放射性物質をトレーサーとして用いた多孔質媒体中の水みち形成過程の解明（令和 3年度）
Study on Water Channel Processing in Porous Media using Radiotracer

研究概要

　水みちは、廃棄物埋立地の正確な物質動態を把握するための重要な課題である。廃棄物層内の可動水相では溶出やガス化が進行するものの、不動水相では停滞する不均質場である。各相におけるフラックスは有効間隙率と屈曲率の二つのパラメータで表現し、球形度と粒度分布、スケール長さを引数とするこれらの関数形を、土槽実験と数値実験によって明らかにし、実際の廃棄物埋立地における浸出水挙動を説明できるのかを検証する。

研究の性格

• 主たるもの：技術開発・評価
• 従たるもの：基礎科学研究

全体計画

　１年目はイメージングプレートを用いた水みちの可視化方法を構築する。標準砂を用いた小型実験土槽に、放射能汚染飛灰溶出液をトレーサーとして、土槽上端より注入する。IPの分解能は最高100μm/pxであるが、土槽の材質や奥行きによって分解能は低下するので、鮮明な水みちを得るための要件を調べる。
　２年目は確立した可視化方法を用いて、主灰や廃プラを用いた土槽実験を行い、トレーサー注入前後のIP画像の変化から水みちの形成箇所を実測する。これらを再現可能なモデルを、個別要素法とFEM流体解析の組み合わせによって構築し、コンピュータ上で疑似的に再現した多孔質体の有効間隙率と屈曲率に及ぼす球形度と粒度分布、スケール長さの影響を明らかにする。

今年度の研究概要

(1) 可視化手法の確立：標準砂を用いてその放射性セシウム濃度をイメージングプレートによって計測するための露光時間の最適化する。イメージングプレート前面に設置したプラスチック板の素材と厚みが露光時間に与える影響を関数化する。
(2) 水みちの可視化実験：断面二次元土槽実験を行い、その中を流れる水みちを、土槽前面に貼り付けたイメージングプレートによって可視化する。時間とともに変化する水みちを捉えるための必要な露光時間をトレーサーの吸着遅延によって確保し、それをトレーサーに共存するイオン濃度によって制御する。物質移動シミュレーションと放射線シミュレーションによる数値実験を交えて、理論に裏付けられたより確実な実験手法を検討する。

外部との連携

熊谷組技術研究所、福島県環境創造センター