放射性廃棄物の地層処分

我が国における高レベル放射性廃棄物の地層処分とは，廃棄物を工学的な対策を施 した上で地下 300 m より深い地層や岩盤中に安全に隔離し，人間とその生活環境 が影響を受けないようにすることである． 

これまでの調査研究により，特定の地層や岩盤がそのような条件を備えているか否 かを調査する技術や評価する方法が開発されてきた． 

これについてさまざまな意見が寄せられているが，地質環境の長期安定性と特性に 関するデータがまだ不足しているという点では一致しており，その上でオープンで 科学的な検討が必要である． 

今後の深地層の研究施設計画における掘削・調査・研究が，地層処分実現への大き な前進になるとともに，防災対策や他の地下空間利用技術に役立つと期待される． 

我が国における高レベル放射性廃棄物の最終処分の基 本概念は，廃棄物をガラス固化したものを地下 300 メー トルより深い地層中に隔離することである（図 6.1）．こ

れは処分後のいかなる時点においても人間とその生活環 境が高レベル放射性廃棄物中の放射性物質による影響を 受けないようにすることを目的としている．したがって，

処分にあたっては，安定な地質環境（地層や岩盤とそこに 含まれる地下水）の中に工学的な対策（人工バリア^＊）を 施す．人工バリアと地質環境による多重な防護（多重バリ ア^＊）によるために，両者を合わせて地層処分システムと 呼ぶ．このシステムが長期にわたり合理的・科学的に安全 に機能するかを評価（性能評価）することが求められる．

評価の対象となる時間の長さは 1 万年 ‒ 10 万年程度と想 定されており，広さは処分場に相当する数 km 四方である． 

世界的に見ると，地層処分を計画している国々におい て，処分する廃棄物の形態や処分の深度など国によってい くつかの違いはあるが，深い地層や岩盤中に人工バリアを 含む多重バリアを構築して安全に隔離するという点では 各国共通である．これらの国々において研究開発が行われ てきているが，日本では 1970 年代半ばから検討が開始さ れ，現在までに研究開発の成果が段階的に提示されてきて いる．この問題を原子力の推進派と反対派の綱引きの対象 とせず，社会全体で議論するためには，まず地層処分のオ ープンで科学的な検討がなされなければならない．そこで まず，我が国の地層処分に関する研究開発の考え方・進め 方，そして研究結果の現状について概観してみよう． 

地層処分における地球科学に関連する研究開発課題と して，地質環境の長期安定性と特性とがある． 

地質環境の長期安定性に影響を与える可能性のある重 要な天然現象には直接的なものと間接的なものの 2 つが ある．直接的な影響として，断層活動が地層処分システム を破壊すること，火山活動が同システムを直撃し廃棄物を

地表へ放出すること，侵食が進み深い地層中へ隔離した廃 棄物が地表へ露出することなどの可能性があり，これらを 避けるために処分場となる地域をどのようにして適切に 選定するかが問題となる．間接的な影響には，地震・断層 活動の場合，岩盤の破断・破壊に伴う地下水の移行経路の 変化・形成と，地震動による岩盤や地下水の性質の変化が ある．火山活動によるものとしては，マグマの熱による地 温の上昇などが想定される．また，隆起・沈降・侵食に伴 う処分場の深度の変化や，海水準の変化による地下水流動 と水質の変化が間接的影響として想定される．この間接的 影響については，それに伴う地質環境の変化の幅を把握す ることが必要である． 

これらの天然現象の特徴とその活動に伴う地質環境の 変化について明らかにするために，天然現象の活動履歴が 残されている地質や地形を対象に現地調査や年代測定な どの事例研究や地球科学分野の文献情報の整理・解析が行 われてきた．その結果，地震・断層活動は，過去数十万年 にわたり既存の活断層帯において同様の様式で繰り返し 起こっており，今後も同様の活動が継続すると考えられる こと，第四紀^＊において火山は限定された地域内で新たな 火山の形成を含む活動が繰り返し起きていること，火山の 周辺では地下にあるマグマからの熱による地温の上昇な どは噴出の中心から数 km から 20  km 程度までであるこ とが示された．また，十万年間の隆起・沈降量は多くの地 域で 50 m から 100 m 程度であること，一般に長期的な 侵食速度はその地域の隆起速度と同程度かそれ以下であ ること，さらに気候・海水準変動については，過去数十万 年以上にわたり地球規模での周期的な氷期‒間氷期サイク ルが確認されていることが明らかにされた．それにより第 四紀の活動が継続すると考えられる将来十万年程度の期 間について直接的影響を避け，間接的影響についても地質 環境の変化の幅を押さえることが可能であるとされた． 

一方，地質環境の特性とは地層・岩盤や地下水の物理 的・化学的性質のことである．地層処分の場として好まし い地質環境特性として，岩盤が力学的に安定であること，

地下水の流速が小さいこと，水質が化学的に還元性である こと，放射性核種に対して大きな遅延機能を有することな どがあげられる．処分場の広さが数 km 四方であることか ら，地下深部の地質環境特性の把握においては，同じ程度 以上の広がりをもった地下の地質環境を対象とする．課題 として，日本の深部地質環境の特性はどういうものか知る  

図 6.1  放射性廃棄物の地層処分システムの概念図． 

ことと，それらを調べる技術を開発することであった．こ れまでにボーリング孔内において地下深部の高圧環境下 でも測定できる地下水の水理試験装置や，ボーリングに用 いる掘削流体^＊をできるだけ排除した「真の」地層水を採 取することが可能な地下水の採水装置などの調査技術，そ して地下深部における地下水流動などを解析するための モデル構築の手法が開発されてきた．このような技術や手 法を駆使した調査研究により，以下の成果が得られている．

一般的に鉱物や割れ目充填鉱物の表面に強い吸着効果が ある．地下深部の動水勾配^＊が地表付近に較べて小さく，

また断層破砕帯や割れ目集中帯を除く部分での透水係数 が極めて低いため地下水の動きが遅い．降水起源の地下水 の水質は岩石中の粘土鉱物や有機物，そして微生物との反 応で形成されたと考えられ，地下深部にいくほど一般的に 還元的になる．また火山地域を除く地域での地温勾配は 30 ℃/km であり，地下深部では鉛直と水平方向の応力の 比がほぼ 1 に近いことなどである． 

これに対して，たとえば藤村・石橋・高木（2000;「科 学」12 月号）は地殻変動や気候・海水準変動，火山噴火 についての考えかたについては一定の理解を示している ものの，地震についての結論は強く批判している．M7 ク ラスの大地震でも，明瞭な地表地震断層が出現しないもの があるので，「地震＝地表でみえる活断層の活動だけ」と はいえないではないかというのである．また，地震は岩盤 の亀裂系を激増させるから，多重バリアシステムの機能を 大きく低下させる可能性があると示唆し，地質環境の特性 についても疑問を呈した． 

これまでの地質環境の長期安定性の研究は，日本にお ける天然現象の一般的な性質を解明・評価することに主眼 をおいてきたが，さまざまな意見を受け，今後は具体的な 地質環境を調査・評価する技術の確立が目標とされている．

具体的な課題としては，地表に現れない震源断層を抽出す る手法や，断層活動によって周囲の地質環境がどのような 影響を受けるかを調査する技術の開発などである．そのほ か，火山が地表に現れていない地域での地下深部のマグ マ・高温流体等を把握するための技術や，火山・熱水^＊活 動等の復元技術の整備などがある．また隆起・沈降速度の 解析技術，気候・海水準変動に伴う気候変動の復元や海岸 線の移動プロセスの調査技術などが具体的な地質環境を

対象とした場合今後の調査解析技術として必要である． 

地質環境特性に関する今後の課題として，坑道掘削に 伴う周囲の地質環境の影響を把握することと，そのための 技術を開発することがある．地層処分においては，地層が 廃棄物を隔離する役割を有しており，地層自体がそのため の一種の施設であるとみなすことができる．一方で地層中 に廃棄物を定置するためには，地層中にアクセスのための 坑道を掘削しなければならない．したがって坑道掘削によ って地質環境の隔離性能が低下することをできるだけ避 けるため，地質環境へ及ぼす影響は最小限にすることが望 ましく，そのためには坑道掘削に伴う地質環境の変化を的 確に把握することが必要である．影響が想定されるものと して坑道周辺の地層での緩み領域の発生や応力の変化，ま た地下水の水圧や化学組成の変化などがある．そのための 主な調査研究として深地層の研究施設計画がある．これは，

処分場とはならない地域において地下深部の調査研究の ために坑道を掘削するものであり，従来の鉱山やトンネル など地下に空洞を建設する類似の施設とは基本的に性格 が異なる．この計画は花こう岩と堆積岩を対象に，地上か らの調査研究，坑道掘削時の調査研究，地下施設での調査 研究と 3 段階に分かれ，地上から地下へと段階的に調査 を進めていくことにより，坑道掘削に伴う地質環境への影 響を把握し，その技術を確立しようとするものである． 

さらに，より本質的な問題として，我が国の地質環境 の何がわかっていて，何がわかっていないかという視点を 常に持ち続けることが必要である．火山地域や活断層など の天然現象を対象としたボーリング掘削や，花こう岩ある いは堆積岩を対象とした深部ボーリングや坑道の掘削は，

単に与えられた問題を解決するだけではなく，地質環境に 関する知見の向上と地下深部における現象の理解を進め，

地層処分問題に対する国民的合意の形成にも資するであ ろう．さらに，地層処分の観点から整備された活断層や活 火山の分布・年代に関するデータはそのまま地震対策，火 山の噴火対策にも活用できるものでもある．また，開発・

改良されたこれらの地質環境の調査技術やその地下空間 利用としての評価手法は汎用性を持つものであり，たとえ ば一般産業廃棄物や二酸化炭素の処分などにも寄与する ことが期待される．