地球化学は、地球における岩石や地下水などの化学反応による長期的な変化や、化学物質やエネルギーの移動を取り扱う自然科学の一分野です。地球化学の知見は、地質学、鉱物学、環境学といった分野で活かされていますが、放射性廃棄物の地層処分についての安全評価においても、基盤的な知見として活用されています。

QJサイエンスの取り組み

　QJサイエンスでは、地層処分施設の長期的な変遷シミュレーションにおいて地球化学モデルを適用し、緩衝材等に人工バリアとして使用されているベントナイトが周囲の鉄やコンクリートといった材料と地下水を介してどのような反応をし、どのように変質・劣化していくか予測することで、処分施設の長期健全性などの評価をしています。また、通常の実験の時間スケールを超えて地球化学モデルを長期的な予測に適用することの妥当性を確認するために、自然界における類似現象にも着目して解析を行っています（ナチュラルアナログ）。例えば、アルカリ塩湖という特殊な環境下にある湖での粘土堆積物の変質は、処分場でコンクリートと接したベントナイトの変質に類似したものと考えられます。そこで、安全評価のために開発した地球化学モデルをこのような自然現象に対して適用し、実際のサンプリングデータと比較検討することで、地層処分施設で起こるコンクリートとベントナイトとの相互作用についてのモデルの検証に役立てています。

人工バリア長期性能評価

　地中に埋設された高レベル放射性廃棄物は、周囲の環境への放射性核種の漏出（核種移行）を制限するために、鉄やベントナイト等からなる人工バリアで囲まれています。緩衝材の重要な機能の1つに止水性が挙げられますが，時間の経過と共に、岩盤の割れ目に沿って地下水がコンクリートや緩衝材へ浸潤し、地下水に溶解している化学物質や、人工バリアの材料であるコンクリートや鉄とベントナイトが相互作用し、ベントナイトが変質していくと、この止水性が低下あるいは失われる可能性を検討する必要があります。

QJサイエンスでは、汎用のモデル開発環境であるQPACにより処分施設及び人工バリアの長期変質についての地球化学モデルを作成し、人工バリアの長期性能評価を行っています。

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パブリックアウトリーチ・リスクコミュニケーションとは

　今まで一部の専門家や関係機関などによる検討結果に基づいて方針が決められてきたエネルギー技術、食の安全などの社会性の高い問題について、一般の国民を含めた幅広い関係者が問題点を正しく把握し、どのような対応が最善であるかを考える材料を提供することが求められています。また、事業者や官公庁などの当事者からの一方的な情報提供にとどまらず、意見交換会やパブリックコメントの募集など相互に意見を述べられる環境をつくることも相互理解の上で重要視されています。多様な考えや価値観を持つ個々のステークホルダが対象とする問題の全体像を認識して各自の意見を持ち、それらをまとめ上げるためのアプローチは、パブリックアウトリーチやリスクコミュニケーションと呼ばれています。インターネットをはじめとした情報技術を利用した双方向コミュニケーションの実現の簡単化など技術面の発展やインフラストラクチャの整備状況の向上に伴い、それらをいかに有効に活用するかも考慮した対応が必要となっています。

QJサイエンスの取り組み

　QJサイエンスでは、関連する情報を収集・整理し、理解促進に適した情報提供の方法を提案すると共に、今まで培ってきた知識マネジメント・知識工学のノウハウも取り入れ、コンテンツマネジメントシステムを用いた階層的な情報提供や討論モデルを用いて利用者の関心事に適した情報へ誘うといった、情報技術を活用した支援を行っています。

放射性廃棄物の処分とは

　ウラン燃料の核分裂反応を利用して電力を生み出す原子力発電からは，副産物としてさまざまな放射能レベルの放射性廃棄物が生成されます。中には，1万年経っても放射能毒性が残るものも含まれるため，これらの廃棄物を安全に処分することが必要です。人間の生活圏から放射性物質を長期間隔離するために，廃棄物は地中に埋められます。特に，放射能レベルの高い廃棄物については，深さ数百メートルの地層中に埋める処分方法が各国で検討されています。長期的な将来の安全性を確保するためには，地質環境中での処分施設や放射性物質のふるまいをよく理解する必要があります。

QJサイエンスの取り組み

　QJサイエンスは、会社設立以来，様々な分野での国レベルのプロジェクトにおける放射性廃棄物処分の研究開発に関わってきました。その他，近年は福島第一原発事故後の除染活動の支援や原子炉解体に関する研究・調査など，「原子力と環境」といった分野に活動範囲を広げています。

　福島第一原子力発電所事故に伴って放出された放射性物質により汚染された地域の本格的な除染を効率的･効果的に実施する上で必要となる知見や技術、経験等を取得するため、除染モデル実証事業が進められています。この事業は、国の機関や地方自治体、地域住民の方、事業の従事者やボランティアの方、専門家、各メディアなど多岐・多数に亘る方々が関係し、関心を寄せております。このような状況下では、事業を迅速に滞りなく進める必要がある一方で、「どのように決定されたのか？」「十分な議論が行われたのか？」「何に基づいて判断しているのか？」といった様々な疑問に応えることが求められます。さらに、このような大規模な除染自体が世界でも初めての試みであるため、海外の方も入手可能な形式での情報発信や将来の資産とするための知識の蓄積・整理といった副次的な作業も重要な取り組みの一つとなります。

QJサイエンスの取り組み

　QJサイエンスでは、除染モデル実証事業の地域を対象として、土壌に吸着した放射性核種が降雨などによりどのように移行し、住民の方やその地域を利用する方が将来に亘ってどの程度の被ばく線量となるかを概算する方法を提案しました。また、ここでの検討結果を除染計画立案者や行政機関の方、地域住民の方にわかりやすくお伝えすることを念頭に置いた情報公開の方法としてオンライン地図サービスを利用したWebシステムについても検討を行っております。

（出典：日本原子力学会2012年春の大会）

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• 除染効果の評価のための動態的環境変遷モデルの開発

CCSとは

　Carbon dioxide Capture & Storageの略で、二酸化炭素の回収と貯留を意味します。

大気中の二酸化炭素では、地表からの輻射熱を吸収しやすいため、温室効果ガスの1つとされています。科学が発達し、産業が急速に発展したことで、産業活動による二酸化炭素の大気への放出量は劇的に増大しました。20世紀後半から地球は温暖化していると考えられていますが、産業活動など人為的に排出された温室効果ガスがその要因であるとする説が主流です。そのような背景で地球温暖化対策として考えられたのがCCSという技術です。

CCS技術は、発電や製鉄業などで排出された二酸化炭素を大気中に放出せずにその場で回収し、地中へ貯留する技術で、次の3つの要素（段階）に大きく分けることができます。

CCSは、効果的な地球温暖化防止技術の１つであると考えられているため、日本の他にも、EU諸国や北米、オーストラリアなど世界各地の先進国で技術開発や制度面での整備、実証プロジェクトなどが進められています。また、IPCC(気候変動に関する政府間バネル)やCOP(気候変動枠組条約締約国会議)、G8(主要8か国首脳会議)、APP(アジア太平洋パートナーシップ)など国際的な話し合いの場でも、CCS技術の各国への導入に向けた議論が活発に行われています。さらには、中国やインドなどの新興国もCCSに関するプロジェクトに積極的に参加している状況となっています。

QJサイエンスの取り組み

　破壊力学は、亀裂等の欠陥のある材料の破壊現象を定量的に取り扱う工学的手法の１つで、20世紀の半ばの第2次世界大戦の頃から研究が盛んに行われるようになりました。当初は、ガラスのような脆性材料について研究が進められていましたが、次第に、鋼材などにも適用され、脆性破壊以外にも、疲労亀裂の進展や、腐食下での亀裂の進展といったように、破壊現象全般が研究の対象となっていきました。

QJサイエンスの取り組み

　QJサイエンスでは、処分施設の長期健全性評価の一環として、放射性廃棄物の処分場における構成部材について破壊力学解析を行っています。

　処分場で着目すべき構成部材として，鉄筋コンクリートやガラス固化体が挙げられます。鉄筋コンクリートの破砕力学解析は，鉄筋の腐食に伴い，コンクリートにひび割れが生じ，どのように施設の強度が低下していくかシミュレートして解析を行うものです。また，ガラス固化体には高レベル放射性廃棄物が溶け込んでいるため，ガラス固化体の破砕力学解析は，安全評価上，その結果に高い信頼性が求められる解析の1つであると言えます。

ガラス固化体の破砕解析

　放射性廃棄物がガラスに溶かさされて固められたものをガラス固化体と呼びます。このガラス固化体は炭素鋼製材料（オーバーパックと呼ばれる）でパックされて、処分場に定置されますが、時間の経過によってオーバーパックは腐食し始め、膨張や変形が生じます。さらにオーバーパックにひび割れが生じてしまうと、浸潤してくる地下水により放射性核種が漏出（核種移行）し、オーバーパックのバリア機能は喪失したことになります。

　この解析では、オーバーパックの腐食膨張及び変形によって生じるガラス固化体の破砕に対して、FDEM（有限個別要素）法による数値解析を行い、ひび割れの形成過程や表面積の増大の程度を定量的に評価しました。結果は下図のようになり、この手法を用いれば、性能評価上重要な形状変化を算出できることが分かりました。

図：ガラスの破砕に関するFDEM解析結果例（2007秋原子力学会予稿集より）

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• 現実的性能評価の開発　その３．オーバーパックからの応力によるガラス固化体破砕解析

　ガラス固化体の溶解とそれに伴う核種の溶出は，システム性能を検討する際に行う核種移行解析のソースタームと成り得ますので，ガラス固化体表面や，その近くで生じる様々な現象とそれに影響を及ぼし合う様々な特性について、より現実的なシミュレーションを作成し，信頼性の高い解析評価ができる技術を新たに開発しました。

メゾスケール溶解解析モデル

　ガラス固化体の溶解挙動を評価する上で重要なのは，ガラス表面変質層の構造や形成のメカニズムを理解することです。長期的な溶解挙動の評価においては、保守的な仮定に基づく安全評価モデルとともに、理論的、微視的なアプローチで現象を説明することのできるモデルも併せ持つことで、より信頼性の高い評価ができると考えられます。QJサイエンスでは，この後者のモデルを新たに作ることにしました。

　理論的、微視的なアプローチということで，水溶液中におけるガラス分子の挙動をシミュレートできるように、ナノ～マイクロの微視的なスケール（メゾスケール）で結晶格子を単純化したモデルで表現しました。ガラスを構成する各元素間では結合や解離があるルールに基づいて求められる確率で生じることとし、その空間分布はモンテカルロ法により時間発展させ、その過程では水和、加水分解、ゲル層の生成、といった現象が再現されるようにした上で、溶解・変質挙動をシミュレートしました。（下図は溶解していくガラス結晶格子を可視化したもの。）最終的には、このモデルにより、ガラス表面変質層の成長に伴い、ガラスの溶解挙動が時間の経過と共に低下するという挙動が確かめられました。

図：ガラスの溶解の様子（赤：PbO(5), 黄：PbO(4), 緑：B(4), 青：B(3)を示す。括弧内の数字は結合数。）

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• 現実的性能評価の開発　その２．変質層の形成機構を考慮したガラス固化体溶解解析モデルの開発

　一般に発電用原子炉の寿命は30年から60年程度と見込まれており，原子力発電所の運転が終了すると，原子炉や付属設備，建屋を解体撤去して敷地を更地に戻すことになります。放射能を帯びた炉内構造物等の解体撤去には，遠隔解体装置や遠隔作業車を用いた切断技術や放射能測定・評価技術が求められます。また，解体廃棄物に対しては除染技術・減容処理技術を適用して，最終的に放射性廃棄物として処分しなければなりません。

QJサイエンスでは，国内外の専門家のネットワークを活用して，上記のように多様な技術に関して情報収集や分析コンサルティングサービスを提供しています。

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知識マネジメント・知識工学とは

　知識の明確化，共有，蓄積，関係づけ，必要な場面での適切な知識の活用や新たな知識の創出といった知識のマネジメントを通して、個人の能力育成，生産性の向上，意思決定スピードの向上，業務の改善や革新が行えると言われています。

知識のマネジメントをサポートする方法として、知識工学の活用が挙げられます。知識工学は、コンピュータを用いて人の知能を再現しようと取り組んだ人工知能の研究において、コンピュータが人のようにものごとを判断するためには、判断材料となる知識を処理する必要が発生したことから徐々に発展し、専門家が有する知識を活用するためのエキスパートシステムや知識間の繋がりを把握するためのオントロジー、情報技術を利用した学習方法であるe-ラーニングなど様々なアプローチが展開されています。

知識マネジメント・知識工学的手法を用いたQJサイエンスの取り組み

　QJサイエンスでは、専門分野における知識の収集と体系的な整理を行い、整理した知識の活用方法を知識工学的手法を用いて提案すると共に、必要な支援ツールの開発、及び、各支援ツールを組み合わせたシステムの構築を行います。

　原子力発電によって生み出される放射性廃棄物は，その放射能レベル等の区分にしたがって，数百メートル以上の深さの地層処分施設から比較的浅い地下施設等に埋設処分されることが検討されています。人間への放射能の影響が十分小さくなるように生活圏から隔離することを基本的な考え方としています。放射性核種は時間と共に減衰していきますが，中には半減期が1万年以上の核種もあり，長い年月をかけた処分施設の劣化に伴い，放射性核種が地下水中に溶け出してくると考えられています。また，処分場の近くでの火山・火成活動や地震・断層活動などの天然事象に対しても，安全性への影響や発生確率を把握しておくことが重要です。このような長期にわたる処分施設の安全性を確認するためには，人間の被ばくに繋がる可能性のあるシナリオの構築や，シナリオに対応した安全評価モデルを用いた解析，さらには安全評価の不確実性解析といった技術が必要です。QJサイエンスはこれらの技術に関する豊富な経験と実績を備えており，これらの技術の高度化開発にも取り組んでいます。

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