T. N., Witherspoon, P. A. and Edwards, A. L. : Numerical model for Saturated-Unsaturated Flow in Deformable Porous Media”, Part 2: The algorithm. Water Resources Research, vol.14 (2), pp255-261 (1978). |
| References_xml | – reference: [4] Moreno, L. and Neretnieks, I.: Gas, water and contaminant transport from a final repository for reactor waste. Progress report SFR 85-09, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co. (1987). – reference: [20] 佐藤立, 溝渕麻子, 廣田謙, 藤原愛 : キャピラリーバンドルモデルによる透気試験のシミュレーション, 日本原子力学会2001秋の大会, 北海道大学, 9月19～21日, O7 (2001). – reference: [15] Horseman, S. T. and Harrington J. F., : Study of gas migration in Mx80 buffer bentonite, British Geological Survey Natural Environment Research Council, NERC BGS Internal Report WE/97/7 to SKB (1997). – reference: [8] Biddle, P., McGahan, D., Rees, J.H. and Rushbrook, P.E : Gas Generation in Repositories. AERE R12291 UK Nirex Ltd.(1987). – reference: [17] Pruess, K. : TOUGH2 - A General- purpose numerical simulator for multiphase fluid and heat flow, LBL20700 Lawrence Berkeley National Laboratory (1991). – reference: [32] 財団法人 原子力環境整備センター : 放射性廃棄物処分高度化システム確証試験 報告書 平成８年度(1997). – reference: [14] Rodwell, W. R. and Norris, S. : A thematic network on gas issue in safety assessment of deep repositories for radioactive waste. (GASNET), ERU 20620 EN, European Commission (2003). – reference: [21] Iriya, K., Hironaga, M. and Kawanishi, M. : Gas transportation in saturated cementitious materials. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XVIII (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 353) (Murakami, T. and Ewing, R. C. edit.) Part 2, Kyoto Japan, October 23-27, 1994, pp913-920 (1995). – reference: [29] 千々松正和, 谷口航 : 熱‐水‐応力連成モデルを用いたニアフィールド解析評価. JNC TN8400 00-014, 核燃料サイクル開発機構(1999). – reference: [5] Neretnieks, I. : Some aspects of the use of iron canisters in deep lying repositories for nuclear wastes. NTB 85-35, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1985). – reference: [19] Villar, M. V. and Lloret, A. : Variation of the intrinsic permeability of expansive clays upon saturation. Clay Science for Engineering (Adachi, K. and Fukue, M. Edit.), Proceedings of the International Symposium on Suction, Swelling, Permeability and Structure of Clays - IS-Shizuoka 2001 Shizuoka Japan 11-13 January (2001). – reference: [11] 中居邦浩 : 浅地中処分におけるガス発生とその予備的影響評価, 平成7年度「放射性廃棄物管理専門研究会」報告書（東邦夫,下浦一邦 編）, 京都大学原子炉実験所, 平成7年11月27-28日, KURRI-TR-414, pp.11-31(1995). – reference: [24] Jacobs, F., Mayer, G., and Wittmann, F. H. : Permeability of backfill materials. Corrosion and gas generation in radioactive waste repositories, (Wittmann, F. H. edit.), Proceedings of Post-Conference Seminar No. 10 of 12th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology SMiRT-12 Stuttgart, August 15-20, 1993, Aedification Publishers, pp.83-99 (1994). – reference: [26] Mayer, G., Jacobs, F. and Wittmann, F. H. : Experimental determination and numerical simulation of the permeability of cementitious materials. Nuc. Eng. and Design 138 (2) pp.171-177 (1992). – reference: [22] Jacobs, F. and Wittmann, F. H. : Long term behavior of concrete in nuclear waste repositories. Nuc. Eng. and Design 138 (2) pp.157-164 (1992). – reference: [35] Rodwell, W. R., Harris, A.W., Horseman, S. T., Lalieux, P., Müller, W., Ortiz Amaya, L. and Pruess, K.: Gas migration and two-phase flow through engineered and geological barriers for a deep repository for radioactive waste. A Joint EC/NEA States Report, EUR-19122 EN, European Commission (1999). – reference: [27] Corey, A. T. : The interrelation between gas and oil relative permeabilities. Producers Monthly, vol.19, pp38-41 (1954) – reference: [25] Mayer, G., Moetsch, H. A. and Wittmann, F. H. : Large-scale experiment for water and gas transport in cementitious backfill materials. NTB 98-03, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1998) – reference: [16] Yamamoto, M., Murakami, T., Kuchimura, K., Mori, R., Shoji, Y. and Mihara, M., : Gas migration properties of engineered barriers : gas injection test of compacted sand bentonite mixture and two phase flow simulation. The 7th International Conference, Proceedings on Radioactive Waste Management and Environment Remediation, ICEM'99, Nagoya, Japan, September 26-30 (1999). – reference: [2] Hunter, T.O. edition : Summary of research and development activities in support of waste acceptance criterior for WIPP. SAND79-1305, Sandia national laboratories (1979). – reference: [12] 共同作業チーム : TRU廃棄物処分概念検討書. JNC TY1400 2000-001, TRU TR-2000-01, 核燃料サイクル開発機構, 電気事業連合会 (2000). – reference: [31] Taylor, H. F. W. : Cement Chemistry. Academic Press, London (1990). – reference: [28] Narasimhan, T. N., Witherspoon, P. A. and Edwards, A. L. : Numerical model for Saturated-Unsaturated Flow in Deformable Porous Media”, Part 2: The algorithm. Water Resources Research, vol.14 (2), pp255-261 (1978). – reference: [13] 棚井憲治, 佐藤治夫, 村上文啓, 井上雅弘 : 地層処分場におけるガスの拡散・移行に関する検討, JNC TN8400 99-045, 核燃料サイクル開発機構 (1999). – reference: [10] OECD/NEA : Near-field assessment of repositories for low and intermediate level radioactive waste. OECD/NEA (1987). – reference: [9] Pruess, K. : Numerical modelling of gas migration at a potential repository for low- and intermediate-level nuclear wastes at Oberbauenstock, Switzerland. NTB-89-28, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1990). – reference: [18] 棚井賢治, Galle, C., 菅野毅 : 圧縮ベントナイトの水素ガス移行特性評価. PNC TN8410 96-289, 動力炉・核燃料開発事業団 (1996). – reference: [34] Harris, A. W., Atkinson, A and Claisse, P. A. : Transport of gases in concrete barriers. Waste Management, vol.12, pp.155-178 (1992). – reference: [3] Pusch, R. and Forsberg, T. : Gas migration through bentonite clay. SKB TR 83-71, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co. (1983). – reference: [6] Pusch, R., Ranhagen, L. and Nilsson, K. : Gas migration through MX-80 bentonite. NTB 85-36, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1985). – reference: [7] Wiborgh, M., Höglund, L.O. and Pers, K.: Gas formation in a L/ILW repository and gas transport in the host rock. NTB 85-17, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (1986). – reference: [23] Harris, A. W., Atkinson, A. and Claisse, P. A. : Transport of gases through concrete barriers Task 3 Characterization of radioactive waste forms. EUE 14194 EN, Commission of the European Communities (1993). – reference: [30] Volckaert, G., Ortiz, L., De Canniere, P., Put, M., Horseman, S. T., Harrington, J. F., Fioravante, V. and Impey, M. : MEGAS : Modelling and experiments on gas migration in repository host rocks Phase-I Final Report. 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| Snippet | 放射性廃棄物の地層処分場において発生するガスは, 処分場内の圧力上昇によるバリア機能の低下, 気相飽和度の上昇にともなう処分場内間隙水の排出等により, 処分の長期安全性に対する潜在的影響を有すると考えられている. 本稿ではこれらガス影響の評価に必要となる人工バリア内でのガス移行に着目し, その評価手法,... |
| SourceID | jstage |
| SourceType | Publisher |
| StartPage | 31 |
| SubjectTerms | ガス発生 ガス移行 セメント ベントナイト 放射性廃棄物処分 毛管圧力 ２相流 |
| Subtitle | 人工バリア内のガス移行解析手法とデータ取得 |
| Title | 地層処分におけるガス移行影響評価 |
| URI | https://www.jstage.jst.go.jp/article/jnuce/10/1-2/10_31/_article/-char/ja |
| Volume | 10 |
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| ispartofPNX | 原子力バックエンド研究, 2004, Vol.10(1-2), pp.31-46 |
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