報告書番号

N06021

タイトル（和文）

微視構造変化に伴う人工バリア材挙動の計算科学的評価手法の検討―X線回折分析と分子シミュレーションによる検討―

タイトル（英文）

Study on numerical approaches to evaluate performance of barrier materials based on modeling of microstructual behavior - X-ray diffraction analyses and molecular simulation -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

高レベル放射性廃棄物処分において人工バリアとして期待されるベントナイトは，きわめて微細な結晶粒子からなる材料であり，その挙動はこの微細な結晶粒子の挙動に支配される．そのため，このような材料に適用が期待される分子シミュレーション法を調査・整理した．分子シミュレーション法による計算では，層間への水の出入りによる底面間隔の増減を再現することができるともに，間隙に存在する水の粘性係数などの物性も計算可能である．また，浸潤溶液の水質，温度・湿度の条件が異なる状況でのＸ線回折分析により，ベントナイト中の粘土鉱物の底面間隔を調べた．その結果，塩水環境下では電気二重層が現れず，膨潤性が低下すること，高温状態では層間から水が失われやすいことが分かった．温度・圧力・化学ポテンシャルの制御した計算と微視観察実験により微細粒子の挙動データベースを作成すれば，膨潤モデルの高度化のための基礎データとなる．

概要 （英文）

Bentonite, which is expected to be the main material of the artificial barriers in nuclear waste disposal, is the typical "nano" material since it consists of extremely small minerals. Its macro behavior is dominated by such small minerals.
Therefore, molecular simulation methods are referenced because they are expected to be applied to the nano materials. Using molecular simulation, variation of basal spacing which is caused by water invasion into the interlayer between smectite minerals can be reproduced. Furthermore, viscosity and other parameters of interlayer water can be evaluated. Basal spacing between clay minerals is measured in the different conditions of ion concentration, temperature and relative humidity by X-ray diffraction method. The following two tendencies are observed; (1) electric double layers don't appear in the case of salt water mixed and it means the reduction of the swelling performance, (2) interlayer water is easy to be lost in the condition of high temperature.
Our swelling model will be developed using the database obtained from the combination of molecular simulations and microscopic observations in various conditions.

報告者

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