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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に大きな影響を与える。本研究では、異なる相対湿度・充填密度条件での顆粒状ベントナイト試料の微視的構造観察ならびに各種物質移動係数（ガス、熱）を室内実験で評価し、その数理モデルを構築することを試みた。研究を通し、次の新たな知見を得た。１）異なる充填密度の顆粒状ベントナイト試料の吸水過程における内部構造変化を、マイクロフォーカスX線CTを用いて連続的に観察し、湿潤にともなう内部構造変化を細粒分と粗粒分との比率が、密度変化と湿潤による内部均質化の違いを定量的に表現し得ることを明らかにした、２）密度変化にともなう顆粒状ベントナイト試料のガス拡散係数・通気係数は、有効気相率を考慮した修正Millington-Quirkモデルや一般化指数関数モデルで上手く表現できることを明らかにした、３）湿潤過程におけるガス拡散係数・通気係数は内部屈曲率の低下により引き起こされ、乾燥密度変化による気相率低下によるものではないことを明らかにした、４）これに対し、顆粒状ベントナイト試料の熱伝導率や熱容量は、固相率と体積含水率のみに依存し、密度変化や湿潤履歴には依存しないことが明らかとなった。これらの知見は、顆粒状ベントナイト材（充填材）の水・ガス・熱同時輸送モデルに直接的に組み込まれるものであり、放射性廃棄物地層処分における充填材内部の物質動態評価や長期安定性評価に適用されることが期待される。
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