2022 Fiscal Year Research-status Report
Evaluation method on water transfer characteristics of bentonites considering ground water quality in radioactive waste disposal
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21K04260
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
伊藤 大知 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (40875225)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 放射性廃棄物処分 / ベントナイト / 水分移動特性 / 地下水質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，各種放射性廃棄物処分の安全評価に不可欠である，ベントナイト系材料の各種地下水質における水分移動特性データベースと理論評価手法の構築である．今年度は交換性陽イオンがNa+のもの（Na型），Ca2+およびMg2+のもの（Ca・Mg型）の2種類の粉体状ベントナイトを用い，人工海水および地下水のイオンを含んだNaCl・CaCl2溶液の3種類について濃度を0（蒸留水）・25・50・75・100%（人工海水のイオン強度0.655 mol/L）の5段階に変更した供給水環境においてメスシリンダー法を実施した．その結果，2種類のベントナイトのいずれにおいても，濃度が0→25%に増加した際に大幅な浸潤速度の上昇および膨潤率の低下が生じ，Ca型ベントナイトと異なりイオン流入の影響を強く受けることが示唆された．Ca・Mg型ベントナイトでは，イオン強度の変化による浸潤速度の変化は小さく，特に供給水溶液にCaイオンが含まれる場合，交換性陽イオン中のNaイオン・Mgイオンとの間でイオン交換が生じ，Ca型ベントナイトに近い性質を持つことが示唆された．また，特に高レベル放射性廃棄物の地層処分においては，地下300 m以深の深地層中に処分場を建設することが定められており，緩衝材に流入する地下水の圧力は1 MPa程度と高圧になることが想定される．このような高圧環境におけるベントナイトの水分移動特性を調査するため，今年度は100・200・300・400 kPaの4種類の水圧を付加した下で，Na型およびCa・Mg型ベントナイトについて吸水量測定試験を行った．その結果，上記の範囲において，吸水量と時間の平方根の間に比例関係がみられ，不飽和状態における水分移動は水分拡散現象に則っていることが示された．また，水分拡散係数についても水圧の影響を受けず一定値を示し，水圧の影響を受けないことが示された．
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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
研究計画時に設定していた，多様なイオン種・濃度環境下でのベントナイトの浸潤・膨潤特性を取得することができ，本研究の目的の一つであるデータベースの基本形がおおむね完成したため．また，境界条件として水圧を付加した条件における水分移動特性を調査できたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，多様な溶液環境下におけるベントナイトの水分移動特性を理論的に評価する際に重要となる，モンモリロナイト中の交換性陽イオンのイオン交換現象について，供給イオンの種類・濃度等の条件と交換量との関係を定量的に示すことを目的として，浸出陽イオン量測定試験を行う．また，作用する水圧をより高くし，実際の処分環境で想定される地下水圧が水分移動特性に及ぼす影響を明らかにするとともに，排気条件など水分移動現象に影響を及ぼす境界条件の影響を考慮できる模型実験を行い，処分施設設計や数値解析的安全評価に直接的に寄与するデータを取得する．これらにより，21世紀の世界各国で解決すべき重要な社会的課題である，各種放射性廃棄物処分の推進に寄与する．
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