平成２１年１０月２５日((日)平成２１年１０月２５日
2009年度バックエンド週末基礎講座
2009年度バックエンド週末基礎講座
日本原子力学会バックエンド部会
北海道大学学術交流会館第33会議室
北海道大学学術交流会館第粘土科学の基礎と応用
北海道大学 大学院 工学研究科
環境循環システム専攻 環境地質学研究室

佐藤 努
Phone & Fax: 011
011--706
706--6305
e-mail: tomsato@eng.hokudai.ac.jp
Web pages: http://geology5
http://geology5--er.eng.hokudai.ac.jp/RG/LoEG/index.html

処分ｼｽﾃﾑにおける処分ｼｽﾃﾑにおける緩衝材（粘土）の緩衝材（粘土）の設置
設置
受け入れ施設ガラス固化体立坑
処分トンネル

ｵｰﾊﾞｰﾊﾟｯｸ

キャ二スター
岩盤

緩衝材

廃

棄

体

多重バリアシステム

緩衝材

埋め戻し材

人工バリア
＋
天然バリア

高レベル廃棄物処分システム基本概念図
高レベル
廃棄物処分システム基本概念図

充填材（セメント）
構造材（セメント、他）
緩衝材
岩盤

地震・火山・人間・地下水
地震・火山・人間・地下水

ＴＲＵ廃棄物処分システム基本概念図
ＴＲＵ
廃棄物処分システム基本概念図粘土槨(
粘土槨(ねんどかく
ねんどかく))古墳の埋葬施設で、割り竹形木棺などを粘土で厚く被古墳の埋葬施設で、覆した構造。
覆した構造。
竪穴式石室の内部となることも多く
竪穴式石室の内部となることも多く、、古墳時代前半の特徴。

縄文人をはじめとする古代人がすでに地盤の排水性（透水性）や強度に関し経験的な知恵を有していたことを示すものであり、また粘土を防水材料として活用していたことを示す。

バリア材の性能～粘土のバリア性～
大阪万博（
大阪万博（1970
1970年）で埋められたタイムカプセル
年）で埋められたタイムカプセル

緩衝材（粘土）

金属性の容器


タイム
カプセル


緩衝材の役割
 埋設したオーバーパックの保護 放射性核種の放出抑制
 放射性核種の移動抑制
具体的には⋯⋯
具体的には環境条件の変化・地下水侵入緩衝機能
物理バッファー
化学バッファー

期待される諸機能→ 吸水してｵｰﾊﾞｰﾊﾟｯｸへの接触を遅延（止水性）・周辺岩盤に亀裂 → 亀裂部位を充填（自己シール性）
・岩盤変形→ 塑性変形により応力を吸収（応力緩衝性）

・放射性核種の溶出 → 選択的吸着、移動の遅延（核種吸着性）

廃棄物処分でベントナイトに求められている機能

廃棄物の性状に応じて、おおよ
廃棄物の性状に応じて、そ左のような機能がベントナイトには求められている。
には求められている。

佐藤は最近 、 「 微生物活動の抑制
佐藤は最近、
微生物活動の抑制」」 という項目も必要かと感じている。
う項目も必要かと感じている。

（第二次TRUレポートより抜粋）

緩衝材の第一候補ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄの応用例
 鋳物用生型粘結材
 農薬用バインダ
 土木基礎工事用泥水 ボーリング用泥水 猫のトイレ砂 化粧品、ボディーシャンプー
 医薬品
 入浴剤
 塗料
 産業廃棄物処分場の遮水シート

粘土＝インテリジェント材料？
環境条件に応じて機能を発現する能力を有する材料‥インテリジェント材料
例‥正倉院の校倉造りに使われている木材
湿度が高いとき‥
湿度が高いとき‥木材は膨潤木材は膨潤→→外気の侵入を防御
湿度が低いとき‥
湿度が低いとき‥木材は収縮木材は収縮→→乾燥空気を導入↓
自動的に宝庫の中の防湿が達成
自動的に宝庫の中の防湿が達成((湿度計や空調機なしで湿度計や空調機なしで)←)←先人の英知
先人の英知

インテリジェンシーが求められている→
インテリジェンシーが求められている→人間○構造や物性を理解し、適切な素材を適切に設置する英知があるか否か○長期的に安定して期待される機能を発現できるか否か

起源、構造、機能の理解と利用
起源、構造、機能の理解と利用化学進化における粘土の役割を提唱したことで有名なバナール「起源の研究を通じてのみ構造と機能が理解され，構造と機能が適切に理解されてのみ，それらを利用することができる」～The Physical Basis of Life ～ややもすると利用が先行しておろそかにされがちな材料の起源，構造，機ややも能を理解すること，利用や応用にもrationale（理論的解釈）が不可欠

粘土の様々な分野での利用や応用を考案し，新しい応用分野を開拓す
粘土の様々な分野での利用や応用を考案し，新しい応用分野を開拓する場合も，構成物の生成，構造，性質の理解が不可欠

講演内容
粘土の特性

詳しくは日本粘土学会ホームページの「粘土基礎講座Ⅰ
詳しくは日本粘土学会ホームページの「粘土基礎講座
Ⅰ」イオン交換http://wwwsoc.nii.ac.jp/cssj2/seminar1/section04/text.html
吸着を参照ください。
分散･凝集膨潤･膨張・コンシステンシ－
粘土の利用 （ 鋳物
鋳物，
， 化学
化学，
， セラミック
セラミック，， 土木
土木・・ 建設
建設，
，
環境，
環境
，新素材
新素材））

粘土ー水相互作用を視る・診る・看る方法
おわりに（特に若い学生・技術者・研究者へのメッセージ）

ベントナイトの起源
ベントナイトとは海底・湖底に堆積した火山灰や溶岩が変質することで出来上がった粘土岩の一種。
”ベントナイト ”という名称は、岩石名（鉱物集合体の総称）であり、その成分は産地によって異なる。
成分構成としてはモンモリロナイ
ト(スメクタイトの一種)という鉱物を主成分とし、他に石英やオパール、方解石、雲母、長石、ゼオライト等の鉱物を含有。
坑内掘り
地中に坑道を展開して採掘

露天掘り
鉱山表層より段階的に採掘(クニミネ工業HPの記述を一部改編）

世界各地に産するベントナイトの年齢

粘土の特性
無機材料としての特性
イオン交換性、吸着性、有機・無機複合体の形成能、触媒能、膨潤性、粘性、可塑性‥
膨潤性、粘性、可塑性‥
・固体・半固体・塑性体・液体的挙動
・化学的活性（親和性）が高い↑
粘土粒子表面に起因する諸性質
微細粒子である（比表面積が大きい）
表面電荷を有する

微細粒子

100 mmFig. SEM image of the starting smectite.

反応溶液中でのﾓﾝﾓﾘﾛﾅｲﾄ（クニピア-P）の粒子厚分布1 mm
Fig. AFM image of the starting smectite in fluid cell.

薄板状結晶直径が10万分の1cm、厚さが1千万分の1cmからなる超微粒子（煙草の煙と同じ大きさ）比表面積
スプ－ン１杯程の量（約１ｇ）で100～
スプ－ン１杯程の量（約１ｇ）で100
～800
800ｍ
ｍ２の比表面積を持っており、この表面の高い極性と交換性陽イオンの水和のため、水を吸水し保持する力がある。
ベントナイト800グラムの比表面積は，640.0km2
琵琶湖の面積は，670.3km2

琵琶湖

スプ－ン

粘土鉱物の表面電荷
表面電荷←同型置換、格子欠陥、表面同型置換、格子欠陥、表面OH
OHの解離
の解離
 永久電荷永久電荷(permanent(permanent charge)
・結晶構造内で起こった陽イオン置換によって生じた過剰の負電荷（層電荷）が層表面に現れたもの。
・外的条件に影響を受けることなく一定。

 変異電荷変異電荷(variable(variable charge)
・結晶構造末端のOH・結晶構造末端のOH基の挙動によるもの。
基の挙動によるもの。
・接触する溶液のｐＨ、イオン種とその濃度、温度などの外的条件に影響されて変化する。

永久電荷
鉱物
ﾊﾟｲﾛﾌｨﾗｲﾄ，ﾀﾙｸ

層電荷0

雲母，雲母粘土鉱物

0.6 ～1緑泥石

0.8 ～1.2

バーミキュライト

0.6 ～0.9

スメクタイト

0.2 ～0.6

同型置換
四面体⋯⋯Si4+ → Al3+四面体
⋯四面体置換型
２八面体⋯⋯ Al3+ → Mg2+, Fe2+２八面体
３八面体⋯⋯ Mg2+ → Li+
３八面体

Al3+ → Mg2+

Si4+ → Al3+
Si4+ → Al3+

八面体
置換型

粘土鉱物の表面構造
粘土粒子の表面→結合の破断面←高い化学的親和性
Si-O-+H2O→Si-OH+OH-変異電荷 弱酸性、中性、アルカリ性
Si
Si-OH→Si
OH→Si-O-+H+
Si
Si-OH+OH→Si
OH+OH→Si-O-+H2O
 酸性、中性Si
Si-OH+H+ →Si→Si-OH2+

Stumm(1992)

相対湿度によって変わる固体酸強度
表 相対湿度制御下および加熱処理後の各試料の酸強度

図 相対湿度制御下での酸強度測定（発色後）Under 10-100% RH
No10
2.0<pKa<3.3
MN025-8.2<pKa<-5.6
MU119-8.2<pKa<-5.6
Under 0% RH (for 12 hrs)No10
1.5<pKa<2.0
MN025-8.2<pKa<-5.6
MU119
pKa<-8.2
Kp-P
3.3<pKa<6.8
透析処理-Kp-P-5.6<pKa<-3.0
After heating for 4hrs
No10
-3.0<pKa<1.5
MN025
pKa<-8.2
MU119
pKa<-8.2

イオン交換とイオン固定

イオンの選択性（交換侵入力）Li+ <Na+ <(K+ NH4+)<Rb+ <Cs+
Mg2+<Ca2+ ≦Sr2+ ≦Ba2+

複合体の形成
インターカレーション：層状構造をもった物質の層間に種々の他の物質が入って層間複合体がつくられる現象

 粘土ー水複合体
 粘土ー有機複合体
ｴﾁﾚﾝｸﾞﾘｺｰﾙ，ｸﾞﾘｾﾛｰﾙ，酢酸ｶﾘｳﾑ，
尿素，ｱﾙｷﾙｱﾝﾓﾆｳﾑ，ｱﾐﾝ類，ｱﾐﾉ酸等

 粘土ー無機複合体

懸濁粒子の分散・凝集
分散と凝集の状態を支配する主な力：ﾌｧﾝﾃﾞｱﾜｰﾙｽ引力、静電力↑
電気二重層(electrical double layer)モデルによって説明される粘土粒子の分散→電気二重層の厚さを増す①溶液のイオン濃度をできるだけ小さくする。
②溶液のイオンを電荷が低くて水和度が高い、厚い二重層をつくるイオンにする。
③溶液のｐＨをアルカリ性に調節して正の帯電を防ぎ、表面の負電荷を増大させる。

膨張･膨潤（粘土鉱物ー水相互作用）
粘土鉱物中の水の存在状態
 吸着水…粒子表面に吸着する水
 層間水…層間域に存在する水
 構造水…構造内部の水酸基
セピオライト・パリゴルスカイト
 沸石水…チャンネル中の水
 結合水…内壁のMgに結合する水

界面の水、すき間の水バルクの水（自由水）
水

界面の水
鉱物

すき間の水性質が異なる！
・粘度
・氷点
・密度
・熱容量
・活量
：

スメクタイトと水
粘土鉱物

ガラス

粘土鉱物

ガラス

粘土鉱物

表面吸着水
層間水

相対湿度変化にともなう構造の変化(膨張)異なる相対湿度下での月布産Na-、K-、Ca-モンモリロ
ナイトの底面間隔（Sato et al., 1992）

相対湿度変化に伴うNa-モンモリロナイトの底面間隔の変化ベントナイトの膨潤１．粒状ベントナイトの入ったコップに，水を入れると，ベントナイトが膨潤(体積変化体積変化))することが判る．
２．コップの底まで，水が浸透しないことが判る．((遮水・防水用途
２．コップの底まで，水が浸透しないことが判る．
遮水・防水用途))

粒状ベントナイトの入ったコップ

ベントナイトに水を入れる

ベントナイトの吸水・膨潤と体積変化
ベントナイトの吸水・膨潤と体積変化

体積変化

吸水・膨潤

カオリン、
カオリン、Ca
Ca型・型・Na
Na型ベントナイトの膨潤型ベントナイトの膨潤

２g粉体カオリンwL=47%，Ip=29%，
膨潤力6.0ml/2g

２g粉体Ca型ベントナイト
wL=119%，Ip=52%，
膨潤力6.2ml/2g

２g粉体Na型ベントナイト
wL=615%，Ip=47%，
膨潤力23.0ml/2g

コンシステンシー
⼟の流動や変形に対する抵抗の度合い←含⽔量によって異なる
粘土の水分散系では，粘土粒子の無限膨張
粘土の水分散系では，によってゼリー状になる．
によってゼリー状になる．外力が小さいと粘性が高く構造が保たれるが，高く構造が保たれるが， 外力がある程度よりも大きくなると粘性が減少して変形速度が急に大
きくなり，
きくなり
，まるで液体のように振舞う
まるで液体のように振舞う．
．一般に
一般に，
，粘
土の物理状態は含水量に応じて変化し，土の物理状態は含水量に応じて変化し，高い
含水量ではニュートン流動を，
含水量ではニュートン流動を，含水量が低下す
るにつれて非ニュートン流動に変化する．
るにつれて非ニュートン流動に変化する．さらに含水量が低下すれば塑性を示し，含水量が低下すれば塑性を示し，塑性状態で粘土はいろいろな形に成形することが可能となる．さらに含水量が低下するとさらに含水量が低下すると，，半固体状態を経て固体状態になる．
経て固体状態になる．このように
このように，，粘土は含水量によって異なった物理状態をとり，量によって異なった物理状態をとり，それに対応して変形に対する抵抗の大きさが変化する．
して変形に対する抵抗の大きさが変化する．このことをコンシステンシー（（ 外力を受けた場合にのことをコンシステンシー
流動や変形に対して抵抗する程度））と呼んでい流動や変形に対して抵抗する程度
る．

コンシステンシー状態の区分

粘土のゾル粘土のゾル-ゲル
ゲル反応
反応

水の量と質の変化が浮力や重力などを支配
１．合成スメクタイト８%泥水
１．合成スメクタイト８
泥水は，不純物を含まないためコンシステンシー限界
は，不純物を含まないためコンシステンシー限界
を内部観察できる．
２．自由水と層間水と吸着水などの水の量と質が，500
２．自由水と層間水と吸着水などの水の量と質が，500円硬貨やガラスビーズ
円硬貨やガラスビーズの浮力や重力などを支配することが判る．

粘土の利用粘土は
粘土は，，人類の歴史において最も早くから利用されている鉱物資源
粘土の特徴粘土の特徴（（ 微細で平らな粒子
微細で平らな粒子，， 広い
比表面積を持つ二次元結晶など））や特比表面積を持つ二次元結晶など性（イオン交換性
イオン交換性，
，吸着性
吸着性，
，膨潤性
膨潤性，
，可
塑性，
塑性
，コロイド性など
コロイド性など））を活かした利用

微細で平らな結晶としての利用：フィラー
増量，物性や性能の改善，機能性の付与，加工性の改善のために紙，プラスチック，塗料，ゴム，プラスティックに添加

ポリマーへ用いる各種フィラーとその特性
フィラー

形 状

粒 径
(μm)

アスペクト比密度(g/cm3)

ガラス球

ミクロ粒径

φ2.5

1

2.5

炭酸カルシウム

⽴⽅体

0.2-10

1

1.7

カオリン

薄板晶

0.5×5

3-10

2.6

タルク

薄板晶

0.5×5

3-10

2.8

グラスファイバー

繊維状

10×20020

2.5

カーボンファイバー

繊維状

7×200

30

1.6

モンモリロナイト

薄板晶

0.001×0.2

100-500

2.4

東亞合成
ホームページより
株式会社トーメン ホームページより

ナノコンポジット ポリ乳酸ナノコンポジット（環境低負荷の次世代生分解性プラスチック）

ユニチカ研究開発センター
ホームページより

触媒・吸着 粘土自体を触媒として使う場合
粘土鉱物の層間で起こる触媒反応として，結晶端面の水酸基や層間の金属イオンに水和した水分子が解離して生じるプロトンによる固体酸性により，ダイマー酸やアルキルフェノールの製造，炭化水素の炭素-炭素結合を切断して低分子の炭化水素に変えるクラッキン
グなど．主に酸性白土や酸性白土を酸処理した活性白土が利用．

 触媒担体として使う場合
吸着により触媒を固体上に固定化し，触媒の安定性や粘土層からの作用で選択性を向上させることも可能．

粘土鉱物が持つ電荷やそれに起因する固体酸の発現という特性を活用

粘土鉱物の吸着・分解機構
反応容器にバーミキュライト、メタノール（2000ppm）、合成空気（N2+O2)を入れ、室温に保持すると、 150時間後に微量のCO2が検出された。 バーミキュライト建材からも、同様にCO2が検出された。

早稲田大学山崎淳司教授より提供

粘土鉱物を使った建材

ボード面に平行なバーミキュライト結晶（黄色） 横断面
Bar = 0.2 mm

湾曲したバーミキュライト結晶（中央）横断面
Bar = 0.2 mm

化粧品･医薬品
 固形タイプのファンデーション（主に雲母，カオリン鉱物等，非膨潤性の粘土鉱物）
粘土鉱物が持つ板状の粒子形状が，肌に適度な伸び，すべり感，密着感をもたらし，光
沢感や仕上がり感が向上．

 クリーム・マニキュアなどの安定化剤（ゲル形成能を有するスメクタイト）
マニキュアのような有機溶剤を用いた製品では，主に四級アンモニウム塩を層間に吸着させた有機粘土ゲルを使用．

 パックやニキビ予防クリーム（スメクタイト）
スメクタイトが持つ皮脂吸着能を活用．

 医薬品
 カオリン鉱物‥分泌物をよく吸収する吸着剤
 タルク‥すべり性や延展性が高く皮膚に付着しやすいので粉末製剤の滑沢剤
 ベントナイト‥患部からの水分や分泌物を吸収する吸着剤として利用
 酸性白土やカオリナイト‥皮膜形成性，有機物吸着性などがあり，これらは胃壁の保護，胃腸内有害物質や細菌の吸着，胃腸内の過剰水分を吸収して下痢を止める作
用や胃の過剰な酸を中和し胃液のpHを高める制酸剤としての働きもある．

その他
 鉛筆の芯
黒鉛筆の芯にはカオリン鉱物やスメクタイトが，色鉛筆の芯にはタルクやパイロフィライ
トが使用．ＨＢで３０～３５％の粘土を含有．黒芯は，粘土懸濁液に黒鉛粉末を加えてよく混練して押し出し成型した後，約1000℃で焼成する。粘土は押し出し成型や粒子の配向，油成分の含浸でその特性を発揮．

 複写紙（ノーカーボン紙）
無色のロイコ系色素と呈色剤（酸性白土またはフェノール樹脂など）との反応により，カーボン紙を挟むことなく筆圧により発色．筆圧によって紙面の裏側に塗布されたマ
イクロカプセルが破れ，無色化された色素が，酸性白土を塗布した下の紙に吸収され，呈色反応が起こって発色するため複写が可能となる．これには，呈色剤である
酸性白土の固体酸が関与し，色素と固体酸サイトとの電子の授受による．

 鋳物
砂型は砂をベントナイトなどの粘結剤で結合した鋳型で（ベントナイトを粘結剤とする砂型は生型と呼ばれている），安価であること，単純な圧縮で成型できること，再利用が可能であることなどの理由から頻繁に利用され，ベントナイトの粘結強度の高さや耐熱性などの特性を利用した用途．

セラミック工業

いうまでもなく“焼き物”

可塑性を利用土木･建設工業
水中での高い粘性と懸濁安定性
ボーリング・掘削泥水土木基礎工事用安定液
ダムの止水用グラウト等に利用

膨潤能による止水性や様々な物質に対する吸着性
産業廃棄物処分場の漏水防止のための遮水システム
放射性廃棄物処分場の緩衝材

コロイド溶液を用いた鉛直遮水工
１．砕石で充填されたコロイド溶液の連続したしゃ水壁を作ることで泥壁と液圧で、汚染水のミズミチをシャットアウト。
２．常に汚染水より、コロイド溶液水位を高くするため、恒久的なしゃ水が連続してできる。

水では崩壊旭川市廃棄物処分場
応 した
対
に
定
性 能 規 ライ ナー
年
0
0
1
複合
三要素
砕石

時でも
何
が
池
誰も
る観察
き
で
埋立地
観察が

HDPE + ベ ン ト ナ イ ト シ ー ト

管理棟
地下水観察池処理水観察池

中央制御室

保護土

遮水シート
不織布

，
改変で
地
土
の
最小限 環境の保全
自然

Eタイプ法面部緑化

埋立地
芝生側溝

飽和度管
( コ ロ イ ド 溶 液 充 填)
第1雨水調整池

ベントナイト混合土

ベントナイト混合土
湿性保護地
第2雨水調整池

浸出水調整池-7k ≦ 1×10 (cm/s)

旭川市廃棄物処分場 (総事業費約96億円，埋立面積約13.2万m2，埋立容量約184万m3)

透水係数を決める混合土の配合
鉱物ライナー( wL/Ip ≦ 1.2～1.3 )お好み焼きの具(キャベツ)

土砂

間隙
土の粒子

お好み焼き

ホットケーキ小麦粉

ベントナイト混合土

ベントナイトプレス

ベントナイト

貧弱な配合

透水係数にかかわる
閾値を越えた配合の範囲

閾値

ベントナイト30年の歳月をかけた耐久性と難透水性の研究
30年の歳月をかけた耐久性と難透水性の研究1970
1970年吹田万国博覧会が開催され，最先端の保存技術によってタイムカ
年吹田万国博覧会が開催され，最先端の保存技術によってタイムカ
プセル(Time
プセル(Time Capsule EXPO‘70)に収納され大阪城公園に埋設された。
EXPO‘70)に収納され大阪城公園に埋設された。
2000
2000年
年4月に第
月に第22号機が号機が3030年ぶりに開封された．粉体ベントナイトの充填
年ぶりに開封された．粉体ベントナイトの充填
状態が30
状態が
30年ぶりに観察され，耐久性と難透水性が確認された。
年ぶりに観察され，耐久性と難透水性が確認された。

タイムカプセルの多重バリア系
2.27 mBentonite
9m

Backfil sand



15 m



Thermometer
Concrete

BentoniteTime capsule
Soil mortar wallTime
CapsuleConcrete30
30年前の工事中の忘れ物
年前の工事中の忘れ物
上部/ｺﾝｸﾘｰﾄ蓋の鉄筋は
上部/著しい錆びが認められる。
底部/浸水が認められた箇所で発見
底部/された鉄筋は全く錆びが認められず

粉体ベントナイトの中から，30年ぶりに空気と接触した直後に，錆びた鉄筋棒

粘土ー水相互作用を視る・診る・看る方法
湿度制御セル付粉末X線回折装置
湿度制御セル付赤外分光光度計
液中セル付原子間力顕微鏡
ATR
ATR--IR分光器
環境制御型走査型顕微鏡

反応溶液中でのモンモリロナイト粒子
ｽﾃｨｰﾌﾞﾝｻｲﾄ
(pH 1.1)

ﾓﾝﾓﾘﾛﾅｲﾄ(pH 13.3)

反応溶液中でのﾓﾝﾓﾘﾛﾅｲﾄ（クニピア-P）の粒子厚分布

AFM
AFMによるによるin situ観察（ｽﾃｨｰﾌﾞﾝｻｲﾄ）
B

A

Time : 0 min
BSA : 7291 nm2Time : 82 min
BSA : 6612 nm2

後退距離(nm)Time : 233 min
BSA : 4860 nm2

100nm

100nm

100nm

(100)

長辺
短辺

10

C

(010)
5

0

0

100

200

反応時間 (min)(110)

1回反射型減衰反射赤外分光（
回反射型減衰反射赤外分光（ATR
ATR））

従来の閉鎖系実験では、反応溶液と試料を固液分離して、種々の測定が行われる。
ATRは、反応溶液と試料を固液分離することなく、試料の分子振動を測定することが可能であり、固相、液相ともに、反応状態を維持したまま観察可能である。

溶解過程におけるATR
溶解過程におけるATR--IR
IRスペクトルの変化
スペクトルの変化
Si-O吸収ピーク
1h
2h
4h
6h
12h

相対ピーク面積

Abs

0.01

0.8

0

800

900

1000

1100

Wavenumber (cm-1)

1200

930 - 1050cm-1

0.6

0.4

0.2
0

5

10
反応時間(h)15

環境制御型電子顕微鏡（ESEM)
環境制御型電子顕微鏡（
ESEM)
Deionized water
1M NaOH solution
1M NaCl solution

Bentoniteblock

⽔⽟が⾒える⾛査型電⼦顕微鏡

Compacted
bentonite

ESEM
ESEMの試料室の試料室

試料ペルチェ効果を用いて温度コントロール

二次電子
検出器
試料
ﾌｫﾙﾀﾞｰベントナイトの水和過程
1080 Pa

100 mm表面構造の変化（ NaOHNaOH溶液、原鉱）
溶液、原鉱）
10 mℓ

20 mℓ

40 mℓ

40 mℓ
190 Pa表面構造の変化（ NaCl
NaCl溶液、原鉱）
溶液、原鉱）
10 mℓ

40 mℓ

50 mℓ

50 mℓ drop↓
Flooding↓
Dryingto 755 Pa

100 mmNaOH
NaOH溶液滴下後の間隙水の組成
溶液滴下後の間隙水の組成
Si

40 mℓ

Montmorillonite

Al

O

Mg
Na

100 mm
0.0

1.0

Fe
2.0

Na

50 mℓ drop↓
Flooding↓
Freezing

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

7.0

8.0

ENERGY (keV)

Pore ice

Si
O

Al
0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

ENERGY (keV)

6.0

若手へのメッセージ(8/28
若手へのメッセージ(8/28天声人語より）
天声人語より）
気象予報官にもタイプがあって、その昔は気象予報官にもタイプがあって、その昔は「「屋上派屋上派」」と「地下室派
地下室派」」がいたそうだがいたそうだ。
。（中略中略））▼屋
上派は屋上で空を眺め、上派は屋上で空を眺め、風を確かめる
風を確かめる。
。実況に照らしてデータを修正して予報を出す
実況に照らしてデータを修正して予報を出す。
。片や地下室派は、地下室派は、部屋にこもって資料と にらめっこをする
にらめっこをする。
。解析技術は高いが解析技術は高いが、、降っているのに降っているのに「「晴れ」と予報するぐらい実況には無頓着な人たちなのと予報するぐらい実況には無頓着な人たちなのだ
だそうだ
そうだ▼
▼（中略
中略））医者がパソコンばかり眺めて、めて、患者の顔を見て診察しない
患者の顔を見て診察しない。
。数値に頼って患者の訴えを聞かない
数値に頼って患者の訴えを聞かない。
。（中略中略））科学的根
拠に 基づく医療が行きすぎたゆえの問題らしい
基づく医療が行きすぎたゆえの問題らしい▼▼その反省から
その反省から「「ナラティブ
ナラティブ・・ベイスト
ベイスト・・メディシン」というのが提唱されているそうだというのが提唱されているそうだ。
。訳せば
訳せば「「物語に基づく医療物語に基づく医療」」となるとなる。
。聞き慣れないが聞き慣れないが、、つまりは話をよく聞き、は話をよく聞き、「ひとりの人間としての患者
ひとりの人間としての患者」」を忘れない医療であるを忘れない医療である。
。
EBM
EBM（（エビデンス・ベイスト・メディシン
エビデンス・ベイスト・メディシン疫学）と疫学）とNBM
NBM（（ナラティブ・ベイスト・メディシン
ナラティブ・ベイスト・メディシン個々の事例）
個々の事例）• ＜この治療法での有効率は５５％です＞• 「お話はよくわかりました。ところで先生、私は効く方でしょうか、効かない方でしょうか？」• ＜この病気の平均余命は＜この病気の平均余命は33年です＞• 「お話はよくわかりました。ところで先生、私は後何年生きられますか？」私の若手へメッセージ 天然が相手の場合でも、天然と対話していない。
 Narrative
Narrativeとはある出来事の言語記述（ことば）を何らかの意味とはある出来事の言語記述（ことば）を何らかの意味のある連結によってつなぎ合わせたものでなければならないのに、個々のエビデンスばかりに偏重して、言葉をつなぐことによって意
味づけるものにしていない。
 お客さんを納得させるにはお客さんを納得させるにはエビデンス・ベイスト・エンジニアリング
エビデンス・ベイスト・エンジニアリングだだ
けではなく、ナラティブ・ベイスト・エンジニアリング
けではなく、
ナラティブ・ベイスト・エンジニアリングの視点もなくてはの視点もなくてはならない。

さきほど申し上げましたように、緩衝材は以下のような目的のために設置されると皆さんおっしゃいます！！
緩衝材の役割 埋設したオーバーパックの保護 放射性核種の放出抑制
 放射性核種の移動抑制

緩衝機能

具体的には⋯⋯
具体的には環境条件の変化

物理バッファー
化学バッファー

期待される諸機能・地下水侵入→ 吸水してｵｰﾊﾞｰﾊﾟｯｸへの接触を遅延（止水性）・周辺岩盤に亀裂→ 亀裂部位を充填（自己シール性）

・岩盤変形→ 塑性変形により応力を吸収（応力緩衝性）

・放射性核種の溶出 → 選択的吸着、移動の遅延（核種吸着性）

でも二枚舌なんです！！
結構速く飽和するらしいですよ！
1.2

X=0cm X=25cm

Degree of saturation

1
0.8

X=0cm
X=25cm
X=50cm
X=75cm
X=100cm

0.4
0.2
0
0.001

0.01

0.1

1
Elapsed time (year)

10

100

100

低拡散層

100年程度Degree of saturation

0.8

100年程度Degree of saturation

1

1

0.8
0.6
X=0cm
X=25cm
X=50cm
X=75cm
X=100cm

0.4
0.2

X=0cm
X=25cm
X=50cm
X=75cm
X=100cm

0.4
0.2

0.01

0.1

1
Elapsed time (year)

10

100

100

埋戻し

1.2

1.2

0
0.001

ベントナイト1000

岩盤:の弾性係数：2,000MPa、セメントの弾性係数：
25,000MPa）

0.6

X=75cm X=100cm△ ○100年程度0.6

X=50cm

0
0.001

1000

岩盤:の弾性係数：2,000MPa、セメントの弾性係数：2,500MPa
）

0.01

0.1

1
Elapsed time (year)

10

100

100

1000

岩盤:の弾性係数：７80MPa、セメントの弾性係数：2,500MPa）

どのケースも概ね100年程度で完全に65飽和する←本当?

これはどう説明するの??
これはどう説明するのー月布鉱山と土浮山鉱山の例
月布鉱山と土浮山鉱山の例ーー

飽和していたらどうして坑道掘りできるの？
水が来ているところは盤膨れして掘れなくなる。

どうしてベントナイト鉱山の露天掘りで⽔たまりができるの？
ちゃんと止水しているからではないの?

バリア材の性能～粘土のバリア性～
大阪万博（
大阪万博（1970
1970年）で埋められたタイムカプセル
年）で埋められたタイムカプセル

緩衝材（粘土）

金属性の容器


タイム
カプセル


ちゃんと止水していましたよ！

Bentonite

Time
Capsuleベントナイトを取り除いたら漏れました！

Time
Capsuleベントナイトブロックの透水係数
-13
3
×
のための
5 10 m/s
1.6Mg/m
0100

透水期間 [day]
200
300

400

500

1.0E-07

透水係数 [m/s]1.0E-08
1.0E-09

ブロック試料（水平）ブロック試料（鉛直）
コア試料

1.0E-101.0E-11
1.0E-121.0E-13飽和?

ベントナイトブロックのCT観察
CT値が異なる2つの部分（低密度と⾼密度のベントナイト－⽔複合体）に区分できる。

Crack

Water flow

Bentonite-water
Bentonitecomplex低密度のベントナイト－⽔複合体が空隙を埋めている。

10mm
透⽔⽅向に平⾏なコア試料の断⾯図

ベントナイトの実力、知っていますか？
 本当に
本当に10
10-13m/s
m/sなの？
なの？
実際に測る or MD/HA・・・
 本当に簡単に飽和するの本当に簡単に飽和するの?(?(飽和ベントナイトの特性
飽和ベントナイトの特性はよく調べられているけれど…)
はよく調べられているけれど…)
BIGBENは？、FEBEXは？
ベントナイト鉱山で検証
 ベントナイト飽和の程度や様式は、物質移行や変質問題にとても重要!!
質問題にとても重要