プロジェクト課題

高レベル放射性廃棄物処分
背景・目的
高レベル放射性廃棄物の地層処分では、地下深部での地質・岩盤・地下水特性評価を踏まえた上で、地下施設の長期健全性の確保および人工バリア・天然バリアによる核種の超長期移行抑制機能が求められる。
本課題では、安全かつ合理的な処分事業の実現に向けて、処分地選定調査のうち、文献調査に基づいて選定された地区の概要調査、さらにその後必要となる精密調査における要素技術の開発や技術の体系化を進める。

主な成果
1．サイト選定の調査技術・評価手法の体系化と実証
概要調査の合理的かつ効率的な実施に向けて、仮想サイトでの模擬検討結果やこれまでの調査事例に基づき、概要調査の調査・評価フローを提案した。また、本フローに沿って机上で模擬調査を実施し、概要調査において考慮すべき事項を概ね評価できることを確認した［N 1 1］。また原子力発電環境整備機構（NUMO）との共同研究で、当研究所横須賀地区において、本フローに沿った原位置での地表調査やボーリング調査（図 1）を行い、これらの技術の適用性を確認した。これらの成果は NUMO が進める概要調査の計画立案等に役立てられている。
2．サイト選定調査のための先端的な要素技術の開発
概要調査と精密調査で重要と考えられる以下の要素技術の開発・高度化を進めた。
① 1 0 0 万年オーダーの地下水年代測定技術：指標となる 3 6 Cl を地下水試料から簡便に抽出する前処理方法を開発し［N 0 9 0 2 8］、4 He を指標とする手法と併せて北海道幌延サイトに適用し、同地点の地下水が堆積岩の堆積年代（百万〜数百万年）とほぼ同等の古さであることを明らかにした（図2）［N09027］。②方向性を制御できるコントロー
ルボーリング掘削、調査技術：幌延サイトにおいて 8 0 0 〜 9 0 0 m の水平掘削と調査ができることを日本で初めて実証した［N 0 3］。③地化学環境への微生物影響評価：日本
原子力研究開発機構（JAEA）受託研究として、幌延サイトの岩石・地下水試料（微生物を含む）を用いて室内試験を行い、酸化還元電位の低下には微生物反応が大きく関与していることを明らかにした（図 3）。④処分場周辺の長期力学挙動解明：世界に類を見ない処分孔周辺の模型を搭載できる遠心載荷岩盤実験装置を新たに開発・設置し、超長期力学挙動の模型加速実験を開始した（図 4）。数千年後の岩盤変形等の評価が数ヶ月の短期間で可能となる。
以上の研究成果は概要調査や精密調査を考慮した NUMO の調査計画や技術報告書に反映されている。なお、コントロールボーリングおよび地下水年代測定は経産省受託研究として、またそれらの幌延サイトでの検討は JAEA との共同研究として実施した。
その他の報告書 ［N0 9 0 1 6］［N0 9 0 2 0］［N0 9 0 2 6］16

原子力技術
原子力技術
原子力技術（塗りつぶし）：コア試料を用いた測定結果原子力技術
コア試料（塗りつぶし）：コア試料を用いた測定結果
コア試料

掘削
削・・調調査
査計計画
画掘

採取孔名
採取孔名

（白抜き）：採水試料を用いた測定結果（白抜き）：採水試料を用いた測定結果

深度 (m)(m)
深度 (m) 深度

深度 (m)

・・揚水して採水

向向傾向 加傾
加傾
増加 に 増 向に増共
共に と共 傾度とと 深度 に増加
深深度と共拡
孔泥 水環
環境
境下下で実施Yes
孔 内 試 験 （ 水拡理孔・力学等）
Yes【孔 壁 の 安 定 性 泥が水低い場合 】で 実 施【孔 壁 の 安 定 性 が 高 い 場 合 】
No
清水水環
環境
境下下でで実実施
施
清目
標
最終
深度に
到
達？
ｹｰｼﾝｸﾞ･ｾﾒﾝﾁﾝｸﾞ
ｹｰｼﾝｸﾞ･ｾﾒﾝﾁﾝｸﾞ【孔 壁 の 安 定 性 が 低 い 場 合 】
調査
査終
終了
了
【孔の安パ定ンへ性が高い場合】
次の壁掘削ス
削ス
調
次の掘パ ンへNo
拡孔
目標最終 深 度に 到 達 ？ 泥 水 環 境 下 で 実 施
Yes

HCD-2
コア試料HCD-2
HDB-9HDB-9
採取孔名（白抜き）：採水試料を用いた測定結果
HDB-10
コア試料00（塗りつぶし）：コア試料を用いた測定結果
HDB-10
HDB-11
採取孔名
HDB-11
HCD-2（白抜き）：採水試料を用いた測定結果
HCD-3・・揚水して採水
HCD-3
HDB-9
HCD-20
HDB-10・・揚水して採水
HDB-9
HDB-110
HDB-10
HCD-3-200-200
HDB-11
HCD-3（塗りつぶし）：コア試料を用いた測定結果
・・揚水して採水深度

コアア掘掘削削開開始（始（再再開開））コ（泥水の切替，掘削条件
水の切替，掘削条件の 変 更 等 に よ り対 処 ）No （ 泥の 変 更 等 に よ り対 処 ） 掘 削 ・ 調 査 計 画
NoYes
掘削削にに支支障を障を与与ええる
る
Yes
掘孔壁
壁保保護
護のの必必要要性性※11 逸
逸・・湧湧水水層層，，未未固固結結層層，，孔掘削調査計※※1
地始（質・に再遭開遇）
？画
※1
コア掘削開
断層層破破砕
砕帯帯等等
地質に遭
遇？
断（ 泥Yes
水の切替，掘削条件
No
Yes
No
No の 変 更 等 に よ り対 処 ）コ度アに掘到削達開（掘始（削再ス開パ）ン ）孔内内検検層・層・試
試（験泥 水 の 切Yes
所
定深孔
験替，掘削条件所
到 達与（掘スパン）
掘定
削深に度支に障をえ る削孔 壁 保 護 の 必 要 No性※1 逸・湧水層，未固結層，の 変 更 等 に よ り対 処 ）※地質に遭遇？ 1
断層破砕帯等
YesYes 掘 削 清孔Yes
壁保保護
護対対策
策に支障を与え Noる
水下で孔壁孔壁保護の必要性
Yes※1 逸・湧水層，未固結層，
清 水 下 で ※ 1NoNo
地質に遭
遇
？
孔
壁が安定？
断層破砕帯等
孔 壁削がス安パ定ン？）
孔 内 検 層・ 試 験 Yes
所 定 深 度 に 到 達 （掘No
孔内状
況把握（キャリパー）孔内状
況把握（キキャャリリパパーー））
孔内状況
孔護内対検策層・試把験握 （ キ ャ リ パ所ー定）
深 度 に 到 達 （掘 削孔ス内パ状ン況）把 握 （孔壁保Yes
No
清水下で孔護内対検策層①①（（物物理理検検層層））孔 壁 が 安 定 ？
孔内検層
孔壁保YesNo
清水下で孔内状況把握（キャリパー）孔壁が
孔安内定状？
況孔
把内握検（層キ①
ャ（リ物パ理ー検）層
孔内検層①（物理検層））
孔内内洗洗浄
浄・・清
清水
水置置換
換
孔
孔層
内①状（
況物把理握検（層キ）ャリパー）
孔内状況把握（キャリパー）孔内検
孔内内検検層層②②（（ﾌﾛｰﾒｰﾀ・ﾌﾛｰﾒｰﾀ・流流体体等等））
孔内内試試験験（（水水理理等等））
孔
孔
孔内検層①（物理検層）
孔 内孔
洗内浄検・層清①
水（置物換理 検 層 ）孔内試
験（水理・力学等）
孔内試験（水理・力学等）
孔内検層①（物理検層）
孔 ﾌﾛｰﾒｰﾀ・内 洗 浄 ・流清体
水等置）
換
孔内検層②（孔内試験（水理等）【孔壁壁のの安安定定性性がが低低い
い場
場合合】】【孔壁の安定性性がが高高い
い場
場合合】】
【孔
【孔 壁 の 安 定NoNo流 体目孔 内 検 層 ② （ ﾌﾛｰﾒｰﾀ・等標）最 終 深 度に 到 達 ？孔 内 試 験 （ 水 理 等 ）孔内試験（水理・力学等）
目標
最 終 深 度に 到 達 ？

-200-200-400-400-400-400-600-600

被圧不活性
被圧不活性
状態で採水状態で採水
1044
10-600-600
104

被圧不活性

1055
1066
1077
101010状態で採水
被圧不活性
Heで評価された年代（年）Heで評価された年代（年）
105

状態で採水

1061074図
地下水年代測定結果（深度とHe年代）
Heで評価された年代（年）
図 1 提案した概要調査における掘削・調査手順
図図2 22地下水年代測定結果（深度とHe年代）
地下水年代測定結果（深度とHe
105106107年代）
10
調査終了
次 の 掘 削ス パ ンへ 図１ 提案した概要調査における掘削・調査手順
図１ 提案した概要調査における掘削・調査手順
清水環境下で実施
He
濃度と蓄積速度から算出された地下水年代はHeで評価された年代（年）
ｹｰｼﾝｸﾞ･ｾﾒﾝﾁﾝｸﾞ
He
濃度と蓄積速度から算出された地下水年代は当研究所が提案した概要調査の調査・評価フローに沿っ
He 濃度と蓄積速度から算出された地下水年代は調査終了
次 の 掘 削ス パ ンへ
当研究所が提案した概要調査の調査・評価フローに沿って現地
当研究所が提案した概要調査の調査・評価フローに沿って現地
幌延サイトの稚内層の堆積年代（百万～数百万
図幌延サイトの稚内層の堆積年代（百万～数百万
2 地下水年代測定結果（深度と He 年代）て現地において掘削・調査を行い、フローの適用性を確
幌延サイトの稚内層の堆積年代（百万〜数百万において掘削・調査を行い、フローの適用性を確認すると共に、
図１ 提案した概要調査における掘削・調査手順において掘削・調査を行い、フローの適用性を確認すると共に、
図 2 地下水年代測定結果（深度と He 年代）年）とほぼ一致した年代を示した。これにより、地下He 年）とほぼ一致した年代を示した。これにより、地下濃度と蓄積速度から算出された地下水年代は
図１ 提案した概要調査における掘削・調査手順
地質・岩盤性状に応じて適用可能な掘削・調査手順を提案した。
当研究所が提案した概要調査の調査・評価フローに沿って現地認すると共に、地質・岩盤性状に応じて適用可能な掘削・年）とほぼ一致した年代を示した。これにより、地質・岩盤性状に応じて適用可能な掘削・調査手順を提案した。
He濃度と蓄積速度から算出された地下水年代は水はほとんど動いていないと推定できる。
幌延サイトの稚内層の堆積年代（百万～数百万
水はほとんど動いていないと推定できる。
当研究所が提案した概要調査の調査・評価フローに沿って現地地下水はほとんど動いていないと推定できる。
において掘削・調査を行い、フローの適用性を確認すると共に、調査手順を提案した。
幌延サイトの稚内層の堆積年代（百万～数百万年）とほぼ一致した年代を示した。これにより、地下において掘削・調査を行い、フローの適用性を確認すると共に、地質・岩盤性状に応じて適用可能な掘削・調査手順を提案した。
年）とほぼ一致した年代を示した。これにより、地下水はほとんど動いていないと推定できる。
大気曝気
曝気停止
大気曝気
曝気停止
地質・岩盤性状に応じて適用可能な掘削・調査手順を提案した。
水はほとんど動いていないと推定できる。
（処分場の酸化模擬）（処分場の埋戻模擬）（処分場の酸化模擬）（処分場の埋戻模擬）
図 33 幌延試料を用いた酸化還元模擬試験
幌延試料を用いた酸化還元模擬試験
図

拡孔
ｹｰｼﾝｸﾞ･ｾﾒﾝﾁﾝｸﾞ

清 水 環泥境水下環
で境実下
施で 実 施

曝気停止
滅菌系
滅菌系
（処分場の埋戻模擬）
曝気停止（処分場の埋戻模擬）

ORP,mV
ORP,mVvs
vsAg/AgCl
Ag/AgCl
ORP, mV vs
Ag/AgCl

JAEA 幌延深地層研究所（深度約幌延深地層研究所（深度約 140m）に140m）に
JAEA
図 3 幌延試料を用いた酸化還元模擬試験
おいて採取した堆積岩および地下水試料をおいて採取した堆積岩および地下水試料を
図 3 幌延試料を用いた酸化還元模擬試験
JAEA 幌延深地層研究所（深度約 140m）に用いて処分環境変化を模擬した室内試験
用いて処分環境変化を模擬した室内試験
JAEA 幌延深地層研究所（深度約 140m）において採取した堆積岩および地下水試料を
図3
幌延試料を用いた酸化還元模擬試験（ジャーファーメンター試験：写真）を行い、酸（ジャーファーメンター試験：写真）を行い、酸おいて採取した堆積岩および地下水試料を用いて処分環境変化を模擬した室内試験
JAEA
幌延深地層研究所（深度約 1 4 0m）に化還元電位の低下には微生物反応が大きく化還元電位の低下には微生物反応が大きく用いて処分環境変化を模擬した室内試験（ジャーファーメンター試験：写真）を行い、酸おいて採取した堆積岩および地下水試料を寄与していることを明らかにした。
寄与していることを明らかにした。
（ジャーファーメンター試験：写真）を行い、酸用いて処分環境変化を模擬した室内試験
化還元電位の低下には微生物反応が大きく化還元電位の低下には微生物反応が大きく（ジャーファーメンター試験：写真）を行い、寄与していることを明らかにした。
酸化還元電位の低下には微生物反応が大き寄与していることを明らかにした。
く寄与していることを明らかにした。

酸化還元電位
酸化還元電位
酸化還元電位

滅菌系
200 00‐100200 00
100 ‐10010203040滅菌系505010203040‐2001000 ‐200
微生物作用
微生物作用
‐300‐100 ‐300
0 0 1020304050‐400‐100 0‐200 ‐40010 微生物作用
20304050
非滅菌系‐500‐200‐300 ‐500
非滅菌系
微生物作用
‐600‐300‐400 ‐600
非滅菌系
‐700‐400‐500 ‐700
Time, dayday 非滅菌系
Time,曝気停止(9d)‐500‐600曝気停止(9d)‐700 ‐600
Time, day
曝気停止(9d)‐700
Time, day
曝気停止(9d)

ORP, mV vs Ag/AgCl

酸化還元電位

大気曝気
200 大気曝気（処分場の酸化模擬）
200100（処分場の酸化模擬）
100Yes

図 44 超長期遠心載荷岩盤実験装置の全景
超長期遠心載荷岩盤実験装置の全景
図
熱・水・応力条件を制御した 1/30
1/30 スケールの処分孔周辺の模型実験を開始した。本装置は最大スケールの処分孔周辺の模型実験を開始した。本装置は最大 66 ヶ月
ヶ月
熱・水・応力条件を制御した
図 4 超長期遠心載荷岩盤実験装置の全景
間、100Ｇの遠心加速度を付与でき、数ヶ月の実験で数千年に相当する力学的挙動を評価することが間、100Ｇの遠心加速度を付与でき、数ヶ月の実験で数千年に相当する力学的挙動を評価することが図44 超長期遠心載荷岩盤実験装置の全景
超長期遠心載荷岩盤実験装置の全景
熱・水・応力条件を制御した 1/30図
スケールの処分孔周辺の模型実験を開始した。本装置は最大6 ヶ月可能である。
熱・水・応力条件を制御した
1 ／1/30
3 0 スケールの処分孔周辺の模型実験を開始した。本装置は最大
6 ヶ月間、可能である。
熱・水・応力条件を制御したスケールの処分孔周辺の模型実験を開始した。本装置は最大 6 ヶ月間、100Ｇの遠心加速度を付与でき、数ヶ月の実験で数千年に相当する力学的挙動を評価することが1 0 0G の遠心加速度を付与でき、数ヶ月の実験で数千年に相当する力学的挙動を評価することが可能である。
2間、100Ｇの遠心加速度を付与でき、数ヶ月の実験で数千年に相当する力学的挙動を評価することが可能である。
可能である。
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