Published September 2024 | Version v1
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Quantitative evaluation of long-term state changes of contaminated reinforced concrete considering the actual environments for rational disposal (Contract research). FY2022 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project

Description

The Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science (CLADS), Japan Atomic Energy Agency (JAEA), had been conducting the Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project (hereafter referred to 'the Project') in FY2022. Among the adopted proposals in FY2020, this report summarizes the research results of the 'Quantitative evaluation of long-term state changes of contaminated reinforced concrete considering the actual environments for rational disposal' conducted from FY2020 to FY2022. Estimating waste volume and concentration is essential for decommissioning concrete structures at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. This study aims to quantitatively predict the distribution of contaminants in concrete components considering the actual contamination affected by the materials used (cement type, aggregate); conditions (cracking, drying/carbonation); and contact procedure with radionuclides (mixing of cooling water and seawater, changes in its concentration). Data on deformation and water movement caused by drying and reabsorption were obtained to reproduce aged concrete conditions in numerical analysis. In parallel, a numerical code was developed to calculate the distribution of cracks using a rigid-body spring model considering the history of temperature, water, and stress conditions. To evaluate the long-term penetration of radionuclides, the sorption of Cs and Sr in C-A-S-H was measured, and a multi-element transfer model considering thermodynamic phase equilibrium was developed for radionuclide penetration. Simultaneously, the penetration behaviors of Cs and Sr under the assumed conditions mentioned above were measured by autoradiography. The depth of α-nuclides penetration was evaluated by immersing specimens simulating cracks in the solution containing α-nuclides. Finally, the amount of contaminated cracked dried concrete by Cs and Sr was estimated based on the findings. (J.P.N.)

Availability note (English)

Also available from JAEA; DOI: https://doi.org/10.11484/jaea-review-2024-011

Abstract (Japanese)

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本研究は、令和2年度に採択された研究課題のうち、「合理的な処分のための実機環境を考慮した汚染鉄筋コンクリート長期状態変化の定量評価」の令和2年度から令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。福島第一原子力発電所のコンクリート構造物の廃止措置では、廃棄物量や濃度を推計することが重要となる。本研究は、コンクリート部材における汚染濃度分布の定量予測を目的としている。コンクリート中の放射性核種の移動には、使用材料(セメント種類、骨材)、状態変化(ひび割れ、乾燥・炭酸化)、放射性核種との接触状態(冷却水と海水の混合、汚染水の濃度変化)等が影響を及ぼす。本研究では、実環境を考慮した放射性核種の浸透状況の推定に向けて、以下を実施した。経年変化したコンクリートの状態を数値解析上で再現するため、乾燥、再吸水によって生じる変形および水分移動に関するデータを取得した。並行して、剛体バネモデルを用いて、コンクリートの材齢変化および温度・水・応力条件を考慮できる、ひび割れの分布を計算する数値解析手法を開発した。コンクリートマトリクスへの長期的な核種の浸透挙動を評価するため、C-A-S-H系におけるCsやSrの収着に関するデータを取得し、熱力学的相平衡を考慮する多元素移動モデルに基づく、イオン浸透予測手法を構築した。構造的および化学的に変化したコンクリートへの放射性核種の浸透挙動を評価するために、ひび割れを有するコンクリートを事故後の汚染水組成相当の溶液に浸漬し、Cs、Srの浸透状況をオートラジオグラフィにより評価した。α 核種については、ひび割れを模擬した試験片を作製し、α核種を含む模擬汚染水への浸漬試験により浸透深さを評価した。最後に、得られた知見を元にして、汚染コンクリートの量を推算した。(著者)

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Original title (Japanese)
合理的な処分のための実機環境を考慮した汚染鉄筋コンクリート長期状態変化の定量評価(委託研究).令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

Publishing Information

Imprint Title
Quantitative evaluation of long-term state changes of contaminated reinforced concrete considering the actual environments for rational disposal (Contract research). FY2022 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project
Imprint Pagination
130 p.
Report number
JAEA-Review--2024-011

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Notes
41 refs., 68 figs., 24 tabs.