処分場設計の考え方（包括的技術報告書より）2023年 9月 27日

原子力発電環境整備機構（NUMO）技術部

P.0本日のご説明内容◼ 包括的技術報告書における「処分場設計」の考え方
本編第4章の構成

4.1 処分場の設計の考え方
4.2 処分場の設計手順と設計の前提となる条件の設定
4.3 地下施設設置深度の設定
4.4 人工バリアの設計
4.5 地下施設の設計
4.6 地上施設の設計
4.7 回収可能性の確保に関する取り組み
4.8 まとめと今後の取り組み◼ 日本原子力学会およびOECD/NEAレビュー結果の要点
包括的技術報告書：https://www.numo.or.jp/technology/technical_report/tr180203.html
注）本資料は、2021年5月13日から6月30日にかけて計8回実施した「地層処分技術オンライン説明会（改訂した包括的技術報告書）」でご説明した資料を使用しています。
地層処分技術オンライン説明会：https://www.numo.or.jp/technology/techpublicity/lecture/210513.html
P.1

セーフティケースの構造と報告書の構成との関係
1章

セーフティケースの作成の背景と目的
2章

地層処分の安全確保の基本的考え方

2章

サイト選定の
方針

3章

処分場の
設計方針

4章

適した地質環境の選定技術
地質環境モデル

評価基盤

5章

閉鎖後長期の安全評価方針6章

安全性を評価する手法、モデル、解析コードおよび
データベース

安全評価6章

閉鎖前の安全評価

品質保証計画など

7章

処分場の設計建設・操業・閉鎖
技術

5章

7章

閉鎖前の
安全評価方針マネジメント戦略

閉鎖後長期の安全評価

マネジメント基盤

品質マネジメントシステム
知識ベース、関係研究機関との連携など

7章

品質保証活動技術アドバイザリー委員会
タスクフォース
有識者ヒアリング

セーフティケースとしての統合、次段階へ向けた取り組み
背景と目的に対応した成果と信頼性に関する記述

サイト選定準備
技術開発計画など

OECD/NEA（2013）：’The nature and purpose of the post-closure safety cases for geological repositories’を参考に作成.

P.2

処分場の設計において対象とする放射性廃棄物の種類と量【ガラス固化体】
処分する廃棄物の量：4万本以上※（年あたり約1,000本※を処分）※「特定放射性廃棄物の最終処分に関する計画」（2008年3月14日、閣議決定）

注）設計においては、第２次取りまとめと同様に日本原燃の再処理事業指定申請書などを参考に仕様を設定（日本原燃の再処理工場が稼働し，現存の使用済燃料あるいは今後の原子力発電によって発生する使用済燃料が再処理されると，発生するガラス固化体は日本原燃で製造されるものが大部分を占めることから）
P.3

処分場の設計において対象とする放射性廃棄物の種類と量【TRU等廃棄物】
処分する廃棄物の量：19,000m3以上※※「特定放射性廃棄物の最終処分に関する計画」（2008年3月14日、閣議決定）
廃棄体
グループ

1

2

廃銀吸着材

4

3

エンドピース

ハル

低発熱性L

発熱性H

難燃性廃棄物

濃縮廃液など

硝酸系廃液
モルタル
など

ペレット

吸気
細断・圧縮

放射性のヨウ素を除去する吸着材料（単位：mm）

430

乾燥・
ペレット化
（単位：mm）

1600

890

金属配管
（単位：mm）

1600

620

1200

620

1335

890

工具

（単位：mm）

620

200L ドラム缶

不燃性廃棄物

低レベル放射性廃棄物

角型容器

890

排気

主な廃棄体の形態

ゴム手袋（焼却・圧縮）銀吸着材

概要

200Lドラム缶

キャニスタ

200L ドラム缶

特徴• 放射性ヨウ素(I-129)を含む• セメント固化体• 発熱量が比較的大• 放射性炭素(C-14)を含む• 硝酸塩を含む• モルタル，アスファルトによる固化体など

見込み発生量319 [m3]

5,792 [m3]5,228 [m3]5,436 [m3]1,309[m3]最大発熱量（発生時点）

1 [W/本]未満

90 [W/本]未満

1 [W/本]16 [W/本]210 [W/本]

その他（ハル缶，インナーバレル）•焼却灰，不燃物•セメント固化体など

P.4

本日のご説明内容◼ 包括的技術報告書における「処分場設計」の考え方
本編第4章の構成
4.1 処分場の設計の考え方
4.2 処分場の設計手順と設計の前提となる条件の設定
4.3 地下施設設置深度の設定
4.4 人工バリアの設計
4.5 地下施設の設計
4.6 地上施設の設計
4.7 回収可能性の確保に関する取り組み
4.8 まとめと今後の取り組み◼ 日本原子力学会およびOECD/NEAレビュー結果の要点
注）本資料は、2021年5月13日から6月30日にかけて計8回実施した「地層処分技術オンライン説明会（改訂した包括的技術報告書）」でご説明した資料を使用しています。
P.5

第４章の目的とアプローチ○目的

多様な地質環境条件に対して，所要の安全機能を有する処分場の構築するための技術基盤が整っていることを提示○アプローチ◼ 最新の科学的知見や技術開発成果に基づき，多様なサイト条件や社会的な環境変化などに対して柔軟に対応し，安全な処分場を成立させるための設計技術（設計因子を基軸とした体系的な設計の方法論や，設計オプションの考慮など）を提示•

この際，断層の存在など，サイト調査において現実的に遭遇する可能性がある地
質環境への設計上の対応や処分概念の違いによる得失などを考慮できる，実用性のある設計の方法論を適用◼ 検討対象母岩の地質環境モデルに基づいて，閉鎖前と閉鎖後長期の安全性，および建設・操業・閉鎖の工学的実現性を考慮した処分場の仕様を具体的に提示•現時点あるいは近い将来に到達可能な技術を適用•

回収可能性が確保できることを確認
P.6

報告書で検討した処分概念
高レベル放射性廃棄物処分場の処分概念

TRU等廃棄物処分場
の処分概念

分散定置型

集積定置型

竪置き・ブロック方式

支保工

支保工

埋め戻し材

廃棄体
廃棄体
パッケージ容器 パッケージ

ガラス固化体オーバーパック

構造躯体

緩衝材
緩衝材

処分孔

(EBS)

横置き・PEM方式※
緩衝材

処分坑道

ガラス固化体

PEM

埋め戻し材

PEM容器

オーバーパック

処分坑道

充填材

廃棄体

⚫ 緩衝材：収着性が低い放射性物質を多く含む廃棄体や高発熱性の廃棄体に対する安全機能を確保することを目的として，グループ1,2および4H の場合に設置⚫ 廃棄体パッケージ：➢ 廃棄体パッケージA：厚さ5mm,上蓋なし➢ 廃棄体パッケージB：厚さ50mm,上蓋あり
注）アンダーラインの構成要素が人工バリア※ PEM（Prefabricated Engineered Barrier System Moduleの略）：地上施設で廃棄体を人工バリアと一体化したモジュールを地下施設に搬送し，定置する技術
P.7

設計オプションの整備～地質環境や社会条件への柔軟な対応～

処分場概念，地下施設レイアウト，処分区画の配置，廃棄体の定置方法（竪置き，横置きなど），オーバー
パックや緩衝材などの人工バリア構成要素の材料などに関する設計上の多様な選択肢を検討

処分坑道を周回
坑道で囲んだ処
分区画
ブロック方式

締固め方式

ペレット充填方式

吹付方式

PEM方式

吹付方式

PEM方式

(a) 処分孔竪置き定置方式

ブロック方式

締固め方式

ペレット充填方式(a) パネル型（NUMO, 2009）(b) 処分坑道横置き定置方式
行止りの処分坑
道が連絡坑道に直結【 HLW人工バリアの定置・施工方法の例】
廃棄体パッケージ

定置用クレーン

構造躯体

廃棄体パッケージ

構造躯体

フォークリフト

緩衝材

廃棄体搬送車両(a) フォークリフト方式(b) クレーン方式【 TRU等廃棄体パッケージの定置方法の例】(b) デッドエンド型（SKB, 2011）【 地下施設のレイアウトの例】
P.8

設計の考え方処分施設の仕様は，文献調査，概要調査，精密調査の各段階で取得される地質環境
情報や，その時点の最新の技術開発成果などに基づき，段階的に詳細化と最適化○ 設計因子を基軸とした体系的な設計の方法論の適用異なるサイトや事業段階においても，処分場に求められるさまざまな要件を整合的に考慮できるよう，首尾一貫した設計の考え方（設計因子を基軸とした体系的な設計）を適用※設計因子：
設計によって処分場に持たせようとする性能と能力を取りまとめたもの
閉鎖後長期の安全性，閉鎖前の安全性，工学的成立性，モニタリング，回収可能性，環境影響，社会経済的側面など○ 設計オプションの整備
多様な地質環境や，長い事業期間中における科学技術の進歩などに柔軟に対応して，処分場の設計を進められるよう，複数の設計オプション（多様な選択肢）を整備

P.9

設計因子を基軸とした体系的な設計方法➢ 設計因子に対して，処分場に必要な要求事項を設定➢ 適切な処分概念と処分場の構成要素を設定し，要求事項である処分場が有すべき安全機能を期待する構成要素に割り当て➢ 構成要素ごとに要求事項を充足させるために必要な性能が確保されるように設計要件を設定し，設計要件に対する設計での確認方法と指標および基準を設定➢ 設計要件を充足するように基本となる仕様を設定➢ この仕様を対象として，操業期間中や閉鎖後に構成要素の機能喪失や低下につながる可能性がある影響要因を特定し，影響評価により仕様の妥当性を判断（設計要件および評価項目の設定の流れ）

設計因子
処分場に持たせようとする性質と能力（構成要素の設計の流れ）

要求事項

構成要素の設定「安全機能」と「そのほかの要求事項」の設定

設計要件

仕様の設定

「必須要件」と「好ましい要件」の設定

機能喪失，低下につながる影響要因を特定

評価項目「人工バリア長期性能の評価項目」などの設定

影響評価と工学的対策の検討

設計因子，要求事項および設計要件に基づく設計の流れ

必要に応じてフィードバック

レビュー対応のポイント💡
影響評価と安全評価の関係
P.10

（参考）原子力学会レビュー（処分場設計と工学技術に関するアプローチ）⚫ 処分場設計の基本的考え方については，設計対象となる処分場に求められる要求事項を設計因子や安全機能として示したうえで，それらを満足する複数の設計例（包括的技術報告書では仕様）を求めるためのプロセスが示されている。ここでは，設計対象に要求される項目を要求性能として整理し，その要求性能を満足するように工学的設計プロセスを示すとともに，設計の結果が要求性能を満たしているかどうかの確認が行われることになる。これは，世界貿易機関（WTO）の「貿易の技術的障害に関する協定」（TBT 協定）において定義されているような性能設計型のアプ
ローチと整合するものであり，国際水準に合致する設計の枠組みが提示されているものと評価できる。
⚫ 処分場の設計は仕様を提示するために行うとし，第４章においては「設計要件に基づいて設計を実施し，基本となる仕様（材料，形状，寸法など）を設定する」とより具体的に説明をしているが，包括的技術報告書における「仕様」や「仕様成立範
囲」は一般的な構造物の設計における用例とは異なる場合がある。それぞれの用語の定義を明確にし，処分場の設計が仕様規定型ではなく性能設計型となっていること
や設計因子を満足する設計の一例を示していることをより明確にすることを推奨する。

※「NUMO包括的技術報告書」レビュー報告書、2019年2月、日本原子力学会
2.3安全確保の基本的考え方（p.11）より抜粋
P.11

設計因子と要求事項の設定◆国際機関や関連する原子力施設の規制等で示されている処分場の安全確保の要件◆最終処分基本方針など政策上の要件◆処分場設計の実用性および合理性に係る要件
設計因子

閉鎖前の安全性閉鎖後の安全性

回収可能性
工学的成立性
経済的合理性処分場に必要な要求事項
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・

廃棄体からの放射性物質の漏えいの防止
施設外への放射性物質の放出の防止
放射線の遮蔽
作業環境の維持災害の発生・拡大の防止
災害時の避難経路の確保
自然現象の著しい影響からの防護
人の接近の抑制放射性物質の溶出抑制
放射性物質の移行抑制
回収可能性の維持
回収可能性の維持による安全性への影響の防止・低減実現可能な建設・操業・閉鎖の作業工程・方法実証された技術の適用
処分場の建設・操業・閉鎖の合理性
調達性※ 環境保全とモニタリングに関する設計因子については，実際のサイトの地表や地質環境条件や社会条件に大きく依存し，サイトに応じた地上・地下施設の設計や建設・操業・閉鎖の具体的な方法を明確にする過程で検討することが合理的であることから，今後サイトの地質環境条件やそれに基づいて実施する設計の詳細が具体化する段階で設定
P.12

閉鎖前に対する安全機能と構成要素の関係＜放射線防護＞
基本概念

操業時閉じ込め

放射線遮蔽

安全機能

構成要素

廃棄体からの放射性物 ガラス固化体，オーバーパック
質の漏えいの防止
廃棄体パッケージ
施設外への放射性物
質の放出の防止

廃棄体受入・検査・封入施設
換気設備（排気フィルタも含む）

放射線の遮蔽

廃棄体パッケージ間充填材，廃棄体受入・検査・封入施設
建屋の遮蔽壁，廃棄体搬送車両，定置装置などの設備・機器＜一般労働安全＞
基本概念

安全機能

換気能力
作業環境の維持
排水能力
照明能力
防火対策
労働災害の発生・拡大の坑道の力学的安定性防止
そのほかの労働災害防止対策
緊急時の避難経路の確保

避難経路の確保

構成要素
坑道の換気経路，換気設備（冷房設備含む）
坑道の排水経路，排水設備
坑道の照明設備
防火設備，消火設備
支保工
落下・転倒防止装置，非常用貯水槽
アクセス坑道（入気用立坑を避難経路とする）
連絡坑道，緊急待避所，風門，通信・連絡設備※ 赤字：人工バリアの構成要素
P.13

閉鎖後長期に対する安全機能と構成要素の関係
基本
概念
隔
離

閉
じ
込
め

安全機能

構成要素

HLW

TRU

自然現象の著しい影響からの防護

地質環境

地質環境

人の接近の抑制

地質環境

地質環境

放射性物質の溶出の抑制

ガラス固化体オーバーパック

廃棄体
廃棄体パッケージ

放射性物質の溶解の抑制
遅い地下水流速による放射性物質の移行の抑制
放射性物質の移流による移行の抑制

地質環境

地質環境

地質環境

地質環境

緩衝材

緩衝材

コロイド移行の抑制

緩衝材

緩衝材

放射性物質の収着

緩衝材
地質環境

緩衝材
廃棄体パッケージ間充填材
地質環境

放射性物質の分散

地質環境

地質環境

坑道およびその周辺が卓越した放射性物質の 止水プラグ
移行経路となることの抑制
埋め戻し材

止水プラグ
埋め戻し材

放射性物質の移行の抑制※1 地質環境：適切に選定された地質環境※2 赤字：人工バリアの構成要素，青字：地下施設の構成要素
P.14

人工バリアの構成要素○高レベル放射性廃棄物処分場○TRU等廃棄物処分場
ドラム缶

ステンレス製キャニスタ

角型容器

廃棄体（TRU等廃棄物）

ガラス固化体（ドラム缶，ステンレス製キャニスタまたは角型容器に密封または固化された廃棄物）
・廃棄体からの放射性物質の漏えいの防止（ステンレス製キャニスタに充填されたもの）• 廃棄体からの放射性物質の漏えいの防止• ガラスマトリクスによる溶出の抑制
ハル・エンドピース圧縮体オーバーパック （金属製の容器）

廃棄体パッケージ内充填材

廃棄体パッケージ（金属製の廃棄体パッケージ容器に廃棄体を入れ隙間
をモルタルで充填）・廃棄体からの放射性物質の漏えいの防止・放射性物質の溶出の抑制• 廃棄体からの放射性物質の漏えいの防止• 廃棄体と地下水の接触の防止

注）角型容器はそのまま処分する。

廃棄体パッケージ容器

廃棄体パッケージ間充填材（モルタル）

緩衝材 （ベントナイトを主成分）• 放射性物質の移流による移行の抑制• コロイド移行の抑制• 放射性物質の収着
緩衝材

上部埋め戻し材

構造躯体・放射性物質の収着緩衝材（ベントナイトを主成分）• 放射性物質の移流による移行の抑制• コロイド移行の抑制• 放射性物質の収着

岩盤

【凡例】
青文字：人工バリアの構成要素
黒文字：安全機能

P.15

地下施設の構成要素
さまざまな用途の坑道群（アクセス坑道，処分坑道，連絡坑道など），プラグ（止水プラグ，力学プラグ，坑口プラグ），坑内環境を維持するための設備などから構成

坑口プラグ
アクセス坑道
（斜坑）

止水プラグ

坑底施設

• 支保工
• 埋め戻し材処分坑道および処分孔• 構造躯体（TRU）
連絡坑道
処分坑道
主要坑道
（TRU）
主要坑道 （TRU）＋ • 換気，排水，照明，防火・消火設備• 非常用設備（通信・連
取付坑道
（TRU）
絡設備，緊急待避所，非常用貯水槽など）• 搬送容器，搬送車両，
定置装置など
処分区画

アクセス坑道
（立坑）

力学プラグ

P.16

地上施設の構成要素
廃棄体を受け入れ，地下に搬送して定置するための準備と事業管理に必要な施設，地下施設で行われる作業を支援するための一群の施設

PR施設

埋め戻し材
製作・検査施設

掘削土置場

TRU等廃棄物の受入・ 検査・封入施設

雨水調整池

ガラス固化体の受入・ 検査・封入施設

排水処理施設管理棟 受変電施設
立坑
入口

緩衝材製作・検査施設＋• 港湾施設• 専用道路

立
坑
入
口

P.17

処分場の設計手順（修正前）
処分場の設計設計の前提となる条件の設定

レビュー対応のポイント💡
影響評価と安全評価の関係
設計における不確実性の対応

廃棄体特性の特定要求事項の設定処分概念と構成要素の設定

地質環境モデル（地質環境の調査・評価）

設計要件，評価項目の設定【原子力学会レビューコメント（抜粋）】
包括的技術報告書の第４章における「影響評価」と同報告書の第５章や第６章における「安全性の評価」の関係もわかりにくい。設計の妥当性の検証とフィードバックには，処分場の工学的設計の設計要件に対する照査と地層処分システム全体の安全評価の２つのプロセスがあるように書かれているが，その当該の図の説明を文章で記述するべきである。

地下施設設置深度の設定

人工バリアの設計

地上施設の設計

必要に応じてフィードバック

地下施設の設計

閉鎖前および閉鎖後長期の安全評価

必要に応じてフィードバック

修正前：レビュー版（2018年11月公表）
P.18

処分場の設計手順（修正後）
処分場の設計設計の前提となる条件の設定

レビュー対応のポイント💡
影響評価と安全評価の関係
設計における不確実性の対応

廃棄体特性の特定要求事項の設定処分概念と構成要素の設定

地質環境モデル（地質環境の調査・評価）

設計要件，評価項目の設定

地下施設設置深度の設定⚫ 設計した処分場に対し，処分場の閉鎖
前および閉鎖後長期の安全評価を実施

人工バリアの設計⚫ 所要の安全性の確保が困難と判断した
場合，設計の見直し

地上施設の設計

必要に応じて設計の見直し【安全評価と設計の関係】⚫ 設計の見直しは人工バリア，地上施設，地下施設の仕様および地下施設設置
深度、さらに見直しが必要となる場合は，処分概念と構成要素の設定の見直し

地下施設の設計

閉鎖前および閉鎖後長期の安全評価

必要に応じて地質環境モデル改善のフィードバック⚫ 設計の過程で特定された地質環境特性にかかわる不確実性が，次段階で作成
する地質環境モデルの更新において低減されるよう，地質環境調査・評価の計
画にフィードバック

修正後：2021年2月公表
P.19

地下施設設置深度の設定○ 上限深度• 最終処分法（地表から300 m より深い位置の岩盤）• 隆起・侵食（評価期間における安全評価結果が目安値を満足すること）○ 下限深度• 深くなることによる地圧や地温の上昇による影響に対して設置可能な深度
地下施設設置深度の設計要件
設計要件

内 容

深度を深くすることによる影響
構成要素

要求事項への影響

坑道の力学的安定性

現実的な支保工で坑道の力学的安定性を確保すること

坑道

地圧の増大に伴う空洞
安定性の低下緩衝材の制限温度

合理的な廃棄体占有面積で緩衝材の温度を制限温度（100℃）を超えないように抑えること

緩衝材

地温の増大に伴う廃棄体占有面積の増加

坑内の制限温度

現実的な換気設備により，坑内環境を労働安全衛生規則で定める制限温度（37℃）を超えないように抑えること

換気設備

地温の増大に伴う換気（冷房）容量の増加○ 本報告書下限深度に対して設定

深成岩類，先新第三紀堆積岩類 ⇒ 1,000 m（坑内の制限温度の設計要件から）
新第三紀堆積岩類 ⇒ 500 m（坑道の力学的安定性の設計要件から）
P.20

オーバーパックの設計要件（HLW）○期待する安全機能
ガラス固化体の放射能が大きく減衰する少なくとも1,000年間はガラス固化体と地下水の接触を防止する。
要求事項

設計要件
耐食性

廃棄体からの放射性物質の漏えいの防止（閉鎖前）
構造健全性
放射性物質の溶出の抑制（閉鎖耐 食性に対 する
後長期）
放射線影響の抑制実証された技術
製作性の適用

実現可能な作業
工程・方法

方法

指標

全面腐食であることを確認した上で，少なくとも1,000年間の最大腐食深さを見積り，その値以 腐食代
上の腐食代を設定する。

基準＞ 1,000 年 間 の最大腐食深さオーバーパックに常時作用する荷重に対して， オーバーパックの応許容状態以下でオーバーパックが許容状態以下となるように材料，力 状 態 や 変 形 状あること
形状，厚さを設定する。
態
オーバーパック表面の吸収線量率が，腐食速度が加速される吸収線量率のしきい値以下となるよ 吸収線量率
うに，遮蔽代を設定する。

≦3 Gy/h

現在の技術で十分製作可能である材料および形
状とする。

－

－

遠隔封入性

遠隔操作によるガラス固化体の挿入が可能なように，クリアランスを設ける。また，遠隔操作による溶接が可能である溶接部構造とする。

－

－

遠隔定置性

遠隔操作による定置が可能なオーバーパック形状
および把持構造を設定する。

－

－

P.21

オーバーパックの必要厚さ10年間の炭素鋼浸漬腐食試験や放射線分解生成物による腐食促進の評価など，耐食性に関する知見が拡充されたことを受け，オーバーパックに必要な厚さを見直した。
母材A
母材B
母材C
母材A
母材B
母材C

40

平均腐食深さ [µm]

35

人工海水
人工淡水

1.95 µm/y
1.72 µm/y30
251.50 µm/y20

1.17 µm/y

150.92 µm/y0.87 µm/y

10SF340A, 80℃
乾燥密度: 1.6 Mg/m3
ケイ砂混合率: 30%

5
0

0

2

単位：mm

pH約8.5
Cl-: 5.6×10-1 mol/L
HCO3-: 2.4×10-3 mol/Lなど
pH約8.5
NaCl: 2.5×10-3 mol/L
NaHCO3: 2.5×10-3 mol/L

4 6 8 10 12 14
浸漬期間［y］

還元性環境における平均腐食速度の経時変化（RWMC，2017）

深成岩（竪置き方式）
平板部

円筒部①必要腐食代(埋設後初期の酸化性環境における腐食)

≥11

≥11

②必要腐食代(埋設後長期の還元性環境における腐食)≥6≥6③必要耐圧代(静水圧等への耐圧性)

≥104

≥44

④必要遮蔽代(放射線による腐食促進の防止)

≥80

≥80

オーバーパックの必要厚さ(①+Max(②+③,④))

≥121

≥91

※ 必要厚さ≥ 約160mm（第２次取りまとめ）

現状の設定値190mm

必要な安全機能の確保に対して設定値の余裕が高まった。
P.22

廃棄体パッケージの設計要件（TRU）
要求事項

廃棄体からの放射性物質の漏えいの防止（閉鎖
前）

設計要件

指標

基準

耐食性

操業中の大気腐食による腐食深さが，板厚と比
腐食深さ
較して顕著ではないことを確認する。

構造健全性

操業中に作用する荷重に対して，廃棄体パッ オーバーパックの応許容状態以下でケージの許容状態以下となるように材料，形状，力 状 態 や 変 形 状あること厚さを設定する。
態

実証された技術
製作性の適用

実現可能な作業
工程・方法

方法

板厚と比較して顕著でないこと現在の技術で十分製作可能である材料および形
状とする。

－

－

遠隔封入性

遠隔操作による廃棄体の収容が可能なように，
クリアランスを設ける。また，遠隔操作による容器
内の充填，溶接が可能な構造とする。

－

－

遠隔定置性

遠隔操作による定置が可能な廃棄体パッケージ
形状および把持構造を設定する。

－

－

P.23

廃棄体パッケージの仕様
廃棄体パッケージ(A)

廃棄体パッケージ(B)

定置方法

フォークリフト

クレーン

参考仕様

第2次TRUレポート

低レベル放射性廃棄物の処分容器

材質/厚さ

炭素鋼 / 5 mm

炭素鋼 / 50 mm

569

569

1500

モルタル

単位：mm

1500

炭素鋼
（厚さ5 mm）

充填材

569

620
1150

1150

620

炭素鋼
（厚さ50 mm）

569

890~1000（ドラム缶の例）

890

法

890

寸

1500

1500

種類

P.24

緩衝材の設計要件○期待する安全機能• 地下水の流れを抑制するとともに，放射性物質を収着することによって，放射性物質の周辺岩盤への移行を抑制• 力学的・化学的緩衝作用によってガラス固化体を封入したオーバーパックを保護要求事項

放射性物質の移流による移行の抑制

設計要件

方法

指標

基準

対象
HLW

TRU

●

低透水性

緩衝材中の放射性物質の移行が拡散によって支配されるように，緩衝材の密度を設定する。

ペクレ数

0.1以下

●

自己シール性

施工時の隙間を充填可能な膨潤性を有していることを確認する。

膨潤率／隙間体積比2以上●

コロイドろ過能

コロイドが緩衝材中を透過しないように，
コロイド透過率
緩衝材の密度を設定する。

0

●

●

自己修復性

ガス発生により亀裂が生じたとしても，閉塞することのできる密度を確認する。

破 過 前後の透水 係 数の増加
割合

1以下

●

●

菌体数

増殖しないこと●

緩衝材圧密反力と地下水静水圧の合計

オーバーパックの耐圧強度を下回り，急増しないこと●

有効粘土密度（Mg/m3）

HLW:1.8以下
TRU:1.6以下●

微 生 物 影 響 の 緩衝材内で微生物活動が生じないこ
放射性物質の溶出防止とを確認する。
の抑制
オーバーパックの腐食膨張による緩衝（オーバーパックの材の圧密応力と地下水静水圧の和が成立性に必要な事 物理的緩衝性
オーバーパックの耐圧強度を下回ること
項）を確認する。
実証された技術の製作施工性
適用

緩衝材の製作が可能であることを確認
する。

●
P.25

＜参考＞ 緩衝材設計の検討条件○ 材料
・ ベントナイトを主成分（Na型のクニゲルV1）
・ ケイ砂の混合を考慮（熱伝導性，締固め性の向上）○ 製作・施工方法と隙間の状態
対象

製作方法

隙間の状態

HLW（竪置き）

圧縮成型（ブロック）

2 cm（オーバーパック～緩衝材）
4 cm（緩衝材～処分孔）HLW（横置き）

PEM容器内での締固め

2 cm（オーバーパック～緩衝材）

TRU等廃棄物※

現場締固め，吹付け工法

なし※ TRU等廃棄物において緩衝材は廃棄体グループ1,2,4Hに対して設置（非収着性，高発熱の廃棄体）○ 地下水の水質
・ 淡水，海水相当の塩水（降水起源～沿岸部の海水起源の地下水への対応）○ ベントナイトのCa型化
・ 坑道内のコンクリート製残置物からのCaの拡散による交換性陽イオンの置換（特に，TRU等廃棄物）
P.26

設計要件を満足する緩衝材の有効粘土密度と厚さの関係（HLW）① 自己シール性を有する下限（淡水）② 低透水性を有する下限（淡水）③ 自己修復性を有する下限（淡水）④ 微生物影響を防止する下限（共通）⑥ 製作施工性の上限（共通）①’ 自己シール性を有する下限（塩水，Ca型化）②’ 低透水性を有する下限（塩水，Ca型化）③’ 自己修復性を有する下限（塩水，Ca型化）⑤ コロイドろ過能を有する下限（共通）① 自己シール性を有する下限（淡水） ①’ 自己シール性を有する下限（塩水，Ca型化）② 低透水性を有する下限（淡水）②’ 低透水性を有する下限（塩水，Ca型化）③ 自己修復性を有する下限（淡水） ③’ 自己修復性を有する下限（塩水，Ca型化）④ 微生物影響を防止する下限（共通） ⑤ コロイドろ過能を有する下限（共通）⑥ 製作施工性の上限（共通）

1000

1000
①

②

④③

⑤

900

700

600
500
400

緩衝材厚さ [mm]

700

③’

300

Rs=30wt%

⑤

500
400

①’ ②’

③’

300
200

100

100

Rs=30wt%

④③

600

200
Rs=30wt%

②

設定した
仕様

⑥

塩水条件・Ca型化の下限

800①

淡水条件の下限

800
淡水条件の下限

緩衝材厚さ [mm]

900

設定した
②’ ①’ 仕様⑥

Rs=30wt%

Rs=30wt%

Rs=30wt%

0

0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

膨潤後の有効粘土密度 [Mg/m3]（ベントナイトの密度）［竪置き・ブロック方式］

1.8

2.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

膨潤後の有効粘土密度 [Mg/m3]（ベントナイトの密度）［横置き・PEM方式］

・ 上記の設計要件を満足する十分な安全性の余裕を考慮した必要厚さ、密度を設定⇒ 合理化の方向性
・ PEM方式の場合は緩衝材の膨潤により充填する隙間が少なくできるため，自己シール性の仕様成立範囲はより広範囲

レビュー対応のポイント💡
不確実性への対応
沿岸海底下処分場の設計
P.27

人工バリアの仕様例【竪置き・ブロック方式】

高
レ
ベ
ル
放
射
性
廃
棄
物
処
分
場

Ｔ
Ｒ
Ｕ
等
廃
棄
物
処
分
場

【横置き・PEM方式】①オーバーパック
材料：炭素鋼
鋼材の規格：SF340A
φ= 820 mm, H = 1750 mm
厚さ: 190 mm【処分坑道】
埋め戻し材
岩

【処分孔】

岩

盤

埋め戻し材
（緩衝材同仕様）盤【処分坑道】
埋め戻し材

緩 衝 材

PEM容器

緩衝材
オーバーパック

オーバーパック
ガラス固化体

ガラス固化体

隙間充填材

台座ｺﾝｸﾘｰﾄ②緩衝材 （本日ご紹介）
材料：ベントナイトとケイ砂の混合
乾燥密度: 1.6 Mg/m3
ベントナイトとケイ砂の割合： 7：3（乾燥重量比）厚さ：700 mm
ベントナイト製品名：クニゲルV1

ｲﾝﾊﾞｰﾄｺﾝｸﾘｰﾄ
岩【緩衝材を設置する場合】
Gr. 1, 2, 4H
埋め戻し 材

盤【緩衝材を設置しない場合】
Gr. 3, 4L

パッ ケージ間充填材

埋め戻し 材

パッ ケージ間充填材

緩衝材

構造躯体

廃棄体パッ ケージ

廃棄体パッ ケージ構造躯体側部ｺﾝｸﾘｰﾄ※グループ2の例①廃棄体パッケージ（容器）
材料：炭素鋼
鋼材の規格：SM400A
厚さ: (A) 5 mm, (B) 50 mm②廃棄体パッケージ間充填材
材料：モルタル，30 N/mm2
厚さ:≧ 150 mm③緩衝材
厚さ: ≧ 1000 mm※配合・密度は高レベル放射性廃棄物と同じ※グループ3の例
P.28

地下施設の設計手順① 坑道の設計：それぞれの坑道に必要な断面形状・寸法，および，設定した設
置深度における空洞安定性の評価に基づいて支保を設計② 埋め戻し材・プラグの設計：坑道周囲の掘削損傷領域（EDZ）の地下水流動特性に対する影響を考慮したうえで，埋め戻し材の仕様，プラグの仕様とその設
置位置を設計③ 地下施設レイアウトの設計：坑道断面と埋め戻し材・プラグの仕様を考慮し，処分区画の規模や形状，配置，連絡坑道の配置やアクセス坑道の本数，配置などを検討し，地下施設全体のレイア
ウトを設計④ 地下施設設備の設計：換気・冷房設
備，排水設備など，設計した地下施設
レイアウトを対象として設計

処分場スケールの地質環境モデル
力学的特性，熱的特性
水理地質構造，モデル水質
力学的特性
地質構造，水理地質構造
力学的特性

坑道の設計
埋め戻し材・プラグの設計
地下施設レイアウトの設計
地下施設設置可能領域の設定

処分区画形状の設定
処分区画の配置

連絡坑道・アクセス坑道の配置
パネルスケールの地質環境モデル
水理地質構造処分孔・処分坑道利用率の推定

処分場スケールの地質環境モデル
地質構造・水理地質構造

水理地質構造，熱的特性

予備区画の設定

地下施設設備の設計

P.29

坑道の設計要件○期待する安全機能••設計因子である「閉鎖前の安全性」に関する要求事項（安全機能）として，一般労働安全にかかわる 「労働災害の発生・拡大の防止」，「緊急時の避難経路の確保」，「作業環境の維持」を設定
放射性物質の移行の抑制に必要な緩衝材の成立性（温度環境）の確保
要求事項

労働災害の発生・拡
大の防止

設計要件

内容

設計項目

空洞安定性

坑道形状，内空径
建設・操業が安全かつ円滑に行われるよう坑道の力
支保工，廃棄体定置間隔，
学的安定性が確保できること
処分坑道中心間距離

坑壁剥落防止坑壁の剥落を防止すること

支保工

緊急時の避難経路の
安全通路の確保確保作業従事者が立ち入る区画については，安全通路
坑道形状，内空径が確保されること

作業環境の維持人工バリアの設置，建設・操業に必要な設備・機器，
換気・排水設備などのユーティリティ設備に必要な空 坑道形状，内空径間を確保すること

収容性

放射性物質の移行の抑制
廃 棄 体 の 発 熱 影 廃棄体からの熱影響により人工バリアの性能が著しく 処分坑道中心間距離，（緩衝材の成立性に 響の低減
低下しないこと
廃棄体定置間隔
必要な事項）

P.30

坑道の設計例 ～HLWの処分坑道断面と支保仕様の検討例～
深成岩／先新第三紀堆積岩モデル
ロックボルト，L=2.0m
ロックボルト，L=2.0m
周長方向間隔1.2m
周長方向間隔1.5m
1.2m
延長方向間隔
延長方向間隔 1.5m
吹付コンクリート
吹付コンクリート
t=50mm
t=50mm
処分孔掘削装置
処分孔掘削装置

ロックボルト，L=2.0m
ロックボルト，L=2.0m
周長方向間隔 1.2m
周長方向間隔1.5m
1.2m
延長方向間隔
延長方向間隔 1.5m

吹付コンクリート
吹付コンクリート
t=50mm
t=50mm

覆工コンクリート
覆工コンクリート
t=300mm
t=300mm

吹付コンクリート
吹付コンクリート
t=50mm
t=50mm
定置装置
定置装置

定置装置
定置装置

ロックボルト，L=2.0m
ロックボルト，L=2.0m
周長方向間隔1.2m
周長方向間隔1.2m
延長方向間隔 1.5m
延長方向間隔 1.5m

定置装置
定置装置

定置装置
定置装置

連絡坑道

横置き・PEM方式の処分坑道
竪置きの処分坑道

新第三紀堆積岩モデル
ロックボルト，L=3.0m
ロックボルト，L=3.0m
周長方向間隔 1.0m
周長方向間隔1.0m
1.0m
延長方向間隔
延長方向間隔 1.0m
吹付コンクリート
吹付コンクリート
t=200mm
t=200mm
鋼製支保工，HT590
鋼製支保工，HT590
H-154×151×8×12
H-154×151×8×12
延長方向間隔1.0m
延長方向間隔1.0m

定置装置
定置装置

ロックボルト，L=3.0m
ロックボルト，L=3.0m
周長方向間隔 1.0m
周長方向間隔1.0m
1.0m
延長方向間隔
延長方向間隔 1.0m
吹付コンクリート
吹付コンクリート
t=200mm
t=200mm
鋼製支保工，HT590
鋼製支保工，HT590
H-154×151×8×12
H-154×151×8×12
延長方向間隔1.0m
延長方向間隔1.0m

定置装置
定置装置

横置き・PEM方式の処分坑道

ロックボルト，L=4.0m
ロックボルト，L=4.0m
周長方向間隔 1.2m
周長方向間隔1.0m
1.2m
延長方向間隔
延長方向間隔 1.0m
鋼製支保工，HT590
鋼製支保工，HT590
H-154×151×8×12
H-154×151×8×12
延長方向間隔1.0m
延長方向間隔1.0m

吹付コンクリート
吹付コンクリート
t=200mm
t=200mm

吹付コンクリート
吹付コンクリート
t=300mm
t=300mm

定置装置
定置装置

定置装置
定置装置

連絡坑道

竪置きの処分坑道
P.31

坑道の設計例 ～TRU等廃棄物処分の処分坑道断面と支保仕様の検討例～
深成岩／先新第三紀堆積岩モデル(a) グループ2(b) グループ3

新第三紀堆積岩モデル(c) グループ2(d) グループ3
P.32

処分場の坑道の役割

役割

アクセス坑道（斜坑）

アクセス坑道
（立坑※）

連絡坑道
主要坑道
取付坑道

処分坑道

廃棄体お よび操業関連機
械などの搬送通路

●

－

●

●

作業従事者の移動通路

－

●

●

－

建設機械の移動通路

－

●

●

－

掘削土の搬出路

－

●

●

－

換気経路

●

●

●

－

排水経路・給水経路

－

●

●

－

給電・通信路－●●－

緊急時避難経路

●

●

●

－

※ 立坑は複数配置し，各立坑の役割は配置に応じて割り当てる。

P.33

処分坑道中心間距離の設定
処分坑道中心間距離の設定結果（HLW）

START

A

B

竪置き・ブロック方式

D

処分坑道および処分孔（HLW竪置き）中心間距離
の初期設定

C

力学的観点

坑道断面の設定

パネル型

支保工の初期設定

条 件

E
支保工応力度の評価基準の設定

塑性領域の評価基準の設定

F

評価基準
を満足
Yes

熱的影響による条件の確認（熱解析）

支保工のランクアップなど

No

新第
先新
新第
先新
深成岩 三紀 第三紀 深成岩 三紀 第三紀
堆積岩 堆積岩
堆積岩 堆積岩
類
類
類
類
類
類
10.0
m

12.0
m

10.0
m

9.6
m

12.0
m

9.6
m

取付部
考慮

―

―

16.0
m

16.0
m

21.6
m

16.0
m

貯蔵期間
50年

10.0
m

12.0
m

10.0
m

11.0
m

12.0
m

11.0
m

設定値（最大値）

10.0
m

12.0
m

16.0
m

16.0
m

21.6
m

16.0
m

空 洞
安定性

熱的観点

廃棄体
熱影響
評価基準
を満足
Yes

デッドエンド型

処分坑道のみ

空洞安定解析

No

横置き・PEM方式

坑道中心間距離の再設定

END

処分坑道中心間距離の設定フロー
P.34

埋め戻し材・プラグの設置
アクセス坑道（斜坑）

連絡坑道

アクセス坑道
（立坑）

連絡坑道

坑底施設

処分坑道
主要坑道

• 廃棄体を定置した後の処分
坑道は，操業期間中に埋め戻すことを想定

アクセス坑道
（斜坑）

坑底施設

処分坑道

坑道（開放）

力学プラグ

埋め戻しA

止水プラグ

埋め戻しB

坑口プラグ（侵入防止）(a) 操業期間（処分坑道の埋め戻しと力学プラグの設置）

アクセス坑道（立坑）• 閉鎖措置の段階では処分場
を地上から隔離することを目的
として，連絡坑道，アクセス
坑道などの埋め戻しを実施• 埋め戻し材の施工と処分場の隔離を確実にするため，力学
プラグと止水プラグを設置

主要坑道(b) 処分場の閉鎖（全坑道の埋め戻しと止水プラグの設置）

坑道の埋め戻しとプラグの設置イメージ

坑道シーリングの構成要素に期待する機能と役割
構成要素
止水プラグ

要求事項
放射性物質の移行の抑制• 埋め戻し材との組み合わせで閉鎖後のアクセス坑道およびその周辺が放射性物質の移行経路になることを防止• 放射性物質の移行経路となるような地下水の流れを抑制

埋め戻し材

力学プラグ

機能/役割の説明

緩衝材／止水プラグの成立性に必要な事項• 再冠水後の緩衝材や止水プラグ（粘土プラグ）の坑道への膨出を抑制• 処分坑道において埋め戻しの完了していない空間側への埋め戻し材の膨出を抑制
P.35

埋め戻し材の設計
設計要件

確認方法

指標

基準

低透水性

坑道内が卓越した地下水の流動経路にならないように，埋め戻し材の密度を設定する。

透水係数

母岩の平均的な透水係数の10倍以下

製作施工性

坑道内での埋め戻し施工が可能な密度であることを確認する。

乾燥密度

1.8 Mg/m3以下

評価項目

確認方法

指標

基準

緩衝材および止水プラグの膨出抑
制

再冠水後の緩衝材および止水プラグの膨出を抑制し，これらの有効
粘土密度が仕様成立範囲に収まることを，埋め戻し材仕様に対して確認する。

有効粘土密度（緩衝材，止水プラグ）

1.2 Mg/m3以上

1.0E-06

透水係数 (m/s)

1.0E-07
深成岩類の透水係数
1.0E-08
先新第三紀／新第三紀堆積岩類の透水係数
1.0E-09

蒸留水(0mol/l)

人工海水(0.64mol/l)

NaCl (0.1mol/l)

NaCl (0.2mol/l)

NaCl (0.3mol/l)

NaCl (0.72mol/l)

NaCl (1.0mol/l)

Ca型化

クニゲルV1

1.0E-10塩水条件

1.0E-11
1.0E-12淡水条件

1.0E-13
1.0E-14
1.0E-15
0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

有効粘土密度 (Mg/m3)

ベントナイトの有効粘土密度と透水係数の関係（松本ほか，1997；棚井ほか，1998；菊池ほか，2003；日本原子力研究所，2003；笹倉ほか，2003；菊池ほか，2005；に基づき作成）

P.36

埋め戻し材の仕様例
No.

仕様

対象坑道

施工方法

1

配合：ベントナイト／ 掘削土 = 15% / 85%
乾燥密度 : 1.8 Mg/m3
有効粘土密度 : 0.6 Mg/m3

処分坑道（HLW竪置き方式），処分坑道（TRU），連絡坑道，取付坑道，主要坑道，アクセス斜坑，アクセス立坑

撒き出し・締固め工法

2

配合：ベントナイト／ 掘削土 = 50% / 50%
乾燥密度 : 1.6 Mg/m3
有効粘土密度 : 1.2 Mg/m3

処分坑道（HLW横置き・PEM方式）

吹付け工法（遠隔操作による）◼ 仕様 No.1

Backfill• 対象とする坑道で作業空間の放射線遮蔽が確保されていることから，施工
機械の運転など埋め戻し作業を直接人間が行うことが可能であり，幅広い
実績と効率性から「撒き出し・締固め工法」を採用。

• 「膨出抑制」の観点から最も低圧縮になる（乾燥密度が高くなる）配合条
件を設定。

◼ 仕様 No.2

撒き出し・締固め工法による坑道の埋め戻し作業のイメージ（竪置き方式）• 緩衝材による放射線遮蔽効果が期待できるが，安全性の高い放射線防護の観点から，埋め戻し作業は遠隔操作による無人化施工で行うことを想定。
PEM容器と坑道間の隙間が比較的大きいこと，砂分を多く含む場合の配合や密度に対して適用範囲の広い「吹付け工法」を採用。
• 遠隔操作による施工を想定することから，施工時の隙間充填性に対する品
質の余裕を見込んで，直接施工による仕様No.1の場合よりも「膨潤性」と「低透水性」の高い仕様を設定。

吹付け工法による坑道の埋め戻し作業のイメージ（横置き方式）
P.37

止水プラグの設計
要求事項

ア クセス坑道（立坑）• 閉鎖後のアクセス坑道およびその周辺が放射性物質の移行経路になることを防ぐ。

連絡坑道

設計概念の特徴

処分場• アクセス坑道に接続する連絡坑道に設置• 止水プラグにより掘削前の母岩相当となる低透水性の領域を設けることで，連絡坑道とアクセス坑道間に天然バリアと同等の水理的な状態を創出

EDZ

止水プラグによる坑道シーリングの概念• EDZを含む坑道を通じた地上への移行経路を分断

設計要件

低透水性

施工の
実現性

内 容

対応

・ベントナイトの使
坑道埋め戻し材との組み合わせで，用（材料）
坑道およびその周辺に沿った地下・EDZ幅を上回る切水の流動を抑制すること
欠き（構造）
既存の技術または実現性の見通しのある技術で施工可能であること・締固めたベントナ
イトブロックの積
み上げ

設計手順
材料選定

材料仕様の設定

構造仕様の設定

切り欠き深さ止水プラグ端部

岩盤EDZ

プラグ仕様
のベントナ
イトブロック

切り欠き深さ

設計要件

止水プ ラグ

坑道埋め戻し材

岩盤EDZ

止水プラグ

止水プラグの構造
P.38

止水プラグの設計要件と仕様例○ 材料に対する設計要件
設計要件

内 容

指標

基準

低透水性

止水プラグ中の放射性物質の移行が拡散によって支配されるように，密度を
設定する。

ペクレ数

0.1以下

製作施工性

ベントナイトブロックが製作可能な密度であることを確認する。

有効粘土密度

1.8Mg/m3以下○ 構造に対する設計要件
設計要件

内 容

指標

低透水性

坑道およびその周辺に沿った地下水の流動を分断するように，掘削前の母岩に相当する低透水性の領域が設定されていることを，止水プラグの仕様に対して確認する。

地下水通過
流量

材料の仕様成立範囲
設計要件
低透水性

止水プラグ端部

有効粘土密度 [Mg/m3]
淡水条件

塩水条件

Ca型化

0.4

1.1

1.1

製作施工性

1.8（ブロック）共通仕様

1.1 ～ 1.8

基準

適用

岩盤（健全部）

0.5m

1.0m

岩盤（EDZ）

坑

下限
ベントナイトブロック

上限

止水プラグの材料仕様

掘削前の母岩
以下

道

埋め戻し材

岩盤（EDZ）

1.0m
0.5m

配合
（乾燥重量比）ベントナイト 70 %ケイ砂 30 %乾燥密度[Mg/m3]1.6

有効粘土密度[Mg/m3]

1.4

備考
ベントナイトブロック
製作の目標密度

1.0m

3.0m

1.0m

止水プラグ

設計した止水プラグの構造
P.39

力学プラグの設計要件と仕様例○ 設計要件
設計要件

内 容

指標

構造健全性

力学プラグに作用する荷重と発生断面力に対して構造健全性を維持し，埋め戻し材の膨出を防止できることを，力学プラグの仕様に対して確認する。

曲げ応力度
せん断応力度

許容応力度
以下

製作施工性

力学プラグが施工可能であること，設計条件を満たすコンクリートの配合が可能であることを確認する。

28日材齢の強度

設計基準強度
以上

500程度

母岩

基準

透水層（グラベル）
流出防止材

母岩

EDZ

EDZ
0.1%

力学プラグ

埋戻し材

0.1%

0.1%

排水溝

排水溝

排水溝を埋め戻し
0.1%

1500

EDZ
埋設型枠
母岩
水抜き管
（排水溝側φ100mm，その他φ50mm）

坑道断面図（A-A断面）

縦断図

設計した力学プラグの構造
P.40

レイアウトの設計における特徴的な検討内容/条件

地下施設レイアウトの設計
地下施設設置可能領域の設定
処分区画形状の設定
処分区画の配置
連絡坑道・アクセス坑道の配置• 断層・割れ目の影響を考慮して対処方法を検討• 異なる処分区画形状のタイプ（HLW）（パネル型，デッドエンド型）• HLW処分場とTRU処分場を同一深度に併置• 合理的な建設・操業の作業動線，換気経路

処分孔・処分坑道利用率の推定• 廃棄体を埋設する場所として好ましくない断層・割れ目の特性を設定

予備区画の設定• 廃棄体の定置が困難になる割合を推定し，設置可能領域内に予備区画を確保

P.41

地下施設レイアウトの設計 ～断層，割れ目に対する対処～
断層，割れ目の分類

地質環境モデルの構築における考え方

地下施設の設計での取り扱い

長さ 10 km以上の断層• 活断層の可能性がある断層と想定• 文献調査から精密調査の前半の段階において除左記の対応により，地下施設レイアウトの検討
外する断層では対象から除外• 広域スケールの地質構造モデルで記載するが，処分場スケールのモデル領域からは除外

長さ 1～10 kmの断層• 文献調査から精密調査の前半の段階においてその位置や特性を概ね把握できる断層• 広域スケールおよび処分場スケールの地質環境モデ
ルにその分布が記載される断層

長さ 1 km未満の断層• 処分区画の設置領域に分布することを許容• 母岩中に普遍的に分布• 湧水対策の観点から処分坑道または処分• 概要調査および精密調査の段階においてすべてを孔の掘削，緩衝材の施工に支障が生じる
検出することは現実的ではなく，その性状の把握や可能性がある場合には，分布箇所を廃棄統計量の算出を目的とした調査・評価にて確認
体定置箇所から除外• パネルスケールの地質環境モデルで記載される断層⇒定置位置決定特性（EDF）に設定

異常出水などにより掘削に支障を生じる可能性があるため，処分坑道の配置において断層が分布する領域を除外⇒レイアウト決定特性（LDF）に設定

レイアウト決定特性（LDF）：Layout Determining Featuresの略
定置位置決定特性（EDF）：Emplacement Determining Featuresの略

P.42

地下施設レイアウトの設計要件(1/2)
地下施設設置可能領域の設定に関する設計要件
設計要件

分類※

内 容

設計項目

坑道掘削の容易性―

坑道の掘削の支障となるような現象が少ないこと

地下施設設置可能領域の設定

湧水量の低減―建設・操業中の湧水量ができる限り少ないこと

地下施設設置可能領域の設定

閉鎖後長期の放射性物質の移行の抑制―相対的に地下水移行時間の長い所に優先的に配置
地下施設設置可能領域の設定できる領域であること【レイアウト決定特性（LDF）】
設計要件に対して考慮が必要な地質学的特性を整理
・長さ1～10kmの断層に着目
・断層長さの1/100の幅を保守的に断層破砕帯を有する断層の影響範囲とみなす
・長さ1km以上の断層は、坑道径10m程度の幅の破砕帯を伴う可能性があり、掘削に支障が生じる可能性があると考える
設計要件

考慮すべきリスク

考慮すべき地質学的特性（LDF）

処分坑道の切羽の崩落

断層

異常出水

断層

湧水量の低減操業中の湧水の処理量（排水量）の増大

断層

閉鎖後長期の放射性物質の移行の抑制速い地下水流動による放射性物質の移行

断層
岩盤の透水性、地下水移行時間

坑道掘削の容易性

P.43

＜参考＞ 定置位置決定特性（EDF）⚫ 長さ1km未満の断層・割れ目への対処
処分孔の掘削，緩衝材や埋め戻し材の施工の観点から好ましくないケースを想定し，以下の分類に応じて対処① 湧水を伴わない断層・割れ目：処分孔に接していたとしても支障なし② 透水性の断層・割れ目：湧水量が大きく支障があり，グラウチングによる湧水量低減や処分孔を利用しない対策を設定③ 透水性の断層・割れ目：湧水量が小さく支障なし④ 断層・割れ目が密集し力学的な強度が低下している領域：
力学的強度が低下している範囲の支保工の補強などによる安定化，廃棄体定置箇所から除外

処分坑道（埋め戻し材）

オーバーパック

緩衝材

廃棄体を埋設する場所として好ましくない特性の模式図（高レベル放射性廃棄物処分場の竪置き・ブロック方式の例）⚫ 処分孔の掘削および緩衝材ブロックの処分孔への定置の可否について，断層・割れ目からの湧水量を指標として決定（長さ1km未満の断層・割れ目地質学的特性をEDFと設定）⚫ EDFの基準値➢ 処分孔内の単位時間湧水量が判断指標➢ 緩衝材の施工後から埋め戻しが完了するまでの間に，湧水とともに緩衝材が流出するパイピング現象により，緩衝材の閉鎖後の安全機能が損なわれることを防止
P.44

地下施設レイアウトの設計要件(2/2)
処分区画の配置の設計要件
設計要件
処分坑道に沿った
地下水流動の抑制
処分坑道の空洞安定性確保

分類※

内 容

設計項目

―

地下水流動方向に対して処分坑道の方向が直交であること

処分坑道の配置方向―

最大主応力と処分坑道の方向が一致していること

処分坑道の配置方向
坑道仕様

排水経路の確保―

放射線管理区域を通過した湧水がほかの処分区画へ移動しないよう，処分坑道の勾配および処分区画全体の傾斜が設定されていること
処分坑道の勾配
出来るだけ自然流下による排水が可能なこと併置処分に伴う相互影響の低減○

HLWおよびTRUの処分区画が相互に熱的あるいは化学的影響を与えるこ HLWおよびTRUの処分とのないように，処分区画を配置すること
区画の配置

連絡坑道・アクセス坑道の配置の設計要件
設計要件

分類※

内 容

設計項目

坑道の力学安定性の確保○

連接した坑道において空洞安定性が確保できること

作業動線の独立性の確保○

建設資機材搬入，掘削土の搬出，廃棄体定置，埋め戻しの各作業動 坑道の配置
線が独立していること（建設と定置・埋め戻しの動線が交差しない）
立坑の本数と本数

換気経路の独立性の確保○

作業動線に応じた換気経路が確保されていること，放射線管理区域と非 坑道の配置
管理区域で排気の経路が独立していること
立坑の本数と本数

排水経路の独立性の確保○

作業動線に応じた排水経路が確保されていること，かつ，放射線管理区 連絡坑道の配置および域と非管理区域で排水経路が独立していること
勾配

避難経路の確保○

建設・操業に伴う災害に備えて，避難経路が確保されていること，避難経 避難経路路が確保できない場合に備えて，緊急退避所が備えられていること
緊急待避所

アクセス斜坑の限界勾配○運搬方式に応じた限界勾配以下とすること

坑道離間距離アクセス斜坑の勾配※ ○：地下施設レイアウトの設計に必須の要件，－：好ましい要件
P.45

地下施設レイアウトの設計例（深成岩類）
+Y

+Y

予備区画
番号（白）：処分区画No.
番号（赤）：予備区画No.

番号（白）：処分区画No.
HLW：高レベル放射性廃棄物処分場
TRU：TRU等廃棄物処分場

HLW：高レベル放射性廃棄物処分場
TRU：TRU等廃棄物処分場

500m

①

⑤

③

②

②

①

0

地下施設（HLW）

-Y
-X

②

①

③

500m

-X
ダルシー流速に基づく地下水移行時間 [y/m]⑥④

地下施設（HLW）-Y+X

竪置き・ブロック方式のパネル型⑤

地下水流動方向

0

⑥

④

地下施設
（TRU）

地下水流動方向

地下施設
（TRU）

+X

横置きPEM方式のデッドエンド型⚫ 複雑な地質構造に対しても，地下水移行時間が短い位置，および断層破砕帯の分布位置を避けて処分区画を配置⚫ TRU等廃棄物処分場との併置（HLW処分場の下流側に設置）⚫ 処分坑道内の湧水による定置率が低い場合にも，予備区画を準備することで所定数量の廃棄
体を埋設
P.46

換気・冷房設備の設計 ～設計要件と規則/指針～＜設計要件＞
設計要件

内 容

設計項目

作業エリアの酸素濃度の作業エリアの酸素濃度を維持するため，必要量の空気を送気できること
維持

換気ファン，風門

可燃性ガスの希釈

地質環境条件によって坑道内に発生する可燃性ガス（メタンガス等）を希釈
換気ファン，風門
し，地上に排出できること

有害ガスや粉塵の希釈

建設工事に伴って坑道内に発生する有害ガス（発破の後ガスや機械の排出 換 気 フ ァ ン ， 風 門，
ガス）や粉塵などを希釈し，地上に排出できること
集じん機

作業エリアの温度の維持

作業エリアの温度が適温となるように，岩盤や建設機械によって熱せられた空冷却設備能力気を冷却できること

坑道内の通気速度制限

坑道内の通気速度が定められた通気速度基準を超えないこと

換気ファン，風門事故時の放射性物質の漏 地下施設内で放射性物質の漏えいを伴う事故が発生した場合にも，施設外 換 気 フ ァ ン ， 風 門，
えいの防止への放出を防止すること
緊急換気設備＜関係する規則／指針＞
準拠基準類

指標

基準値

労働安全衛生規則 第611条

温度37 ℃ 以下

温度

作業従事者の呼気

湿球温度28 ℃ 以下
0.3 m/s 以上
0.5 m/s 以上（可燃性ガス）
0.05 m3/s 人

風速7.5 m/s 以下

ずい道等建設工事における換気技術指針
鉱山保安法施行規則

風速

摘要
法令
指針による目標値
鉱山保安法は適用外のため参考値として設定
P.47

換気・冷房施設の仕様例（HLW）
換気設備の仕様例（深成岩類の場合）
名称

数

仕様

量

竪置き・ブロック方式

横置き・PEM方式

坑口ファン

定格風量 2,000 m3/min
定格全圧 4.9 kPa

4台（排気用立坑2本×2台）

1台（排気用立坑1本×1台）

局部ファン

定格風量 1,000 m3/min
定格全圧 2.9 kPa

6台

6台

集じん機

定格風量1,200 m3/min

6台

6台

風

門

W=5,000 mm

42 台（処分坑道）

－

風

門

W=8,000 mm

26 台（連絡坑道）

37 台（処分坑道）

4,000 m

3,300 m

風管（軟管）

φ900 mm

冷房設備の仕様例
処分概念

竪置き・ブロック方式

横置き・PEM方式

岩種

深成岩類

新第三紀
堆積岩類

先新第三紀
堆積岩類

深成岩類

新第三紀
堆積岩類

先新第三紀
堆積岩類

処分区画形状

パネル型

パネル型

デッド
エンド型

デッド
エンド型

デッド
エンド型

デッド
エンド型

冷房能力の合計
[kW]

1,200

設置不要

3,200

800

設置不要

1,600
P.48

地上施設（廃棄体の受入・検査・封入施設）の設計要件
設計要件

内 容

設計項目

周辺公衆の放射線か 事業所周辺の線量を十分に低減できるよう，遮蔽そのほかの適切な 施設設置位置，遮蔽壁
換気設備，輸送容器らの防護措置を講じていること
作業従事者の放射線 管理区域そのほか事業所内の人間が立ち入る場所における線量を低 遮蔽壁，輸送容器
放射線管理区域設定からの防護減できるよう，遮蔽そのほかの適切な措置を講じていること
閉
鎖
前
の
安
全
性

工
学
的
成
立
性

放射線管理区域設定

閉じ込め機能の確保

放射性物質による汚染が発生するおそれのある作業区画は，その内 換気設備（含，排気フィルタ）
廃棄体，オーバーパックまたは廃部を負圧状態に維持することが可能であること
棄体パッケージ，輸送容器「落下」,「火災」，「爆発」，「外部電源喪失」，および「そのほかの装異常状態における機能
置の故障」などの異常状態においても，閉じ込めの機能を喪失しない喪失の防止ように，異常の発生防止策，拡大防止策を考慮した設計であること

廃棄体，オーバーパックまたは廃棄体パッケージ
定置用クレーンなどの廃棄体などを取り扱う設備，装置

放射線の監視測定

閉じ込め機能が確保されていることを監視できること，漏えいを検知し，監視測定設備速やかに警報できること

廃棄体の収容性

1回の輸送で受け入れる輸送容器を一時的に保管できること

廃棄体パッケージ製造
1日に所定の数量の廃棄体パッケージを製造できること
能力
遠隔操作性

建屋内区域の配置設計

廃棄体取扱設備

遠隔操作により廃棄体を検査できること
遠隔操作により廃棄体をオーバーパックまたは廃棄体パッケージ容器に 廃棄体取扱設備
封入できること
P.49

廃棄体受入・検査・封入施設の設計例（HLW）
必要遮蔽厚さ（HLW）
輸送容器・ガラス固化体・オーバーパックの移送
空輸送容器の移送
天井クレーン

輸送容器
検査室

輸送容器
一時保管室

ガラス固化体

ガラス固化体検査・仮置室
ガラス固化体
検査室

分類

輸送容器
一時保管室

ガラス固化体検査・仮置室壁

600 mm

1,300 mm

床

650 mm

1,300 mm

天井

350 mm

1,200 mm

天井クレーン
オーバーパック
払出室

天井クレーン

アクセス坑道

輸送容器

台車室

輸送容器搬送台車

ガラス固化体取出室

ガラス固化体挿入室

オーバーパック
製作・検査室オーバーパック

オーバーパック
輸送車両⚫ 輸送船１回の最大積載数を受け入れ可能な施設⚫ 作業従事者に対する線量限度（50 mSv/年かつ5年間につき100mSv）を超えないように，部
屋ごとの立ち入り頻度，滞在時間に応じて線量率区分を設定して遮蔽壁の必要厚さを設計※線量率区分と設計基準線量率は，日本原燃（2001）による廃棄物管理施設の遮蔽設計区分を参考に設定
P.50

自然現象に対する安全対策の考え方
自然現象

レビュー対応のポイント💡
自然現象への対応

安全対策 （著しい影響は設置領域から除外されていることを前提）

地震

耐震設計を行い，地震力に対して十分耐えうることができる構造とすること

津波

サイトの周辺の地形を考慮して，津波によって影響が及ぼされることがないよう施設を高台に設置することや，防潮堤の設置，浸水防止扉の設置などの対策を施すこと

洪水

サイトの周辺の地形を考慮して，高台に設置することや，浸水防止扉の設置などの対策を施すこと

風（台風）サイトの周辺で観測された最大風速を考慮して，施設設計において，台風などの風により損傷を受けることがないよう設計

竜巻

施設は，竜巻などの風圧，飛来物の衝撃荷重に対して，損傷を受けることがない設計

凍結

サイトの周辺で観測された最低気温を条件として設計

降水

サイトの周辺で観測された最大降水量を条件として設計
構内排水計画の策定および建物内への浸水を防止すること

積雪

サイトの周辺で観測された最大積雪量を考慮して，積雪により損傷を受けることがないよう設計

落雷

落雷により施設の安全性を損なわないよう避雷設備を設計

地滑り

サイトの周辺での観測記録および敷地付近の地形や地質の状況を考慮して，必要に応じて地滑り対策工法を施すこと

火山の影響

降下火砕物（火山灰）が施設に影響を与える可能性がある場合には，降下火砕物の飛来，衝突，堆積などにより施設の機能が損なわれない設計

生物学的事象考慮すべき生物学的事象として，鳥類の侵入などを想定し，施設や立坑の出入口の開口部には網目構造のバードスクリーンを設置し，侵入を防止する設計

森林火災

延焼被害を防止するために，施設と周辺の森林との間に可燃物を排除した領域（防火帯）を設けるなどの対策を施すことP.51

人為事象に対する安全対策の考え方
人為事象

安全対策

飛来物
地上施設の設置位置の周辺状況を考慮して，必要な場合には，航空機などの飛来物が施設に衝突（航空機落下など） することを想定しても安全が確保できる設計
ダムの崩壊

地上施設の設置位置の周辺状況を考慮して，必要な場合には，高台に設置することや，浸水防止扉の設置などの対策を施すこと

爆発

地上施設の設置位置の周辺状況を考慮して，近隣の施設の爆発事故の影響が想定される場合には，安全上重要な施設を離間距離をとって配置するなどの対策を施すこと

近隣工場の火災

地上施設の設置位置の周辺状況を考慮して，近隣工場の火災の影響が想定される場合には，安全上重要な施設を離間距離をとって配置するなどの対策を施すこと

有毒ガス

地上施設の設置位置の周辺状況を考慮して，近隣の施設からの有毒ガスの影響が想定される場合には，安全上重要な施設を離間距離をとって配置するなどの対策を施すこと

船舶の衝突

地上施設の設置位置の周辺状況を考慮して，船舶が施設に衝突する可能性が想定される場合には，安全上重要な施設を海岸から離間距離をとって配置するなどの対策を施すこと

電磁的障害

電磁的な干渉や妨害を受ける可能性のある施設や廃棄体を扱う設備については，フェイルセーフ機能を設け，障害が起こった場合にも安全性が確保されるように対策を施すこと

不法な侵入などの防止

不法な侵入により，地上施設の安全性が損なわれることを防ぐために，廃棄物の防護のための区域の設定，サイバーテロに対する情報セキュリティ対策，防護対象物への接近を困難にする対策，区域の出入り管理，見張り人による区域内外の巡視などの検知の対策，治安当局への連絡体制の整備などの妨害破壊行為の防止対策を施すこと

P.52

可逆性・回収可能性の定義
可逆性（Reversibility）
原則として，処分システムを実現していく間に行われる決定を元に戻す，あるいは検討し直す能力を意味する。後戻り（Reversal）とは，決定を覆し，以前の状態に戻す行為。

回収可能性（Retrievability）
原則として，処分場に定置された廃棄物あるいは廃棄物パッケージ全体を取り出す能力を意味する。回収（Retrieval）とは，廃棄物を取り出す行為。
（出典：OECD/NEA,2011）○ 実施内容➢ 回収可能性の維持することによる影響，維持するのに好ましい状態について整理➢ 現状の設計に対して回収可能性を維持するための技術の工学的成立性

P.53

回収を維持する状態
回収可能性を維持する状態として３つの状態を想定し，回収可能性を維持することに伴う地層処分に対する影響（坑道の維持管理，人工バリアの温度，緩衝材の流出，オーバーパックの腐食等の観点）について比較評価

主要坑道

Ａ：廃棄体定置・緩衝材施工後

Ｂ：処分坑道埋戻し・プラグ施工後

Ｃ：主要・連絡坑道
埋め戻し・プラグ施工後

アクセス坑道

アクセス坑道

アクセス坑道

連絡
坑道

緩衝材

処分坑道
埋め戻し

処分
坑道

オーバー
パック

力学
プラグ

止水
プラグ

連絡坑道
埋め戻し

主要坑道
埋め戻し

主要・連絡坑道の埋め戻し・緩衝材施工後，処分坑道を 処分坑道埋め戻し・プラグ施
プラグ施工後，アクセス坑道
維持
工後，主要・連絡坑道を維持
を維持

P.54

回収可能性の確保 ～処分概念に対応した回収技術の整備～①処分坑道端部プラグの除去（竪置き・ブロック方式の場合）（横置き・PEM方式の場合）②処分坑道埋め戻し材の除去（自由断面掘削機）②隙間埋戻し材の機械除去（外周部）③緩衝材の除去③隙間埋戻し材の塩水
ジェット除去（PEM周辺）（右図の塩水噴射除去装置）④オーバーパックの回収（右図の装置に機能を備える）

竪置きを対象とした回収方法のイメージ（RWMC，2015）④PEMの回収（専用装置の開発による）PEMの回収方法のイメージ⚫ 処分概念に対応した回収方法を検討し，現状の設計と技術で回収可能性が確保できることを確認⚫ 遠隔操作による実証的な検討が国内外で実施中
P.55

処分場の設計と工学技術に関する今後の取り組み⚫ 今後の取り組み：処分場の安全性および経済的合理性を高めるとともに，実証試験などを通じた技術の実用化や品質管理手順・方法の確立を図ることを目標⚫ 地下施設を沿岸海底下とすることで，アクセス坑道の長大化や換気・排水設備の能力の増強などへの留意が必要となることから，上記の設計の検討においては，沿岸海底下を対象とした検討条件を詳細に考慮
レビュー対応のポイント💡
分類

主な実施項目

不確実性への対応
沿岸海底下処分場の設計➢ 人工バリア代替材料と設計オプションの整備➢ TRU等廃棄物処分に対する人工バリアの閉じ込め機能の向上
人工バリア➢ 人工バリア長期挙動の評価技術の整備と実証➢ 人工バリアの設計手法，材料特性試験の標準化➢ 人工バリアの製作技術および定置技術の開発と実証➢ 処分施設の設計技術の向上

地上・地下施設➢ 処分場建設の安全性を確保する技術の高度化➢ 処分場閉鎖後の水みちを防止する技術の整備

回収可能性➢ 廃棄体回収技術の開発と実証➢ 回収可能性の維持に伴う影響評価技術の整備
P.56

本日のご説明内容◼ 包括的技術報告書における「処分場設計」の考え方
本編第4章の構成
4.1 処分場の設計の考え方
4.2 処分場の設計手順と設計の前提となる条件の設定
4.3 地下施設設置深度の設定
4.4 人工バリアの設計
4.5 地下施設の設計
4.6 地上施設の設計
4.7 回収可能性の確保に関する取り組み
4.8 まとめと今後の取り組み◼ 日本原子力学会およびOECD/NEAレビュー結果の要点
注）本資料は、2021年5月13日から6月30日にかけて計8回実施した「地層処分技術オンライン説明会（改訂した包括的技術報告書）」でご説明した資料を使用しています。
P.57

日本原子力学会レビュー結果の要点◼ レビューの結果（レビュー報告書からの抜粋）⚫ 設計における不確実性への対応

工学的設計においては不確実性が残ることは避けられないが，不確実性の幅を極力狭める努力が肝要である。地質環境モデルにおいて提示される地質環境特性や人工バリアに用いる材料特性に関する情報・データに関わる不確実性を考慮することに加え，設計の前提条件や仕様成立範
囲の決定方法等が内包する不確実性にも配慮することを推奨する。
⚫ 影響評価と安全評価
包括的技術報告書の第４章における「影響評価」と同報告書の第５章や第６章における「安全性の評価」の関係もわかりにくい。設計の妥当性の検証とフィードバックには，処分場の工学的設計の設計要件に対する照査と地層処分システム全体の安全評価の２つのプロセスがあるように書かれているが，その当該の図の説明を文章で記述するべきである。

⚫ 自然現象（地震、津波）への対応
地震力や津波などに対する具体的な検討がサイトの地質環境の条件が特定されていないことを理由に行われていないが，例えば東日本大震災における地震や津波を想定したシナリオを検討し，評価結果の考察を追記することが望ましい。

⚫ 沿岸海底下における処分場の設計
施設を「沿岸海底下」とすることで生じる特有の問題があると考えられることから，処分場の設計と工学技術の観点からも「沿岸海底下における処分施設の工学設計」を追加することを推奨する。
日本原子力学会のレビュー報告書：https://www.numo.or.jp/topics/202121090814.html
P.58

OECD/NEAレビュー結果の要点（推奨事項）•

Design options: to be kept open as long as possible in order to keep the flexibility ofdesign evolution as additional knowledge is acquired;•

Flexibility of design options requires monitoring of changes in requirements andboundary conditions, which can be ensured using a configuration management
system;•Reversibility of disposal decisions: to make proposals to cover this, in particular interms of decision-making processes that characterise the lifetime of the geologicaldisposal project and keeping options open for future generations;•

Additional phenomena: to explore the phenomena considered at this stage as nondominant or non-determining, in order to assess how they should or should not betaken into account in subsequent phases;•

Design developments: to be continued, particularly with a view to adapting to thecharacteristics of the sites that will be considered for future studies;•

Design and construction procedures to be adapted to the particular characteristicsof the host geological formations envisaged for following siting stages in a way thatallows contrasts between formations to be reflected in the design;•

Handling and emplacement of waste packages in disposal tunnels / vaults: to bestudied, with tests in a relevant underground environment;
OECD/NEAのレビュー報告書：
https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_77138/the-nuclear-waste-management-organization-of-japan-s-pre-sitingsafety-case-based-on-the-site-descriptive-model-an-international-peer-review-of-the-numo-safety-case
P.59

ご清聴ありがとうございました

P.60