2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mass transport parameter models for bentonite based on the microstructural analysis
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17H03301
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
川本 健 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (50292644)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ベントナイト / 微視的構造 / 物質移動 / 放射性廃棄物 / 地層処分 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射性廃棄物地層処分において廃棄物収納容器と周辺地盤の間を充填する材料として、ベントナイトの利用が国内外で検討されている。ベントナイトの吸水にともなう膨潤・均質化（内部密度の平均化）は、媒体内の間隙構造や密度分布の変化を引き起こし、媒体内の物質移動を評価する際に必要となる各種物質移動係数（飽和・不飽和透水係数、ガス拡散係数、通気係数、熱伝導率、熱容量、溶質拡散係数）に大きな影響を与える。本研究ではベントナイト材料の微視的構造観察ならびに各種物質移動係数（水、熱、ガス、溶質）の評価及びその数理モデルを構築することを目的とし、研究を進めている。
研究初年度は、二種類の顆粒状ベントナイト試料及び長期熱負荷試験に使用されたブロック状ベントナイトから採取されたコア試料を用いて、「1. マイクロフォーカスX線CTを用いたベントナイトの微視的構造観察と内部構造パラメータの定量的解析」と「2．膨潤・均質化過程におけるベントナイトの物質移動係数の測定」を実施した。特に、顆粒状ベントナイト試料では充填密度を1.25~1.75g/cm^3の6段階に変化させ、充填密度の増加にともなう試料内の均一化を観察するとともに、物質移動係数測定をこれら試料に対して実施し、ガス拡散係数・通気係数・熱伝導率・熱容量に充填密度の変化が及ぼす影響を定量的に評価した。これらの成果の一部は、nagra（スイス放射性廃棄物管理共同組合）報告書にて報告するとともに、2018年7月に開催される地盤工学会全国大会にて報告予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. マイクロフォーカスX線CTを用いたベントナイトの微視的構造観察と内部構造パラメータの定量的解析：初年度は、二種類の顆粒状ベントナイト試料（風乾条件）及び長期熱負荷試験（内部に100℃の熱源を設置し、周辺ベントナイトの温度変化・水分量変化などを計測。1997-2015年実施）に使用されたブロック状ベントナイトから採取されたコア試料を用いて、マイクロフォーカスX線CT（MFXCT）装置による内部微視的構造観察を行った。顆粒状ベントナイト試料は充填密度を1.25~1.75g/cm^3の6段階に変化させた。充填密度の増加にともない、試料内部が均一化することを確認するとともに、MFXCTの分解能や解析領域等の影響を調べた。また、別途、均一な細粒分スラリーを用いた加圧試料を用いたMFXCT撮影も実施し、密度と輝度の関係性についても検討した。
2．膨潤・均質化過程におけるベントナイトの物質移動係数の測定：初年度は、上記風乾条件での顆粒状ベントナイト試料に対して、物質移動係数としてガス拡散係数・通気係数・熱伝導率・熱容量を実測した。そして、充填密度の変化がこれらの物質移動に及ぼす影響を定量的に評価した。
上記の成果の一部は、nagra（スイス放射性廃棄物管理共同組合）報告書：FEBEX-DPPost-mortem THM/THG Analysis Report（Arbeitsbericht NAB 16-17, August 2017）にて報告するとともに、2018年7月に開催される地盤工学会全国大会にて報告予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. マイクロフォーカスX線CTを用いたベントナイトの微視的構造観察と内部構造パラメータの定量的解析
今年度は、アクリル製容器充填した試料を異なる温度・湿度条件下（温度20,40,60℃、相対湿度80、90、95%）に静置し、湿潤過程における内部構造観察を実施する予定である。また別装置を用いて、異なる温度・湿度条件下における内部膨潤圧の計測も実施する予定である。
2．膨潤・均質化過程におけるベントナイトの物質移動係数の測定
今年度は、異なる温度・湿度条件下の試料に対しても同様な物質移動係数測定を実施する予定である。さらに、水移動に関しても、Bluce&Klute法（吸水時に求まるソープティビティを求める方法）を用いて、不飽和透水係数（飽和条件の時は飽和透水係数）と水分特性曲線（水分量と内部ポテンシャルエネルギー：マトリックポテンシャルと膨潤ポテンシャルの関係）の測定を行う予定である。
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