高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発

第2回地層処分研究開発検討委員会（会議報告）

地層処分研究開発部門が実施している地層処分研究開発のうち、主として東海研究開発センターにおいて実施している研究課題について審議検討を頂き、客観的な助言を得て計画に反映し、優れた成果を効率的に得るとともに、これを処分事業や安全規制等に時宜よく反映していくため、大学や関連研究機関における専門家による「地層処分研究開発検討委員会」を設置している。本資料は、2007年3月に開催した第2回委員会の会議報告を行うものである。

地層処分技術に関する知識管理システムの基本的概念

処分事業の実施主体や安全規制機関など、地層処分計画にかかわるステークホルダーは、安全性を示す論拠の構築や地層処分計画のさまざまな時期における意志決定において、地層処分にかかわる多様な技術的情報やデータ、知見を用いる。これらは、地層処分の長期的な安全確保と長期間に渡る事業全体に対する信頼を支えるうえでの知識基盤として体系化し、常に最新の科学技術の知見を取り込みながら、次世代へ継承できるようにしておくことが必要である。これまで段階的に行ってきた研究成果の取りまとめが示すように、時間に伴いこのような知識は多様化するとともに、その量は激増している。このため、日本原子力研究開発機構では、地層処分のセーフティケースに関する一般概念に基づいてシステムの安全評価などにおいて必要となる多様かつ大量な情報を知識として構造化し、ステークホルダーの要望に応じて提供するとともに、新たな知識の創造や次世代への知識継承などの機能を備える知識管理システム及び知識ベースの開発を進めている。本報告書では、平成17年取りまとめに示されたナレッジ・ヴィジョンに基づき、地層処分技術に関する知識管理システム及び知識ベースを具体的に設計・開発していくための基本的概念を明らかにし、今後の当面5年程度(平成21年度まで)の計画を示す。

高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築 —平成17年取りまとめ—分冊3 安全評価手法の開発

本報告書は、第2次取りまとめ以降処分事業や安全規制に関する動向を踏まえ、核燃料サイクル開発機構が実施してきた安全評価手法の開発の成果を取りまとめたものである。その内容は、核燃料サイクル開発機構が課題評価委員会による評価を受けながら策定した「高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の全体計画」(以下、「全体計画」という)に示された目標および課題に対応したものになっている。全体計画で示された第2次取りまとめ以降の安全評価手法の高度化に関する目標は、これまで整備してきた安全評価に関連する様々なモデルや手法を、実際の地質環境へ適用することを通じて、その信頼性を確認していくこと(実際の地質環境への地層処分技術の適用性確認)および処分システムに関連する現象への理解を深め、評価の信頼性を高めていくこと(地層処分システムの長期挙動の理解)である。第2次取りまとめ以降の安全評価手法の高度化については、核種移行のデータベース整備、安全評価モデルの高度化、安全評価手法の整備・高度化、安全評価手法の適用性確認の4つの課題について取り組むこととした。なお、本報告書で取扱う課題は、第2次取りまとめと異なり安全評価関連の全分野を網羅的にカバーするのではなく、安全評価の基盤として現象理解、モデル開発、データベース開発、手法開発などの中から、重要な課題を選択して実施している。

高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築 —平成17年取りまとめ—分冊1 深地層の科学的研究

第2次取りまとめ以降、サイクル機構では、地層処分技術に関する研究開発の「全体計画」を2001年度に策定し、これに沿って、処分技術の信頼性向上や安全評価手法の高度化を目指した「地層処分研究開発」と、その基盤となる「深地層の科学的研究」を進めてきた。全体計画では、「実際の地質環境への地層処分技術の適用性確認」と「地層処分システムの長期挙動の理解」という大きく2つの研究目標を設定した。「深地層の科学的研究」においては、上記の2つの研究目標の達成に向けて4つの研究課題、すなわち「地質環境特性に関する研究」、地質環境の長期安定性に関する研究」、「深地層における工学技術の基礎の開発」、および「ナチュラルアナログ研究」を設定して調査研究を展開した。分冊1では、この「深地層の科学的研究」の第2次取りまとめ以降の進捗を示した。分冊1は、全6章の構成とし、第1章「はじめに」と第2章「深地層の科学的研究の役割」に続き、第3章で「地質環境の長期安定性に関する研究」、第4章で「地質環境特性に関する研究」と「ナチュラルアナログ研究」、第5章で「深地層における工学技術の基礎の開発」について報告する。第6章の「おわりに」では、第3章から5章の研究成果を簡潔にまとめるとともに、今後の研究課題について記した。

大型鉄遺物のX線CT測定法の比較

これまでに国内17遺跡から出土した約40点の鉄製品の腐食状況を調査し、1000年間の腐食量は、核燃料サイクル開発機構が、我が国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性-地層処分研究開発第2次取りまとめ-で見積った炭素鋼の腐食量:31mmより十分に低いことを明らかにした。しかし、埋蔵環境は大半が酸化性雰囲気で、地層処分で想定される還元性雰囲気に埋蔵されていたと推定されたものは数点にすぎず、この雰囲気におけるデータの蓄積が必要と考えられた。ここでは、つくば市小田地区の国指定史跡である小田城より発掘された「鋤」を含有する土壌固体試料について、腐食量を調査することを目的とした。また、X線CT測定の効率化を図るために、日本原子力研究開発機構で所有する医療用X線CTスキャナ(東芝製AsteionVI)を金属ナチュラルアナログ研究に活用することを考えている。同試料のX線CT測定を高出力工業用X線CTで行い、それぞれのX線CT像、断面物質密度及び錆厚測定結果についての比較を行ったので報告する。

ニアフィールド岩盤の長期力学挙動予測評価手法の信頼性向上に関する検討（I） —緩衝材の膨潤圧とオーバーパックの腐食膨張圧がニアフィールド岩盤の長期安定性に与える影響に関する研究—

本研究では、ニアフィールド岩盤の長期力学挙動予測評価手法の信頼性向上に関する検討として、緩衝材の膨潤圧とオーバーパックの腐食膨張圧がニアフィールド岩盤の長期安定性に与える影響について検討した。緩衝材の膨潤挙動を温度荷重で、オーバーパックの腐食膨張挙動を強制変位でモデル化し、ニアフィールド岩盤の長期力学挙動の予測解析を行った。その結果、緩衝材の膨潤圧やオーバーパックの腐食膨張圧が内圧としてニアフィールド岩盤に作用することで、ニアフィールド岩盤の長期安定性が向上し、緩衝材の膨潤圧やオーバーパックの腐食膨張圧を考慮していない従来の評価手法が保守側の結果を与えることを示した。ただし、例外として、緩衝材の剛性が高く、岩盤の初期応力が小さな場合においては、処分孔壁面近傍に引張破壊による緩み領域が発生する可能性が示された。そのような場合、緩衝材が岩盤中に発生した亀裂に流出することで、人工バリアの機能低下が起こる可能性が懸念される。

緩衝材中における炭素鋼の腐食挙動の実験的検討–1 —10年間の浸漬試験結果に基づく腐食進展挙動の検討—

オーバーパックの置かれる地下深部は酸素濃度の低い還元性雰囲気と考えられる。炭素鋼オーバーパックの腐食寿命を評価するうえでそのような還元性環境での炭素鋼の腐食挙動を把握することが必要である。本研究では酸素ガス濃度が1ppm以下に制御された窒素雰囲気下において10年間に渡る緩衝材中での炭素鋼の浸漬試験を実施した。模擬地下水として人工海水及び炭酸水素イオンと塩化物イオンを含む水溶液を用いた。炭素鋼の腐食量を試験片の重量減少量より算出し、その経時変化を調べた。実験結果は以下のようにまとめられる。(1)ベントナイト純度、気相部の雰囲気による腐食進展挙動への影響は小さいことがわかった。(2)腐食速度はいずれの条件でも時間とともに低下する傾向があり、浸漬初期の腐食速度が大きいほど長期的な腐食がより抑制される傾向があった。(3)炭酸塩濃度の高い条件(0.1M)では他の条件よりも試験期間を通じて腐食量は小さくなった。(4)10年間の腐食量Yの経時変化はべき乗則、 Y=AX^Bにより近似された。人工海水系における係数AとBを緩衝材密度ρ(g⁄cm³)とけい砂混合率 r(0≦r≦1)及び温度T(K)の関数として表す経験式を求めた。(5)浸漬期間1〜10年間の腐食量変化の傾きより腐食速度を算出した結果、0.055〜1.4μm⁄yの値が得られた。(6)従来のオーバーパック寿命評価において用いられた腐食速度の値(10μm⁄y)は10年間の室内試験データ、ナチュラルアナログデータと比較して十分に安全側であることが確認された。

坑道周辺における不飽和領域の生起に伴う地球化学反応を考慮した水理–物質移行連成解析 —高レベル放射性廃棄物の地層処分における熱–水–応力–化学連成挙動モデル⁄解析コードの適用—

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムにおける人工バリア定置後のニアフィールド挙動のより現実的な予測を行うためには、処分場建設に伴って生じる応力場、水理場、化学場などの変化を解析評価の初期条件として考慮する必要がある。例えば、坑道掘削に伴う処分坑道周辺における不飽和領域の発生は、酸化還元電位の変化や、地下水へのガスの溶解あるいは脱ガスによる溶液組成の変化など、オーバーパックの腐食や核種移行の環境条件などに影響を及ぼすことが予想される。本報告書は、幌延等の具体的地質環境における熱–水–応力–化学連成挙動モデル⁄解析コードの適用事例の提示に向け、坑道周辺における不飽和領域の生起に伴う地球化学反応を考慮した水理–物質移行連成解析を実施した。そして、岩盤内に大気が侵入することによる間隙水の酸化還元電位の変化や、間隙水中に高い濃度で溶解している二酸化炭素が脱ガスすることによる間隙水pHの変化など、これまでに開発した連成挙動モデル⁄解析コードで表現できることを確認した。

地層処分施設における多連設坑道の設計手法に関する検討

本検討では、地層処分施設における多連設坑道の設計手法について、第2次取りまとめの考え方に基づき、さらに詳細化・実用化を図ることを目的とし、EDZの発生挙動に関する検討(2章)、ピラーの安定性評価に関する検討(3章)を行った。2章では、一処分パネル規模の坑道群をモデル化した「多連設坑道モデル」を対象に解析的検討を実施し、EDZの発生挙動について検討した。解析モデルの違いによる影響を把握するため、第2次取りまとめの解析モデルを地表面まで考慮した「簡略化モデル」についても検討した。その結果、両モデルはEDZの発生挙動が大きく異なることから、EDZの発生挙動を正確に予測評価するには、多連設坑道モデルを用いて解析領域を十分に確保することが重要であると考える。3章では、「ピラー強度」と「ピラーに作用する荷重」の2つの観点から、類似構造物におけるピラーの安定性評価に関する考え方をもとに、地層処分施設におけるピラーの安定性評価方法について検討した。その結果、多連設坑道モデルによる数値解析を実施すれば、ピラー強度及びピラーに作用する荷重をともに適切に評価できることから、地層処分施設におけるピラーの安定性評価方法を提案した。

A Study on extrusion behavior of buffer material into fractures using X–ray CT method

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリアシステムの一つである緩衝材は、地下水の浸潤により膨潤し、それによって周辺岩盤に存在する開口亀裂に侵入する。仮に亀裂への侵入が長期間に渡り継続される場合には、緩衝材密度の低下を招くことになり、低透水性、核種移行抑制機能及びコロイドろ過性などといった緩衝材に期待されている性能に悪影響を及ぼすことが懸念される。本研究では、岩盤亀裂中への緩衝材の侵入挙動を明らかにするために、X線CT測定を併用した侵入試験を行った。侵入試験については、亀裂中への侵入距離がベントナイト配合率や地下水のイオン強度に影響されることがわかった。X線CT測定に関しては、緩衝材の侵入挙動の把握、特に侵入モデルの開発の観点からも重要な役割を果たすものとなる。

スメクタイトと2:1型粘土鉱物の標準生成自由エネルギーの推定手法による誤差について

粘土鉱物の熱力学データは、実験的アプローチでの整備が容易ではない。このため、計算手法の検討が行われている。しかし、計算により熱力学データを推定する場合、どの手法を用いたら信頼性が高い値(推奨値)を得ることができるのか、どの程度の誤差が存在するかの議論は行われていない。本報告では、熱力学データのうち、ΔGf°について、スメクタイトと2:1型粘土鉱物を対象として、ΔGf°推定手法の選定手順を示し、選定された手法から求めた、ΔGf°推奨値にどの程度の誤差が存在するかを把握することを目的として、手法のレビューと相互比較を行った。その結果、実験値と推定値の差の平均値、標準偏差(σ)が小さい手法を信頼性の高い手法とし、その手法から計算されるσを推奨値とする考え方を示した。

処分システムに求められる閉鎖性能の考え方 —処分場パネル規模の水理に関する試解析—

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価においては、処分場の閉鎖性能が極めて重要である。原子力発電環境整備機構と日本原子力研究開発機構は、地層処分システムに求められる閉鎖性能の考え方を示し、そこで示される坑道の埋め戻し材や粘土プラグ等の閉鎖要素の設計要件を明らかにするとともに今後の技術開発等の方向性を導出することを目的に、協力協定に基づき、共同で検討していくための場として2004年度から「処分場の閉鎖技術に関する検討会」を設置した。2005年度である本件等は、初年度に坑道交差部を対象として得られた知見をもとに、水理解析の対象を坑道交差部から処分場パネル規模へと拡張を行った。処分場パネル規模での水理解析では、処分パネルを構成する35本の処分坑道をモデル化する必要があり、モデルの構造が複雑になることから、坑道周囲に対して等価透水係数の考え方を適用した。解析では、粘土プラグの設置位置、埋め戻し材の透水係数、処分坑道の透水係数、動水勾配の方向をパラメータとした。その結果、処分坑道の流量は、動水勾配の方向、処分坑道への粘土プラグの設置の有無、主要坑道の透水係数の大きさが影響することがわかった。

結晶質岩における閉鎖要素に期待すべき性能要件

本報告書では、第2次取りまとめ以降の地層処分場の閉鎖技術に関する課題に基づいて、地下実験施設における止水プラグの原位置適用性試験結果などを踏まえ、結晶質岩における閉鎖要素に対して期待すべき性能要件及び閉鎖システムの考え方を取りまとめた。その結果、止水プラグ、強度プラグ及び粘土グラウトに関して、現状技術を組合せることにより施工が可能であり、止水プラグ周辺部での低透水性能を把握することができた。また、結晶質岩を対象に処分場で考えられる閉鎖にかかわる事象を抽出し、その事象が発生する部位、要件及びその対策について整理するとともに、これらに対して原位置試験結果から得られた知見と今後個々の閉鎖要素の設計で検討すべき課題を抽出した。さらに、そのように性能が期待できる個々の閉鎖要素を処分場レイアウト規模に適用していく閉鎖システムとしての考え方を整理し、課題を抽出した。

ニアフィールドの長期力学連成解析手法の構築

本稿ニアフィールドにおける力学的相互作用を評価する連成解析手法を構築した。連成解析モデルは、人工バリア、処分坑道、周辺岩盤を含む3次元解析モデルで、オーバーパックの自重沈下、腐食膨張及び岩盤クリープ挙動を考慮してニアフィールドの力学的挙動を評価する。連成解析モデルへの拡張に際して生じる問題点と新たな課題として、(1)岩盤の力学モデルをコンプライアンス可変型構成方程式として導入、(2)コンクリート支保の劣化挙動モデルの導入、(3)オーバーパックの腐食膨張模擬方法の検討、(4)岩盤内水圧挙動の影響検討、及び(5)埋め戻し材の構成モデルパラメータの設定を行い、これらの成果を反映して連成解析のプロトタイプを作成した。作成したプロトタイプによる解析を行った結果、従来の2次元モデルの解析結果と比べて、岩盤及び埋め戻し材モデルの挙動や拘束条件を適切に反映した挙動を示しており、本解析手法により、ニアフィールド全体の力学挙動を把握できることが示された。

処分場建設の際に持ち込まれる材料の長期性能評価の観点からの留意点

フィンランドのPOSIVAでは、地下研究施設ONKALOの建設及び操業によって誘発される擾乱の評価を行っている。本報告書は、POSIVAが示した評価と幌延における深地層の研究施設の建設時に持ち込まれる工学材料を参考に、実際の地層処分場施設の建設や操業に必要な技術を選定するうえで考慮すべき閉鎖後のシステムの長期性能に影響すると考えられる工学材料を抽出するとともに、使用した場合の影響の低減方法や今後の課題を取りまとめたものである。

オーバーパック溶接部の耐食性評価に関する研究–III （共同研究）

溶接部(溶接金属及び熱影響部)と母材は材料の性状が異なるため、溶接部の耐食性も母材と異なる可能性がある。本研究ではTIG、 MAG及びEBWによる溶接試験体から切り出した試験片を用いて、炭素鋼溶接部の耐食性について母材との比較を行った。腐食試験は以下の4つの項目に着目して行った。(1)不動態化挙動と腐食形態、(2)酸化性雰囲気における全面腐食、孔食・すきま腐食進展挙動、(3)応力腐食割れ感受性、(4)還元性雰囲気における全面腐食進展挙動、水素脆化感受性。その結果、TIG及びMAG溶接金属部において全面腐食と孔食・すきま腐食に対して耐食性の劣化が示唆された。この原因として、溶接で使用された溶加材の成分による影響を受けた可能性がある。溶加材を使用しないEBWについてはいずれの腐食形態に対しても耐食性の低下は認められなかった。応力腐食割れについては、高炭酸塩溶液中では、いずれの溶接方法においても溶接金属部、熱影響部ともに母材に比較して感受性が低下する傾向が認められた。

幌延地下水環境における炭素鋼の腐食挙動の予察的検討

幌延地下研究施設におけるオーバーパックの原位置試験計画の策定と、幌延での地質環境条件を想定したオーバーパック設計・寿命評価を行ううえで、幌延地下研究施設における地下水条件でのオーバーパック候補材料の腐食挙動を把握することが必要である。そこで、オーバーパック候補材料である炭素鋼を対象として、幌延の模擬地下水及び実際に採取された地下水を用いて腐食試験を実施し、腐食挙動を予察的に検討した。幌延地下水条件における炭素鋼のアノード分極測定の結果、緩衝材中では活性溶解型の分極挙動を示し、炭素鋼の腐食形態はほぼ全面腐食であると推定された。また、大気雰囲気下及び窒素雰囲気下において浸漬試験を行った結果、既往のデータに比較して顕著な腐食局在化、著しい腐食速度の増加は観察されず、幌延の地下水条件においても第2次取りまとめにおける炭素鋼オーバーパックの腐食量評価モデル、腐食速度の設定値が適用可能であると推定された。

緩衝材の性能保証項目に関わる評価ツールの現状

国が策定する緩衝材にかかわる安全基準、指針等に資するため、廃棄体支持性、オーバーパックの保護、放射性核種の移行抑制、岩盤の保護という緩衝材の性能保証項目に対し、現状の評価方法を確認し、ツールの整備状況として一覧表形式でまとめた。また、一覧表に記載した評価ツール内容の具体例を示した。示している内容は、緩衝材の基本特性(緩衝材膨潤特性、力学特性、透水特性)、緩衝材の変形・変質の長期挙動に関する現象(クリープ現象、緩衝材の流出、岩盤への侵入、緩衝材の変質に関する長期安定性)、緩衝材のガス透気回復挙動、コロイド影響評価、岩盤の力学的変形挙動であり、それぞれの項目で確認する具体的内容、評価方法(実験による確認により評価がなされるもの、実験式及びデータベースから推定されるもの、モデル計算より導出するもの)の種類、研究の概要及びその最新の結果を示した。

埋め戻し材、プラグ、坑道および処分孔等の性能保証項目に関わる評価ツールの現状

国が策定する緩衝材にかかわる安全基準、指針等に資するため、埋め戻し材、プラグ、坑道及び処分孔等の性能保証項目に対し、現状の評価方法を確認し、ツールの整備状況として一覧表形式でまとめた。また、一覧表に記載した評価ツール内容の具体例を示した。示している内容は、埋め戻し材、緩衝材の基本特性(膨潤特性、力学特性、透水特性)、埋め戻し材の変形・変質の長期挙動に関する現象(流出、岩盤への侵入)、コンクリート材料によるアルカリ影響(緩衝材、岩盤の変質・劣化、オーバーパックの腐食挙動)、岩盤の力学的変形挙動であり、それぞれの項目で確認する具体的内容、評価方法(実験による確認により評価がなされるもの、実験式及びデータベースから推定されるもの、モデル計算より導出するもの)の種類、研究の概要及びその最新の結果を示した。

熱–水–応力連成試験設備（COUPLE）における熱–水–応力–化学連成試験（Ⅱ）

高レベル放射性廃棄物地層処分システムにおける人工バリア設計評価や性能評価の信頼性向上のためのニアフィールド環境条件のリアリティ向上に向けて、熱的、水理学的、力学的、化学的なプロセスが相互に影響を及ぼし合うニアフィールド連成挙動の数値解析に関する研究が進められている。その一環として、人工バリアおよびその周辺岩盤における熱–水–応力-化学の連成現象を定量的に把握することを目的に、熱–水–応力連成試験設備(COUPLE)を用いて連成試験を実施した。試験は、モルタルで製作した模擬岩体中に緩衝材を設置し、廃棄体を模擬したヒーターを100℃に、模擬岩体周囲を70℃に加熱した。緩衝材中に浸潤する水は、モルタルと反応した高pHの溶液である。本報は、連成試験で得られた結果のうち、第1報以降に得られた緩衝材の化学的特性の変化を調べるために組成分析結果を、また2次鉱物の生成状況等を調べるためにX線回折、SEM観察⁄EDS分析を行った。これらの分析の結果、今回の熱–水–応力–化学連成試験終了後の緩衝材において、大きな化学的変質が生じていないことが分かった。

人工バリア性能確認に関する基盤情報取得方法の調査研究（I）

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、処分場の閉鎖の判断情報を与えるものとして、人工バリアが所期の性能を確保することにより、処分場が要件を満たして機能しており、その結果、安全が担保されていることを示す必要がある。この安全担保を示す一つの手法として、人工バリアにおける実現象が予測される挙動範囲内にあることを示すことが考えられる。そこで、「人工バリア性能確認に関する基盤情報取得方法の調査研究(平成15年度)」(以下、平成15年度研究と呼ぶ)においては、性能確認における計測項目の抽出、計測技術の現状の調査、および計測技術の開発計画の立案を行った。継続となる本研究では、幌延などの地下研究施設を想定して、人工バリア性能等の基盤情報取得に関わる検討を行うとともに、情報取得に適用可能な計測手法の調査・開発を継続して行った。

熱–水–応力–化学連成挙動に関する研究（IV） –成果報告書–

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため、既存の現象解析コードTHAMES、Dtransu、phreeqcを用いた熱–水–応力–化学連成解析コードの開発を実施した。(1)本研究では、熱–水–応力解析の安定化を目的として、THAMESにおいて8節点要素が使える様、解析コードの改良を行なった。(2)本研究では、物質移行解析モデルの高度化を目的として、Dtransuにおいてガス拡散計算機能を追加した。(3)本研究では、地球化学解析モデルの高度化を目的として、含水状態に応じた表面サイト密度変化の導入、C⁄S比に応じたCSH固相の変化の導入、速度論モデルにおける時間刻みの設定方法、層間水の分離方法について検討した。(4)本研究では、熱–水–応力–化学連成解析コードの構築として、Multi_phreeqc並列化処理機能の高度化、連成解析プラットホームCouplys連続処理機能の追加、物性・連成モジュールの拡張に関する検討を実施した。これらの成果に基づき、熱–水–応力–化学解析コードを構築として、リスタート機能の追加、エラー処理機能の追加、各モジュールの統合、検証を行った。(5)本研究では、連成解析結果のポスト処理ユーティリティーの整備として、図化処理支援機能の作成、地球化学解釈支援機能の作成を行った。

多孔質媒体均質層及び二層不均質層を対象にした塩淡境界面の挙動

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、地層中の地下水流動などの地質環境条件を実際の現象に即して評価することが重要である。沿岸地域などでは、塩水と淡水が混在する地層中の地下水流動を把握する必要があることから、均質層及び二層不均質層を対象に、模擬した地層中での塩水の淡水中への進展過程や塩淡境界面の挙動を観察するための室内試験を、多孔質媒体中水理・物質移行現象可視化装置を用いて2005年12月から2007年6月まで実施した。ビーズ粒径が異なる3種類の均質層及び二層不均質層での各試験における塩水楔浸入量を整理した結果、今回の動水勾配と塩水濃度が同様の条件下においては、ガラスビーズ粒径によらず、動水勾配と塩水濃度で塩水楔浸入量の分類ができる可能性が示された。塩水の浸入長さは塩分濃度に比例し、動水勾配が低い場合には塩分濃度の増加によって浸入長さが著しく大きくなった。なお、3種類の異なるビーズについて、媒体槽の間隙率は測定方法やガラスビーズ充填後時間経過に大きく影響を受けていないことを確認した。

地層処分における微生物影響評価に関する研究 (2) （共同研究）

本報告では、(独)日本原子力研究開発機構及び(財)産業創造研究所による共同研究「地層処分における微生物影響評価に関する研究」の平成18年度における成果をまとめた。同研究は、地層処分場のバリア性能に及ぼす微生物活動の影響評価技術を高度化し、処分技術の信頼性向上に資することを目的として実施した。数値解析コード(MINT)による解析に供することを目的として、幌延深地層研究センターの調査フィールドに設けた地下水化学・微生物影響評価目的の観測井から地下水・岩石試料を採取し、地下水組成・微生物量の安定性を評価するための解析を実施した。解析の結果、地下水化学・微生物量への影響は比較的低いことを示唆する結果が得られた。特に、溶存メタン・メタン生成菌・硫酸還元菌(SRB)及び硫酸イオンにその傾向が見られることから、評価対象の掘削井は浅い環境にもかかわらず、微生物共存によって低い酸化還元電位の環境が安定であることを示唆するものである。

処分環境や設計オプションに対応した性能評価手法の構築（1）

高レベル放射性廃棄物の処分事業では、公募に応募された地域の概要調査地域から精密調査地域が選択される段階的な進捗が想定されている。その際、概要調査地域から適切な精密調査区域を選定する必要があり、概要調査区域で実施される地上からの調査から得られる限られた情報と、ジェネリックな地質環境でこれまで想定されてきた設計条件や処分オプションとを組合せ、処分場の総合的な性能を評価することが必要となる。精密調査地域の選定要件としては、地質環境の長期安定性の確認とともに、破砕帯や地下水流動の及ぼす処分施設への影響について評価することが求められ、設計・施工での対応やシステム全体の性能との関連で論ずる必要がある。そのためには、これまで検討されてきたジェネリックな環境下での地質調査情報や設計条件、性能評価で用いられたシナリオやモデル及びデータを初期条件として、具体的地質情報や設計オプションを組合せた場合に生じるシナリオやモデルの相違を明らかにし、これを設計や地質調査にフィードバックできるようなフレームを構築することが合理的であると考えた。

人工バリアと天然バリアのパラメータに関する感度解析 —高レベル放射性廃棄物の地層処分性能評価への包括的感度解析手法の適用—

本検討においては、高レベル放射性廃棄物の性能評価に包括的感度解析手法を適用し、一方のバリアのパラメータを保守的に設定した条件下において、一方のバリアの分析対象パラメータに関する重要度や成立条件を抽出することができるかどうかについて検討した。検討の結果、人工バリア及び天然バリアのパラメータに関する重要度や成立条件をそれぞれ例示した(例えば、降水系間隙水及び天然バリアが保守的な条件の場合に、ガラス溶解速度が2.5g⁄m²⁄y以下であれば、Cs-135の最大線量は10μSv⁄yを下回る)。本検討を通じて、包括的感度解析手法が、保守的な条件下において、それぞれのバリアのパラメータに関する重要度や成立条件の抽出に適用可能であることを示した。本検討における手法の有用性の検討や抽出された感度特性は、地層処分計画の初期段階におけるシナリオ解析や頑健なバリアの構築に資するものと考える。

Application of the sorption database to Kd–setting for Horonobe rocks

本報告書では、JNC-SDBを適用して、幌延岩石に対するTh、Np、Cs及びSeのKd設定を試み、その適用性に関する検討を行った。JNC-SDBから関連するKdデータの抽出を行い、このK_dデータ取得された実験条件と適用条件の違いを、半定量的なスケーリングファクターとして変換することでK_dが導出された。このスケーリングファクターによる設定手法と関連する不確実性が、K_d設定に及ぼす影響を評価するため、評価対象となる岩石の鉱物組成、表面特性、核種の溶存化学種等の条件を考慮したスケーリングファクターを段階的に導出し、K_d設定に及ぼす影響を詳細に評価した。このK_d設定手法は、実際の地質環境条件でのK_dの大きさを予測する手法として有効であるが、評価対象条件への関連付けが可能な実験データの存在に依存するなど、その適用範囲はある程度限定される。また、今回のK_d設定への適用を通じて、JNC-SDB及びその信頼度評価が、利用可能な関連データ集を速やかに抽出し、参照すべきデータを適切に選定するうえで、有効な手法であることが確認された。

核種移行評価モデルにおけるRaの共沈現象の検討

Raが他の元素に伴って共沈反応する際に、従来は例えばCa塩との共沈に際しては、モル比を保ったまま液相から固相に変化するとの仮定でモデル化や評価がなされていた。本報では、共沈実験により得られた元素分配比と固液のCa⁄Ra存在比(モル比)が異なる点に着目して、共沈反応によるRa分配比を分配係数に換算して表現する分配モデルを提案するとともに、例として降水系還元性高pH(FRHP)地下水反応間隙水条件における分配係数の換算値を示した。分配係数の換算値を考慮して降水系還元性高pH(FRHP)地下水反応間隙水の条件において4n+2系列核種の人工バリアからの核種移行率を計算した結果、²²⁶Raの人工バリアからの移行率が4n+2系列で最も高くなることが示されたものの、人工バリアからの核種放出率が最も高い¹³⁵Csの約25分の1であった。

海水系地下水中におけるベントナイト及び堆積岩に対するセシウムの収着挙動

海水系地下水中におけるベントナイト及び堆積岩(砂岩及び泥岩)に対するセシウムの収着分配係数を取得した。これらの固相に対するセシウムの収着挙動を明らかにすることを目的として、種々の濃度における塩化ナトリウム水溶液及び塩化カリウム水溶液においても、セシウムの収着分配係数を取得した。得られた分配係数はpHには大きな依存性を示さなかった。また、イオン強度依存性を調べたところ、ベントナイトに対する収着ではナトリウムイオンとカリウムイオンのいずれの濃度に対しても依存性を示したのに対し、堆積岩に対する収着ではナトリウムイオンに対する依存性を示さず、カリウムイオンとのみ競争的に反応することがわかった。これらの結果をもとに、イオン交換モデルを用いてセシウムの収着挙動を検討した。なお、本研究は、平成14〜15年度に、当時の核燃料サイクル開発機構東海事業所で実施されたものである。

ガラスの溶解に関するデータベースの改良

地層処分システムにおいて、ガラス固化体は放射性核種の放出を防ぐ第一障壁として長期に渡り核種を保持する性能が求められ、その性能評価技術の高度化は地層処分システム全体の安全評価の信頼性向上につながる。このためには、溶解⁄変質メカニズムの科学的理解をさらに深める現象論的研究、及びその成果に基づく堅固な溶解⁄変質モデルの構築が不可欠である。ガラスの溶解挙動に関する情報を集約したガラスの溶解に関するデータベース(以下、「ガラスデータベース」という)は、これらの研究を支援するためのツールの一つとして開発を進めている。ここでは、以前作成したプロトタイプのガラスデータベースの改良点について報告する。また、ガラス浸出モデルの検証の観点からデータベース利用例の検討を行ったので、その結果についても報告する。

人工バリア・天然バリア中の核種移行解析コード「TIGER」を不確実性解析に用いるための特性把握

多種多様な地質環境において、処分システムの安全性に関する情報を網羅的に把握するためには、時間・空間的な不均一性や知識・情報の不十分さに起因するパラメータの不確実性を考慮した解析が必要となる。核種移行解析コード「TIGER」は、ある時間で物性値を変化させつつ、ガラス固化体から断層までの核種移行解析を行うことができる解析コードであり、より複雑な条件での不確実性解析を行うために、このようなコードの特性を把握しておくことが重要になる。そこで、本報告書では、まずガラス固化体から断層までの核種移行解析をTIGERで行う場合に考えられる代表的な処理方法を複数作成し、それぞれの解析を実施し、前処理・後処理の作業量、解析時間などについて比較検討を行い、最適な処理方法に関する知見を整備した。その後、最適と考えられる処理方法を用いて、数百から数千ケースの不確実性解析を想定し、計算精度にかかわるパラメータと解析時間との関係についての検討も行った。これらの検討の結果、複雑な地質環境を考慮した天然現象の影響評価解析において、TIGERを用いた不確実性解析を実施する場合に最適な処理方法、計算精度、ツールに関する知見を整理することができた。

表層での水理・物質移行を考慮した生物圏における評価に関する検討

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価では、処分事業が立地の段階を迎えている。そのためこれまでのジェネリックな地質環境での評価から得られた成果の実地層への適用性の検討が第2次取りまとめ以降進められている。生物圏評価においても、被ばく経路の特定や環境中の核種濃度の推定方法に対して、具体的な地質環境の反映が必要となる。本研究では、特定された地質環境において生物圏における核種の挙動評価と被ばく経路を特定するための検討を進める端緒として、(1)生物圏における諸外国の評価に関する文献調査、(2)地下深部から地下水により運ばれる放射性核種の利水環境への放出地点の推定手法の検討、(3)利水環境での核種の希釈・分散効果を評価するための水収支の推定に必要となるデータの検討、を実施した。

鉄型化ベントナイト水熱試験（II） —低酸素雰囲気、150℃ における鉄型化ベントナイトの変化の同定—

雰囲気制御グローブボックス(酸素濃度1ppm以下、N₂雰囲気)内において、Na型ベントナイト(クニピアF)にFeCl₂溶液を混合することによりあらかじめ鉄型化したベントナイトを温度制御した条件(150℃)において、長期間(1年及び1年8か月(20か月))静置させ、鉄型化スメクタイトの長期挙動を把握するための実験を実施した。その結果、Fe型化したスメクタイトが溶解することにより、膨潤を妨げる物質が生成してスメクタイトに付着するものの、スメクタイトの構造(2:1型の2–八面体構造)や特性(膨潤特性及び陽イオン交換能)は維持されていたことを確認した。250℃における試験で同定された非膨潤性粘土鉱物の生成は、XRD分析等では確認されなかった。

前進的モデルを用いた不均質性堆積岩評価手法の研究Ⅲ （委託研究）

堆積岩の不均質場の特性を実測データに基づき定量的に把握する手法を開発することは、高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるサイト特性調査及びそれに基づく性能評価解析において重要な課題となる。本研究では、堆積岩の不均質性評価手法を開発する目的で、幌延地域の珪質泥岩を対象に、堆積過程とその後の埋没過程とを考慮した堆積モデリングソフトウェアを開発し、機能の追加と操作性の向上を図った。具体的には、二次堆積物の堆積様式の追加及び、海岸線移動の計算時に堆積盆の基盤岩の隆起・沈降の影響を考慮できる機能並びに、市販の図化ソフトウェアに適応した書式で計算結果を出力する機能を追加した。操作性の向上としては、入力データ構築支援用のGUI(Graphic User Interface)の開発を行った。改良した同ソフトウェアを用いて、幌延地域を対象としたシミュレーションを実施し、2つのリアライゼーションを示した。その結果、実ボーリング孔から離れた地域での砂質堆積物の堆積の可能性を示唆する結果が得られた。これらの結果に基づき、前進的モデリング手法の優位性及び同ソフトウェアの汎用性の検討を行った。

幌延堆積岩へのCs収着挙動に対するイオン交換反応に基づくモデルの適用性検討

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムの性能評価に対する信頼性向上の観点から、地層処分環境下での放射性核種等の移行評価が重要である。収着は核種移行を遅延させる主要なメカニズムの一つであり、その指標として分配係数(K_d)が用いられる。地層処分システムの性能評価において、このK_dの予測が不可欠で、その予測方法の確立が必要である。本研究では、Cs収着が試料中のイライトにおけるイオン交換反応に支配されるというモデルを幌延堆積岩へのCs収着試験結果に対して適用し、このモデルの適用可能性を検討した。イライトへの収着に関してCsと競争する陽イオン(K⁺、NH₄⁺、Na⁺)とのイオン交換反応に基づき、平衡時の液中Cs濃度をモデルに基づく計算により求めることでK_dを算出した。このK_dについて実験値とモデル計算値で比較した。K_dのCs濃度依存性については、平衡Cs濃度が高くなるとK_d値が減少する実験結果をモデル計算で説明できた。しかし、K_dの実験値と計算値には一桁程度の差が認められた。

Evaluating and categorizing the reliability of distribution coefficient values in the sorption database

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の第2次取りまとめにおいて、人工バリア及び天然バリアでの遅延能力を評価するうえで重要な放射性核種のベントナイトや岩石への分配係数(K_d)を収着データベース(SDB)として整備した。SDBに登録されているK_dは、約20,000件に及んでいる。このような膨大なデータを有するSDBには、さまざまな試験条件で得られたK_d及びそれに付随する重要なデータが含まれている。そこで、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Cs、Ra、Se、Tcのベントナイト固相に対してのK_dについて、信頼度のレベル付けを実施した。合計すると、3740件のK_d値について、信頼性評価を実施した。

収着データベースの更新; 信頼性評価に伴う収録データの訂正と公開文献データの追加

核燃料サイクル開発機構は、これまでに高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の第2次取りまとめにおいて、人工バリア及び天然バリアでの遅延能力を評価するうえで重要な放射性核種のベントナイトや岩石への分配係数(K_d)を収着データベース(JNC-SDB)として整備した(澁谷ほか、1999)。また、同整備以降の1998〜2003年の間に公開された文献をもとにデータを追加した(陶山、笹本、2004)。今回、日本原子力研究開発機構(以下、JAEA)として、JNC-SDBを拡充・更新するため、過去に公開された文献を広く再調査・データ収集を行い、K_dデータを追加した。また、使用者の利便性を考慮して、JNC-SDBの機能を改良した。さらに、今回、「収着データベースを用いた収着分配係数の信頼性評価」作業に基づきデータベースを見直し、データの再入力を行った。今回の更新作業により、全体で23元素に対し、3,205件のK_dデータが増加した。また、一部の元素については、これまでより分配係数の頻度分布がより明確になり、データの分布を把握しやすくなった。

OECD⁄NEAで選定された熱力学データの利用環境の整備（その3） —Ni、Se、Zrおよび有機物配位子の熱力学データベースファイルの作成—

OECD⁄NEAのTDB(Thermodynamic Data Base)プロジェクトでは、放射性廃棄物の地層処分における性能評価上重要なアクチニド及び核分裂性生成物などの熱力学データベースの開発が行われている。本報告では、これらのデータベースのうち、2005年に公開されたNi、Se、Zr及び有機物配位子の熱力学データを地球化学計算コードで利用可能な熱力学データベースファイルとして整備した。整備された熱力学データベースファイルは、主要な地球化学コードである、PHREEQE、PHREEQC、EQ3⁄6及びGeochemist's Workbenchで利用可能である。また、TRU第2次取りまとめにおいて作成された熱力学データベースについても地球化学計算コードに対応した熱力学データベースファイルを作成した。

地層処分研究に対する外部のご意見と研究の方向性

日本原子力研究開発機構東海研究センター核燃料サイクル工学研究所の「エントリー(地層処分基盤研究施設)」及び「クオリティ(地層処分放射化学研究施設)」は、年間千人以上の来訪者を受け入れ、高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発について、直接施設を案内することによって、理解促進の役割も果たしている。本資料は、これまでエントリー・クオリティへの来訪者による、地層処分等にかかわる貴重なご意見・ご質問を分類し、今後の地層処分研究に関する理解促進及び今後の研究活動に資するものになるよう、とりまとめたものである。

高レベル放射性廃棄物地層処分に係わる天然現象影響評価に関する研究計画書 （当面5カ年の計画：平成18年度版）

本計画では、高レベル放射性廃棄物地層処分にかかわる地質環境の長期安定性研究から天然現象影響評価に関する研究を対象として、研究の必要性や反映の意義に基づいた目的と「我が国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性; 地層処分研究開発第2次取りまとめ(第2次取りまとめ)」までに実施された研究成果、「高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築(H17レポート)」までになされた研究成果とをまとめて、「研究とこれまでの経緯」として記述するとともに、今後の当面5年程度の計画を「フェーズ2における研究目的」、「研究内容」として記述し、それを実施するために必要となる天然現象に関する知見及び影響評価に必要となる個別現象にかかわる知見等を案としてまとめた。

鉄型化ベントナイト水熱試験 —低酸素雰囲気での高温条件下における鉄型化ベントナイトの変化の同定—

処分システムの長期挙動の把握の一つとして炭素鋼腐食生成物-ベントナイト相互作用の理解は重要である。既往の研究から鉄と接触したベントナイトは層間に鉄を取り込み鉄型化することがわかっている。しかしながら、それ以上の変化は現在のところ明確ではない。したがって、本試験では鉄型化スメクタイトを出発物質として、その後に発生する鉱物学的変化を確認することを目的とした実験を実施した。雰囲気制御グローブボックス(酸素濃度1ppm以下、Ar雰囲気)内において、Na型ベントナイト(クニピアF)にFeCl₂溶液を混合することにより鉄型化ベントナイトを作成した。この鉄型化ベントナイトと蒸留水を金チューブに入れて、オートクレーブを用いて反応を加速することを目的として処分環境で想定されている温度より高い温度(250℃)で各任意期間(1か月及び6ヶ月)静置した。その結果、250℃で6ヶ月間静置した試料においては7Åに非膨張粘土鉱物(バーチェリン)と思われるピークが確認できた。さらに、試料250℃で6ヶ月間静置した粉末試料に1MのNaCl溶液を加えることによりベントナイトの再調整を行った。この試料の湿度制御条件下でのX線回折分析結果は、Na型ベントナイトに戻った結果となったことから、250℃で6ヶ月間静置した試料の大部分は単にスメクタイト層間の陽イオン交換反応に留まり、大きなスメクタイト構造の変化や特性の変化までは至っていないことが確認できた。

堆積岩の水理・物質移行特性に関するデータ取得Ⅱ —幌延地域に産する泥岩の孔径分布・化学組成・空気浸透率と物質移行特性の検討—

核燃料サイクル開発機構(現、日本原子力研究開発機構)が、幌延地域で掘削したボーリング孔(HDB-1孔、HDB-2孔、HDB-5孔)のコアより採取した声問層及び稚内層の試料について、細孔径分布、全岩化学組成、空気浸透率を測定し、声問層及び稚内層の浸透率の特徴について、珪藻化石の相変化と関連付けた検討を行った。SiO₂を主成分とする珪藻化石がオパールA相に属する声問層においては半径1000Å程度の細孔の集中が見られ、浸透率も稚内層と比較して高い。一方、珪藻化石がオパールCT相に相変化する稚内層においては、半径20〜40Åの細孔が間隙中に集中するようになり、浸透率は急激に低下する。半径20〜40Åの細孔の集中の程度は、SiO₂成分の含有率の高い試料ほど大きくなる。また、SiO₂成分の含有率の高い試料ほど浸透率が低くなる傾向が認められた。半径20〜40Åの細孔の集中は、浸透率の低下に寄与している可能性がある。今回の分析の結果、声問層・稚内層を通じて、オパールA-CT境界から200〜300mの深度の地層において浸透率が最も低くなる傾向が認められた。声問層と稚内層の地層境界から600m程度の深度において採取した稚内層の試料においては、半径100Å程度の細孔の集中が見られ、上位層に比べて高い浸透率が測定された。オパールA-CT境界から200〜300mの深度にある稚内層は、圧力の保持や流体の移動を妨げるシール層としての機能や核種移行遅延性能を有している可能性がある。

圧縮ベントナイト中の間隙水組成の測定 —間隙水pHの空間変化に関する追加試験の結果—

圧縮ベントナイト中に埋め込んだ低脱色性のpH試験紙及び高吸水性パットを用い、間隙水組成を測定する手法を開発している。これまでに、蒸留水を用いた圧縮ベントナイト中の試験において、溶液との接触面近傍の間隙水pHが時間の経過とともに低下することを報じた。予察的な熱力学的解析では、蒸留水系における接触面近傍での間隙水pHの低下は黄鉄鉱の酸化によるためと考えられた。しかしながら、このような解釈は随伴鉱物として黄鉄鉱を含まないクニピアFを用いた試験による検証はなされていなかった。また、他の要因として、実験に用いられた材料(セラミックフィルター)による影響や試験条件(ベントナイトと接する試験溶液が静置されていた)による影響も接触面近傍での間隙水pHの変化に影響を与え得ると考えられた。そこで、蒸留水系において以下の試験を行い、間隙水pHの変化に影響を与え得る要因について検討した。(1)クニピアFを用いた試験、(2)代替フィルター(プラスチックフィルター+メンブランフィルター)を用いた試験、(3)代替試験条件(ベントナイトと接する試験溶液を攪拌)での試験。試験の結果、クニピアFを用いた場合でも接触面近傍での間隙水pHの低下が認められた。またフィルターの違い、試験溶液攪拌の有無による違いでは、間隙水pHの変化の違いは認められなかった。したがって、間隙水pH低下の原因はこれらの要因によるものではなく、他の要因が影響していると考えられる。

Measurement of the Forward Dissolution Rate of LRM Glass using a Single-Pass Flow-Through(SPFT) Test Method at 70℃

ホウ珪酸ガラスの初期溶解速度の測定で用いられるSPFT試験法の精度や偏りを評価するため、アルゴンヌ国立研究所(ANL)により国際的な研究所間での試験研究が企画された。本報告では、ANLで準備されたLRMガラスを用い、70Cで行った試験結果について報告する。浸出溶液中のガラス構成成分(すなわち、Si、 BやNa)の濃度測定結果及び溶液の流速をもとに、ガラスからの浸出成分が定常状態に達した状態でのガラス溶解速度を算出した。浸出溶液中にガラス構成成分が存在しない状態での速度は、実験結果をもとに、溶液中のガラス構成成分がゼロになる場合に外挿し、推定した。試験の結果、浸出溶液の平均的なpHは、室温(21.78±4.03℃、4.03は標準偏差)において、11.68±0.23(0.23は標準偏差)であった。溶液中に存在するガラス構成成分による影響を排除した場合のSi、 B及びNa濃度の変化に基づき推定されたLRMガラスの溶解速度は、各々、2.11、1.99及び1.93(g⁄m²d)であった。しかしながら、溶液中のガラス構成成分濃度にはバラツキが認められ、これら推定値の信頼性は低い。今回の試験結果に基づけば、SPFT試験法により信頼性の高いデータを得るためには、試験溶液の流速を注意深く制御し、一定の流速を保つことが必要であると考えられる。

主要岩石中の核種の拡散係数データベースシステム（2006年版⁄仕様・CD-ROM）

地層処分研究開発第2次取りまとめにおける活用を目的として整備された、岩石マトリックス中における核種の実効拡散係数のデータシートをもとに、一般的な運用を前提としたデータベースシステムの開発を開始した。本資料では、その第1段階としてデータシート構造の見直し・拡張とデータベースシステムの構築及び既存データシートの全データ移行の過程に関して記す。本データベースシステムは、今後データの充実を図るとともに、データ処理用のインターフェースを見直して利用性を向上していく予定である。構築したデータベースシステムは、Microsoft-Access上で動作するファイルとして、本資料に添付のCD-ROM上に記録した。

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価に関する研究計画書（当面5ヵ年の計画：H17年度版）

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価に関する研究を対象として、これまでの研究成果を踏まえ、今後5年を目途に実施すべき研究の項目とその内容等を研究計画書としてまとめた。本計画書では、高レベル放射性廃棄物地層処分に関する国の基盤的研究開発を対象に体系的かつ中長期的にまとめられた研究開発計画である「高レベル放射性廃棄物地層処分に関する研究開発全体マップ」の性能評価分野の研究開発要素の枠組みを参考とし、「日本原子力研究開発機構の中期計画」を踏まえ、「日本原子力研究開発機構に期待する安全研究」を勘案して、これまでの研究によって示された課題等を対象とし、今後5年を目途に実施すべき研究の項目とその内容等を記述した。個々の研究の計画では、研究の必要性や反映の意義に基づいた目的と「わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性-地層処分研究開発第2次取りまとめ(第2次取りまとめ)」までに実施された研究成果、「高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築(H17レポート)」までになされた研究成果とをまとめて、「目的とこれまでの成果」として記述するとともに、今後の当面5年程度の計画を「当面5年程度(平成22年度頃まで)の計画」として記述した。

地質環境の調査から物質移行解析にいたる一連の調査・解析技術 —2つの深地層の研究施設計画の地上からの調査研究段階（第1段階）における地質環境情報に基づく検討—

実際の地質環境を対象とした物質移行解析に係わる技術基盤の検討として、2つの深地 層の研究施設計画から得られた地質環境情報を活用して一連の作業の枠組みを検討した。この検討を通じて、枠組みとなる作業のフローを作成しその有効性を確認した。さらに、そのフローに従った作業を実際の地質環境の情報を用いて行うことにより、作業 内容の具体化とともに、個々の作業および作業全体の向上に必要となる課題を明らか にすることができた。

河川水と接触したベントナイト鉱床の化学特性変化 —試料採取と分析結果— （研究報告）

緩衝材間隙水組成は、高レベル放射性廃棄物処分場のオーバーパックの腐食挙動評価および緩衝材中の核種の溶解度・収着挙動等を決定する最も重要な基礎情報である。第2次取りまとめでは、この間隙水組成をバッチ試験の結果に基づくモデル計算により導出している。しかしながら、実際の間隙水組成は、処分場埋設後、拡散場を確保しつつ時間および空間変化を伴いながら変化すると考えられる。第2次取りまとめ以降、緩衝材間隙水水質の長期の時空間変化の評価を行うため、実験による変化の把握とそれに基づくモデル化を進めている。しかしながら、長期の評価は実験室による短期の試験結果に基づき得られた結果の外挿となるため、一般に天然類似現象の観察結果の比較によるモデルの信頼性確認が必要となる。本研究では、時空間変化モデルの検証データの取得を目的とし、天然類似条件下のベントナイト層からの試料の採取およびその化学特性変化の確認を行った。ベントナイト試料は、河川付け替え工事により、1987年以降ベントナイト層が河川水と接触している地点で深度(河川水との距離)をパラメータとして採取した。化学特性変化の確認は、ベントナイト中の鉱物組成、化学組成、層間陽イオン組成等について実施した。その結果、系統的な変化として河川水との接触による流出の可能性、pHの低下、硫酸イオン濃度の低下が確認されたが、ベントナイト含有率が低い層であったこと、および天然のベントナイト生成時点の不均一性から、明確な傾向の把握までにはいたらなかった。

高レベル放射性廃棄物地層処分システムにおける核種移行評価に及ぼすコロイド影響に関する研究 —第2次取りまとめ以降の検討—

本報告では、放射性廃棄物の地層処分の環境を人工バリア、天然バリアおよびその境界部に区分して、そこに生成あるいは元々存在するコロイド等の核種移行に及ぼす影響に関して、2次取りまとめ以降の検討結果を示した。なお、本報告は、著者が東京大学大学院工学系研究科システム量子工学専攻 田中知教授の師事のもと、核燃料サイクル機構において得られた成果(投稿論文)を主に学位論文としてまとめた際の主な論題をまとめたものである。

高レベル放射性廃棄物処分における天然現象影響評価技術の高度化

高レベル放射性廃棄物処分における天然現象影響評価技術の「第２次取りまとめ」に対する高度化として、事例研究成果を適切にシナリオに取り込み、その上で「影響のバリエーションを適切に整理した上でシナリオを現実の特徴を失わない程度に適切に単純化すること」及び「影響の伝搬等の因果関係を明らかにすること」に着目した「作業フレーム」を構築した。本論で検討した「作業フレーム」により、シナリオの「現実性」のみならず「透明性」、「追跡性」、「整合性」を向上させることができた。また、シナリオ構築あるいは影響解析の作業向上の観点から必要となる、天然現象に関するデータ・知見の種類や量あるいは品質情報、及び現状におけるそれらの過不足などについて作業を通じて明らかにできると考えられる。このことは今後、天然現象の研究者が現象理解の研究フレームを効率的かつ適切に構築することにも役立ち、さらには将来の現実性や精度の高い評価の実施へつながっていくものと考えられる。

瑞浪超深地層研究所研究坑道 予備解析（平成17年度） （委託研究）

平成16年度までにMIZ-1号孔の削孔と各種試験が終了し、超深地層研究所研究坑道(立坑及び水平坑道)工事の花崗岩最深部(深度1,000m)までの岩盤の状況が明らかになった。昨年度には、これらの試験結果を反映し、堆積岩部2深度、花崗岩部4深度について支保の妥当性を確認するための修正解析を実施している。本研究では、これに引き続き深度1,000mまでの立坑と、深度500mまでの水平坑道を対象とした修正解析を実施するとともに、湧水抑制のために計画されている立坑周辺のグラウトの効果と覆工コンクリートへの水圧負荷による影響について解析的な検討を行い、構造物の健全性や施工の安全性を確認した。

深部地質環境の調査解析技術の体系化に関する研究 —平成18年度— （委託研究）

地表から地下深部にいたる地質環境を把握するための調査・解析技術の体系化を目標に、(1)「第2次取りまとめに基づく深部地質環境の調査・解析技術の実用化に向けた課題に関する研究」、(2)「調査・解析手法の高度化・体系化に関する研究」を実施して次のような成果を得た。(1)に関しては、処分技術、安全評価、地質環境の各分野の課題のうち、具体的な試験・計測と解析・分析を実施した。またその成果を踏まえて、それぞれの中間分野の研究課題を抽出し、各課題の連携の仕方についての検討を行った。本年度は、各分野の中間領域に関する要素研究とともに、NFC構築の具体的な検討を実施した。(2)に関しては、日本原子力研究開発機構の調査研究計画の中から抽出された課題に基づき、調査・解析の高度化・実用化の研究開発の観点から、当研究会のメンバーが実施している基礎的な要素技術の研究・開発の成果を取り込み、より具体的な現場の技術課題に資する研究を実施した。さらに、研究・開発について、その成果の評価と実用化への道を議論した。また、これらの調査研究の進展と併せて、日本原子力研究開発機構が実施中の超深地層研究所計画の第2段階の当面の問題に関する意見交換を行った。

地盤統計学的手法を用いた地質環境モデル構築手法に関する研究 （共同研究）

本研究は、幌延深地層研究計画における「地上からの調査研究段階(第1段階)」で取得された調査データを利用して、堆積軟岩を対象に地盤統計手法を利用した地質環境モデルの構築手法の確立と情報量とモデルの信頼度の関係を客観的に評価する技術の開発を目的としたものであり、平成15年度から平成18年度の4年間で実施された清水建設株式会社との共同研究である。平成15年度から平成17年度の3年間は、年度ごとに得られたデータを用いて、比抵抗値分布の三次元モデルとその比抵抗値モデルとの相関関係を利用した地下水溶存濃度分布の三次元モデル、透水係数分布の三次元モデルの構築と更新を行い、データ量とモデルの信頼度の検討を行った。平成18年度は、最終年度のまとめとして、本研究で用いたモデル構築方法の有効性を確認するため、従来から用いられている地球統計解析に基づくモデルとの比較を行った。また、調査手順とモデルの信頼性との関係を検討するため、実際とは異なる調査手順を想定し、調査進展に伴うモデルの信頼度の比較を行った。

東濃地域における地質環境の不確実性評価 —平成18年度— （委託研究）

東濃地科学センターにおける地層科学研究では、地表から地下深部までの水理特性や地下水の地球化学特性を把握するために、各種の調査・検討を行っている。これらの研究では、調査の各段階において構築される各種モデルの不確実性をできるだけ定量的に記述し、それを効率よく低減する調査の進め方を明らかにすることが重要な課題である。一般に岩盤においては、それに伴う不確実性が均質な媒体に比較して大きいため、調査量と調査結果に含まれる不確実性との関係を評価することが極めて重要となる。この両者の関係を数学的に解析する手法の一つとして地球統計学的手法があり、これは地下に埋蔵する資源量の評価など他分野において用いられてきた実績がある。本研究では、地球統計学とファジー理論を応用し、不確実性を定量化し、その不確実性を低減するという新たなアプローチを考案した。平成18年度は、これまでに実施した2次元と3次元の地質構造のモデル化及び地下水流動解析結果を踏まえ、不確実性評価手法の体系化を行った。そして、体系化した手順に沿って一連の評価事例を整理した。また、本手法を効果的に活用できるように適用すべき原位置調査手法を提案するとともに、地質環境の不確実性の観点から地下施設設計時に考慮すべき事項を整理した。

瑞浪超深地層研究所研究坑道予備解析 —平成16年度— （委託研究）

瑞浪超深地層研究所研究坑道の設計検討は、平成14年度に実施設計が、平成15年度に深さ300mまでを対象とした予備解析が、それぞれの検討時点までに得られている地質調査結果を反映して実施されてきた。本業務では、MIZ-1号孔の調査が終了し、深度1,000m付近までの地質データが得られたことから、これに基づき、地質モデル、岩盤物性・初期地圧などを見直すとともに、それに伴う修正解析(二次元)の実施、応力集中等が懸念される連接部については三次元解析を実施し、設計の妥当性を評価した。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための理論的研究 （委託研究）

本報告書は、平成18年度に実施した成果をまとめたものであり、長期挙動予測評価手法の開発として行った「石英の溶解に関する試験的研究」及び「石英の溶解拡散に関する均質化解析」と、第3段階の調査研究計画の基礎情報としての「土岐花崗岩の一軸圧縮試験と応力緩和試験」の3点について報告するものである。本報告書の構成は、以下の通りである。第2章では、土岐花崗岩の微視的変形状況を一軸圧縮試験及び応力緩和試験条件下でレーザー共焦点顕微鏡によって観察している。すなわち、時間依存の巨視的な変形・応力挙動を測ると同時に、顕微鏡画像で結晶及びその境界面の特徴的なポイントを探して四角形メッシュを組み、そのメッシュ群の時間的なひずみ変化を算定した。第3章では、多結晶質岩石の微視レベルの破壊機構に深くかかわっている各鉱物の圧縮応力下の化学反応による溶解現象を確認するために、石英単結晶供試体及びガラスビーズを用いた圧縮試験を試み、溶解及び再沈殿した石英表面の形状をレーザー共焦点顕微鏡で観察している。第4章では、石英の圧力溶解反応現象についての理論的な取り扱い法、並びに均質化法をベースにした数値解析法を開発している。

幌延深地層研究計画 平成18年度調査研究成果報告

幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施している。平成18年度は、平成17年度から開始した第2段階の2年目に当たる。平成18年度は、「幌延深地層研究計画 平成18年度調査研究計画」に従って、調査研究及び地上施設と地下施設の建設を進めた。研究開発は、従来通り、「地層科学研究」と「地層処分研究開発」に区分して行った。具体的には、「地層科学研究」では、地質環境調査技術開発、地質環境モニタリング技術開発、深地層における工学的技術の基礎の開発、地質環境の長期安定性に関する研究という研究課題を設定し、「地層処分研究開発」では、処分技術の信頼性向上として、人工バリア等の工学技術の検証、設計手法の適用性確認を、安全評価手法の高度化として、安全評価モデルの高度化と安全評価手法の適用性確認という研究課題を設定している。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究 （委託研究）

本報告書は、平成17年度と18年度に実施した研究をまとめたものである。第2章では、長期挙動予測評価手法の開発として行った研究として、(1)平成9年度から継続している田下凝灰岩の長期クリープ試験の結果、(2)稲田花崗岩の中間温度領域におけるマルチステージクリープ試験結果、(3)一般化応力緩和試験に関する検討、(4)大久保が提案した構成方程式中のパラメータを求めるための新しい試験方法に関する考察、について報告した。とりわけ田下凝灰岩の長期クリープ試験は、試験を開始して9.5年が経過し、試測定結果に年変動が見られるなどの問題点も見られるが貴重なデータが得られている。第3章では、第3段階における上記研究の検証の基礎となる土岐花崗岩を対象とした力学試験を行い、その結果から時間依存性を考慮した構成方程式のパラメータを取得した結果について報告した。土岐花崗岩は花崗岩として標準的な力学物性値を持っていることが判明し、また、構成方程式の三次クリープ(破壊現象)を表現するパラメータが取得された。最後に付録として「岩盤の不均一性評価技術に関する研究」、「岩石の時間依存性を考慮した新岩盤分類法の検討」を示した。

MBCモデルによる瑞浪超深地層研究所研究坑道の掘削影響予測解析

本報告書は、第2段階以降の調査・研究計画策定のための基礎情報を得ることを目的とし、研究坑道の深度500m付近の立坑と水平坑道の連接部を対象に、MBCモデルによる掘削損傷を考慮した3次元予測解析結果について報告するものである。解析検討により得られた知見は以下のとおりである。(1)岩盤挙動は初期応力の作用方向、亀裂の幾何学的方向の影響を受ける。また、B級やCH級に比べ強度が劣るCL級では、変位や支保にかかる応力は大きくなる。(2)解析ステップの細分化が解析結果に与える影響は少ない。(3)掘削損傷域の有無による岩盤挙動に対する影響は比較的小さい。(4)立坑連接部では一般部に比べ支保の応力が1.3〜1.6倍になる。(5)3次元的な亀裂分布に基づく岩盤挙動をより適切に表現するには2次元モデルより3次元モデルが有効である。

幌延深地層研究計画(第1段階)において採取されたボーリングコアの鉱物組成・全岩化学組成及び地表ガスの化学組成

地層処分研究開発部門幌延深地層研究ユニット堆積岩地質環境研究グループでは、幌延深地層研究計画の第1段階において、研究所設置地区周辺の岩石の鉱物学的・地球化学的特徴及び地表付近のガス組成を把握するため、幌延町北進地区及び上幌延地区において、以下の3種類の分析を実施した。(1)ボーリングコアの鉱物組成分析、(2)ボーリングコアの全岩化学組成分析、(3)地表ガスの化学組成分析。本資料は、上記分析結果についてまとめたものである。

「平成18年度東濃地科学センター地層科学研究情報・意見交換会」資料集

独立行政法人日本原子力研究開発機構(原子力機構)東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)を実施している。地層科学研究を適正かつ効率的に進めていくため、研究開発の状況や成果、さらに今後の研究開発の方向性について、大学、研究機関、企業等の研究者・技術者等に広く紹介し、情報・意見交換を行うことを目的とした「情報・意見交換会」を行っている。本資料は、平成18年10月19日、20日に岐阜県瑞浪市で開催した「平成18年度東濃地科学センター地層科学研究情報・意見交換会」にて用いた発表資料を取りまとめたものである。

東濃地域における地質環境の不確実性評価 —平成17年度— （委託研究）

東濃地科学センターにおける地層科学研究では、地質環境特性を明らかにするために必要な調査・解析技術並びにその妥当性を評価する手法の開発を進めている。この研究では、岩盤の不均一性推定に伴う不確実性を定量的に把握するための手法を明らかにし、その不確実性を低減するための合理的な地質環境調査手法の確立を一つの大きな目標としている。平成17年度は、新たに掘削されたボーリング孔などのデータを用い、本評価手法をより高度化することを目指して、知識・情報の整理を進めるとともに、概念モデルの体系的整理と地下水流動解析を行い、本手法の実用化に向けた評価・検討を行った。また、地質環境の不確実性の評価結果を効果的に施設設計に反映するための情報抽出を試行した。本研究成果を取りまとめると、以下のようになる。(1)ボーリング調査により取得された割れ目本数と透水量係数との相関を整理し、NW方向の割れ目系が最も透水量係数との相関が高いことを示した。これは広域の応力場の影響を受けているものと考えられる。(2)概念モデルの体系的整理と地下水流動解析を行うことにより、地質環境の不均一性評価方法の検討手順を取りまとめた。(3)施設設計を高度化する情報として、「不確実性に応じた複数の設計オプションを保有すること」と、「地質環境の不均質性に応じた設計を行うこと」が重要であることを示した。

東濃地域における地質環境の不均一性評価 —平成16年度— （委託研究）

東濃地科学センターにおける地層科学研究では、地質環境特性を明らかにするために必要な調査・解析技術並びにその妥当性を評価する手法の開発を進めている。この研究では、岩盤の不均一性推定に伴う不確実性を定量的に把握するための手法を明らかにし、その不確実性を低減するための合理的な地質環境調査手法の確立を一つの大きな目標としている。本研究においては、これまでにファジー地球統計を基本とした不確実性解析手法を用い、調査の各段階で想定し得る(あるいは否定できない)モデルやパラメータの全体集合を考えることにより不確実性を定量化でき、調査結果に基づき蓋然性が低いと考えられる選択肢を絞り込むことによってその不確実性を低減できるという新たなアプローチを考案している。平成16年度は、平成17年度に行う研究成果の取りまとめに向け、これまで東濃地域で行われた調査結果に基づき、本手法の実用化に向けた評価・検討を行った。本研究成果を取りまとめると以下のようになる。(1)東濃地域の事例を対象とした統合化データフローを活用し、本手法を適用するための知識・情報を整理した。(2)これまでの課題であったパラメータの設定方法とスクリーニング方法を整備した。(3)適用事例を用いて評価・検討を行い、本手法の実用化の目処を得た。(4)本手法(確率的手法)とこれまでに適用されてきた決定論的手法との統合方法を整備した。

深部地質環境の調査解析技術の体系化に関する研究 —平成17年度— （委託研究）

地表から地下深部に至る地質環境を把握するための調査・解析技術の体系化を目標に、(1)「第2次取りまとめに基づく深部地質環境の調査・解析技術の実用化に向けた課題に関する研究」、(2)「調査・解析手法の高度化・体系化に関する研究」を、前年度に引き続き実施した。(1)に関しては、前年度抽出した処分技術、安全評価、地質環境の各分野の課題のうち、具体的な試験・計測と解析・分析を実施した。またその成果を踏まえて、それぞれの中間分野の研究課題の抽出と各課題の連携の仕方についての検討を行った。そして、これら3分野を関連づけたニアフィールドコンセプトの再構築に関する検討を行った。(2)に関しては、日本原子力研究開発機構の調査研究計画の中から抽出される課題に基づき、調査・解析技術の高度化・実用化の研究開発の観点から、当研究会のメンバーが従来より実施している基礎的な要素技術の研究開発の成果を取り込み課題の解明に資する研究を実施した。研究開発について、その成果の評価と実用化への道を議論した。またこれらの調査研究の進展と合わせて、日本原子力研究開発機構が実施中の瑞浪超深地層研究所の第2段階の調査・研究課題に関する意見交換を行い、処分技術の実用化への検討を行った。

幌延深地層研究計画 平成19年度調査研究計画

本計画は、独立行政法人日本原子力研究開発機構が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているものである。本計画は、調査研究の開始から調査研究の終了まで20年程度の計画とし、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施することとしており、平成19年度は第2段階の3年目にあたる。平成19年度は、地層科学研究として、地質環境調査技術開発、地質環境モニタリング技術開発、深地層における工学的技術の基礎の開発及び地質環境の長期安定性に関する研究を、地層処分研究開発として、処分技術の信頼性向上及び安全評価手法の高度化についての調査研究を継続する。また、地下施設の建設については、換気立坑と東立坑の掘削を継続するとともに、先行ボーリング調査を実施する。地上施設については、平成18年度に引き続き、PR施設の建設工事及び展示物の製作を行い、平成19年5月末に竣工、夏頃に開館する予定である。また、国際交流施設については、実施設計を行う。

超深地層研究所計画における地表からの調査予測研究段階（第1段階）研究成果報告書

本報告書は、結晶質岩を対象として、日本原子力研究開発機構が岐阜県瑞浪市で進めている深地層の研究施設計画である超深地層研究所計画における第1段階(地表からの調査予測研究段階)の調査研究成果をまとめたものである。この報告書では、第1段階の目標に対して調査研究の成果を適切に取りまとめるとともに、課題を抽出・整理し、第2段階(研究坑道の掘削を伴う研究段階)以降の調査研究の必要性について言及した。具体的には、結晶質岩(硬岩)を対象とした調査・評価のための方法論を示すとともに、重要な調査技術や解析技術を整備した。また、処分事業の基盤技術となる技術的知見やノウハウなどを整理した。さらに、第1段階において残された課題を整理し、第2段階以降の調査研究の必要性を明確化した。ここで取りまとめる成果は、地層処分技術の知識基盤として整備されるばかりでなく、処分事業並びに安全規制の両面を支える技術基盤の強化を図っていくうえで、有効に活用されるものである。

幌延深地層研究計画における地下水流動解析 —平成17年度までの調査結果を踏まえた再解析—

日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センターでは、地層科学研究の一環として岩盤の水理に関する調査研究・モデル構築を実施している。岩盤の水理モデルは、調査の進展とともに更新し、その不確実性の低減を目指している。本報告書は、平成17年度までの調査結果を踏まえて既存の岩盤の水理モデルを更新し、地下水流動解析を実施したものである。声問層、稚内層の透水係数のデータが増え、それに伴ってそれらの地層の透水係数の深度依存性の見直しを行い、また、大曲断層の透水係数についても再検討を行った。更新された透水係数データをもとにまず感度解析を実施し、その後感度解析を踏まえた最適化を試みた。今回のモデルでは、前モデルよりも実測の全水頭分布をよりよく表現できたと言えるが、HDB-4孔、7孔などの浅い箇所やHDB-10孔での低い水圧、HDB-1孔、11孔の深部での高い水圧などを表現できなかった。今後、支配方程式などの条件の見直しも考慮しつつ精度の高いモデル化を進めていく予定である。

繰り返しアプローチに基づくサイトスケールの水理地質構造のモデル化・地下水流動解析（ステップ4）

日本原子力研究開発機構が、岐阜県東濃地域において実施している超深地層研究所計画では、結晶質岩を対象とした深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備を目標の一つとして設定している。この目標を達成するため、深部地質環境を対象とした調査から評価に至る一連のプロセスを繰り返すアプローチに基づいて調査研究を実施している。本研究では、超深地層研究所計画の地下水流動特性評価に関する調査研究の一環として、繰り返しアプローチに基づき第1段階のステップ4を対象とした水理地質構造モデルの構築・更新及びそれに基づく地下水流動解析を実施した。その結果、第1段階における各ステップの進展に伴う水理地質構造モデルの不確実性の低減が確認されるとともに、その不確実性を効率的に低減させるための技術的知見をとりまとめた。また、第2段階以降の主な課題としては、研究坑道の建設に伴う地下水流動場の変化を捉えるためのモニタリングの実施や、本研究で構築した第1段階におけるサイトスケールの水理地質構造モデルの妥当性の確認及び更新が挙げられた。

地盤統計学的手法を用いた地質環境モデル構築手法に関する研究 （共同研究）

本研究は、幌延深地層研究計画における「地上からの調査研究段階(第1段階)」で取得される調査データを利用して、堆積軟岩を対象として、地盤統計手法を利用した地質環境モデルの構築手法の確立と情報量とモデルの信頼度の関係を客観的に評価する技術の開発を目的として、平成15年度より実施してきたものである。本報告書は3年目の平成17年度に実施した研究内容を報告するものである。平成17年度では具体的に、2年目までの検討で用いた調査データに加えて、平成16年度に実施されたボーリング調査(HDB-9、10、11孔)のデータを用いて、1、2年目と同様の水理地質環境モデルの構築を実施した。そして調査のステップに応じたデータ及びモデルの更新を実施し、データ量とモデルの信頼度の関係について検討した。また地下水水質モデルでは、溶存成分ごとに比抵抗値との相関関係をもとにモデルを構築し、その特徴を明らかにした。

幌延深地層研究計画 地上からの調査研究段階における深層ボーリング調査計画とその実績

原子力機構は、平成12年度より北海道幌延町において新第三紀堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画と称する地下施設建設を伴う研究プロジェクトを実施している。同プロジェクトは、岐阜県瑞浪市において結晶質岩を対象として実施中の瑞浪超深地層研究所計画と対をなすものであり、地上からの調査研究段階、坑道掘削中の調査研究段階、坑道を利用した調査研究段階、の3つの段階から構成された全体として約20年間のプロジェクトである。本報告は、平成17年度まで実施した地上からの調査研究段階における各種の調査研究のうち、特に重要となる深層ボーリング調査計画及びその実績をとりまとめたものである。具体的には、原子力機構の地上からの調査予測段階の目標、研究実施にあたっての制約条件、社会的条件を考慮し、年度ごとに実施した検討作業及び実績を時系列的に示し、その結果からさまざまな制約条件のもとで目標を達成するために重要と考えられる事項を抽出・整理している。

幌延深地層研究計画における高密度反射法地震探査，マルチオフセットVSP探査，重力探査

独立行政法人日本原子力研究開発機構地層処分研究開発部門幌延深地層研究ユニット堆積岩地質環境研究グループでは、大曲断層の位置やその周辺の地質構造を把握するために、2004年に研究所用地設置地区(幌延町北進地区)において、高密度反射法地震探査、マルチオフセットVSP探査、重力探査の3種類の物理探査を実施した。本資料は、上記調査の概要と解析結果についてまとめたものである。

超深地層研究所計画 年度計画書（2007年度）

独立行政法人・日本原子力研究開発機構(原子力機構)東濃地科学センターでは、地層処分技術に関する研究のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階；地表からの調査予測研究段階」、「第2段階；研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階；研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる約20年の計画であり、現在は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めている。本計画書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所基本計画」に基づき、2007年度の超深地層研究所計画の(1)調査研究計画、(2)施設建設計画、(3)共同研究計画等を示したものである。

浅層ボーリング孔を利用した地下水位観測

日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センターでは、幌延深地層研究計画の一環として表層水理調査を実施している。表層水理調査のうち、地下水位測定は、地下水流動解析に用いる上部境界条件の一つである地下水位の分布とその季節変動を明らかにすることを目的としている。本報告書は、2003年(平成15年)12月から2005年(平成17年)10月までの地下水位測定結果とそれに基づく表層付近の地下水流動特性に関する検討結果を示したものである。地下水位の継続的な観測により、(1)研究所設置地区を含む清水川流域とペンケエベコロベツ川流域の分水嶺が、観測測線においては地形上の分水嶺よりもやや南(清水川流域)よりに位置すること、(2)地下水位変動は積雪・融雪の影響が最も大きく、そのほかに降水による影響が認められること、(3)地下水位の変動幅は場所により異なり、大きいところで5m程度まで達し、また、沢での水位変動は小さいこと、(4)降水後の地下水位のピークは河川水位のピークよりも緩やかで、2日から3日程度遅れることがわかった。

幌延深地層研究計画 平成17年度調査研究成果報告

地質環境データ取得のため、地表物理探査等を実施し、試錐調査を終了した。取得データに基づき、地質構造等の各分野においてモデルを更新し、地下施設建設に伴う周辺地質環境への影響予測を実施した。試錐孔を用いた調査技術やコントロール掘削技術の適用性を確認した。地質環境モニタリング技術の開発では、長期モニタリング機器による観測を継続し、遠隔監視システムの設置及び試験観測を行った。地質環境の長期安定性に関する研究では、幌延地域の地質の調査や地中レーダ探査、地震計等による観測を行った。地層処分技術の信頼性向上では、低アルカリ性コンクリート材料を用いた実規模模擬トンネルでの吹付け試験を実施した。第1段階で取得した地質環境データを用いて既存の設計手法の適用性を確認した。安全評価手法の高度化では、コアを用い物質の収着試験と物質移動に関する解析を試行した。施設建設では、造成工事完了後、研究管理棟及び試験棟の建設を行った。PR施設の建設工事に着手した。ズリ仮置場を整備し、ズリ置場と排水管路の設計を行い、換気立坑を掘削した。環境調査では、環境モニタリング調査を継続した。国内外の研究機関との研究協力を進めた。

幌延深地層研究計画におけるボーリング孔を用いた地下水の水圧の長期モニタリング

日本原子力研究開発機構では、幌延深地層研究計画における地質環境モニタリング技術開発の一環として、これまでに掘削したボーリング孔に地下水の水圧・水質長期モニタリング装置を設置し、地下施設建設前の地下水の長期モニタリングを実施している。HDB-1、2、3、6、7、8孔では、観測される水圧はおおむね安定した値を示しているが、一部のボーリング孔並びに観測区間では観測開始から現在に至るまで水圧の長期的な変動が認められる。また、研究所設置地区から7km程度離れたHDB-2孔では、研究所設置地区周辺と比べて高い水圧が認められる。観測される水圧から全水頭を算出した結果、研究所設置地区周辺では、深度が大きくなるにしたがって全水頭が高くなる傾向が認められることや、おおむね東から西の方向に動水勾配が生じていると推察されること等の知見が得られた。さらに、これらの観測を通じ、設置したモニタリング装置の適用性を確認することができたとともに、装置を構成する機器の一部に関して改善点等が明らかになった。

広域地下水流動研究におけるボーリング調査 (DH-15号孔)

広域地下水流動研究の一環として、地下深部における岩盤、および断層・破砕帯等の地下水流動を規制すると考えられる地質構造や透水性把握のため、瑞浪市民公園において、深さ1,010mabh(meter along bore hole)の鉛直ボーリング孔(DH-15号孔)を実施した。同孔の51.0mabh以深において、掘削水の測定・分析、岩芯の採取・記載、ボアホールテレビ計測、物理検層、流体検層、マルチオフセットVSP探査、水理試験、揚水試料の分析、水圧水質装置の設置等を実施した。その結果、以下のことが明らかになった。同孔では230.9mabh以深に黒雲母花崗岩からなる土岐花崗岩(以下、花崗岩)と、それを不整合に覆う瑞浪層群(以下、堆積岩)が認められた。ボアホールテレビ計測の結果、花崗岩中に1,744本の割れ目が認められるとともに、上部割れ目帯および低角度傾斜を有する割れ目の集中帯を確認した。物理検層や岩芯観察結果等との対比から、DH-2号孔と連続すると推定される比較的規模の大きな2区間の断層を抽出した。流体検層の結果により、花崗岩中の約50カ所において水みちが抽出された。マルチオフセットVSP探査では、花崗岩の上面や断層・割れ目帯に対比される反射イベントが確認された。水理試験は、堆積岩から花崗岩風化帯までの主要な地質層序(5点)、花崗岩中の流体検層等による水みち(7点)、および花崗岩全体を対象とした長区間(8点)において実施した。その結果、水みちにおいては透水係数として概ね10-7オーダーの透水係数が検出された。長区間では概ね10-7ないし10-8オーダーの透水係数が得られ、DH-2号孔と比較すると透水係数のばらつきが小さく、花崗岩全体の平均としては、同孔と比較して1オーダー程度小さい値を示すことが明らかになった。揚水試料の分析では、堆積岩下部層と花崗岩中に分布するNa-Cl型の地下水に関して、既往の調査では得られていない領域である標高約-800mslまでの深度データを取得し、各化学成分の深度プロファイルを検討した。その結果、Na、Ca、Cl、Br等の成分は深度とともに濃度が増加する傾向にあることを確認した。

Working Programme for MIZ-1 Borehole Investigations: Revision of Work Procedures after Phase IV

超深地層研究所計画では、瑞浪超深地層研究所用地における地表からの調査研究の一環として、2002年12月より、MIZ-1号孔の掘削とボーリング孔における調査を「MIZ-1号孔ボーリング調査実施計画書」に基づき進めてきている。第14フェーズ(2004年2月中旬まで)のボーリング調査をとおして、瑞浪超深地層研究所用地における地質環境特性や調査技術に関する多くの情報を取得したが、ボーリング調査に係る制約条件やコントロールボーリングにおける技術的問題のために、深度約500mでボーリングを中断し、セメントにより埋め戻した後、深度356mから再度コントロールボーリングを行うこととした。これを受け、第4フェーズまでのMIZ-1号孔ボーリング調査の実施状況、残された調査や時間などを考慮し、MIZ-1号孔のレイアウトならびに今後の調査の進め方とスケジュールについて最適化を図った。本計画書はMIZ-1号孔における第5フェーズ以降のボーリング調査について改定した実施計画を示すものである。

繰り返しアプローチに基づくサイトスケールの水理地質構造のモデル化・地下水流動解析（ステップ2）

核燃料サイクル開発機構が、岐阜県東濃地域において実施している超深地層研究所計画では、結晶質岩を対象とした深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備を目標の一つとして設定している。この目標を達成するため、深部地質環境を対象とした調査から評価に至る一連のプロセスを繰り返すアプローチに基づいて調査研究を実施している。本研究では、超深地層研究所計画の地下水流動特性評価に関する調査研究の一環として、繰り返しアプローチに基づき第1段階調査のステップ2を対象とした水理地質構造モデルの構築・更新およびそれに基づく地下水流動解析を実施した。地下水流動解析では、ステップ1での地下水流動解析結果との比較による水理地質構造モデルの不確実性の変遷に関する評価およびステップ3以降の調査対象の抽出を目的として、断層の透水性および花崗岩の下部割れ目低密度帯の透水性に着目した感度解析を実施し、地下水流動解析結果に与える影響を評価した。

ローカルスケールにおける地下水流動解析 —ローカルスケールでの地下水流動特性評価およびサイトスケールにおけるステップ0の地下水流動解析の境界条件の設定—

核燃料サイクル開発機構が、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する基盤的研究である深地層の科学的研究の一環として、東濃地域を事例として進めている広域地下水流動研究ならびに超深地層研究所計画では、空間スケールに応じた地質環境の体系的な調査・解析・評価技術の整備を主な目標としている。このうち、広域地下水流動研究では、主に地下水の涵養域から流出域までの一つの地下水流動系を包含した領域(ローカルスケール)を調査研究の対象としている。一方、超深地層研究所計画ではサイトスケールにおいて、深部地質環境を対象とした調査から評価にいたる一連のプロセスを繰り返すアプローチに基づいて調査研究を実施している。以上のことから、本研究ではローカルスケールを対象としたボーリング孔を利用した調査・解析段階における地下水流動特性を評価するとともに、サイトスケールにおける既存情報を用いた調査・解析段階における地下水流動特性を評価するための地下水流動解析の境界条件を設定することを目的とした地下水流動解析(ステップ0)を実施した。その結果、ローカルスケールにおける大局的な地下水流動特性を把握することができた。また、地下水流動特性を評価するためには大局的な流動方向とほぼ直交方向の断層の透水性の評価が重要であることが明らかとなった。また、サイトスケールにおける地下水流動解析の境界条件設定に必要な水頭分布を算出した。

超深地層研究所計画 年度計画書（2005年度）

超深地層研究所計画における瑞浪超深地層研究所用地および正馬様用地において平成17年度に実施する地質環境特性の研究、深地層の工学技術の基礎の開発、施設建設工事の平成17年度の実施計画書

広域地下水流動研究におけるボーリング調査（DH-14号孔）結果速報

広域地下水流動研究の一環として、地下水流動系に大きな影響を与えるリニアメントとして地表に表れるような断層破砕帯の分布・性状、および各種特性の把握のための調査技術の構築を目的として、DH-14号孔のボーリング調査を実施した。調査の結果、調査実施地域に卓越する北北西走向を有する規模の大きな断層岩が確認されたほか、11箇所において水みちと考えられる地下水の流入点が抽出された。

広域地下水流動研究における単孔式水理試験データ

広域地下水流動研究の一環で取得された単孔式水理試験の試験結果をデータセットとして取りまとめた。データセットには試験実施日、試験区間、区間長、地質・地質構造、試験結果(代表値)、試験手法、解析方法などの情報を一覧表で示した。

北海道北部幌延町における地球化学的特徴を用いた侵食量の推定

石油探鉱が行われている地域では、堆積岩中に含まれる自生鉱物を利用して埋没深度の推定や削剥(侵食)量を推定する試みが行われているが(例えば、天然ガス鉱業会・大陸棚石油開発協会、1982など)、侵食速度までの推定は行われていない。ここでは、北海道北部の幌延地域を対象として取り組んでいる、シリカ鉱物による侵食速度の推定手法および有機物を用いた侵食速度の推定手法の概要とその適用事例について紹介する。

幌延深地層研究計画における電磁探査を用いた断層帯調査 —大曲断層の三次元分布と水理特性—

北海道北部、第三紀堆積岩分布域においてAMT探査とともに、地表割れ目踏査、ボーリング調査(コア観察・EMI検層・比抵抗検層・水質分析)、および反射法地震探査を実施し、当域に分布する大曲断層の位置、連続性、および水理特性について検討した。その結果、以下のことが示唆された。(1)大曲断層はダメージゾーンを主体とした幅120 m程度の断層帯であり、その透水性は高く、透水性異方性は弱い。(2)大曲断層は研究所設置地区近辺において、地表部ではover-stepし、地下では収斂する形態をなす。(3)「塩水系」と「淡水系」の2種類の地層水が存在し、顕著な岩相変化を示さない全体として均質的な岩相を呈す新第三紀堆積岩においては、電磁探査を用いた調査が、断層帯の位置、連続性、および水理特性など検討する際に有効である。

幌延深地層研究計画報告会報告書

サイクル機構では高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発として、平成13年3月から北海道の幌延町で幌延深地層研究計画を進めてきている。平成17年度は、幌延深地層研究計画の第1段階「地上からの調査研究段階」の最終年度であり、また、第2段階「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階」の初年度に当たる。幌延深地層研究センターでは、地下施設の建設を伴う調査研究段階の計画について、地域の皆様をはじめとした多くの皆様に広くご理解を賜り、また、国内外の専門家の方々よりご意見を頂き、今後の調査研究に反映することなどを目的として、幌延深地層研究計画報告会を2日間の日程で開催することとした。本報告は、幌延深地層研究計画報告会の開催記録として、講演当日のプレゼンテーション資料や、質疑応答を取りまとめたものである。

幌延深地層研究計画における水収支法による地下水涵養量の推定 —2003年8月〜2004年7月—

核燃料サイクル開発機構(以下「サイクル機構」という。)幌延深地層研究センターでは、幌延深地層研究計画の一環として、表層水理調査を実施している。表層水理調査では、地下水浸透流解析に用いる上部境界条件の一つである地下深部への地下水涵養量を算出するための算出方法の一つとして、水収支法を採用している。水収支法とは、流域にもたらされる雨量から河川流出高と蒸発散量を差し引いた残差を地下水涵養量として算出する方法である。そのため、2002年から順次、河川流量観測および気象観測体制の整備を行い、観測を継続している。本報告書では、研究所設置地区周辺の3流域(P-1、P-2、P-3流域)について観測体制が整った2003年8月から2004年7月までの1年間の地下水涵養量を水収支法により求めた結果について報告する。その結果、当該1年間の地下水涵養量はP-1、P-2、P-3の各流域で約230mm、-20mm、340mmとなり、P-1、P-3流域は涵養域、P-2流域は絶対値は小さいものの流出域となった。また、これら3流域全体の地下水涵養量は約100mmと試算された。

幌延深地層研究計画 平成16年度調査研究成果報告

幌延深地層研究計画平成16年度調査研究成果を取りまとめた。

幌延深地層研究計画の現状

幌延深地層研究センターでは、2000年度より幌延深地層研究計画を進めている。本研究計画では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術の信頼性向上に向けて、「幌延を例とした地表から地下深部までの具体的な地質環境の例示」、「地層処分技術の実際の地質環境への適用による信頼性の確認」及び「深地層を実際に体験できる場として整備」すること、を目標としている。本研究計画は、「地上からの調査研究段階（第1段階）」、「坑道掘削（地下施設建設）時の調査研究段階（第2段階）」、「地下施設での調査研究段階（第3段階）」の3段階に分け、約20年間の予定で進めている。これまで、第1段階の研究として、地質・地質構造、地下水の地球化学、地下水流動、岩盤力学などの各分野に関わる調査・研究を実施してきた。本稿では、これまでの研究の成果を中心として本研究計画の現状について報告する。

幌延深地層研究計画における地質環境モデル化研究

幌延深地層研究計画の第1段階では、地表からの調査と調査結果に基づく地質環境のモデル化を通じて、研究対象となる場の地質環境特性を把握するための体系的調査・モデル化技術の確立を目的としている。本研究では、調査結果を解釈するための地質環境モデルのうち、地質構造モデルと地下水の水理モデル(水理地質構造モデル)、および地球化学モデルを構築し、さらに地下施設建設に伴う水理地質環境の変化を予測する。

河川水，地下水および雨水の水質分析

研究所設置地区周辺の河川水や地下水の地球化学的特徴を把握し、周辺地域の地下水流動に関する知見を得るとともに、定期的な水質分析により季節変動の把握を目的とする。本業務では採取された河川水・雨水・地下水を分析し、イオンバランス確認等を実施することによりデータの妥当性を確認した。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究

本研究は1994年度2003年度に実施した研究を基礎としている。今年度も、田下凝灰岩のクリープ試験を引き続き行った.試験期間は7年を越え、従来の報告がほとんどない長期間のデータを採取中といえる。この結果を第2章で述べる。第3章では、中間温度領域におけるクリープ試験に関する検討結果について述べた。第4章では、比較的低い応力下でのクリープ試験結果について述べた。第5章では、時間依存性挙動のメカニズムについて検討したが、その際、試験結果のばらつきを情報の一つと考えた。第6章では、これまでの研究結果の総括と新研究結果について述べた。最後の第7章は結言である。

地下水の地球化学データに関する品質分類手法の構築

本報告書は地下水の地球化学データを品質評価するために、品質分類モデルを作成して、このモデルを用いた品質評価手法の開発を行なった結果について取りまとめたものである。品質分類モデルの作成には、ESL(Evidence Support Logic)の手法を用いた。本手法には、個々の評価項目に対するデータの品質を点数化させて表現できることと、情報・データの欠如に基づく不確実性を定量的に表現できるという特徴がある。構築した品質分類モデルを用いて、既往の地上調査ボーリングで取得した地下水データの品質評価を実施した結果、ボーリング時の掘削水の残留に関わる条件・環境が、地下水試料の品質に対しては、大きな影響を与え得ることが判明した。

超深地層研究所計画 年度報告書（平成15年度）

超深地層研究所計画では、代表的な結晶質岩である花崗岩を対象に、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」および「深地層における工学技術の基盤の整備」を目標にした調査・試験研究を実施している。本計画は、瑞浪市明世町にある核燃料サイクル開発機構の正馬様用地において、平成8年度より実施してきた。その後、平成14年1月に瑞浪市と瑞浪市明世町の市有地(瑞浪超深地層研究所用地、以下、研究所用地という)の賃貸借契約を締結し、超深地層研究所の研究坑道および関連施設を設置することとなった。これを受けて、平成13年度より、研究所用地での調査研究を開始した。 平成15年度は、研究所用地において、掘削長約1,350mの深層ボーリング孔の掘削調査を継続実施した。これらの調査・研究によって取得した情報に基づき、研究坑道掘削前の深部地質環境の状態の把握を目的に、研究所用地およびその周辺の地質環境モデルの構築を行った。また、平成14年度に掘削した浅層ボーリング孔において間隙水圧や地下水のモニタリングを実施した。さらに、深地層における工学技術の調査・研究として、研究坑道の設計や施工計画の見直しおよび突発事象対策や安全を確保する技術の整備を行った。 正馬様用地では、過去に実施された地下水流動解析に基づき、不確実性要因についての分析を実施した。また、間隙水圧モニタリングならびに表層水理観測を継続した。

MIZ-1号孔の岩芯を用いた室内物理・力学物性試験

本業務では、岐阜県瑞浪市で実施されている「超深地層研究計画」の中での、地表からの調査予測研究段階の一環として、深度500m近傍までの物性値を概略的に把握することを目的として、MIZ-1号孔の岩芯を用いた室内物理・力学物性試験を行い、瑞浪層群、土岐花崗岩の物理特性、力学特性の基礎的な知見を得た。

地質環境の長期安定性に関する研究　年度報告書（平成17年度）

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸にある欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地質環境の長期安定性に関する研究においては、地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある地震・断層活動、火山活動、隆起・侵食、気候・海水準変動等の天然現象に着目して、それらの特徴を明らかにするとともに、それらが地質環境に及ぼす影響を解明するための調査技術・評価手法にかかわる研究開発を進めている。平成17年度までに、地層処分に重大な影響を及ぼすと想定される現象の存在(例えば、活断層や第四紀火山等)をあらかじめ確認するための調査技術や、過去においても地層処分システムの性能に著しい影響を及ぼすような現象が発生した痕跡がないことを確認するための調査技術の開発等を進めるとともに、三次元地形変化シミュレーション技術等の長期予測・影響評価モデルの開発等を行ってきた。本報は、平成17年度までにおけるこれらの研究開発の成果についてとりまとめたものである。

地質環境の長期安定性に関する研究　年度計画書（平成19年度）

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸にある欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地質環境の長期安定性に関する研究においては、地層処分の場としての地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある天然現象に着目して、それらの特徴を明らかにするとともに、それらが地質環境に及ぼす影響を解明するための調査技術・評価手法にかかわる研究開発を進めている。平成19年度においては、以下の項目について調査・研究を行う。活断層・地震活動については、活断層の活動履歴と分布(移動、伸張、変形帯の発達過程)の調査に関する事例研究を実施する。火山活動については、第四紀の火山・地熱活動(特に低温領域の熱履歴)や地下深部のマグマ・高温流体等の基礎的な探査技術の適用性を検討する。隆起・侵食⁄気候・海水準変動については、古地形・古環境を復元する調査技術や地形変化をシミュレートする技術の開発を行う。また、これらの研究に必要なデータ取得を行うための分析技術開発の整備を行う。