Evaluation method on water transfer characteristics of bentonites considering ground water quality in radioactive waste disposal

放射性废物处置中考虑地下水水质的膨润土传水特性评价方法

基本信息

批准号：
21K04260
负责人：
伊藤大知
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，各種放射性廃棄物処分の安全評価に不可欠である，ベントナイト系材料の各種地下水質における水分移動特性データベースと理論評価手法の構築である．今年度は交換性陽イオンがNa+のもの（Na型），Ca2+およびMg2+のもの（Ca・Mg型）の2種類の粉体状ベントナイトを用い，人工海水および地下水のイオンを含んだNaCl・CaCl2溶液の3種類について濃度を0（蒸留水）・25・50・75・100%（人工海水のイオン強度0.655 mol/L）の5段階に変更した供給水環境においてメスシリンダー法を実施した．その結果，2種類のベントナイトのいずれにおいても，濃度が0→25%に増加した際に大幅な浸潤速度の上昇および膨潤率の低下が生じ，Ca型ベントナイトと異なりイオン流入の影響を強く受けることが示唆された．Ca・Mg型ベントナイトでは，イオン強度の変化による浸潤速度の変化は小さく，特に供給水溶液にCaイオンが含まれる場合，交換性陽イオン中のNaイオン・Mgイオンとの間でイオン交換が生じ，Ca型ベントナイトに近い性質を持つことが示唆された．また，特に高レベル放射性廃棄物の地層処分においては，地下300 m以深の深地層中に処分場を建設することが定められており，緩衝材に流入する地下水の圧力は1 MPa程度と高圧になることが想定される．このような高圧環境におけるベントナイトの水分移動特性を調査するため，今年度は100・200・300・400 kPaの4種類の水圧を付加した下で，Na型およびCa・Mg型ベントナイトについて吸水量測定試験を行った．その結果，上記の範囲において，吸水量と時間の平方根の間に比例関係がみられ，不飽和状態における水分移動は水分拡散現象に則っていることが示された．また，水分拡散係数についても水圧の影響を受けず一定値を示し，水圧の影響を受けないことが示された．

本研究的目的是构建各种地下水条件下膨润土基材料水运动特性的数据库和理论评估方法，这对于各种放射性废物处理方法的安全评估至关重要。今年，我们将使用两种类型的粉状膨润土，一种带有可交换性阳离子Na+（Na型），一种带有Ca2+和Mg2+（Ca/Mg型）三种溶液的浓度：0（蒸馏水）、25、 50、75、100%（人造海水离子强度0.655）量筒法在改变为五个水平(mol/L)的给水环境中进行。结果，当浓度从0增加到25%时，两种类型的膨润土都显着增加了渗透率并降低了膨胀率，并且与Ca型膨润土不同，它们受到离子流入的强烈影响。在Ca/Mg型膨润土中，由离子强度的变化引起的渗透速度的变化小，并且特别是当供给的水溶液含有Ca离子时，可在交换性阳离子中的Na离子和Mg离子之间发生离子交换。具有与钙型膨润土相似的性能。另外，特别是高放废物地质处置，规定处置场建在地下300m及以上的深层地质层中，地下水流入缓冲材料的压力为预计会发生这种情况。为了研究膨润土在如此高压环境下的水运动特性，今年我们将测量Na型和Ca/Mg型膨润土在100、200、300、4种水压下的吸水率，和400 kPa。结果表明，在上述范围内，吸水率与时间的平方根成正比关系，说明非饱和条件下水的运动遵循水扩散现象。此外，水扩散系数保持恒定，不受水压的影响，表明它不受水压的影响。