| 研究課題/領域番号 |
21H01855
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
斉藤 拓巳 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90436543)
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| 研究分担者 |
青柳 登 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (80446400)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 先新第三紀堆積岩 / 拡散 / 収着 / バリア |
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| 研究実績の概要 |
超長期の半減期を有する放射性核種を含む高レベル放射性廃棄物やTRU廃棄物の地層処分では，閉鎖後の長期安全性が，我々が人工的に敷設するバリア材料が有する核種収着性や地下水の流入抑制等の性能に加えて，処分場周囲の母岩に内在する元素を保持する性能，つまり，天然バリアとしての性能に立脚する．北欧諸国などの安定大陸に位置し，深部地下の地質構造が比較的均一な国とは異なり，我が国は，大陸プレートに海洋プレートが沈み込む変動帯に位置し，その地質環境は多様性に富む．特に，先新第三紀堆積岩はblock-in-matrixと呼ばれる複雑な地質構造を有しており，我が国の深部地下の地質構造の多くを占めているが，未だ放射性廃棄物処分における天然バリアとしての性能が明らかにされていない．本研究では，そのような先新第三紀堆積岩に対する放射性核種の収着・拡散挙動を評価し，亀裂近傍スケールの核種移行モデルを開発することを目的としている．
2022年度は，岩石コアのキャラクタリゼーションと核種の収着挙動の評価を実施すると共に，新たに破過実験を開始した．具体的には，岩石薄片試料の偏光顕微鏡観察と顕微ラマン測定から，鉱物の分布を評価するとともに，X線回折とX線蛍光分析から，岩石に含まれる鉱物相の定量化を行った．さらに，岩石粉末に対するCsの吸着実験を広範なCs濃度で行い，吸着等温線を得た．得られた等温線は，先行研究で報告されているCsのイライトへの吸着等温線と類似しており，Csの吸着を担う鉱物として，イライトの寄与が示唆された．なお，Iの吸着も同様に評価したが，有意な吸着が見られないことが明らかになった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初予定通り，岩石のキャラクタリゼーションを進め，CsとIを対象とした吸着実験を完了した．また，重水，および，これらのイオンを対象とした予察的な拡散実験を開始できた．
以上のことから，研究は概ね順調に進展しているものと言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度から継続して，岩石コアのキャラクタリゼーションと模擬核種の収着挙動の評価，破過挙動の評価を継続する．模擬核種は，Cs，Eu（3価アクチニドの化学アナログ），U，I等とする，X線CTで得られたCT像を解析すること，破過試験に供した岩石試料の細孔分布や透水係数の3次元的分布を再現し，拡散試験の結果として得られる破過挙動に当てはめることで，模擬核種の収着分配係数や拡散係数を評価する．特に，収着試験の結果から，一部の核種に対して，岩石中の雲母系鉱物の寄与が示唆されていることから，CT像や顕微ラマン測定，偏光顕微鏡観察，SEM-EDX測定の結果を組み合わせ，試料中の雲母系鉱物の分布を再現し，拡散モデルに組み込むことを試みる．なお，Eu，あるいは，Uなどの元素は，岩石中の鉱物に強く収着する，あるいは，岩石マトリクス内で，固相として沈殿することで，破過が遅延することが想定されるため，時間分解型レーザー蛍光分光測定（TRLFS）により，岩石マトリクス内部での化学形を評価し，拡散モデルに反映させる．最終的に，岩石キャラクタリゼーションの結果として得られた岩石の空隙構造や鉱物組成を元に，確率論的に鉱物粒子と間隙を発生させた岩石モデル（図2 (d)）を用いて，拡散-収着モデルを作成する．そして，それらを複数ケース作成することで，異なるリアライゼーションの平均として，先新第三紀堆積岩に適用可能な等価な1次元の拡散モデルを構築する．そして，異なる岩石コアに対して得られたモデルを統合することで，先新第三紀堆積岩の天然バリア母岩としての類型化を目指す．
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