研究活動のご紹介
地層処分技術に関する研究開発のDX（デジタルトランスフォーメーション）化に向けた
取り組みについて（令和4年度の実施概要）
地層処分技術に関する研究開発においては、機構が進めるイノベーション創出戦略（令和2年11月改定）及び令和4年度から令和11年度における機構の研究計画である第4期中長期計画（令和4年3月認可）の一環として、これまでに蓄積した知識やビッグデータを活用しつつ、AI、ロボティクス、スーパーコンピューター等の最先端の技術を用いた地層処分の技術基盤の整備とイノベーションの創出に取り組んでいます。令和4年度は、地層処分技術のデジタルツイン化に向けた (1) リアルタイムでの地下施設の4D可視化技術、及び(2) 状態予測と判断支援エンジンを備えた次世代型マルチフィジクスシミュレーション技術の構築に向けた技術情報収集及び機構内外の専門家との意見交換を進め、それらの実現可能性について検討しました。以下に、研究活動の概要を紹介します。
(1) リアルタイムでの地下施設の4D可視化技術の構築
地層処分場の建設・操業・閉鎖段階においては、数十年以上の長期にわたって、地下施設における安全性を通常の原子力施設同様、深層防護等の観点から、高い水準で確保する必要があります。一方、地下施設の建設工事や廃棄体の搬送・定置、坑道の埋め戻し時においては、突発湧水や岩盤崩落、山はねなどの地質リスクの他、廃棄体からの放射線による被ばくリスクに対する評価・対策が恒常的に求められます。これらのリスクに速やかに対応するためには、岩盤や地下水をはじめ、地下構造物、工事に用いる機械・装置類、放射線量などの様々な状態・特性をリアルタイムで可視化し、遠隔で集中的にモニタリングすることが重要と考えられます。令和4年度は、それら大規模な4Dデータを統合的に可視化する手法として、機構のシステム計算科学センターが開発した遠隔可視化ソフトウエア：PBVR（Particle Based Volume Rendering）及び機構のスーパーコンピューターシステム：HPE SGI8600を用いた技術の適用性を検討し、その見通しを得るとともに、幌延深地層研究センター及び瑞浪超深地層研究所の研究坑道掘削時に実施した三次元レーザー計測のデータ（図１）を用いた試解析の準備を行いました。
図１ 幌延深地層研究センターにおける研究坑道の三次元レーザー計測の例
（幌延深地層研究センター報 vol.12 2012年3月29日発行中の図を引用）
令和5年度は、PBVRおよびHPE SGI8600を活用した三次元レーザー計測データを用いた可視化の試解析を行うとともに、モニタリングデータ及びシミュレーション結果等を含めた複数特性の可視化に関する検討を進める予定です。
(2) 状態予測と判断支援エンジンを備えた次世代型マルチフィジクスシミュレーション技術の構築
地層処分システムの中で生じる複雑な現象を忠実に理解するためには、地下施設建設前から閉鎖後長期にわたる地層処分システムの構成要素間及び諸現象間の相互作用による場の変化を精度良く再現する熱-水-応力-化学連成解析技術を整備することが重要となります。本取り組みにおいては、機構で継続的に開発を進めている連成解析技術における知見を活用し、従来、弱連成で解析していた物理化学現象の一部を強連成で解析するマルチフィジックスシミュレーション技術の構築を大学・他の研究機関との共同研究を通じて実施しています。当面の目標としては、強連成解析で必要となる膨大な計算負荷の問題を解決するために、スーパーコンピューターを活用した並列計算の適用性を検討するとともに、シミュレーション結果をデータドリブンの観点から活用するためのAI、機械学習技術との融合を目指しています。令和4年度は、共同研究者と協力し、幌延深地層研究センターの研究坑道掘削時における坑道周辺の亀裂の発生・進展挙動を再現する試解析を実施するとともに（図2）、機構のスーパーコンピューターシステム：HPE SGI8600への実装についての技術的な確認を行い、解析全体の実現性についての見通しを得ることができました。
図2 幌延深地層研究センターの研究坑道掘削時における坑道周辺の亀裂の発生・進展挙動を再現した試解析の例（大阪大学大学院 緒方助教提供）
坑道全体図（左図），坑道断面図（右図）
令和5年度は、HPE SGI8600への実装と計算性能の評価を実施するとともに、大学・他の研究機関との共同研究を継続し、幌延深地層研究センター及び瑞浪超深地層研究所で取得されたデータを用いたマルチフィジックスシミュレーションを更に進める予定です。