NUMO包括的技術報告書（仮題）におけるシナリオ構築手法
原子力発電環境整備機構

牧内秋恵

石田圭輔

＜はじめに＞

浜本貴史：集約した情報（□に要件との対応関係を色分けして示す）※OECD/NEAの国際FEPリスト(OECD/NEA, 2014)，第２次取りまとめ(核燃料サイクル開発機構, 1999)，第２次TRUレポート(核燃料サイクル開発機構，電気事業連合会, 2005)を参考に作成した。

安全評価では，処分システムの将来挙動を分析し，これに基づいて閉鎖後長期間のシナリオを構築する。そして，必要なモデルおよびデータセットを整備し，それらを用いて算出した放射線学構築する。そして，必要なモデルおよびデタセットを整備し，それらを用いて算出した放射線学的影響と安全基準との比較を行う。

Step I シナリオ分類の検討＜シナリオ構築手法の要件＞
線量/確率分解アプローチによる要件
安全評価にあたっては，天然の地層という不均質な領域を対象に，発生可能性や影響が様々な自然現象や人為事象について検討する必要がある。

状態変数に影響を与えるFEPの抽出

地層処分システムの将来挙動を記述したシナリオ作成のため，安全評
価で考慮すべき現象などをシステムの特質（Feature）やそこで発生する事象（Event），過程（Process）を用いて分析整理したもの

安全機能時間展開図

時間枠に応じた安全機能の整理

ストーリ
ボード

安全機能

天然バリア+人工バリア【閉鎖後閉じ込め】• ガラスが溶けにくいことによる浸出抑制

天然バリア
【隔離】
• 地質の長期的な変動からの防護• 人の接近の抑制【閉鎖後閉じ込め】• 収着による放射性物質の移行遅延• 遅い地下水流動• 分散による移行率の低減

オーバーパック【閉鎖後閉じ込め】• 発熱が著しい期間の地下水接触の防止

緩衝材

閉鎖用埋め戻し材など
埋め戻し材

鉱物組成

厚さ

すき間

【閉鎖後閉じ込め】• アクセス坑道およびその周辺が卓越した移行経路となることの抑制

密度

鉱物組成

厚さ

すき間

密度

鉱物組成

厚さ

温度

顕著に生じる可能性は低い（処分場の化学的プロセスの例）

温度

再反証1-1： 諸外国の研究グループによる解析においても間隙閉塞による変質の制限が示唆されており，結果は妥当と考えられる

反証1-1： 解析結果には不確実性が含まれているのではないか？

安全機能に影響を与える物理的・化学的特性などを「状態変数」として抽出

再反証1-2： 実際の処分場では，周囲を拘束された未変質の圧密ベントナイトの膨潤圧により，緩衝材が変質したとしても微小亀裂は形成されず，また二次鉱物の体積膨張による間隙閉塞により物質移動が抑制され，変質はセメント－ベントナイト境界面に留まる

反証1-2： セメント影響による変質部から割れ目が生じ，これらに沿ってセメント成分の物質移動が促進されることにより変質が広がるのではないか？

抽出した状態変数と安全機能の関連を表現

包括的技術報告書（仮題）FEP

pH conditions (repository)
Redox conditions (repository)
Perturbing species'
3.2.4.3
concentrations(repository)
3.2.4.4 Corrosion (repository)
3.2.4.5 Dissolution (repository)
3.2.4
3.
3.2
3.2.4.6 Mineralisation (repository)
ChemicalRepository Repository
processes 3.2.4.7 Precipitation reactions (repository)
Factors Processes(repository) 3.2.4.8 Chelating agent effects (repository)
3.2.4.9 Colloid formation (repository)
Chemical concentration gradients
3.2.4.10(repository)
Impact of chemical processes on
3.2.4.11
other processes (repository)

3.2.4.1-H
3.2.4.2-H

pH条件（処分場）
酸化還元条件（処分場）

3.2.4.3-H

化学種濃度の変動（処分場）

3.2.4.4-H
3.2.4.5-H
3.2.4.6-H
3.2.4.7-H
3.2.4.8-H
3.2.4.9-H

腐食（処分場）
溶解（処分場）
鉱化作用（処分場）
沈殿反応（処分場）
キレート剤の効果（処分場）
コロイドの形成（処分場）②FEPと状態変数を対応させることで，包括性を確認

安全機能

要因分析図
：事象，プロセス※代表的なプロセスを記載

3.2.4.10-H 化学的濃度勾配（処分場）

密度3.2.4.11-H 化学的プロセスがその他のプロセスに与える影響（処分場）

鉱物組成

状態変数

温度

熱による変質（化学的プロセス）③取り扱うFEPの選択④追跡性の確保

緩衝材の化学的変質（3.2.4.12）
緩衝材の物理的特性は，膨潤圧と低透水性，およびモンモリロナイト層（膨潤時）とベントナイト間での水の保持能力であるが，モンモリロナイトが膨潤性の低い鉱物へと変質することで，これらの物理的特性が変化することが考えられる。「化学的変質」の内容には，このような緩衝材の特性・長期健全性を考慮する際の，熱による影響，セメント影響による変質，鉄影響による変質が含まれる。
下図に，緩衝材の化学的変質の安全性への影響可能性を示す。当該 FEP に関する影響要因（熱，セメント影響，鉄影響）は，関連する特性（状態変数）としてはいずれも緩衝材の鉱物組成に影響を与えると考えられる。これが技術要件（低透水性，コロイドろ過性，収着性）および安全機能（移流によ4. 理解の現状
熱影響による緩衝材変質る移行の抑制，コロイド移行の防止抑制，収着による放射性物質の移行抑制），そして最終的に放射性核種崩壊に伴い廃棄体から放出された熱は，緩衝材へと伝播して，その温度により化学的変質にも影物質の移行抑制に影響与える可能性がある。
響し，モンモリロナイトがイライト化することにより，膨潤性物質から非膨潤性物質へと変換してい侵食（エロージョン）記載項目
１．名称
２．FEPの概要
３．安全性への影響の可能性
４．理解の現状

オーバーパックの沈下（容器の移動）５．ナチュラルアナログ（天然環境で生じた類似の事象）

緩衝材再冠水の遅れによる温度上昇（水理学的プロセスが他のプロセスに与える影響）

水流による部分的な侵食

低透水性

理解の現状

不確実性

シナリオ上の取り扱いに係る分析

セメント溶脱によってCa濃度やpHが上昇することによりベントナイトのイオン交換，リ ナ溶解
モンモリロナイトの溶解と二次鉱物沈殿などが生じ鉱物組成が変化するが，ベントナイトとコンクリートの境界での間隙閉塞のため変質は局所的である。

二次鉱物による間隙閉塞，モンモリロ
ナイト反応速度式の誤差，生成する誤 ， 成する二次鉱物など，緩衝材の長期安定性に関する知見の不足。

左記の不確実性要因を考慮した場
合にはベントナイト残存量はある程度低下する可能性があるが，硬岩系岩盤では坑道支保やグラウトなど系岩盤では坑道支保やグラウトなど，セメントの使用量が制限されることから，緩衝材の変質は局所的であり，安全機能への影響はほとんどないものと考えられる。一方，軟岩系岩盤で坑道支保においてセメント系材料が多用される場合には，顕著な割合の緩衝材の変質は否定できない。

鉱物組成
鉄影響による緩衝材変質

施工時の間隙残留（事故及び予期しない事象）

６．今後の課題

ガスによる通気経路（ガスによる破損）

７．包括的技術報告書における取扱い
８．参考文献FEP
セメント
影響による緩衝材変質

セメントによる変質（化学的プロセス）
鉄影響による変質（化学的プロセス）

低透水性

く過程を経る。
5. ナチュラル
熱影響による緩衝材変質に関連するナチュラルアナログ
セメント影響による緩衝材変質
アナログ
モンモリロナイトからイライトへの変質に関する調査事例は多く，堆積層が深くなればなるほど，地セメント系材料の溶脱によって供給される水酸基やCa イオンが拡散によって緩衝材に移行しベント温が上昇することに起因してイライトの含有率の高いことが確認されている。
ナイトと反応することにより，イオン交換，モンモリロナイトの溶解及び二次鉱物の沈殿といった緩鉄影響による緩衝材変質に関するナチュラルアナログ
衝材の変質が生ずる。特に，セメント−ベントナイト境界における二次鉱物の沈殿は間隙の閉塞をもた上述したように，炭素鋼の還元環境での腐食に伴って空隙水中に溶出する Fe(II)イオンの影響によるらし，緩衝材の長期健全性の観点では，物質移行が抑制されることによりその後の緩衝材の変質が停
ベントナイトの変質メカニズムのうち，層間での鉄イオンの固定に伴う chlorite 化が，ナチュラルア止するメカニズムとなる。
ナログにおいて観察されている。
鉄影響による緩衝材変質
図 緩衝材の化学的変質に関する安全機能への影響可能性
6. 今後の課題
二次鉱物による間隙閉塞の成否（変質部の割れ目生成等），モンモリロナイト反応速度式の誤差，生成炭素鋼の還元環境での腐食に伴って溶出するFe(II)イオンの影響によるベントナイトの変質として，する二次鉱物に関する知見の不足
層間でのイオン交換，Edge site における表面錯体生成，層間での鉄イオンの固定に伴うchlorite 化，
7. 包括的技 術 ・緩衝材熱変質に関しては，設計上考慮する人工バリア内最高温度は100℃以下であり，また，仮に鉄を含む二次鉱物の沈殿によるセメンテーション，また octahedral な構造の変化を伴うモンモリロナ
報告書におイトの変質が生じる。
（以上，抜粋） これを上回ることがあったとしても，ガラス固化体の発熱期間を考慮すれば十分な期間にわたってける取扱い継続することはない。
・セメント影響による緩衝材変質に関しては，セメント溶脱成分との反応によりベントナイト残存量がある程度低下する可能性があるが，吹き付けコンクリートやグラウトの使用量の制限や低 pH セメントの使用等によって回避可能と考えられる。
・鉄影響による緩衝材変質に関しては，間隙閉塞によって影響領域が限定され大半の緩衝材が未変質のまま残ると予想されるが，前述の不確実性要因を考慮して間隙閉塞を無視した場合には顕著な割合の緩衝材の変質可能性が否定できない。
以上から，鉄影響による緩衝材変質に関して，変動シナリオで取り扱うこととする。

すき間

厚さ

９．変更日付シナリオにおける現象間の相互関係の可視化

プロセス

状態変数

オーバーパック開口後

地下水によるベントナイト侵食

埋め戻し材

掘削影響領域
緩衝材

埋め戻し材

概要

廃棄体

緩衝
緩衝材材
廃棄体

鉱物組成

掘削影響領域

割れ目

低透水性
コロイドろ過性
収着性（緩衝材有効厚さ）

緩衝材ベントナイト密度＜
コロイドろ過性を保持する閾値

参考文献

割れ目

地下水の供給

Fb

核種の移流
分散

核種のマトリクス
拡散・収着オーバーパックの沈下

低透水性
緩衝材ベントナイト密度＜
コロイドろ過性
オーバーパックを支持する閾値
収着性（緩衝材密度）現象の発生可能性に係る分岐（黄色の菱形）の判断
密度

T

環境条件

鉄影響による緩衝材変質

シナリオの分岐透水性割れ目

変動シナリオで取扱うプロセスの影響

緩衝材ベントナイト密度＜拡散支配となる閾値

収着性（緩衝材中Kd）

間隙閉塞によって影響領域が限定され大半の緩衝材が未変質のまま残ると予想される。ただし，左記の不確実性要因を考慮して間隙閉塞を無視した場合には顕著な割合の緩衝材の変質可能性が否定できない。

透水性割れ目

基本シナリオで取扱うプロセスの影響

緩衝材中の核種の移流

低透水性（緩衝材中実効拡散係数）

二次鉱物による間隙閉塞の成否（変質部の割れ目生成等），モンモリロナ
イト反応速度式の誤差，生成する二次鉱物など，緩衝材の長期安定性に関する知見の不足。

（ニアフィールドに関する例示）

ストーリボード
坑道閉鎖後 100 年間程度

コ ロイドによる核種移行発生可能性

オーバーパックの腐食によって生ずるFeイオンによりベントナイトのイオン交換，モンモリロナイトの溶解と二次鉱物沈殿などが生じ鉱物組成が変化するが，ベントナイトとオーバーパックの境界での間隙閉塞のため変質は局所的である。

⑤非専門家も含めたステークホルダーと理解を共有する場として活用（鉄影響による緩衝材変質に関する例示）
安全機能（パラ メータ ）安全機能への影響シナリオで取り扱う処分システムの状態変遷の可視化⑤相互関係の図示による共通認識の形成
FEPチャート

討論モデルなどを用いた検討

シナリオ分岐分析表：特性3.2.4.12-H 緩衝材の化学的変質（緩衝材の化学的変質の例）①「理解の現状」において安全機能への影響を記述し，「不確実性」において発生可能性を記述③「理解の現状」，「不確実性」からFEPの取り扱いを判断する④「シナリオ上の取り扱いに係る分析」において判断過程を明確化

状態変数に影響を与えるFEPの抽出②現象の網羅性の確認

国際FEP
3.2.4.1
3.2.4.2

密度（セメント影響による緩衝材変質に関する例示）

論拠1： 多成分反応移動解析において，セメント－ベントナイトの境界部の二次鉱物沈殿に伴う間隙閉塞によって変質が局所的なものに留まっていることが示されている

安全機能に影響を及ぼす事象の発生可能性の分析

安全機能に関連するFEPの選択・FEP情報の整理

鉱物組成

FEPチャート

温度

コロイド移行の防止抑制（コロイドろ過性）

収着による放射性物質の移行抑制
（収着性）

要因分析図

討論モデルによる要因の影響分析の例④確からしさ 判断 妥当性を す④確からしさの判断の妥当性を示す
セメント影響により緩衝材の変質が密度移流による移行の抑制（低透水性）

状態変数【閉鎖後閉じ込め】• 放射性物質の溶解度制限

FEPシート

シナリオにおける現象間の相互関係の可視化

シナリオにおける状態変遷の可視化

構成要素

ガラス固化体FEPリスト

シナリオ分類 シナリオ分岐分析表

シナリオの記述

安全機能に係る状態変数の抽出

地層処分システムの安全機能の定義
隔離：地質の長期的な変動からの防護，人の接近の抑制
隔離
地質の長期的な変動からの防護 人の接近の抑制
閉鎖後閉じ込め：放射性物質の浸出抑制，放射性物質の移行抑制

3. 安全性への影
響の可能性

FEP情報の整理

シナリオの記述
シナリオに関する文書

Step II

シナリオ構築手法に関する国際機関の議論において②から⑤の要件が指摘された(OECD/NEA, 2001) 。
* FEP

FEPシート

安全機能に係る状態変数の抽出(b) シナリオ分類の分析

国際機関での議論において指摘された要件

緩衝材

安全機能に関連するFEPの選択

安全機能に影響を及ぼす事象の発生可能性の分析

そのため，NUMOは，国際放射線防護委員会(ICRP)が推奨している「線量/確率分解アプローチ」(ICRP, 1998; 2013)を採用する。これは，代表的なシナリオを線量拘束値と比較し，その他の起こりづらいシナリオについては，シナリオの発生可能性の定性的な区分に応じて，その評価結果を発生可能性に応じた線量基準値と比較するという考え方である。
したがって，シナリオ構築手法の要件として，①個々の事象の発生可能性，および，安全機能への影響を適切に整理することが求められる。

【閉鎖後閉じ込め】• 移流による移行の抑制• コロイド移行の防止
コロイド移行の防止・抑制
抑制• 収着による放射性物質の移行遅延

地層処分システムの安全機能の定義(a) 安全機能とFEPの関連性の整理

国内外における検討の結果，シナリオの発生可能性を勘案し，その影響の大きさを評価するリスク論的考え方に基づく安全評価手法が一般的となっているが，発生可能性を定量的に推定することは困難なことが多い。

② 網羅性，包括性，十分性③ 安全評価において取扱うFEP*と，その取り扱いを示すこと④ シナリオの構築過程や判断過程に対する追跡性⑤ 安全評価の透明性

FEPデータベース※

地質環境のモデル/処分場設計

日本では地層処分の規制制度化がされていないことから，安全評価の手法は定まっていない。
そこで，第２次取りまとめ以降の国内外における最新の知見を踏まえてシナリオ構築手法を検討した。

1. 名称
2. 概要

黒澤進

＜シナリオ構築手法（案）＞

包括的技術報告書（仮題）では、安全な地層処分の実現性を評価するために，わが国の地質環境と，地質環境に応じて設計された処分場に対して，閉鎖後長期の安全評価を実施する。

FEPリスト

澁谷早苗

HM

C

FEPチャートを用いた現象間の相互関係の整理は，基本シナリオおよび変動シナリ
オで取り扱う場の変遷の評価や核種移行解析の枠組みの構築に反映

放射性物質の溶解度制限
移流・分散による移行率の低減
収着による移行の抑制●緩衝材及び母岩中の最高温度は 100℃以下●廃棄体の発熱による温度上昇が顕著な期間は数十年程度●透水性割れ目からの地下水供給によって上部坑道埋め戻し材及び緩衝材が水分飽和に到る●飽和後の緩衝材は低透水性であり地下水の流れは無視し得る●埋め戻し材及び緩衝材は膨潤して一様な圧縮場となる●緩衝材膨潤圧と地圧・静水圧が均衡することによって新たな定常的応力場が形成される●坑道閉鎖後に残留する酸素は、オーバーパック、緩衝材や母岩中の鉄鉱物あるいは微生物等との反応によって消費され、還元環境となる●周辺岩盤中の地下水水質は当初の FRHP に回帰する
万一の核種漏洩に備えたバックアップとしての潜在的機能
万一の核種漏洩に備えたバックアップとしての潜在的機能
万一の核種漏洩に備えたバックアップとしての潜在的機能●処分場深度減少に応じて、地温勾配（3℃/100m 程度）に従い人工バリア等の温度は低下する●処分場深度における地下水流速の変化は顕著ではない

同左

同左
処分場深度は還元環境であり、地下水水質は FRHP であるため、核種移行抑制に寄与する深部岩体（母岩）中の地下水流速は上部割れ目体に比して顕著に小さく、また、飽和後の緩衝材は低透水性であり地下水の流れは無視し得るため、核種移行抑制に寄与する処分場深度は還元環境であり、地下水水質は FRHP であるため、核種移行抑制に寄与する

どのような安全機能が維持されているか，あるいは低減／喪失されるか記述（表中の記述は一例）

ICRP(1998): Radiation Protection Recommendations as Applied to
the Disposal of Long‐lived Solid Radioactive Waste, ICRP
Publication 81, Annuals of the ICRP Vol.28 No.4.
ICRP(2013): Radiological Protection in Geological Disposal of Long‐
lived Solid Radioactive Waste, ICRP Publication 122, Annuals ofthe ICRP Vol.42 No.3.
核燃料サイクル開発機構(核燃料サイクル開発機構(1999)：わが国における高レベル放射性) わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性－地層処分研究開発第2次取りまとめ－第3分冊，JNC‐TN1400 99‐023.
核燃料サイクル開発開発機構，電気事業連合会(2005)：TRU廃棄物処分技術検討書－第2次TRU廃棄物処分研究取りまとめ－，JNC‐TY1400 2005‐013.
OECD/NEA(2001)： Scenario Development Methods and Practice, An
Evaluation Based on the NEA Workshop on Scenario
Development, May 1999.
OECD/NEA(2014)： Updating the NEA International FEP List An
Integration Group for the Safety Case (IGSC) Technical Note,
NEA/RWM/R(2013)7.

連絡先
原子力発電環境整備機構 技術部性能評価技術Gr.
浜本 貴史（Hamamoto Takafumi）
Mail: thamamoto@numo.or.jp