世界中に埋蔵されている「ベントナイト」という物質は、有用な特性を持つことから化粧品や、ペット用品など広く使用され、「1000の用途がある粘土」といわれます。

その特性とは、水を吸うと膨らむ「膨潤性」と、膨潤することで水の通り道をふさぎ、流れを極めて遅くする「低透水性」です。高レベル放射性廃棄物の地層処分では、廃棄物が地下水に触れる可能性を低減するとともに放射性物質の移動を遅くする人工バリアとして、ベントナイトの活用が検討されています。電力中央研究所サステナブルシステム研究本部地質・地下環境研究部門では、より安全な廃棄物処分場建設へ向けた知見蓄積の一環で、ベントナイトが特性を発揮するメカニズムを研究しています。

同研究部門の一員である吉川絵麻さんは、大学院でボーリング用泥水を活用した地盤工学を研究した後に、入所して4年目。現在は、ベントナイトに発生する現象の一部をクローズアップして、実験室で再現する要素試験に取り組んでいます。

例えば超長期の埋設を踏まえると、地中で力が加わり、ベントナイトの中でずれやすべりが生じる「せん断」という状況も想定する必要があります。吉川さんは、専用の装置を用い、ベントナイトにせん断を起こした状態で水を通す実験を行いました。一見、せん断面に水が入り込むと思われますが、ばらばらだったベントナイトの粒子がせん断力により同じ向きにそろえられ、隙間がより小さくなり、かえって水を通しづらくなる性質を明らかにしました。

ベントナイトは産地などによって、構成する鉱物の比率やミクロの構造が異なります。それらがどのように膨潤性や低透水性に影響するのかも追究しています。知見が蓄積されれば、地層処分向けにより適した産地からの調達が可能になります。

何万年といったスケールの中で生じる現象を理解するため、1つの実験に半年～1年程度を要し、試験計画から報告書・論文の作成までの期間は3～5年にも及びます。「これまでの常識が必ずしも正しいとは限らない。固定観念にとらわれず、現象を自身の研究データに基づき解釈することを心がけている」。吉川さんは信頼に足る判断材料を提供できるよう、所内外の多角的な視野を大切にして、研究に向き合っています。