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高レベル放射性廃棄物は、地下300m以深の地層中に坑道を掘削し、人工バリアなどの多重バリアシステムを構築して埋設される（地層処分）。地層処分のバリアシステムは、内側から、ガラス固化体（廃棄物）、オーバーパック（金属容器）、緩衝材、岩盤より構成され、ガラス固化体から緩衝材までが人工バリアである。埋設後、ガラス固化体からの崩壊熱により人工バリア中に温度分布が発生し、岩盤中に放熱される。また、周囲からは地下水が侵入し、緩衝材中を移動してやがては飽和する。人工バリアの内、緩衝材は天然の粘土であるNa型ベントナイトが使用される。ベントナイトは水と接触すると膨潤し、周囲の隙間をシールすると共に水の流れを抑制する。このように、緩衝材中では再冠水過程で温度分布と共に水分分布が発生する。この水分分布は、緩衝材中で膨潤応力分布を引き起こすが、温度変化の影響について、増加する実測値もあれば低下する実測値もあり、良く分かっていない。
令和4年度は、Na型ベントナイトの膨潤特性について、温度をパラメータに膨潤力測定を実施し、低密度条件での膨潤応力と活性化エネルギーを取得した。また、相対湿度法により、含水比と温度をパラメータに層間水の熱力学データを取得し、開発したモデルに適用することで膨潤応力の温度の影響を解析し、モデルの実用性を確認した。更に、地下水成分によるベントナイトの変質を考慮して、Ca型及びK型モンモリロナイトを置換合成し、熱力学データを取得した。これらのデータ取得と並行して、熱-水-応力連成モデルの開発を進めた。
開発した熱力学モデルと得られた熱力学データについて、ベントナイト中の熱-水-応力連成モデルに反映し、フルスケールの人工バリアシステムに対して解析した結果、地下施設（深度300mの坑道）で実施された人工バリアの原位置試験データと概ね一致し、連成モデルの実用性が検証された。
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