| 研究課題/領域番号 |
20K21159
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分31:原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
新堀 雄一 東北大学, 工学研究科, 教授 (90180562)
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| 研究分担者 |
千田 太詩 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30415880)
関 亜美 東北大学, 工学研究科, 助教 (80912328)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 放射性廃棄物 / 地層処分 / コンパクト化 / 不飽和層 / 乾燥過程 / 表面集積 / 析出反応 / 自己閉塞 / 地層処分システム / バックエンド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
不飽和層とは地下水によって満たされていない領域を指す。本研究では、乾燥に伴う不飽和層での物質移動と析出による止水性の動的挙動を、X線CT撮影や透水試験により定量的に整理し、それらを基に地層処分場の全体面積をよりコンパクトにできることを示す。
地層処分ではその健全性の確認のために50年間を超えて坑道が維持され、通気状態になる。従って、坑道周囲では、坑道に向けた乾燥に伴い、ケイ酸を含む塩類が乾燥面近傍に集積・析出し、人工バリアへの地下水の浸入を抑える。このことは廃棄体(4万本)のより密な定置によって人工バリアが一時的に高温になっても、地下水による人工バリアの変質を防ぎ、より小さな処分場の実現に繋がる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、乾燥に伴うセシウム、ナトリウムおよびケイ酸の乾燥面近傍の集積による間隙率および浸透性の低下をX線CTおよび透水試験により明らかにした。また、乾燥面近傍での溶質の移動には毛管力が大きく関与することを見かけの物質移動係数の評価により示した。さらに、ケイ酸の乾燥面近傍の集積挙動は、地層処分システムにおける核種移行を抑制するのみならず、処分場の人工バリアであるベントナイトの変質の原因となるカリウムイオンの供給を抑えることを示唆した。このことは、廃棄体をより小さい間隔や重ねて縦に配置して温度の上昇があっても、ベントナイトの変質は抑えられ、処分場全体の設置面積を半分以下にできることを意味する。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
地層処分ではその健全性の確認のために50年間を超えて坑道が維持され、通気状態になる。従って、坑道周囲では、坑道に向けた乾燥が生じ、ケイ酸等を含む塩類が乾燥面近傍に集積・析出し、人工バリアへの地下水の浸入を抑えることになる。このことは廃棄体(約4万本と見積もられる)をより密に定置し、人工バリアが一時的に高温になっても、地下水の蒸発はさらに促進され、人工バリアの変質を防ぐ。本研究では、乾燥に伴う物質集積に着眼し、乾燥面近傍における間隙率および透水性の低下を実験的に解明するとともに、これら知見により地層処分の必要な敷地面積を従来（44平方m/本）の半分以下にできることを示したものである。
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