高レベル放射性廃棄物の地層処分研究開発

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化（その2）　−NUMO-JAEA共同研究報告書（2012年度）−　（共同研究）

原子力機構（JAEA）及び原子力発電環境整備機構(NUMO）は、平成24年度に引き続き、JAEAがこれまで蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後行う精密調査地区の選定等の処分事業に直接適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくことを目的として、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて検討した。(1)水理の観点からみた母岩の適性を評価する方法に関する検討については、平成24年度に引き続き、結晶質岩を対象とした地下水移行時間の評価ツリーを拡充するとともに、新たに堆積岩を対象とした評価ツリーを作成した。(2)シナリオの構築に関する検討については、平成24年度の状態設定手順を実務的な観点から見直し、緩衝材を対象として試行した。また、安全機能への不確実性の影響について解析的検討を行った。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討については、母岩の分配係数を対象に、国内外の事例調査をもとに複数の条件変換手法を含む設定手法を整理し、堆積岩及び花崗岩への適用を通じ妥当性や課題を確認した。さらに、溶解度について、溶解度制限固相の決定を含む設定手法を検討し、主要核種への適用を通じ妥当性や課題を確認した。

Thermodynamic Data Development Using the Solubility Method (Joint Research)

溶解度法は次のような熱力学データを信頼性高く求めるのに有力な方法の一つである。その熱力学データとは、1）個々の固相や複塩の溶解度積、2）種々の配位子の錯生成定数、3）広範囲なpH域にわたるデータ、4）極めて難溶性な固相（例えば、4価のアクチニド）を生成する金属のデータ評価、5）様々な廃棄物中での溶解度制限固相の決定、6）酸化還元に鋭敏な系に対する温度上昇である。本書は、溶解度法によってこのような熱力学データを取得する際の様々な特徴を記述することに焦点をあてたものである。本書は、研究テーマの選定、重要な変数を定義するためのモデル、変数や実験パラメータの範囲の選定、予測される結果、一般的な設備要求、実験の実施および実験データの解釈、といった溶解度試験の実施における様々な特徴を記述している。

幌延深地層研究計画における地震研究　−地震観測データおよびそれらの解析結果（2003〜2012年度）−

本研究の目的は、地質環境の長期安定性に関する地震データを得るために必要な観測技術と解析技術を検討することである。幌延地域を事例とした地震観測網の整備と約9年間の観測を通じて、多雪寒冷な環境下に対するピットを用いた地震計設置の有効性などの観測技術を確認した。比較的軟弱な地盤における観測点の性能は、バックグラウンドノイズと地震を識別できる加速度が1mGal程度であった。解析技術については、観測データが震源決定に有効な範囲を確認した。また、Multiplet-clustaring法とDouble-Difference法（DD法）を適用することにより、震源決定精度を高めるための解析条件を確認した。これらの解析法は震源が集中するときに適用性が高いと推定された。DD法は震源に近い観測点を含む多数のデータを用いた結果、解析結果の信頼性が向上した。メカニズム解を求めた結果、東西圧縮の逆断層型が認められた。これは想定されている広域応力場や地質構造と調和した。

超深地層研究所計画（岩盤力学に関する調査研究）深度300mおよび深度400mにおける岩盤力学調査

岩盤力学に関する調査研究では、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」の一環として、安全評価の観点から、「掘削影響領域の地質環境特性の把握」を個別目標に設定しており、設定された目標に対して、(i)掘削影響領域の範囲の把握、(ii)掘削影響領域の物理・力学特性分布の把握、(iii)掘削影響領域の応力状態の把握を課題に掲げている。また、地下空洞の設計・施工の観点から、「地下空洞の力学安定性の把握」を個別目標に設定しており、設定された目標に対して、(iv)応力場の把握、(v)岩盤の物理・力学特性の把握、(vi)不連続構造などの有無の把握を課題に掲げている。本報告は、瑞浪超深地層研究所の深度300mおよび深度400mで実施した岩盤力学に関する調査研究、(1)深度300mおよび深度400mを対象とした室内物理・力学試験、(2)深度300mにおける円錐孔底ひずみ法による初期応力測定(3)深度300mおよび深度400mにおけるボーリングコアを用いた初期応力測定、の結果をまとめたものである。

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究　−平成24年度成果報告−　（共同研究）

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について共同研究契約を締結した。本共同研究は深地層研究所（仮称）計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約に関わる平成24年度の成果についてまとめたものである。具体的成果としては、平成20年度に策定した全体計画に基づき、緩衝材定置試験設備や、実物大の緩衝材及びオーバーパック（模擬）の展示を継続するとともに、ブロック式緩衝材定置試験設備の自動運転用ソフトウェアを製作した。また、緩衝材の浸潤試験を継続した。

深度500m研究アクセス北坑道における先行ボーリング調査報告書（12MI27号孔、12MI33号孔）

本報告書は、深度500m研究アクセス北坑道における先行ボーリング（12MI27号孔、12MI33号孔）の調査結果を取りまとめたものである。調査では、地質学的、水理学的、地球化学的データを取得するとともに、12MI33号孔では第3段階の再冠水試験のための地下水の水圧・水質モニタリング装置を設置した。調査の結果、割れ目の少ない中粒から粗粒の等粒状組織を示す黒雲母花崗岩が分布し、岩級はCH〜B級である。また、12MI33号孔では当初モデルで推定していなかった断層ガウジを伴う小規模断層が認められた。主立坑断層に近い12MI27号孔での割れ目密度は、12MI33号孔に比べ大きくなる傾向がある。孔内湧水は両孔ともに少ない。透水係数は、非変質帯で湧水量が少ない区間で4.8E-10〜6.1E-09m/sec、非変質帯で湧水量が多い区間で1.1E-07〜2.7E-07m/secの範囲であった。地下水の水質は、Na, Clに富む水質であった。

超深地層研究所計画における地下水の水圧長期モニタリング（2012年度）

超深地層研究所計画は、「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段階および第3段階における調査研究を進めている。本計画の第2段階では、「研究坑道の掘削を伴う調査研究による地質環境モデルの構築および研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」を目標としており、その一環として、地下水の水圧長期モニタリングを実施している。本報告書は、2012年度に実施した地下水の水圧長期モニタリングデータを取りまとめたものである。

超深地層研究所計画における研究坑道での湧水量計測（2004〜2011年度）データ集

日本原子力研究開発機構　東濃地科学研究ユニットでは、「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）の一環として、岐阜県瑞浪市において結晶質岩（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、「地表からの調査予測研究段階（第1段階）」、「研究坑道の掘削を伴う研究段階（第2段階）」、「研究坑道を利用した研究段階（第3段階）」の3段階からなる。研究所用地における第1段階の調査研究は、2002年度から2004年度まで実施され、2004年度からは第2段階の調査研究が、2010年度から第3段階の調査研究が開始されている。第2段階の調査研究では、「研究坑道の掘削を伴う調査研究による地質環境モデルの構築および研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」を段階目標の一つとして調査研究を実施しており、その一環として、研究坑道内への湧水量計測を2005年2月から実施している。本データ集は、2004年度から2011年度までに実施した研究坑道内での湧水量計測で取得したデータを取りまとめたものである。

超深地層研究所計画　年度報告書（2012年度）

日本原子力研究開発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）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段階からなり、2012年度は、第2段階および第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2010年度に改定した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた、超深地層研究所計画の第2段階および第3段階の調査研究のうち2012年度に実施した1)調査研究、2)施設建設、3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。

幌延深地層研究計画　平成24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されている。平成24年度は、「幌延深地層研究計画平成24年度調査研究計画」に従って、調査研究および地下施設の建設を継続した。研究開発は従来通り、「地層科学研究」と「地層処分研究開発」に区分して実施した。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、人工バリアなどの工学技術の検証、設計手法の適用性確認、安全評価モデルの高度化および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。本報告書はそれらの成果を取りまとめたものである。幌延深地層研究計画の成果は、原子力機構における他の研究開発拠点での成果と合わせて一連の地層処分技術として、処分事業や安全規制に適宜反映していく。

ヘリコプターを用いた空中物理探査データの再解析

花崗岩分布域における空中物理探査の適用性を評価するために、平成9年から平成11年にかけて岐阜県東濃地域の花崗岩分布域を対象にヘリコプターを用いた空中物理探査（空中電磁探査、空中磁気探査、空中γ線探査）が実施された。今回、当時取得したデータを再解析し、以下の結果を得た。(1)空中電磁探査；見掛比抵抗の新たな計算方法を考案しデータの再処理を行った。その結果、それぞれの岩石の比抵抗に応じた見掛比抵抗を計算することが可能となり、その値を用いて作成した見掛比抵抗コンター図から、花崗岩体の深度の変化を明瞭に読み取ることができた。(2)空中磁気探査；当該地域の花崗岩の磁化率は岩体全体で均一ではなく、磁化率の観点から花崗岩はおよそ五つの部分に区分可能であることが判った。また、カラー陰影図は磁気異常の定性解析に有効であることが判った。(3)空中γ線探査；γ線の局所異常を示す地点を新たに抽出した。抽出された異常点は開口性の断裂を反映しているのではなく、花崗岩の露頭あるいはウラン鉱床の露頭を反映している可能性が高い事が推論された。今回の解析結果から、ヘリコプターを用いた空中物理探査が地表での調査計画の立案に必要な多くの情報を提供可能であることが再確認された。

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究　−平成22年度成果報告−　（共同研究）

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について共同研究契約を締結した。本共同研究は深地層研究所（仮称）計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約に関わる平成22年度の成果についてまとめたものである。具体的成果としては、平成20年度に策定した全体計画に基づき、ブロック式緩衝材定置試験設備の一部を製作した。また、試験および展示を行うための設備建屋にて、製作済みの緩衝材定置試験設備や実物大の緩衝材ブロック等の公開を継続するとともに、緩衝材把持試験を実施した。

瑞浪超深地層研究所における深度500mまでの地球化学調査および調査技術開発

瑞浪超深地層研究所計画第2段階の調査研究では、「地表からの調査予測研究段階（第1段階）」において構築された地球化学モデルの妥当性を確認するとともに、施設建設が周辺の地球化学特性に与える影響の観測とそれに基づく将来予測を行った。第3段階の調査研究では、坑道で利用する調査技術として地下水の酸化還元電位の観測技術、コロイド/有機物の調査技術の開発を行った。深度500ｍまでの調査研究の結果、堆積岩および花崗岩における施設操業、維持管理時の水質変化が、塩分濃度の異なる地下水の混合状態の変化に起因することが明らかになった。また、坑道周辺の地下水の水質が将来的に花崗岩浅部の地下水の組成に変化していくことが明らかになった。これらの結果に基づき、第1段階および第2段階の調査に関わる留意点として、地球化学特性の擾乱に関わる高透水性の地質構造に焦点を当てたモニタリングの考え方や多変量解析の有効性を提示することができた。

坑道周辺岩盤の概念再構築に関する研究　−平成24年度−（委託研究）

本報告書は、地層処分におけるニアフィールド(NF)コンセプトをより現実的に再構築する研究に関するものである。地層処分施設における地下坑道周辺岩盤を含むニアフィールドでの、現実的な核種移行シナリオとして、地層処分場の掘削〜操業期間〜閉鎖後の時系列変化を、ステージ0〜�Wの5段階に区分して、提示することを試みた。特に地層処分場の閉鎖後の時空間における「場」の状態に着目し、各時空間断面において「場」の環境要因が連成して変化する現実的な「場」の状態の設定を行うことを2012年度の目標とし、各時空間断面における「場」の状態や要因の相互作用の網羅性を重要視し、次年度以降の検討課題のリストを提示した。

坑道掘削に伴う周辺岩盤の変化に関する力学−水理連成解析技術の検討　（委託研究）

多数の割れ目を有する岩盤中に坑道を掘削する場合、坑道周辺では割れ目の挙動に起因する力学特性や水理特性の変化が生ずると考えられる。このため、掘削影響領域の評価には割れ目発生等に起因する力学・水理挙動を原位置計測で把握するとともに、割れ目の挙動を考慮できる連成解析による評価が必要となってくる。本研究では、MBCモデル（Micromechanics-Based Continuum model)を用いた水平坑道掘削に伴う3次元力学-水理連成解析の事前・事後解析を実施した。事前解析では、140m調査坑道掘削初期段階において、地上および地下の調査データを用いた解析を実施した。その結果、MBCモデルによる割れ目の開口と透水係数とがシンクロし、当解析が坑道周辺岩盤の掘削挙動予測に適用可能であることを確認した。事後解析では、140m調査坑道掘削が完了した段階で、事前解析の時点から新たに得られた調査データを基に初期応力、岩盤力学物性、岩盤水理物性を見直すとともに、割れ目物性に関するデータを追加して解析を実施した。その結果、解析結果は原位置計測結果と力学的にも水理的にも整合がとれ、実現象に近い坑道周辺岩盤の掘削挙動予測が可能であることを確認した。

瑞浪超深地層研究所における新しい定量的岩盤分類法の適用性評価

岩盤分類は、岩盤地下構造物の設計や施工管理を行う上で一般的に用いられるが、既往の岩盤分類法は定性的な評価項目が多く、サイト固有の岩盤性状を定量的に評価する上で限界がある。一方、高レベル放射性廃棄物の地層処分などの大型の岩盤地下構造物の合理的・効果的な設計施工や安全確保の観点からは、地上からの調査や掘削中の壁面観察結果からサイト固有の岩盤の力学的性質を反映しつつ設計等に必要な岩盤物性を決定しうる岩盤分類法の構築が課題のひとつとなっている。本研究では、「岩盤の工学的分類法」をベースとした新しい定量的岩盤分類法（新分類法）を考案し、瑞浪超深地層研究所の堆積岩部および結晶質岩部に適用した。新分類法の適用性評価は、電研式岩盤分類法の岩盤等級区分と比較することにより行った。その結果、換気立坑側の堆積岩部において、CL級の評価範囲に低い評価点が分布する傾向はあるものの、両分類法による評価は良好な相関性を示すことがわかった。一方、結晶質岩部においては、新分類法の評価点分布が岩盤状況の変化のトレンドを概ね捉えているものの、個々に見ると電研式との相関性は堆積岩部よりも劣っていることが明らかになった。

広域地下水流動研究における表層水理観測データ集　−2011年度−

日本原子力研究開発機構東濃地科学研究ユニットでは、広域地下水流動研究の一環として、地下水流動解析における上部境界条件を与える岩盤浸透量の水収支解析による算出、水理地質構造モデルのキャリブレーションに必要なデータの取得を目的として、表層水理観測を実施している。観測項目は降水量および河川流量であり、柄石川および日吉川を観測流域としている。本報告では、2011年度の表層水理観測で得られた降水量、河川流量について、データの欠測や異常値を示すデータの補正・補完を行い、データセットとして取りまとめた。

広域地下水流動研究における地下水の水圧長期モニタリング（2012年度）

広域地下水流動研究は、広域における地表から地下深部までの地質・地質構造、岩盤の水理や地下水の水質を明らかにするために必要な調査・解析技術などを開発することを目標として、1992年度より調査研究を開始し、2004年度末をもって主な現場調査を終了した。2005年度からは、土岐花崗岩における水理学的・地球化学的な基礎情報の取得および地下水流動解析結果の妥当性確認のためのデータ取得を目的として、既存の観測設備を用いた表層水理観測および、既存のボーリング孔を用いた地下水の水圧長期モニタリングを継続している。本報告書は、2012年度に実施した地下水の水圧長期モニタリングデータを取りまとめたものである。

超深地層研究所計画における地下水の水圧長期モニタリング（2011年度）

超深地層研究所計画は、「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段階における調査研究を進めている。本研究では、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤整備」および「深地層における工学技術の基盤整備」を第1段階から第3段階までを通した全体目標としている。そのうち第2段階では、「研究坑道の掘削を伴う調査研究による地質環境モデルの構築および研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」を目標としており、その一環として、地下水の水圧長期モニタリングを実施している。本報告書は、2011年度に実施した地下水の水圧長期モニタリングデータを取りまとめたものである。

広域地下水流動研究における表層水理観測データ集　−2010年度−

日本原子力研究開発機構東濃地科学研究ユニットでは、広域地下水流動研究の一環として、地下水流動解析における上部境界条件を与える岩盤浸透量を表層の水収支解析によって算出すること、および水理地質構造モデルのキャリブレーションに必要なデータを取得することを目的として、表層水理観測を実施している。観測項目は降水量および河川流量であり、柄石川および日吉川を観測流域にしている。本報告では、2010年度の表層水理観測で得られた降水量、河川流量について、欠測や異常値を示すデータの補正・補完を行うとともに、補正・補完前後のデータを取りまとめた。また、観測で得られたデータを「観測データセット」、補正・補完後のデータを「補正・補完データセット」として、DVD-ROM化を添付した。

超深地層研究所計画における地下水の地球化学に関する調査研究　−瑞浪層群・土岐花崗岩の地下水の地球化学特性データ集−(2011年度)

日本原子力研究開発機構は岐阜県瑞浪市で進めている超深地層研究所計画において、研究坑道の掘削が周辺の地下水の地球化学特性に与える影響を把握することを目的とした調査研究を行っている。本データ集は、超深地層研究所計画において、2011年度に実施した地下水の採水調査によって得られた地球化学データをとりまとめたものである。データのトレーサビリティーを確保するため、試料採取場所、試料採取時間、採取方法および分析方法などを示し、あわせてデータの品質管理方法について示した。

超深地層研究所計画　年度報告書（2011年度）

日本原子力研究開発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）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段階からなり、2011年度は、第2段階および第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2010年度に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた、超深地層研究所計画の第2段階および第3段階の調査研究のうち2011年度に実施した1）調査研究、2）施設建設、3）共同研究等の成果を取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　年度報告書（平成24年度）

本報は、深地層の科学的研究のうち、「地質環境の長期安定性に関する研究」について、第2期中期計画期間（平成22年度〜平成26年度）の3年目である平成24年度に実施した研究開発に係る成果を取りまとめたものである。第2期中期計画期間においても第1期中期計画に引き続き、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針などの検討・策定に研究成果を反映できるよう、(1)概要調査などに必要となる、自然現象に関する過去の記録や現在の状況を調査するための体系的な技術の整備（調査技術の開発・体系化）、(2)変動シナリオを考慮した安全評価の基盤となる、将来の自然現象に伴う地質環境の変化を予測・評価するための手法の整備（長期予測・影響評価モデルの開発）のほか、(3)最先端の分析装置などを用いた放射年代測定や鍵層の高分解能同定法などによる編年技術の高度化（年代測定技術の開発）を進めている。本報では、それぞれの研究分野に係る科学的・技術的背景を解説するとともに、主な研究成果および今後の課題などについて述べる。