資料2‑4２．技術業務の主な取り組み
2.3 工学技術・性能評価に関する技術開発
全体概要と計画
技術アドバイザリー国内委員会（第9回）
及び専門委員会合(合同開催)
2008年1月22日（火）原子力発電環境整備機構(NUMO)

技術開発の目的：処分場概念の構築¾ この分野における技術開発の当面の目的は，処分場概念を構築するための方法論を整備することにある。
¾ 処分場概念という考え方を導入することにより，処分の工学技術と性能評価手法という２分野にまたがるテーマも包括的に検討することができる。
サイトに応じた処分場概念の構築

処分の工学技術
処分場概念
性能評価手法
サイト環境条件

サイト特性調査等
2

処分場概念とは？
¾ 処分施設とその立地点におけるサイト環境条件を合わせた，処分場についての包括的な概念。
¾ 処分施設の設計仕様やレイアウ
ト，建設・操業・閉鎖やモニタリン
グの方法，操業時の安全対策及び閉鎖後の長期安全性，環境影
響や社会経済的側面等に関する概念を含む。
101010101010線 量 [µSv/y]¾ 処分場概念は，段階的に詳細化されるサイト環境条件の情報を反映して処分場の設計や性能評価を繰り返し試行することにより，最終処分施設建設地に建設される処分場として最適化される。

1010101010101010104

わが国の自然放射線レベル (900? 1200 µSv/y)32

諸外国で示されている安全基準(100? 300 µSv/y)10-1-2Total-35x105x10-3[µSv/y][µSv/y]-3-4-5

Pb-210Th-229-6

Np-237

Se-79-7

Cs-135-858x10
8x105[y][y]-9U-238
U-234-10

10010110210341010
処分後の時間 [y]51061071083

技術開発課題の展開
事業の各段階を直接支援する技術開発課題

事業の各段階に応じた処分場概念の構築

••
•
•
•
•

公募開始に向けた処分場概念の検討
文献調査段階の処分場概念構築手順やツールの整備構造化アプローチの整備
海外実施主体との共同研
要件管理システムの開発究等を実施
性能評価に関する戦略や方法論の検討．．．．．

事業推進の観点からクリティカルな個別課題
••
•
•
•
•
•

ニアフィールド要素の長期相互作用に関する検討
セメント材料の適用性に関する検討
操業システムや操業安全性に関する検討
処分場の閉鎖に関する検討
設計オプションの多様性を考慮した性能評価手法
安全評価シナリオの評価技術に関する検討．．．．．

ベントナイト／セメント相互作用ワークショップ (2004)
人工バリア設計に関する専門家会議 (2005)
その他共同研究等を実施

事業を模擬した総合的な演習• 設計／性能評価に関する総合的検討の試行• ．．．．．

4

技術開発成果の例：要件管理システムの開発 (1/3)
背景・目的¾ NUMOは，段階的なサイト選定の進展に応じた処分場概念構築及び処分事業推進のための管理手法が重要と考え，事業における要件や意思決定に注目した事業管理手法として，構造化アプローチ （NUMO StructuredApproach：NSA）の整備・実践に取り組んでいる 。
¾ 本件では，構造化アプローチを効率的に実践するための計算機支援システ
ムとして，要件管理システム（Requirements Management System：RMS）を開発する。ＲＭＳは，処分場概念等に関わる各要件やその関連情報を構造化し，データベースとして管理することを基本的な役割とする。さらに，意思決定支援機能等を備えることで，機構の技術業務全体を支援する。
¾ RMSの開発により次の効果が期待される。
z 事業に関わる意思決定とその要件の効率的な情報管理
z 事業に関わる意思決定の経緯の追跡性と透明性の確保
z 意思決定事項や要件に変更があった場合，影響範囲の把握と検討すべき課題の効率的な抽出
5

技術開発成果の例：要件管理システムの開発 (2/3)
要件管理システム（RMS）の開発段階
構造化アプローチ検討段階

NUMO版RMS（N-RMS）の必要性

基本システム開発段階

N-RMSの概念設計
基本システム構築（入力・閲覧機能）

実務システム開発段階

入力支援機能意思決定支援機能（変更管理機能等）
N-RMSデータベース構築

技術業務への導入
6

技術開発成果の例：要件管理システムの開発 (3/3)• 技術情報の管理• 技術業務の支援
意思決定支援機能

N-RMS

データベース管理機能

N-RMS閲覧機能

変更管理機能例）意思決定，要件の変更に伴う影響範囲の特定，外的な要因の反映

意思決定支援システム

意思決定管理機能例）承認機能，意思決定のスケジュー
ル管理機能等

N-RMS database
DCRA

データベース管理システム

例）意思決定構造俯瞰図, データ
ベース検索・閲覧機能他

データベース管理機能
例）データベース編集機能

データベース入力支援機能例）テンプレート機能，外部データベースとのリンク

7

技術開発成果の例：
設計オプションの多様性を考慮した性能評価手法の検討 (1/4)
背景¾ 段階的に進められる地層処分事業では，さまざまな不確実性や制約条件への対応に配慮して，複数の設計オプション（パネル/坑道配置方法，廃棄体定置方式等）を検討¾ 設計オプションを適切に絞り込むためには，設計オプション間の相違を，安全性，経済性など，様々な観点から評価することが必要¾ ここで，性能評価の観点から設計オプション間の差異を評価する場合，既存の一次元モデルでは，人工バリアや地下施設の三次元的形状及び周囲の岩盤の不均質性が保守的に簡単化されるため，定量的な差別化が困難な状況であった。
目的¾ 人工バリアや処分場施設の形状や周囲の岩盤の不均質性を考慮することができるツールを開発し，設計オプションの違いを性能評価の観点で評価するための技術基盤を整備する。
8

技術開発成果の例：
設計オプションの多様性を考慮した性能評価手法の検討 (2/4)¾ 3次元不均質場における地下水流動と物質移動を解析するためのコードとして，PARTRIDGEを開発¾ 解析では，以下の構造を考慮することが可能
9 大規模な破砕帯などのように決定論的に表現される高透水部
9 統計的に表現される多数の亀裂を含む複雑な不均質性を呈する岩盤
9 坑道や人工バリアといった複雑な構造物

解析領域の設定/人工バリア等の寸法、配置の設定

PARTRIDGE

３次元核種移行解析における粒子軌跡の経時変化（Cs-135に関する例）
地下水流れ

水理解析

~100万年
透水性の特に高い亀裂に沿って岩盤中を移行

透水係数テ ンソルの設定
水理境界条件の設定

FEMWATERによる水理解析

水理解析結果：圧力分布/ダルシ ー流速分布

地下水流れ~1000万年

物質移行解析
ランダムウォークモ デルによる物質移行解析

大規模かつ高透水性の亀裂に進入した粒子は下流端まで流下

物質移行解析結果：各位置におけるフラッ クス~1億年
基本解を畳み込み積分する
ことによる核種移行解析

一次元マルチチャンネルモデルによるフィッティング

一次元マルチチャンネルモデルを用いた解析

平均的な透水性の亀裂内を移行する粒子が下流端に到る

9

技術開発成果の例：
設計オプションの多様性を考慮した性能評価手法の検討 (3/4)
プラグによる止水効果の影響

断層

断層¾ 坑道と直交する流動方向の透水性断層（健全部の平均透水係数×100）を想定¾ 廃棄体は坑道と断層の交差部以外の部分に配置¾ 各廃棄体周辺を通過する地下水は断層によって集水される傾向を示す断層を想定したケースの透水係数場（左）およびダルシー流速分布（右）EBSおよび母岩からの移行率の比較 （各点は廃棄体ごとのCs-135（支配核種）の移行率の最大値を示す）
1.E-01

1.E-02
1.E-03EBSNBS

1.E-04
1.E-05
1.E-06は断層を示す1.E-07
1.E-0801020304050607080

坑道方向位置[m]断層のみ（プラグなし）のケース

90

100

規格化した移行率の最大値 [1/y]規格化した移行率の最大値 [1/y]1.E-01

1.E-02
1.E-03EBSNBS

1.E-04
1.E-05
1.E-06は断層を示す1.E-07はプラグを示す

1.E-080102030405060708090100

坑道方向位置[m]

断層と坑道の交差部にプラグを設置したケース

10

技術開発成果の例：
設計オプションの多様性を考慮した性能評価手法の検討 (4/4)
まとめ¾ 各設計オプション間の性能の差異について定量的に検討することが可能なコード
PARTRIDGEを開発し，第２次取りまとめで設定された地質環境条件の下，設計オプションの違いに起因するバリア性能の差異について検討した。
9 断層に対するプラグの効果は限定的であるため，性能評価の観点からは，断層から一定の距離を確保して定置した方が効果的である。
¾ ３次元的な核種の移行挙動を把握することにより，性能評価から設計にフィードバックする基礎情報が得られ，設計オプションの検討につなげることができる。
今後の課題¾ ここでの検討結果は，地質環境条件やそれに応じた設計仕様によって変動しうる可能性があるため，今後具体的なサイトが明らかになれば，サイトスペシフィックなモデルによる再検討が必要¾ 適切な設計オプションを選択すべく性能評価と設計のリンケージを図り，設計の要件と性能評価の要件の間の適切なバランスをとりつつ，合理的な処分場概念の構築を進めていく11

技術開発成果の例：設計・性能評価の試行 (1/4)¾ 背景 これまでは サイトを特定しないGenericな検討 が主であり，事業進展の観点からは十分とは言えない面があった。
 現状の機構内の調査計画は概ねサイトの地質の長期安定性把握を主な目的としている
ため，設計，性能評価の観点から調査に求める要件を抽出する必要がある。
¾ 検討の目的 実際の地質環境条件を参考に作成した仮想的サイト条件を基にSite-specificな設計，性能評価を各調査段階について試行し，各段階のデータセット及び解析･検討の具体的内容を把握する。
 設計，性能評価の観点からの調査への要件を抽出する。
¾ 検討の概要
 実際の地質環境条件を参考に仮想サイト条件を構築
文献，概要，精密の各調査段階の仮想データセットを情報の一貫性に留意して構築 仮想データセットを用いた設計・性能評価の試行
処分孔縦置き定置方式で検討。各調査段階で・空洞安定性・地下水流動・核種移行等を評価。処分パネル設置位置の検討。既往検討より処分パネル数6で検討。人工バリ
12アは「第2次とりまとめ」のレファレンスと同じ。

技術開発成果の例：設計・性能評価の試行 (2/4)
調査段階別の調査内容，データ内容
段階

調査内容

主なデータ内容• 地質；3種類の岩種。検討エリア左1/3付近をほぼ鉛直の推定断層• 5万分の1，20万が横断。
分の1の地質図• 地圧；側圧比K=164/深度(m)+0.74
文献•
地質図記載の岩調査• 力学特性；CH級平均。c=2.7MPa，φ=50°,弾性係数E=5.9GPa
種に関する一般• 透水性；100m以深岩盤5E-8m/s(先新第三系堆積岩対数平均の的知見1/10)，断層1E-6m/s（断層破砕帯の平均値）• 地表踏査，物理探査
概要 • ボーリング，調査 BHTV，コア観察• 孔内試験
• 一軸圧縮試験• 地質；4層に区分。推定断層を否定。
• 地圧；K=0.61（孔内調査水平2次元；ｽﾘｰﾌﾞﾌﾗｸﾁｬﾘﾝｸﾞ法）• 力学特性； CH級平均。一軸試験のみのため強度は文献調査段階と同じ。E=14GPa（コア状況から設定）• 透水性；200m以深岩盤1E-8m/s（ルジオン試験測定下限）• 亀裂特性；1.1本/m，顕著な異方性無し（BHTV）• 地質；4層のうち1層を3細分。
•調査坑道•原位置岩盤力学 • 地圧；K=0.51（坑内調査3次元；応力解放法）
精密 試験• 力学特性；4層のCH級。夫々(c[MPa],φ[°])=(1.9, 40), （2.7, 50),調査
•高精度透水試験 （2.7, 50), (3.4, 57)，E[GPa]=10, 14, 14, 19（平板載荷試験結果等）• 透水性；岩盤1E-9m/s（調査坑道での高精度透水試験）• 亀裂特性；0.6本/m，顕著な異方性無し(調査坑道）

13

技術開発成果の例：設計・性能評価の試行 (3/4)
空洞安定性検討
空洞安定性検討

地下水流動検討
地下水流動検討

パネル配置検討
パネル配置検討

移行時間分布移行時間
検討エリア←7〜8万年

情報；地形と主な岩種のみ←1〜2万年

地下水流動の方向

広域地下水流動解析

文献

核種移行検討
核種移行検討検討エリア←4〜5千年

7.5

3.
5.

概要

0.004812.50.00205

0.001

0.

情報；地表踏査
・ボーリング調
査による地質情報・岩盤の力学特性，透水性，亀裂特性

Y

0.

-2.5

-5.
XZ -7.5

Output Set: Interval 8, Step 2
Contour: Solid Max. Shear Strain

ガラス固化体掘削影響領域
緩衝材

空洞安定性より深度を設定
ダルシー流速（m/s）
-18

-13-8

天然バリア

生物圏

精密
粒子の流速（m/s）

情報；坑道調査による地質情報，岩盤の力学特性，透水性，亀裂特性

透水量係数の異なる亀裂に対応したマルチチャンネルモデル

-7.0

-5.5

-4.0

ニアフィールド地下水流動解析

ニアフィールド水理特性を反映した1次元平行平板モデルの重ね合わせによる核種移行解析

14技術開発成果の例：設計・性能評価の試行 (4/4)
得られた知見と調査への提言¾ 各調査段階におけるデータセット内容とそれに応じた解析手法，検討プロセスを把握できた。
その結果，設計・性能評価とサイト特性調査の相互関係が，具体的な情報の流れに基づいて理解された。
¾ ニアフィールドの詳細な地下水流動・核種移行解析により，処分パネル近傍における母岩の性能をより合理的に評価できる可能性が示された。
¾ 設計・性能評価に与える影響が大きい下記について，出来るだけ早い段階で詳細情報を得る調査計画の必要性と，検討手法の整備（括弧内）が認識された。
 ニアフィールド詳細解析に必要な亀裂情報（広域透水性との関係の把握）
 設置可能深度に影響する地圧（調査法による違いの把握）
今後の課題¾ 沿岸部の特徴を反映した仮想的サイト条件を用いた検討
 海水準変動による塩淡境界移動を考慮した地下水流動（密度流含む）・核種移行解析
 海水系地下水条件が人工バリア・建設・操業機器・材料に与える影響
 沿岸部地形特徴が建設・操業計画に与える影響 etc
15

工学技術・性能評価に関する技術開発 まとめ¾ 事業の各段階に応じた処分場概念の構築を当面の目的として，技術開発を展開している。工学技術と性能評価の２分野に横断的な課題についても，処分場概念の考え方により包括的に検討して来た。
¾ 文献調査段階のための技術開発は完了し，次の概要調査段階あるいは長期に向けた課題の検討を開始している。
¾ 次段階に向けて，処分場概念の構築とサイト特性調査との相互関係についての理解を具体的に深めつつある。
¾ 課題に応じて，共同研究，国際ワークショップ，有識者による委員会等を利用¾ 各成果は，NUMO技術成果報告書，国内学会あるいは国際会議に公開して来たが，今後は， NUMO技術成果報告書への取りまとめをより積極的に進める。

16

中長期的な計画¾ 技術業務管理の支援方策
構造化アプローチ／N-RMS（NUMO版RMS）等，技術業務管理を支援するための手法やツールの整備を進める。

¾ 段階的な処分場概念構築のためのロードマップ
サイト選定段階だけでなく，建設・操業・閉鎖段階までをカバーする長期的なロードマップを明確化する。特に概要調査段階については，処分場概念構築とサイト特性調査の両者間における連携・反復的な作業工程を明らかにし，方法論（設計や性能評価の手法やツール，必要なデータ等）の準備を進める。

¾ セーフティケース（安全性を示すための統合化された論拠）の構築に関わる検討
整備されつつある安全規制のルールや将来の許認可段階への対応を意識しながら，NUMOが準備しておくべきセーフティケースについて検討を進める。特に候補サイトに見通しが出て来た段階で，サイトに応じたセーフティケースをどのように構築していくかについて検討する。

17