高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発

「2015年度バックエンド週末基礎講座」参加報告

2015年11月7日（土）、8日（日）の2日間、宮城県仙台市の東北大学青葉山キャンパスにてバックエンド週末基礎講座が開催された。講座には大学や企業などから28名が参加し、7件の講義とグループディスカッションが行われた。本講座の概要とグループディスカッションの内容について報告する。

フランスにおける高レベル放射性廃棄物地層処分施設の立地受容の規定因

本研究では、これまでの様々なパブリックインボルブメントの取り組みをとおして一つの候補サイトが選ばれているフランスで、高レベル放射性廃棄物の地層処分施設立地の受容の規定因を推定した。候補サイト近傍と離れた地域を対象に、886名の回答者に対してインターネット調査を行った。その結果、これまでリスク研究分野で対象とされてきた信頼、リスク認知、スティグマに加え、手続き的公正、社会的便益、個人的便益が、NIMBY問題の受容に重要な影響を与えることが明らかになった。さらに、個人的便益と感情が、社会的便益、手続き的公正、世代間主観的規範より受容に大きな影響を与えている。これらは、規定因から受容への影響は、立地の進行状況などにより変わる可能性を示唆している。

Progress in the Geological Disposal Program in Japan

我が国における高レベル放射性廃棄物の地層処分については、1999年に「第2次取りまとめ」として技術的信頼性が取りまとめられたが、その後10年以上が経過するとともに、東北地方太平洋沖地震などの自然事象が発生していることから、政府は、地層処分の技術的信頼性について、改めて最新の科学的知見を反映した再評価を行った。この再評価結果を受け、政府は、「特定放射性廃棄物の最終処分に関する基本方針」を変更し、国が「科学的有望地」を提示するとともに、国が調査への協力を自治体に申し入れることを定めた。NUMOおよび関係研究開発組織（原子力機構および原子力環境整備センター）は、地層処分の技術的信頼性の向上のため研究開発を進めている。また、NUMOは、一般的なセーフティケースの構築を進めている。

岩石利用セグメント支保工の力学特性と坑道の安定性に関する検討

本論文では、低アルカリ性モルタルを用いた岩石利用セグメント支保工の力学特性、支保工としての成立性について室内試験や要素試験を行い検討した。検討結果より、従来の吹付けコンクリートを主体とした支保工に対して、低アルカリ性モルタルを用いた岩石利用セグメント支保工は、セメント使用量を大幅に低減し、かつ低アルカリ性モルタルを利用することにより、セメント影響のさらなる低減化が期待できること、地層処分施設の支保工として地山の安定性を確保することが可能であることを示した。

Mineralogical, physical and chemical investigation of compacted Kunigel V1 bentonite in contact with a steel heater in the ABM test package 1 experiment, Aspo laboratory, Sweden

圧縮ベントナイトは、高レベル放射性廃棄物の安全な処分のため、多くの国々において、人工バリア材の候補として検討されている。SKBは、スウェーデンのエスポにある硬岩研究所において、鉄製のヒータを用いて温度を上げた条件（最大で130℃程度）で、種々のベントナイトの安定性を比較するための原位置試験（ABM試験）を実施した。本報告では、日本のベントナイト（クニゲルV1)の試験結果について述べる。XRDやSEM-EDXを用いた鉱物学的調査の結果、ベントナイトの主成分であるスメクタイトが新たな粘土鉱物に変化する様子は認められなかった。しかしながら、鉄製ヒータ近傍のベントナイトには、スメクタイト層間における陽イオン交換（Na型からFe型へ）が生じていた。透水試験や膨潤試験による物理特性調査の結果、鉄製ヒータ近傍のベントナイトにおいても特性変化は生じていなかった。このような結果は、鉄−ベントナイト相互作用による影響範囲は限定的であり、陽イオン交換の発生も部分的であったことに起因すると考えられた。メチレンブルー吸着量測定、陽イオン交換容量および交換性陽イオン量といった化学特性調査の結果、これらのパラメータの水平方向での分布は一様で濃度勾配は認められなかった。

Development of a design support system for geological disposal using a CIM concept

本論文は、原子力機構が開発を進めている、地層処分場の設計を合理的に行う設計支援システム(Integrated System for Repository Engineering: iSRE)の開発状況について国際学会において発表するものである。本システム開発の基本的な考え方として、共通のデータモデルを介してプロジェクトの3次元モデル及び関連データを共有するCIM技術を利用している。地層処分事業に適用する設計支援システムとしてのiSREの開発目標、設計要件および機能、iSREの基本構造、iSREの具体化として、保存すべきデータモデルの項目とシステム全体の構成、iSREの主要なデータベース、ならびにそれらと外部システム及び外部データベースとの連携を可能とするインターフェースの設計について示す。一部のデータベースとインターフェースの試作を行い、データモデルを作成するとともに、iSREの運用シナリオを想定しつつ、データモデルを用いたiSREの適用性の検討を行い、地層処分事業に適応するiSREの具体的な開発の見通しを得るとともに、iSREが処分場の設計に対して有用であることを確認した。

隆起・侵食による地質・地表環境の長期的変動を考慮した地層処分の安全評価手法の開発

本研究では、我が国の幅広い地域で確認されており、かつサイト選定で影響を回避することが困難な隆起・侵食に着目し、これが高レベル放射性廃棄物地層処分に与える影響を定量的に把握するための安全評価手法を開発した。従来は、隆起速度と侵食速度が等しいとの仮定の下､処分場が一定の速度で地表に接近するという簡易な評価が行われていたが、本研究では、我が国で多く確認されている隆起速度と侵食速度が異なるケースを取り扱うことが可能なモデルを開発し、隆起・侵食に伴う起伏や処分場深度の時間変化、廃棄体ごとの風化帯/地表に到達する時間などを、地形発達モデルに基づき評価した。さらに、このモデルを用いて隆起・侵食を考慮した安全評価を試行した結果、我が国の最頻値の隆起速度（0.3mm/y）を想定したケースの総線量の最大値は、国際機関で示されている放射線防護基準のめやす値（300μSv/y）を下回った。さらに、既往のモデルによる評価との比較により、地表の起伏に起因して廃棄体が風化帯へ分散して侵入する効果を定量的に把握した。以上のことから、本評価手法を用いることにより、隆起・侵食を現象に即して取り扱うことが可能になったとともに、既往の評価の安全裕度を定量的に把握することが可能となった。

逐次放射性壊変式との類似性に着目した崩壊連鎖を含む放射性核種の多孔質媒体中移行定常解の簡易表現

Simple equations of radionuclide chain migration in semi-infinite porous medium are presented. The exact mathematical expressions on the non-steady migration of nuclides in radioactive decay chains have complex structures and are impractical for quick check of the hazardous impacts driven by the chain migration. The maximum hazard is, actually, a main interest and that maxima can be given by a steady concentration. For this interest, rather simple equations which indicate the maximum concentrations of parent, daughter and grand-daughter nuclides are given for the three different constant boundary conditions; Dirichlet, Neumann, and Robin conditions. The equations are quite similar to the sequential radioactive decay formulas and applicable to overview the effect of the parameter variations such as groundwater flow, sorption characteristics, hydrodynamic dispersion, etc.

The FeSe₂(cr) solubility determined by solubility experiments of Se co-existing with Fe

FeSe₂(cr)の溶解反応の平衡定数を決定するために、鉄が共存するSe溶解度試験を実施した。温度は348Kに維持した。Se濃度の安定化から平衡到達が示唆された。沈殿固相のXRD測定により検出されたSe含有固相はFeSe₂(cr)だけであった。けん濁液のEhおよびpHは-188. 6 〜 -4.9mV vs. SHE、6.00-8.76の範囲におさまった。この領域では、Se₄^2-およびFe²⁺が熱力学的に安定である。SITモデルによって解釈した場合、Ehおよび濃度の関係をよく説明できるのは、(4Fe_nSe(cr)=4nFe²⁺+Se₄^2-+(8n-2)e^-)反応に関して、n=0.50±0.01およびlogK⁰=-17.24±0.31のときであった。このlogK⁰値は、既往の熱力学データから算出される値とよく一致した。

Issues concerning the determination of solubility products of sparingly soluble crystalline solids: solubility of HfO₂(cr)

結晶質二酸化ハフニウム固相(HfO₂(cr))の溶解度における酸濃度の影響を調査した。本研究では、(1)2種類の固相量を使用、(2)固相の酸洗浄、(3)1400℃での固相の加熱、(4)二酸化ハフニウムが非晶質(am)から結晶質(cr)に変遷するかどうかを調べるための固液混合状態での90℃での試験、を実施した。これらの処理の結果、HfO₂(cr)には少量の結晶性の低い(ただし非晶質ではない)成分(HfO₂(lcr))が含まれており、これがHfO₂(cr)よりも溶解度を制限する固相となることが結論づけられた。溶解度データはPitzerおよびSITの両モデルで説明できた。HfO₂(cr)の溶解度積の対数値も推定された。少量の結晶性の低い固相が確認されたことは、鉱物表面がしばしば構造的または組成的に不完全で、結晶固相より高い溶解度を示す一般的な傾向と整合している。本研究は溶解度データの解釈において、難溶性固体の溶解挙動が固有の固相に規定されることが観察されることに注意を払う必要があることを強調している。

Evaluation of equilibrium constants for deprotonation and lactonisation of α-D-isosaccharinic acid

アルファ-D-イソサッカリン酸(ISA)の解離定数およびラクトン化定数については、文献によって大きな不一致がある。核磁気共鳴(NMR)と、α-D-イソサッカリン酸に関係するイソサッカリン酸カルシウム結晶(Ca(ISA)₂(cr))の広範な実験による溶解度データとの組み合わせを基にすると、[HISA(aq) ⇔ ISA^- + H⁺]の反応の標準状態における平衡定数の対数値(log K°)が-3.27±0.01であり、また[HISA(aq) ⇔ ISL(ISA-1,4-ラクトン)(aq) + H₂O]のlog K°が0.49±0.09が信頼できる値となる。これらのデータからは、[ISL(aq) +H₂O ⇔ ISA^- + H⁺]のlog K°は-3.76 ± 0.09と導出される。信頼できる広範な実験によるCa(ISA)₂(cr)の溶解度データをSIT活量補正モデルで再解釈すると、[Ca(ISA)₂(cr) ⇔ Ca²⁺ + 2 (ISA)^-のlog K°は-6.40 ± 0.09であり、[Ca²⁺ + ISA^- ⇔ CaISA⁺]のlog K°は1.70 ± 0.09となる。

Pore distribution of water-saturated compacted clay using NMR relaxometry and freezing temperature depression; effects of density and salt concentration

含水飽和圧縮粘土（3種類の塩濃度で含水飽和された密度0.8および1.4g/cm³のNa型モンモリロナイト）中の間隙構造をNMR緩和法と凝固点降下法により評価した。4層状態までの層間水と層間外水との割合がそれぞれの緩和時間の閾値から計算された。低密度試料では、層間外水の割合が55%までの高い割合を示した。凝固点降下を利用した低温条件でのNMR測定の結果は、熱量測定から得られた約4nmのメソポアが、層間外水の閾値として評価された。凝固点降下とNMR緩和法で評価された層間外水の割合は、10%以内の差で一致した。-10℃での縦緩和時間(T1)と横緩和時間(T2)の相関性評価から、密度1.4g/cm³の条件下においても、高い移動度をもつバルクに近い水分子が存在することが示唆された。

幌延深地層研究センターの350m調査坑道における掘削損傷領域の破壊様式の検討

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道や立坑、斜坑といったアクセス坑道の掘削による応力再配分の影響により、坑道壁面周辺岩盤の水理・力学特性が顕著に変化する領域が生じる。このような領域を掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone, EDZ)と呼ぶ。EDZは廃棄体定置後の核種移行経路の一つになると想定されていることから、詳細な性状の把握が求められる。そこで、幌延深地層研究センターを対象として、ボアホール・テレビューア(borehole tereviewer, BTV)観察、コア観察および定期的な透水試験を実施して、EDZの水理・力学特性について検討した。その結果、壁面から0.2～1.0mの範囲まで、坑道掘削に起因して生じた引張割れ目が発達していたことから、EDZは坑道から0.2～1.0mの範囲まで発生したと推定される。これは、破壊様式を考慮した三次元有限要素解析にも整合的であった。坑道掘削直後の坑道周辺岩盤の透水試験の結果から、引張割れ目が発達した領域における透水係数は、その外側領域と比較して3～5オーダー高いものであることがわかった。しかし、その後の2年間は、坑道周辺岩盤の透水係数に顕著な変化は見られなかった。これらのことから、透水性の高いEDZは、坑道掘削により短期的に形成されたものと推定された。

各種計測結果に基づく再冠水試験のための止水壁の機能評価

日本原子力研究開発機構は、文部科学省・経済産業省・原子力規制委員会の第3期中長期目標に基づく研究開発を平成27年度から進めている。この一環として、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所では、深度500mに掘削した研究坑道終端部において、再冠水試験と称する坑道周辺の地質環境の回復状況を把握・評価するための原位置試験を進めている。この試験のため、研究坑道内に地下水の圧力を保持するための止水壁を構築すると同時に、温度・圧力及び変位に関する各種計測機器を止水壁内外に設置し、冠水前後のそれらの変化をモニタリングした。その結果、構築した止水壁は、最初の冠水時に、施工不良部からの漏水が生じその補修を行ったものの、補修後の冠水では当初の止水壁の設計コンセプトが概ね満足され、水圧の保持機能が発揮されていることを確認し、平成28年3月より再冠水試験に移行している。本報では、止水壁の設計・施工・計測と計測結果に基づくその機能評価の概要を報告する。

坑道掘削時内空変位に基づく広域岩盤の初期地圧評価

日本原子力研究開発機構が高レベル放射性廃棄物の地層処分技術開発として北海道幌延町で進めている幌延深地層研究計画は、平成12年度から開始された第1段階「地上からの調査研究」に引き続き、第2段階「坑道掘削（地下施設建設）時の調査研究」と第3段階「地下施設における調査研究」が実施されている。こうした地下施設の設計に当たっては、掘削対象の岩盤の力学特性は勿論、初期応力を如何に設定するかが重要であり、幌延においてもこれまでに、地上からのボーリング孔を用いた水平面内の初期地圧の評価や坑道掘削（地下施設建設）時に3深度に設けられた試験坑道における水圧破砕法による初期地圧の評価が行われている。今回深度350mの周回坑道掘削時の内空変位計測結果を用いて、数百m四方の岩盤の挙動を説明できる初期応力の推定を試みた。また、推定結果の精度をより高めるために岩盤の割れ目の発達状況を考慮して内空変位計測結果を評価し、検討を行った。その結果は、他の計測結果と整合しており、本解析手法の妥当性が確認された。

幌延深地層研究センターの換気立坑におけるグラウト注入シミュレーションおよびその効果の検証

本論文では、幌延深地層研究センターの深度250m以深の換気立坑掘削前に、透水性の高い断層部を対象として実施したグラウト施工を対象として、有限要素法により、非定常の浸透流解析および移流・分散解析を実施し、グラウト施工後の透水係数の分布を評価した。その結果に基づきグラウトによる透水性の改善効果について検討を行い、原位置におけるルジオン試験結果との比較により解析の妥当性について検討を行った。結果として、実際のグラウト施工により、透水性の高い断層部の透水係数の4オーダー程度の改善が見られ、その値は原位置のルジオン試験結果にも概ね整合することが示された。よって、グラウトによる透水性改善の検討について、本手法の適用可能性が示された。

希土類元素・トリウムおよびウランの堆積岩中における保持状態：北海道幌延地域における調査例

高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価に関して、地層中における長期にわたる物質の移動現象を調査するための手法開発が重要である。本研究では、幌延地域の地下深部に分布する堆積岩(声問層および稚内層)を一例に、希土類元素、トリウムおよびウランの分布(保持)状態を調査した。また、水理地質特性や岩相の違いによるこれら元素の分布状態への影響についても検討した。その結果、声問層および稚内層中の希土類元素やトリウムは、陸域起源の砕屑物由来の鉱物や堆積物埋没後の続成作用の過程で生じた二次鉱物に保持されており、地層の違いに依らず比較的均質に分布していると考えられた。また、ウランは、堆積時あるいは続成作用の過程の中で有機物への吸着や有機物の分解に伴う還元環境の形成により地層中に固定され、現在に至るまで長期にわたり保持されてきたと推察された。さらに、水理地質特性・岩相の違いによるこれらの元素の分布状態への影響は認められなかった。

岩石の透水試験における環境温度の制御の重要性

放射性廃棄物の地層処分において、岩盤の透水性は重要な情報となる。透水試験において温度などの周辺環境の変化が測定結果に及ぼす影響を把握することは重要である。岐阜県産の土岐花崗岩を用いて、温度条件を変化させた透水試験をトランジェントパルス法で実施した。その結果、供試体の上流側と下流側に接続されている貯留槽の圧力差は、配管や継手の容積を含めた貯留槽容積が上流側と下流側で異なることや周囲の温度が変化したときに貯留槽や配管への熱伝達が上流側と下流側で異なることなどに起因して、温度変化が起きたときにそれに敏感に反応して変化していることが観察された。透水試験においては、大きな温度の変動はもちろんのこと、微小な温度変化でさえ、実験データに影響を及ぼすことが確認された。

超深地層研究所計画における地域社会との共生に向けた活動から学んだ教訓　－手続き的公正さと分配的公正さの視点から－

日本原子力研究開発機構では、これまで20年にわたり、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術の基盤研究開発を行う深地層の研究施設の1つとして超深地層研究所計画を進めてきた。本計画を1995年に公表した当時、地域社会において本計画が高レベル放射性廃棄物の処分場の設置につながるのではないかとの不信感や懸念が生じたため、原子力機構は、地域社会との共生に向けた活動を行った。本稿では、原子力機構が本計画において実施した地域社会との共生に向けた活動を、NIMBY的施設の立地選定プロセスの社会心理学的な評価フレームとして取り上げられている手続き的公平さと分配的公平さの2つの視点で規範的に分析した。その結果は、代表的な市民の参加を得た地域パートナーシップの早期の構築と、その場における熟慮を情報提供や財政的な支援で支えていくことが重要であることを示唆した。

Determination of dissolved natural thorium and uranium in Horonobe and Mizunami Underground Research Laboratory groundwater and its thermodynamic analysis

本研究では、幌延深地層研究センター及び瑞浪超深地層研究所の両地下施設を利用し、原位置の地下水中におけるウラン及びトリウムの存在状態について、ろ過径の異なるフィルターを用いて調査した。また、ろ過後の地下水の分析結果をもとに、熱力学的な解析を行い、溶解度制限固相について考察した。その結果、幌延の地下水では、ウラン及びトリウムともに溶存状態で存在する成分に加え、コロイドとしても存在していることがわかった。また、溶存状態で存在するウラン及びトリウムの濃度は、UO₂(cr)及びThO₂(cr)の溶解度でそれぞれ近似される可能性が示唆された。一方、瑞浪の地下水中のウラン・トリウムについては、幌延と比べるとコロイドとして存在する可能性は低く、地下水のウラン・トリウム濃度については、明確な制限固相を特定することが困難であった。これについては、さらなる研究が必要である。

Elastically-homogeneous lattice models of damage in geomaterials

This study involves the development of the auxiliary stress approach for producing elastically-homogeneous lattice models of damage in geomaterials. The lattice models are based on random, three-dimensional assemblages of rigid-body-spring elements. Unlike conventional lattice or particle models, the elastic constants of a material (e.g., Young's modulus and Poisson's ratio) are represented properly in both global and local senses, without any need for calibration. The proposed approach is demonstrated and validated through analyses of homogeneous and heterogeneous systems under uni- and tri-axial loading conditions. Comparisons are made with analytical solutions and finite element results. Thereafter, the model is used to simulate a series of standard laboratory tests: (a) split-cylinder tests, and (b) uniaxial compressive tests of sedimentary rocks at the Horonobe Underground Research Laboratory in Hokkaido, Japan. Model inputs are based on physical quantities measured in the experiments. The simulation results agree well with the experimental results in terms of pre-peak stress-strain/displacement responses, strength measurements, and failure patterns.

Cross-checking groundwater age by ⁴He and ¹⁴C dating in a granite, Tono area, central Japan

岐阜県東濃地域に分布する花崗岩中の地下水について、He-4法およびC-14法を利用した年代測定を行った。6本の深度1000m級のボーリング孔を利用して合計30区間から地下水試料を採取した。地下水の流動経路に沿って、He-4濃度は増加し、C-14濃度は減少する傾向があり、両者から推定される年代値には線形相関が認められた。このような複数の指標を利用して年代測定を行うことにより、信頼性の高い年代値が取得できると考えられる。

Comparison of ¹⁴C Collected by Precipitation and Gas-Strip Methods for Dating Groundwater

地下水の¹⁴C年代測定に必要な溶存無機炭酸(DIC)の回収法(沈殿法とガス化法)の違いが、¹⁴C測定値に与える影響について検証を行った。その結果、ガス化法で回収されたDICの¹⁴C値は理論的に想定される値と同等の値を示した。一方で、沈殿法で回収されたDICの¹⁴C値は、理論値より高い値を示し、回収処理中に現代炭素による汚染が生じることが確認された。汚染の程度は、使用した試薬の量などから算出することができた。地下水の¹⁴C年代測定については、調査目的に応じてDIC回収方法を選択する必要があると考えられた。

Relationship Between Faults Oriented Parallel and Oblique to Bedding in Neogene Massive Siliceous Mudstones at The Horonobe Underground Research Laboratory, Japan

幌延URLの立坑掘削の先行ボーリング調査と、その後の立坑および水平坑道の掘削時に実施される坑道壁面の割れ目観察の結果に基づき、塊状珪質泥岩からなる新第三紀の稚内層における層理面に平行な断層（層面断層）と層理面に交差する断層（交差断層）の分布が示された。幅数mmから数cm程度の明瞭な断層ガウジを伴う層面断層は、少なくとも数十メートルにわたって分布していることが確認された。そして、層面断層が交差断層に切られていたことは、層面断層が形成された後、交差断層が形成されたことを示しており、既往研究の結果と矛盾しない。ある一定の大きさを持ち、より先に存在した層面断層は、後に形成される交差断層の進展を規制するメカニカルレイヤーとして機能していた可能性があり、層面断層の近傍において交差断層が終結する産状から示唆される。

Excavation damaged zone inferred by geophysical surveys on drift floor of Horonobe URL

Seismic refraction surveys were carried out on the floor of a drift in the Horonobe URL of Japan for understanding of the extent of EDZ. As a result, the extent of the low velocity zone ranges from 1.5 to 3.0 m; the extent on the center line of the drift is the largest. On the other hand, the extent of the EDZ on the drift wall is less than 1.0 m from previous studies. Thus, it is considered that the excavation damage on the drift floor is much larger than that of on the drift wall. Also, the result of the numerical analysis is consistent with that tendency. Furthermore, we also suggest the conceptual model of the EDZ showing the extent, hydraulic and mechanical properties of rock mass, and characteristic of the fracture from the results of this research and previous studies.

Extending Water Retention Curves to Quasi-Saturated Zone Subjected to a High Water Pressure up to 1.5 Megapascals

瑞浪超深地層研究所で実施される再冠水試験では、飽和度は回復プロセスを理解するために観測するキーパラメータの1つとなる。本報では、水圧上昇による気泡の圧縮に伴う準飽和帯での飽和度増加プロセスを取りまとめた。砂試料を用いた室内試験によって水圧上昇と飽和度との関係を計測し飽和過程における気泡の圧縮効果について分析した結果、水圧－飽和曲線はボイルの法則を用いた気泡の圧縮を基に推定された関係に従うことを確認した。この観測結果に基づいて、正圧の範囲での水圧－飽和曲線を定義するための数学モデルを構築した。

Long term behavior of hydrogeological structures associated with faulting: An example from the deep crystalline rock in the Mizunami URL, Central Japan

断層周辺に発達するダメージゾーンは、選択的な物質移動経路となりうることから、これらの水理学的な特長およびその長期変遷を把握することは重要である。そこで、本研究では瑞浪超深地層研究所の深度300ｍおよび500mにおける調査結果に基づき、ダメージゾーン中の透水性割れ目の特徴とその長期変遷について検討を行った。ボーリング調査や坑道壁面観察の結果から、断層周辺岩盤は3つのステージを経て現在に至ると考えられ、それぞれのステージでダメージゾーン中の透水性割れ目の透水性が変化していたと考えられる。1stステージは初生的な割れ目が形成されるステージ、2ndステージは断層運動に伴いダメージゾーンが形成されるステージ（透水性が増加）、3rdステージは割れ目充填鉱物が形成され、ダメージゾーン内の割れ目が充填または閉塞されるステージ（透水性の低下）である。3rdステージでは、割れ目内に未固結の充填物も形成され、これがダメージゾーン中の透水性割れ目の透水性をより低下された可能性がある。以上より、日本のような変動帯において、断層影響を評価する上では断層の発達ステージを考慮して検討することが重要である。

Observational method of shafts in Horonobe Underground Research Center

当該学会のパンフレット（TUNNELLING ACTIVITIES IN JAPAN 2016)において幌延深地層研究センターで実施した三次元地質情報・施工情報可視化システムによる立坑の情報化施工について紹介する。

Interview on EAGE Asia Pacific newsletter

本記事は、欧州物理探査学会(EAGE)の広報誌での技術者・研究者紹介の記事である。本記事は学生向けの内容であり、なぜ地球科学分野に興味を持ったのか、現在の仕事の内容やこの仕事を選んだ理由、これまで身に付けた知識の現在の仕事への活用などに関して述べている。

Efficient condensation of organic colloids in deep groundwater using surface-modified nanofiltration membranes under optimized hydrodynamic conditions

地下水中の有機コロイドは、放射性核種の移動に関わる重要な因子である。その濃度は、一般的に低濃度なため直接的に分析することが難しい。本研究では、瑞浪超深地層研究所で得られる地下水に対して、ナノサイズの濾過手法に関わるろ過材やろ紙の目詰まりを避けるための濾過条件の検討を行った。その結果、有機コロイドの5倍濃縮時の回収率を従来の約62%から92%に改良することができた。また、濃縮回収率の向上により、有機コロイドに対する熱分解質量分析法の適用が可能になった。

Characteristics of Electron Spin Resonance Signal of Quartz from Sediments and Adjacent Bedrocks

日本の山地では、一般的に隆起による高度増大に伴い侵食速度が増大する傾向がある。侵食速度が隆起速度と動的平衡状態にある山地では、時間が経っても平均高度が一定に保たれるため、山地から平野にかけての地下水流動は時間経過によって変化しないと考えられる。一方、隆起開始から時間が十分に経過しておらず動的平衡状態に至っていない山地は、今後、高度の増大に伴って地下水流動が変化する可能性がある。放射性廃棄物の地層処分においては、このような地形変化に伴う地質環境を把握することが重要な検討課題となるため、本研究では、砕屑粒子をその周辺の基盤岩中の石英の電子スピン共鳴(Electron Spin Resonance; ESR)信号特性を比較し、石英の供給源を推定する手法の有効性について検討した。ESR測定の結果、堆積物とその起源となり得る基盤岩のESR特性が類似していたことから、石英粒子のESR信号特性を用いる方法は堆積物の供給源推定に有効であると考えられる。

青森県鰺ヶ沢町にみられるイベント堆積物

日本海沿岸の古地震・古津波研究の一環として、青森県の日本海沿岸における過去の津波痕跡に関する調査を実施している。平成28年度に実施した青森県鰺ヶ沢町鳴沢川周辺での津波堆積物調査の結果、有機質シルト層の中に水流によって運ばれてきたと考えられるイベント堆積物（砂層）が見出された。そのため、イベント堆積物の空間分布の調査および年代測定を行い、津波堆積物の可能性に関するより詳細な検討を実施した。採取されたほとんどの地点でのボーリングコア試料には、沖積低地に堆積した有機質シルトや泥炭を主体とした細粒堆積物中に砂を主体とした粗粒堆積物が数枚挟まれることが明らかになった。調査の結果、津波は美ノ捨地区の北側から押し寄せ、逆に洪水は南側から押し寄せ、それぞれ堆積物を残すような規模で発生していたと解釈することができた。

加速器質量分析による日本刀の¹⁴C年代と暦年代

本研究では、鋼で作られた4種類の日本刀に含まれる炭素の同位体である放射性同位体¹⁴Cと安定同位体の¹²Cと¹³Cを加速器質量分析計により定量した。そして、¹⁴Cの放射性壊変による濃度減少を利用した放射性炭素年代法により¹⁴C年代を求め、さらに暦年較正により暦年代を決定した。また、この暦年代と茎に刻印された作者の活動時期とを比較し、刀の製作年代を検証した。放射性炭素年代より求めた暦年代と、作者名や作者が活動した年代に木炭の樹齢を考慮すると、最も古くかつ確率密度の高い年代が刀の制作年代に対応することが分かった。

地層処分と地質環境の長期安定性：地震・断層活動に伴う地下水流動系の変化に関する検討事例

地震や火山活動といった地殻変動が活発な日本列島では、これら地殻変動によって生じる地質環境の長期的な変化を適切に予測・評価することが、地層処分の信頼性向上にとって必要不可欠となる。地震を引き起こす断層については、その活動性評価に加え、周辺岩盤中の地下水流動を把握する観点からも重要な調査対象となる。本稿では、地質環境の長期的な変化について評価した研究事例として、瑞浪超深地層研究所周辺における地下水圧変化の観測データに基づき、2011年東北地方太平洋沖地震に伴い断層の透水性が変化したかどうかを検討した。地下水圧変化の潮汐成分から計算した結果、観測した地域では地震に伴う断層の透水性の変化は認められないことが明らかとなった。

Photostimulated luminescence applicable to pre-screening of potassium-rich phases in chondritic breccias

角礫岩コンドライト等の惑星物質中からは、アルカリに富む物質が認められることがある。このアルカリに富む物質は、肉眼で惑星物質中の他の構成要素と識別することが困難であるため、宇宙化学的及び同位体化学的研究を実施するためには、これらを簡便に分離・同定する手法の確立が必要であった。本研究では、⁴⁰Kの放射壊変に伴うβ線によってイメージングプレートが感光する原理を利用し、アルカリに富む物質の同定手法を確立した。感光実験の結果、対象試料中にカリウムがおよそ30μg(放射能にしておよそ1mBq)含まれていれば約50日間の曝射でイメージングプレートの感光が確認され、アルカリに富む物質の同定が可能であることが分かった。本手法は非破壊・非汚染で簡便にカリウムに富む物質を選別することを可能とし、⁴⁰K-⁴⁰Caや⁴⁰K-40Ar(³⁹Ar-⁴⁰Ar)年代測定等の対象試料の選別に極めて有効な手法である。

Complete ⁴⁰ Ar resetting in an ultracataclasite by reactivation of a fossil seismogenic fault along the subducting plate interface in the Mugi Melange of the Shimanto accretionary complex, southwest Japan

地震源性の化石断層である南阿波断層の活動年代を調べるために、粘土鉱物のK-Ar年代測定を行った。メランジェの基質の頁岩から得られたK-Ar年代は85から48Maであり、砕屑性雲母鉱物の量の減少に伴って年代が若くなる傾向を示した。対照的に、断層の中心部から採取したウルトラカタクレーサイトのK-Ar年代は明らかにメランジェより若く、29から23 Maとなり、かつ粒径との相関は見られなかった。このことは、23から29Maの間にウルトラカタクレーサイトから⁴⁰Arが完全に散逸したことを意味する。ウルトラカタクレーサイトにおける⁴⁰Arの散逸は、断層が再活性化した際に起こった摩擦による加熱もしくは熱水の侵入によるものと思われる。この結果は、付加複合体中の整合層からテクトニックメランジェを分離する地震源性断層が、付加の進行中のみならず、付加が完了した後にも滑った可能性を示す。

諸外国における使用済燃料直接処分のソースターム評価　－(1)使用済燃料および構造材からの瞬時放出率の評価

わが国では、使用済燃料の全量を再処理し、そこで発生する高レベル放射性廃液のガラス固化体を深地層中へ埋設することとしている。一方で、将来のエネルギー情勢の変化に柔軟に対応するため、使用済燃料を直接地層中に埋設処分する手法(直接処分という)についても技術的成立性を検討している。直接処分の安全性を評価するためには、処分後のある時期に閉じ込め機能が喪失した際に、使用済燃料から地下環境中へ放出される核種の種類や放出量等(総称してソースタームという)を設定する必要がある。しかし、これらの詳細な検討は、国内では未実施である。このことを受け、わが国における直接処分の安全評価に資することを目的として、ソースタームのうち瞬時放出に着目し、本分野での先進諸外国の安全評価事例を調査した。諸外国における安全評価の内容を比較した結果、引用する試験データは各国でほぼ同様であったが、最終的なソースターム設定は、各国の事情(炉型や想定燃焼度等)を加味した結果として各国間で違いがみられた。また、設定値が含む不確実性の表現も各国で異なり、推奨値に加え悲観的値を設けるケースや、中央値と標準偏差を与えるケース等の違いがみられた。本調査内容は、わが国における直接処分の安全評価のための基盤情報として有効である。

Effect of carbonate concentration on the dissolution rates of UO₂ and spent fuel - A review

日本では、使用済燃料の再処理を経て生成するガラス固化体の地層処分の代替オプションのひとつとして、使用済燃料そのものを深地層中に処分（直接処分）する可能性について、検討を開始している。キャニスターが破損したのちに使用済燃料に接触する水の組成について、現在日本で想定している炭酸濃度が10^-2 mol dm^-3であり、これは欧州各国の設定値より約1桁高い値となっている。使用済燃料の溶解速度は炭酸濃度に依存し、ウラン（Ⅵ）の炭酸錯体の生成により促進されると考えられる。日本での代替オプションのひとつである直接処分システムにおける信頼性の高い使用済燃料溶解速度を設定するために、二酸化ウランおよび使用済燃料の溶解速度に及ぼす炭酸濃度の影響をレビューした。