JP2018017524A - モニタ装置及びモニタ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘ってセメント系材料を含む施設の劣化度合いを監視するモニタ装置及びモニタ方法を提供する。【解決手段】モニタ装置１は、セメント系材料を含むコンクリート構造物１０１の劣化度合いを監視する。モニタ装置１は、コンクリート構造物１０１に沿って設置され、アルカリ弱部１３を有する光ファイバ１０を備える。このモニタ装置１によれば、アルカリ分によるガラス（光ファイバ１０の光ファイバ素線１１）の溶解の速度が遅いことを利用して、セメント系材料を含むコンクリート構造物１０１の劣化度合いを長期間に亘って監視することが可能となる。【選択図】図５

Description

本発明は、セメント系材料を含む施設の劣化度合いを監視するモニタ装置及びモニタ方法に関する。

従来、セメント系材料の劣化として、セメント系材料の中性化及びセメント系材料からのアルカリ溶出に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、コンクリート構造物の表面に小孔を設け、この小孔中にスポンジ状の物体を挿入し、この物体にフェノールフタレイン溶液を注入し、抜き出した物体におけるフェノール反応による赤色領域に基づいて、中性化深さを測定する中性化測定方法が記載されている。また、特許文献２には、コンクリート試料に対するギ酸による酸溶解試験におけるアルカリ溶出値から、コンクリートに使用されている同一骨材試料に対する酸溶解試験におけるアルカリ溶出値を差し引くことにより、コンクリート試料中のアルカリ総量を測定するアルカリ総量測定方法が記載されている。

特開昭６０−２３３５５０号公報 特許５２１４５７６号公報

近年、長期間（例えば数百年）に亘ってセメント系材料を含む施設の劣化度合いを監視することが望まれている。しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載の従来技術では、長期間に亘ってセメント系材料の劣化を監視することは想定されていない。

そこで、本発明は、長期間に亘ってセメント系材料を含む施設の劣化度合いを監視するモニタ装置及びモニタ方法を提供することを目的とする。

本発明に係るモニタ装置は、セメント系材料を含む施設の劣化度合いを監視するモニタ装置であって、施設に沿って設置され、アルカリ弱部を有する光ファイバを備える。

このモニタ装置では、施設が劣化すると、セメント系材料からアルカリ分が溶出する。溶出したアルカリ分により、光ファイバ（特にアルカリ弱部）が溶解する。光ファイバが溶解すると光ファイバの断面積が減少するため、光の強度の低下（伝送ロス）が生じる。よって、例えば光ファイバの端部に計測器を繋いで強度を調べれば、セメント系材料の劣化度合いを推定することができる。そこで、アルカリ分によるガラスの溶解の速度が遅いことを利用して、セメント系材料を含む施設の劣化度合いを長期間に亘って監視することが可能となる。

本発明に係るモニタ装置では、光ファイバは、セメント系材料を劣化させる水の浸潤方向上流側に設置された第１光ファイバと、浸潤方向における第１光ファイバよりも下流側に設置された第２光ファイバと、を有してもよい。この場合、第１光ファイバ及び第２光ファイバにより、セメント系材料を劣化させる水の浸潤の進行度合いを把握することができる。

本発明に係るモニタ装置では、施設は、放射性物質を囲むように設けられセメント系材料を含むセメント系人工バリアと、セメント系人工バリアを囲むように設けられベントナイト系材料を含むベントナイト系人工バリアと、を有し、光ファイバは、セメント系人工バリア及びベントナイト系人工バリアとの境界部に設置されていてもよい。この場合、境界部に光ファイバを容易に設置することができる。

本発明に係るモニタ装置では、光ファイバに入射させた光の散乱光のアルカリ弱部における強度を計測する計測部と、計測部で計測した強度に基づいて施設の劣化度合いを監視する劣化監視部と、を備えてもよい。この場合、計測部で計測した強度に基づいてアルカリ弱部における光ファイバの溶解を容易に把握することができる。

本発明に係るモニタ装置では、劣化監視部は、計測部で計測した強度と、予め算出された施設の劣化シナリオと、に基づいて、施設の劣化度合いに関する異常の有無を検知してもよい。この場合、施設の劣化シナリオを基準として施設の劣化度合いに関する異常の有無を検知するため、施設の劣化度合いが想定通りか否かを把握することができる。

本発明に係るモニタ装置では、劣化監視部は、計測部で計測した強度と、劣化シナリオに基づき想定される想定強度と、を比較し、強度と想定強度との差が基準値以上である場合には、施設の劣化度合いに関する異常の存在を検知してもよい。この場合、光ファイバが想定よりも速く溶解していることから、アルカリ分がセメント系材料から想定よりも速く溶出しているという異常の存在を把握することができる。

本発明に係るモニタ装置では、劣化監視部は、強度の低下速度が鈍化するまでの第１経過年数と、劣化シナリオに基づき想定される想定強度の低下速度が鈍化するまでの第２経過年数と、を比較し、第２経過年数から第１経過年数を減算した年数が基準値以上である場合には、施設の劣化度合いに関する異常の存在を検知してもよい。この場合、強度の低下速度の鈍化が想定よりも短期間で到来していることから、アルカリ分がセメント系材料から想定よりも速く溶出しているという異常の存在を把握することができる。

また、本発明は、モニタ方法の発明としても捉えることができ、このモニタ方法は、セメント系材料を含む施設の劣化度合いをモニタするモニタ方法であって、アルカリ弱部を有する光ファイバを施設に沿って設置する設置ステップを備える。

このモニタ方法では、施設が劣化すると、セメント系材料からアルカリ分が溶出する。溶出したアルカリ分により、設置ステップにより設置された光ファイバ（特にアルカリ弱部）が溶解する。光ファイバが溶解すると光ファイバの断面積が減少するため、光の強度の低下（伝送ロス）が生じる。よって、例えば光ファイバの端部に計測器を繋いで強度を調べれば、セメント系材料の劣化度合いを推定することができる。そこで、アルカリ分によるガラスの溶解の速度が遅いことを利用して、セメント系材料を含む施設の劣化度合いを長期間に亘って監視することが可能となる。

本発明によれば、長期間に亘ってセメント系材料を含む施設の劣化度合いを監視するモニタ装置及びモニタ方法を提供することができる。

図１は、一実施形態に係るモニタ装置及びモニタ方法が適用されるコンクリート構造物の一例を示す斜視図である。 図２は、図１のコンクリート構造物の断面図である。 図３は、図１のコンクリート構造物の一部破断斜視図である。 図４の（ａ）は、図１のコンクリート構造物に設置される光ファイバを例示する斜視図である。図４の（ｂ）は、（ａ）の光ファイバの側面図である。 図５は、モニタ装置の構成例を示すブロック図である。 図６は、図４の（ｂ）の光ファイバにおける強度低下を例示するグラフである。 図７の（ａ）は、光ファイバにおける強度低下の実験例を説明するための側面図である。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）の実験結果を示すグラフである。 図８の（ａ）は、光ファイバの溶解による強度低下をモデル化して説明するための概念図である。図８の（ｂ）は、図８の（ａ）のモデルにおける強度低下を例示するグラフである。 図９の（ａ）は、図８の（ａ）の仮説に基づく光ファイバにおける強度低下の計算例を示す図である。図９の（ｂ）は、（ａ）とは異なるｐＨでの強度低下の計算例を示す図である。図９の（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）とは異なるｐＨでの強度低下の計算例を示す図である。 図１０の（ａ）は、劣化シナリオに基づく異常の有無の検知を説明するための図である。図１０の（ｂ）は、劣化シナリオに基づく異常の有無の検知を説明するための他の図である。 図１１は、モニタ方法の第１実施形態を例示するフローチャートである。 図１２は、モニタ方法の第２実施形態を例示するフローチャートである。 図１３の（ａ）は、光ファイバの変形例を示す図である。図１３の（ｂ）は、光ファイバの他の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るモニタ装置及びモニタ方法の実施形態について詳細に説明する。なお、各図では、説明の理解を容易にすべく各部を誇張して描写する場合があるため、図面上の寸法比は必ずしも実物とは一致しない。

本実施形態に係るモニタ装置及びモニタ方法は、光ファイバを用いてセメント系材料を含む施設の劣化度合いを長期間に亘って監視するためのものである。このモニタ装置及びモニタ方法では、光ファイバを用いてセメント系材料の劣化度合いを間接的に把握し、把握した当該劣化度合いが予め想定された劣化度合いの範囲内であるか否かを監視することで、施設の劣化度合いを監視する。施設の劣化は、施設におけるセメント系材料の劣化を意味する。セメント系材料は、当該セメント系材料に水が浸潤して当該セメント系材料からアルカリ分が溶出することにより劣化する。セメント系材料の劣化度合い（施設の劣化度合い）は、セメント系材料からのアルカリ分の溶出の進展度合いを意味する。

図１〜図３を参照しながら、本実施形態に係るモニタ装置及びモニタ方法が適用される施設の一例として、放射性廃棄物の余裕深度処分施設１００について説明する。図１は、一実施形態に係るモニタ装置及びモニタ方法が適用されるコンクリート構造物の一例を示す斜視図である。図２は、図１のコンクリート構造物の断面図である。図３は、図１のコンクリート構造物の一部破断斜視図である。

図１に示されるように、放射性廃棄物の余裕深度処分施設１００は、低レベル放射性廃棄物のうち放射能レベルが比較的高い放射性廃棄物の地層処分を行うための施設である。放射性廃棄物の余裕深度処分施設１００は、地面Ｇ上に設けられた建屋Ｆと、地面Ｇに埋設されたコンクリート構造物（施設）１０１及び坑道１２０と、を含む。建屋Ｆは、余裕深度処分施設１００の入口に設けられた建物である。建屋Ｆは、コンクリート構造物１０１に通じる坑道１２０と接続されている。

コンクリート構造物１０１は、鉄鋼製の容器に放射性廃棄物（放射性物質）が封入されて形成された廃棄体１０３を収容する。コンクリート構造物１０１は、廃棄体１０３を収容するトンネル１０５を有し、全体としてトンネル状をなしている。トンネル１０５内では、廃棄体１０３同士の隙間に充填材１０７が充填され、更にその周囲を多層に囲むように順に、コンクリートピット（セメント系人工バリア）１０９、低拡散層（セメント系人工バリア）１１１、緩衝層（ベントナイト系人工バリア）１１３が形成されている。緩衝層１１３とトンネル１０５の壁面との間の空間には埋め戻し層１１５が設けられている。

以下の説明では、図２及び図３に示すように、トンネル１０５の幅方向にＸ軸、トンネル１０５の長手方向（図２の紙面に直交する方向）にＹ軸、鉛直方向にＺ軸を取ったＸＹＺ座標系を設定し、各構成要素の位置関係の説明にＸ，Ｙ，Ｚを用いる場合がある。また、「右側」、「左側」といったような「左右」の概念をもつ文言を用いる場合には、＋Ｘ方向を「右」、−Ｘ方向を「左」とする。また、「上部」、「下部」といったような「上下」の概念をもつ文言を用いる場合には、＋Ｚ方向を「上」、−Ｚ方向を「下」とする。

コンクリートピット１０９は、例えば鉄筋コンクリートで形成され、コンクリート構造物１０１の強度を確保する構造体をなす。コンクリートピット１０９は、廃棄体１０３を囲むように形成されている。コンクリートピット１０９は、ＹＺ平面に平行な一対の側壁部１０９ａ，１０９ａと、ＸＹ平面に平行な上壁部１０９ｂと、ＸＹ平面に平行な下壁部１０９ｃと、を有する。上壁部１０９ｂは、側壁部１０９ａ，１０９ａの上端部同士を連結する。下壁部１０９ｃは、側壁部１０９ａ，１０９ａの下端部同士を連結する。

低拡散層１１１は、例えばプレキャストコンクリートで形成され、廃棄体１０３からの放射線を拡散させる拡散場を形成する。低拡散層１１１は、コンクリートピット１０９を囲むように形成されている。低拡散層１１１は、ＹＺ平面に平行な側壁部分である一対の側部低拡散層１１１ａ，１１１ａと、ＸＹ平面に平行な上壁部分である上部低拡散層１１１ｂと、ＸＹ平面に平行な下壁部分である下部低拡散層１１１ｃと、を有する。上部低拡散層１１１ｂは、側部低拡散層１１１ａ，１１１ａの上端部同士を連結する。下部低拡散層１１１ｃは、側部低拡散層１１１ａ，１１１ａの下端部同士を連結する。側部低拡散層１１１ａ，１１１ａは、コンクリートピット１０９の側壁部１０９ａ，１０９ａと接するように設けられている。上部低拡散層１１１ｂは、コンクリートピット１０９の上壁部１０９ｂと接するように設けられている。下部低拡散層１１１ｃは、コンクリートピット１０９の下壁部１０９ｃと接するように設けられている。

緩衝層１１３は、例えば吹付け工法により吹き付けられたベントナイトで形成され、遮水層として機能する。緩衝層１１３は、低拡散層１１１を囲むように形成されている。緩衝層１１３は、ＹＺ平面に平行な側壁部分である一対の側部緩衝層１１３ａ，１１３ａと、ＸＹ平面に平行な上壁部分である上部緩衝層１１３ｂと、ＸＹ平面に平行な下壁部分である下部緩衝層１１３ｃと、を有する。上部緩衝層１１３ｂは、側部緩衝層１１３ａ，１１３ａの上端部同士を連結する。下部緩衝層１１３ｃは、側部緩衝層１１３ａ，１１３ａの下端部同士を連結する。側部緩衝層１１３ａ，１１３ａは、低拡散層１１１の側部低拡散層１１１ａ，１１１ａと接するように設けられている。上部緩衝層１１３ｂは、低拡散層１１１の上部低拡散層１１１ｂと接するように設けられている。下部緩衝層１１３ｃは、低拡散層１１１の下部低拡散層１１１ｃと接するように設けられている。

コンクリート構造物１０１では、トンネル１０５内の下部にポンプ１１７が設置されている。ポンプ１１７は、コンクリート構造物１０１の建設用作業空間を確保するため、コンクリート構造物１０１の外部に地下水を汲み出す。例えば、余裕深度処分施設１００の供用開始前においては、ポンプ１１７は、コンクリート構造物１０１の外部に地下水を汲み出す。余裕深度処分施設１００の供用開始時においては、ポンプ１１７は、その作動を停止される。余裕深度処分施設１００の供用開始時以降においては、ポンプ１１７は、コンクリート構造物１０１の外部に地下水を汲み出さない。

ポンプ１１７が作動されている状態（コンクリート構造物１０１内に地下水が浸潤していない状態）からポンプ１１７が停止されると、地下水は、コンクリート構造物１０１の周囲から中央側に向かってコンクリート構造物１０１に浸潤し始める。そのため、地下水の仮想的な水面は、ポンプ１１７が停止されてから一定時間経過後に、例えば図２における浸潤線Ｌ１の位置に達する。その後、地下水の仮想的な水面は、時間経過と共に上方へ移動し、例えば図２における浸潤線Ｌ２〜Ｌ４の位置に順に達するように推移する。このように、地下水がコンクリート構造物１０１に浸潤する方向（浸潤方向）は、基本的には、下方から上方に向かう方向（Ｚ方向）に沿う方向である。

この浸潤方向及び地下水がコンクリート構造物１０１に浸潤する速度（浸潤速度）は、コンクリート構造物１０１が埋設される土壌の地下水環境等により変化し得るが、浸潤方向及び浸潤速度は、予め調査した土壌の地下水環境の調査結果等に基づいて推定することができる。推定した浸潤方向及び浸潤速度に基づいて、余裕深度処分施設１００の供用開始前に予め浸潤線の推移を推定することができる。この推定には、周知の推定方法を適宜用いることができる。

余裕深度処分施設１００の供用開始後、コンクリート構造物１０１に浸潤した地下水は、セメント系材料からアルカリ分を溶出させ、セメント系材料を劣化させる。地下水は、余裕深度処分施設１００の供用開始時点から一定期間（リージョン１ともいう）においては、セメント系材料から主として１価の金属イオンを溶出させる。上記一定期間の経過後（リージョン２ともいう）においては、地下水は、セメント系材料から主として２価の金属イオンを溶出させる。リージョン２における溶出の速度は、リージョン１における溶出の速度よりも遅い。したがって、リージョン１における地下水のアルカリ性の程度（例えばｐＨの値）は、リージョン２における地下水のアルカリ性の程度よりも大きくなる傾向がある。

なお、コンクリート構造物１０１の各部位において、リージョン１の開始時点は、地下水が当該各部位に到達した時点である。浸潤線Ｌ１から浸潤線Ｌ４に向かって地下水の浸潤が推移することから、地下水は、浸潤線Ｌ１〜Ｌ４の各位置に、この順で到達する。コンクリート構造物１０１の劣化度合いに関する異常が無い場合、リージョン１の開始時点は、浸潤線Ｌ１が一番早く、浸潤線Ｌ１から浸潤線Ｌ４に向かうに従って順に遅くなる。また、コンクリート構造物１０１の劣化度合いに関する異常が無い場合、リージョン１からリージョン２への遷移が起こる時点は、浸潤線Ｌ１が一番早く、浸潤線Ｌ１から浸潤線Ｌ４に向かうに従って順に遅くなる。

図１に示されるように、建屋Ｆからコンクリート構造物１０１までは、坑道１２０の作業用通路１２１に沿って光ファイバ１０が設置されている。建屋Ｆには、光ファイバ１０の端部が引き込まれている。建屋Ｆには、計測器２０及び分析装置３０等が設置され、引き込まれた光ファイバ１０の端部に計測器２０が接続されている。建屋Ｆは、モニタ装置１の計測器２０及び分析装置３０を操作するオペレータを収容する。

コンクリート構造物１０１に至った光ファイバ１０は、当該コンクリート構造物１０１に沿って配置される。具体的な一例としては、図２及び図３に示されるように、光ファイバ１０は、コンクリート構造物１０１に沿って配置された光ファイバＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５を含む。光ファイバＦ１〜Ｆ５のそれぞれは、トンネル１０５の延在方向に沿って配置された光ファイバ１０の一部分である（図１参照）。光ファイバＦ１〜Ｆ５は、コンクリート構造物１０１におけるセメント系材料に接触するように配置されている。図２及び図３の例では、光ファイバＦ１〜Ｆ５は、セメント系材料の表面に沿うように配置されている。

光ファイバＦ１は、トンネル１０５の左下端部付近及び右下端部付近において、トンネル１０５の表面に沿うように配置されている。一対の光ファイバＦ２，Ｆ２は、低拡散層１１１の左下端部及び右下端部において、下部低拡散層１１１ｃ及び下部緩衝層１１３ｃとの境界部に設置されている。光ファイバＦ３は、下部低拡散層１１１ｃの中央部において、下部低拡散層１１１ｃ及び下部緩衝層１１３ｃとの境界部に設置されている、一対の光ファイバＦ４は、側部低拡散層１１１ａ，１１１ａの上端側において、側部低拡散層１１１ａ，１１１ａ及び側部緩衝層１１３ａ，１１３ａとの境界部に設置されている、光ファイバＦ５は、トンネル１０５の上端部において、トンネル１０５の表面に沿うように配置されている。すなわち、光ファイバＦ２，Ｆ３，Ｆ４は、セメント系人工バリア及びベントナイト系人工バリアとの境界部に設置されている、なお、境界部は、境界面をなしていてもよいし、境界線をなしていてもよい。

図２の断面において、光ファイバＦ１は、その他の光ファイバＦ２〜Ｆ５が位置する浸潤線と同一の浸潤線上には存在しないように、その位置が設定されている。同様に、一対の光ファイバＦ２は、その他の光ファイバＦ１，Ｆ３〜Ｆ５が位置する浸潤線と同一の浸潤線上には存在しないように、その位置が設定されている。光ファイバＦ３は、その他の光ファイバＦ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５が位置する浸潤線と同一の浸潤線上には存在しないように、その位置が設定されている。一対の光ファイバＦ４は、その他の光ファイバＦ１〜Ｆ３，Ｆ５が位置する浸潤線と同一の浸潤線上には存在しないように、その位置が設定されている。光ファイバＦ５は、その他の光ファイバＦ１〜Ｆ４が位置する浸潤線と同一の浸潤線上には存在しないように、その位置が設定されている。

換言すれば、光ファイバＦ１は、浸潤線Ｌ１よりも下方側に位置しており、光ファイバＦ２は、当該浸潤線Ｌ１よりも上方側に位置している。地下水の仮想的な水面は、時間経過と共に浸潤線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順に達するように上方へ移動することから、光ファイバＦ１は、浸潤線Ｌ１よりも浸潤方向の上流側に位置しており、光ファイバＦ２は、浸潤線Ｌ１よりも浸潤方向の下流側に位置している。したがって、光ファイバＦ２は、浸潤方向における光ファイバＦ１よりも下流側に設置されている。同様に、光ファイバＦ３は、浸潤方向における光ファイバＦ２よりも下流側に設置されている。光ファイバＦ４は、浸潤方向における光ファイバＦ３よりも下流側に設置されている。光ファイバＦ５は、浸潤方向における光ファイバＦ４よりも下流側に設置されている。すなわち、光ファイバ１０は、地下水（水）の浸潤方向上流側に設置された第１光ファイバ（光ファイバＦ１〜Ｆ４）と、浸潤方向における第１光ファイバよりも下流側に設置された第２光ファイバ（光ファイバＦ２〜Ｆ５）と、を有する。したがって、浸潤してきた地下水は、光ファイバＦ１〜Ｆ５に、光ファイバＦ１から光ファイバＦ５への順番で、異なる時刻において到来する。

光ファイバ１０について、図４を参照しつつ説明する。図４の（ａ）は、図１のコンクリート構造物に設置される光ファイバを例示する斜視図である。図４の（ｂ）は、（ａ）の光ファイバの側面図である。

図４の（ａ）に示されるように、光ファイバ１０は、主にガラス（ＳｉＯ_２）で構成される光ファイバ素線１１と、当該光ファイバ素線１１を覆う被覆１２とを有する。被覆１２は、アルカリ性に対する一定の耐久性を有しており、例えばポリアミド系材料で構成される。

光ファイバ１０には、アルカリ弱部１３が形成されている。アルカリ弱部１３とは、光ファイバ１０のうち局部的に光ファイバ素線１１がアルカリ性環境の影響を受けやすい部分である。アルカリ弱部１３は、アルカリ性環境下に設置された光ファイバ１０のうち、光ファイバ素線１１が溶解されやすいように意図的に形成した部分である。

図４の（ａ）の例では、アルカリ弱部１３は、光ファイバ１０の延在方向における位置Ｐ_ｎにおいて、光ファイバ１０から被覆１２を部分的に除去することにより形成されている。アルカリ弱部１３では、アルカリ性環境下に光ファイバ１０を設置すると、光ファイバ素線１１がアルカリ分に接触することで光ファイバ素線１１が溶解する（光ファイバ１０の劣化）。光ファイバ素線１１がガラス（ＳｉＯ_２）で構成されていることから、光ファイバ素線１１の溶解は、例えば同環境下での金属の溶解と比べて非常に遅い。

光ファイバ１０では、例えば図４の（ｂ）に示されるように、光ファイバ１０の延在方向における所定の位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３等においてアルカリ弱部１３が形成されている。位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３等は、コンクリート構造物１０１において劣化度合いに関する異常の有無の検知を要する箇所に設定される。位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３等は、例えば光ファイバ１０の延在方向に沿って等間隔に離間して並ぶように設定されてもよい。

上述したような光ファイバ１０を用いるモニタ装置１では、光ファイバ１０のアルカリ弱部１３における光の伝送強度（以下、単に「光ファイバ１０の伝送強度」ともいう）を計測することで、コンクリート構造物１０１の劣化度合いを把握することができる。光ファイバ１０の伝送強度は、モニタ装置１を用いて以下のようにして計測される。

図５は、モニタ装置の構成例を示すブロック図である。図５に示されるように、モニタ装置１では、光ファイバ１０の伝送強度を計測するために、分析装置３０が計測器２０を介して光ファイバ１０に接続される。

計測器２０としては、例えばＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）を用いることができる。ＯＴＤＲは、レーリー散乱光により光ファイバ１０の伝送強度を計測するための計測器である。レーリー散乱光は、光ファイバ１０に入射されたパルス光が光ファイバ１０中を進む際に生じさせる各種散乱光のうちの一つである。レーリー散乱光は、各種散乱光のうち、入射光と同じ周波数を持ち、その光強度が光ファイバ１０の各部分の損失に依存する散乱光である。

計測器２０は、光信号発信部２１と、分光部２２と、光信号受信部２３と、を有する。光信号発信部２１は、光源及びパルス発生器を含む。光信号発信部２１は、パルス光を発生させ、発生させたパルス光を光ファイバ１０に入射させる。分光部２２は、光ファイバ素線１１において戻ってきたレーリー散乱光を分光する。光信号受信部２３は、分光されたレーリー散乱光を受光し、受光した光の強度に関する情報を、分析装置３０に送信する。

分析装置３０は、光ファイバ１０の伝送強度に基づいてコンクリート構造物１０１の劣化度合いに関する異常（以下、単に「劣化の異常」ともいう）を検知する。分析装置３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory、及びＲＡＭ（Random Access Memory）によって構成されたコンピュータである。ＲＯＭには、分析装置３０を制御するための制御プログラムが格納されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて、分析装置３０を制御する。ＲＡＭは、ＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行する際のワークメモリとして機能する。

分析装置３０は、機能的構成として、計測部３１と、記憶部３２と、劣化監視部３３と、表示部３４と、を有する。

計測部３１は、計測器２０の光信号受信部２３で受光された光の強度に基づいて光ファイバ１０の伝送強度を計測する。計測部３１は、伝送強度を定期的に計測する。計測部３１は、特に、余裕深度処分施設１００の供用中において、光ファイバ１０のアルカリ弱部１３における伝送強度を定期的に計測する。

計測部３１は、光ファイバ１０の光ファイバ素線１１を伝搬する光の速さが一定であることを利用して、光ファイバ１０に入射されたパルス光による散乱光が、光ファイバ１０の延在方向におけるどの位置で発生したかを特定する。計測部３１は、光ファイバ１０にパルス光が入射されてから散乱光が戻ってくるまでの経過時間を計測することで、当該散乱光に対応する光ファイバ１０の伝送強度の低下が、光ファイバ１０の延在方向におけるどの位置（どのアルカリ弱部１３の位置）で生じているかを特定する。

図６は、図４の（ｂ）の光ファイバにおける強度低下を例示するグラフである。図６の例では、光ファイバ１０の延在方向に沿う位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３において、アルカリ弱部１３がそれぞれ形成されている。そして、これらのアルカリ弱部１３は、被覆１２がそれぞれ同程度光ファイバ１０から除去されることで形成される（図４の（ｂ）参照）と共に、同程度のアルカリ性環境下に設置されている。このアルカリ性環境は、コンクリート構造物１０１のセメント系材料から溶出するアルカリ分に相当する。この場合、位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３において、アルカリ弱部１３の光ファイバ素線１１がアルカリ性環境により溶解する。光ファイバ素線１１が溶解すると光ファイバ素線１１の断面積が減少するため、光の強度の低下（伝送ロス）が生じる。よって、光ファイバ１０の端部に計測器２０及び分析装置３０を繋いで伝送強度を調べることにより、計測部３１は、図６に示されるように、光ファイバ１０の伝送強度の低下がアルカリ弱部１３に対応する位置Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３において生じていることを特定することができる。

また、図７に示されるように、計測部３１は、アルカリ弱部１３における周囲のアルカリ分に応じた伝送強度の低下を計測することができる。図７の（ａ）は、光ファイバにおける強度低下の実験例を説明するための側面図である。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）の実験結果を示すグラフである。

図７の（ａ）の例では、光ファイバ１０の延在方向に沿う位置Ｐ_１０，Ｐ_１３，Ｐ_１４において、アルカリ弱部１３がそれぞれ形成されている。そして、これらのアルカリ弱部１３のそれぞれは、光ファイバ１０の延在方向において同程度の長さで、被覆１２が光ファイバ１０から除去されることで形成されている（図４の（ｂ）参照）。これらのアルカリ弱部１３は、それぞれ異なるアルカリ性環境を有する液体ＬＱ１，ＬＱ２，ＬＱ３に浸漬されている。アルカリ性環境としては、液体ＬＱ１のｐＨが約１０であり、液体ＬＱ２のｐＨが約１３であり、液体ＬＱ３のｐＨが約１４である。

図７の（ｂ）において、横軸は実験開始からの経過日数、縦軸は実験開始時における伝送強度を初期値とした伝送強度の低下量を示している。図７の（ｂ）に示されるように、各アルカリ弱部１３における伝送強度の経時的な低下量は、位置Ｐ_１０，Ｐ_１３，Ｐ_１４の順で大きくなっている。このように、アルカリ弱部１３におけるアルカリ性の程度（例えばｐＨ）が大きいほど光ファイバ素線１１の溶解が速く進展する。

ここで、光ファイバ素線１１の溶解に起因する伝送強度の低下速度は、光ファイバ素線１１の断面積の減少を図８のようにモデル化する仮説により説明することができる。図８の（ａ）は、光ファイバの溶解による強度低下をモデル化して説明するための概念図である。図８の（ｂ）は、図８の（ａ）のモデルにおける強度低下を例示するグラフである。

図８に示されるように、所定のアルカリ性環境である位置Ｐ_ｎに形成されたアルカリ弱部１３において光ファイバ素線１１が溶解した場合を考える。この場合、光ファイバ素線１１の半径は溶解前における半径Ｒから半径ｄだけ減少し、光ファイバ素線１１の断面積は断面積ＳＡ１から断面積ＳＡ２へ減少し、その結果、光ファイバ素線１１の伝送強度はＴＰ_ｉからＴＰ_ｏへ減少する、という仮説を考えることができる。この場合、伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏは、断面積ＳＡ１と断面積ＳＡ２との比ＳＡ１／ＳＡ２と等しいと考えられ、以下の数式１により表される。

図９の（ａ）は、図８の（ａ）の仮説に基づく光ファイバにおける強度低下の計算例を示す図である。図９の（ａ）は、ｐＨ＝８の場合の例を示している。図９の（ｂ）は、図９の（ａ）とは異なるｐＨ（ｐＨ＝１０）での強度低下の計算例を示す図である。図９の（ｃ）は、図９の（ａ）及び（ｂ）とは異なるｐＨ（ｐＨ＝１２）での強度低下の計算例を示す図である。

図９の（ａ）〜（ｃ）の横軸は、光ファイバ素線１１が溶解開始時点からの経過年数（対数軸）であり、縦軸は伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏ（対数軸）である。伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏは、ＴＰ_ｉを初期値とする伝送強度の低下割合を意味する。図９の（ａ）〜（ｃ）では、アルカリ性環境の温度が２５℃である場合及び６０℃である場合の伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏを示している。一般的には、アルカリ性環境の温度が高いほうが、光ファイバ素線１１の溶解速度が速いため、伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏの低下速度が速くなる。

図９の（ａ）は、ｐＨが約８のアルカリ性環境下における伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏの経時的な低下を示している。図９の（ａ）の例では、アルカリ性環境の温度が２５℃である場合及び６０℃である場合のいずれにおいても、経過年数が１０００年に達しても伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏがほとんど低下しておらず、伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏが０．１に達するほどには低下しない。

図９の（ｂ）は、ｐＨが約１０のアルカリ性環境下における伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏの経時的な低下を示している。図９の（ｂ）の例では、アルカリ性環境の温度が２５℃である場合には、経過年数が１００年に達しても伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏがほとんど低下していない。一方で、アルカリ性環境の温度が６０℃である場合には、経過年数が１００年に達する前に、伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏが０．０１を下回るほど低下することが判る。

図９の（ｃ）は、ｐＨが約１２のアルカリ性環境下における伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏの経時的な低下を示している。図９の（ｃ）の例では、アルカリ性環境の温度が２５℃である場合には、図９の（ｂ）よりも伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏの低下速度が速いことが判るが、経過年数が１００年に達しても伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏが０．１に達するほどには低下しない。一方で、アルカリ性環境の温度が６０℃である場合には、経過年数が１０年に達する前に、伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏが０．１に達するほど低下することが判る。

以上、図８及び図９で示したように、アルカリ分によるガラス（すなわち光ファイバ素線１１）の溶解の速度は、アルカリ性環境の条件に応じて例えば数百年にも及ぶ長期間に亘って伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏが低下するほど遅い。このことを利用して、計測部３１により、周囲のアルカリ分に応じたアルカリ弱部１３における伝送強度の低下を計測し、計測した伝送強度の低下が想定通りか否かに基づいて、セメント系材料を含む施設の劣化度合いを長期間に亘って監視することが可能となる。計測した伝送強度の低下が想定通りか否かの比較は、例えば後述するコンクリート構造物１０１の劣化シナリオを用いて行うことができる。また、アルカリ分による光ファイバ素線１１の溶解の速度は、アルカリ性環境に応じて変化する。そこで、計測部３１により計測した伝送強度の低下速度の変化（特に低下速度の鈍化）に基づいて光ファイバ素線１１の溶解の速度の変化を検知することで、アルカリ性環境の変化を把握することができる。

引き続き、図５を参照しつつ、分析装置３０について説明する。記憶部３２は、予め算出されたコンクリート構造物１０１の劣化シナリオ（以下、単に「劣化シナリオ」ともいう）を記憶する。記憶部３２は、不揮発性の記憶領域を有する。記憶部３２は、一例として、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）である。

劣化シナリオは、コンクリート構造物１０１に用いられるセメント系材料の組成、及び、コンクリート構造物１０１が埋設される土壌の地下水環境等に基づいて、どのようにコンクリート構造物１０１への地下水の浸潤が進展していくか、及び、浸潤した地下水によってどのようにコンクリート構造物１０１の劣化が進展していくか、を予め推定したものである。

具体的には、劣化シナリオは、光ファイバ１０（光ファイバＦ１〜Ｆ５）の周囲のアルカリ性の程度（例えばｐＨ）の経時的な変化を含む。アルカリ性の程度の経時的な変化は、コンクリート構造物１０１からアルカリ分が溶出する程度の経時的な変化を推定することで得られる。

劣化シナリオは、リージョン１の想定期間及びリージョン１からリージョン２への想定遷移時刻を含む。リージョン１の想定期間及びリージョン１からリージョン２への想定遷移時刻は、劣化シナリオ上のアルカリ性の程度の経時的な変化に基づいて算出されてもよいし、後述の想定強度の低下速度が鈍化するまでの期間（第２経過年数）を用いて算出されてもよい。

劣化シナリオは、想定強度の経時的な変化を示す曲線を含む。想定強度は、推定したアルカリ性の程度の経時的な変化に基づいて想定される伝送強度である。この曲線は、推定したアルカリ性の程度が一定の条件下では、図９の（ａ）〜（ｃ）における伝送強度の比ＴＰ_ｉ／ＴＰ_ｏの曲線と相似する。

劣化監視部３３は、計測部３１で計測した伝送強度に基づいてコンクリート構造物１０１の劣化度合いを監視する。劣化監視部３３は、例えば、計測部３１で計測した伝送強度と、記憶部３２に記憶された劣化シナリオと、に基づいて、コンクリート構造物１０１の劣化度合いに関する異常の有無を検知する。

劣化監視部３３は、計測部３１で計測した伝送強度を取得する。劣化監視部３３は、記憶部３２に記憶された劣化シナリオに基づいて、計測部３１で当該伝送強度を計測した時刻における想定強度を取得する。劣化監視部３３は、伝送強度と想定強度との差が基準値以上であるか否かを判定する。劣化監視部３３は、伝送強度と想定強度との差が基準値以上であると判定した場合、劣化の異常を検知する。所定の基準値としては、固定の値であってもよいし、想定強度に対する所定の割合（例えば数％）の値であってもよい。

具体的には、劣化監視部３３は、一例として、図１０の（ａ）に示されるようにして、劣化の異常を検知する。図１０の（ａ）は、劣化シナリオに基づく異常の有無の検知を説明するための図である。図１０の（ａ）において、一点鎖線は、劣化の異常がある場合において計測部３１で計測した伝送強度の経時変化を示し、実線は、劣化の異常がない場合において計測部３１で計測した伝送強度の経時変化を示し、破線は、劣化シナリオに基づき想定される想定強度の経時変化を示している。この劣化の異常は、アルカリ分がセメント系材料から想定よりも速く溶出しているという異常である。劣化監視部３３は、劣化の異常が存在しない場合、計測した伝送強度が同一時刻において想定強度と同等であることを利用して、計測した伝送強度が想定強度よりも同一時刻において小さい場合に異常の存在を検知する。

図１０の（ａ）において、劣化監視部３３は、年数Ｙ_１において計測部３１により計測した伝送強度ＴＰ_Ｙ１と、年数Ｙ_１において記憶部３２から取得した想定強度ＴＰ_Ｓと、を比較する。劣化監視部３３は、伝送強度ＴＰ_Ｙ１と想定強度ＴＰ_Ｓとの差が基準値以上であるか否かを判定し、当該差が基準値以上でないと判定することにより、劣化の異常がないことを検知することができる。一方、劣化監視部３３は、年数Ｙ_１において計測部３１により計測した伝送強度ＴＰ’_Ｙ１と、年数Ｙ_１において記憶部３２から取得した想定強度ＴＰ_Ｓと、を比較する。劣化監視部３３は、伝送強度ＴＰ’_Ｙ１と想定強度ＴＰ_Ｓとの差が基準値以上であるか否かを判定し、当該差が基準値以上であると判定することにより、劣化の異常があることを検知することができる。

劣化監視部３３は、劣化の異常を検知した場合、劣化の異常に関する情報を表示部３４に表示させる。表示部３４は、例えばモニタ装置１に設けられたディスプレイ装置である。表示部３４は、劣化監視部３３により検知した劣化の異常に関する情報を、例えば視覚的に報知する。表示部３４は、主に分析装置３０を操作しているオペレータ等に対して、劣化の異常に関する情報を文字及び画像等として表示する。劣化の異常に関する情報には、劣化に異常がある旨の情報と、劣化に異常がない旨の情報とが含まれる。

以上のように構成されたモニタ装置１を用いて実行されるモニタ方法の一実施形態について、図１１を参照して説明する。図１１は、モニタ方法の一実施形態を例示するフローチャートである。

図１１に示されるように、始めに、アルカリ弱部１３を有する光ファイバ１０をコンクリート構造物１０１に沿って設置する（設置ステップ、ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、例えば、浸潤方向における上流側から下流側に向かって、光ファイバＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５をこの順で設置する（図２参照）。

続いて、ポンプ１１７を停止させる（ステップＳ１１）。これにより、余裕深度処分施設１００の供用が開始されると共に、地下水のコンクリート構造物１０１への浸潤が始まる。余裕深度処分施設１００の供用中においては、後述のステップＳ１２〜ステップＳ１６を定期的に実施する。

続いて、計測部３１により、余裕深度処分施設１００の供用中における光ファイバ１０の伝送強度ＴＰ_Ｙを計測する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、計測器２０を用いて、光ファイバ１０の延在方向における位置に対する伝送強度ＴＰ_Ｙを計測部３１により計測する。また、劣化監視部３３により、記憶部３２に記憶された想定強度ＴＰ_Ｓを取得する（ステップＳ１３）。

続いて、劣化監視部３３により、伝送強度ＴＰ_Ｙと想定強度ＴＰ_Ｓとの差が基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。伝送強度ＴＰ_Ｙと想定強度ＴＰ_Ｓとの差が基準値以上であると劣化監視部３３により判定された場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、劣化監視部３３により、劣化の異常を検知する（ステップＳ１５）。そして、劣化監視部３３により、劣化に異常がある旨の情報を表示部３４に表示させて報知する（ステップＳ１６）。その後、一連の処理が終了される。

一方、伝送強度ＴＰ_Ｙと想定強度ＴＰ_Ｓとの差が基準値以上ではないと劣化監視部３３により判定された場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、劣化に異常はないとして、劣化の異常に関する情報を報知することなく、一連の処理が終了される。なお、この場合、表示部３４により、劣化に異常がない旨の情報を報知してもよい。

以上説明したように、コンクリート構造物１０１が劣化すると、セメント系材料からアルカリ分が溶出する。溶出したアルカリ分により、光ファイバ１０の光ファイバ素線１１（特にアルカリ弱部１３における光ファイバ素線１１）が溶解する。光ファイバ素線１１が溶解すると光ファイバ素線１１の断面積が減少するため、光の伝送強度の低下（伝送ロス）が生じる。よって、本実施形態に係るモニタ装置１及びモニタ方法では、光ファイバ１０の端部に計測器２０及び分析装置３０を繋いで伝送強度を調べることで、セメント系材料の劣化度合いを推定することができる。そこで、アルカリ分によるガラス（光ファイバ素線１１）の溶解の速度が遅いことを利用して、セメント系材料を含むコンクリート構造物１０１の劣化度合いを長期間に亘って監視することが可能となる。

モニタ装置１では、光ファイバ１０は、セメント系材料を劣化させる地下水の浸潤方向上流側に設置された第１光ファイバ（例えば光ファイバＦ１）と、浸潤方向における第１光ファイバよりも下流側に設置された第２光ファイバ（例えば光ファイバＦ２）と、を有する。このように第１光ファイバ及び第２光ファイバを配置することにより、セメント系材料を劣化させる地下水の浸潤の進行度合いを把握することができる。なお、光ファイバＦ２，Ｆ３の組み合わせ、光ファイバＦ２，Ｆ４の組み合わせ等、浸潤方向上流下流の位置関係にある光ファイバ１０の組み合わせは、上述の第１光ファイバ及び第２光ファイバの組み合わせに相当する。

モニタ装置１及びモニタ方法では、コンクリート構造物１０１は、廃棄体１０３を囲むように設けられセメント系材料を含むセメント系人工バリア（コンクリートピット１０９及び低拡散層１１１）と、セメント系人工バリアを囲むように設けられベントナイト系材料を含むベントナイト系人工バリア（緩衝層１１３）と、を有する。光ファイバ１０は、セメント系人工バリア及びベントナイト系人工バリアとの境界部に設置されている。これにより、境界部に光ファイバ１０を容易に設置することができる。

モニタ装置１は、光ファイバ１０に入射させた光の散乱光のアルカリ弱部１３における伝送強度を計測する計測部３１と、計測部３１で計測した伝送強度に基づいてコンクリート構造物１０１の劣化度合いを監視する劣化監視部３３と、を備える。これにより、計測部３１で計測した伝送強度に基づいてアルカリ弱部１３における光ファイバ１０の溶解を容易に把握することができる。

モニタ装置１及びモニタ方法では、劣化監視部３３は、計測部３１で計測した伝送強度と、予め算出された劣化シナリオと、に基づいて、コンクリート構造物１０１の劣化度合いに関する異常の有無を検知する。これにより、劣化シナリオを基準としてコンクリート構造物１０１の劣化度合いに関する異常の有無を検知するため、コンクリート構造物１０１の劣化度合いが想定通りか否かを把握することができる。

モニタ装置１及びモニタ方法では、劣化監視部３３は、計測部３１で計測した伝送強度と、劣化シナリオに基づき想定される想定強度と、を比較し、伝送強度と想定強度との差が基準値以上である場合には、施設の劣化度合いに関する異常の存在を検知する。これにより、例えば光ファイバ１０が想定よりも速く溶解している場合には、アルカリ分がセメント系材料から想定よりも速く溶出しているという異常の存在を把握することができる。

次に、モニタ装置１及びモニタ方法の第２実施形態について、図１２を参照して説明する。上述した第１実施形態に係るモニタ装置１及びモニタ方法では、劣化監視部３３により、伝送強度ＴＰ_Ｙと想定強度ＴＰ_Ｓとの差を比較することで劣化の異常の有無を検知したが、第２実施形態に係るモニタ装置１及びモニタ方法は、劣化監視部３３により、伝送強度の低下速度ｄＴＰ_Ｙに基づいて劣化の異常の有無を検知する点で、第１実施形態に係るモニタ装置１及びモニタ方法と異なる。

計測部３１は、光ファイバ１０の伝送強度を定期的に計測する。計測部３１は、計測した光ファイバ１０の伝送強度を、当該伝送強度を計測した時刻と関連づけて記憶部３２に記憶させる。

劣化監視部３３は、計測部３１で現在計測した伝送強度と、計測部３１で過去に計測し記憶部３２に記憶されている伝送強度と、に基づいて、伝送強度の低下速度を取得する。劣化監視部３３は、取得した伝送強度の低下速度と、記憶部３２に記憶された劣化シナリオと、に基づいて、コンクリート構造物１０１の劣化度合いに関する異常の有無を検知する。劣化監視部３３は、伝送強度の低下速度を定期的に算出する。

具体的には、劣化監視部３３は、計測部３１で現在計測した伝送強度と、計測部３１で過去に計測し記憶部３２に記憶されている伝送強度と、を取得する。劣化監視部３３は、記憶部３２に記憶された伝送強度のうち、現在から所定時間遡った伝送強度を取得する。劣化監視部３３は、現在の伝送強度と当該所定時間遡った伝送強度とにより、伝送強度の低下速度（低下勾配）を算出する。所定時間としては、例えば、伝送強度の低下速度を一定の精度で算出できるような時間間隔を用いることができる。劣化監視部３３は、算出した伝送強度の低下速度を、当該低下速度を算出した時刻と関連づけて記憶部３２に記憶させる。

劣化監視部３３は、過去に算出し記憶部３２に記憶させた伝送強度の低下速度と、現在新たに算出した伝送強度の低下速度と、に基づいて、伝送強度の低下速度の鈍化を検知する。伝送強度の低下速度の鈍化とは、リージョン１からリージョン２への遷移時刻において伝送強度の低下速度の大きさが一旦小さくなる現象を意味する。伝送強度の低下速度の鈍化は、リージョン１における地下水のアルカリ性の程度がリージョン２における地下水のアルカリ性の程度よりも大きい傾向があることに起因して、遷移時刻直前のリージョン１における伝送強度の低下速度のほうが遷移時刻直後のリージョン２における伝送強度の低下速度よりも大きくなることにより生じる。劣化監視部３３は、伝送強度の低下速度の鈍化を検知し、検知した当該鈍化に基づいて、劣化の異常を検知する。

一例として、劣化監視部３３は、図１０の（ｂ）に示されるようにして、伝送強度の低下速度の鈍化及び劣化の異常を検知する。図１０の（ｂ）は、劣化シナリオに基づく異常の有無の検知を説明するための他の図である。図１０の（ｂ）において、一点鎖線は、劣化の異常がある場合において計測部３１で計測した伝送強度の経時変化を示し、破線は、劣化シナリオに基づき想定される想定強度の経時変化を示している。この劣化の異常は、アルカリ分がセメント系材料から想定よりも速く溶出しているという異常である。劣化監視部３３は、劣化の異常が存在しない場合、計測した伝送強度の低下速度の鈍化が生じる時刻（例えば年数）が、劣化シナリオに基づいて想定される想定強度の低下速度の鈍化が生じる時刻と同等であることを利用して、計測した伝送強度の低下速度の鈍化が生じる時刻が、想定強度の低下速度の鈍化が生じる時刻よりも早い時刻で到来した場合、異常の存在を把握する。

図１０の（ｂ）の例では、年数Ｙ_２までの期間において計測した伝送強度の低下速度の大きさ（傾きの大きさ）が増加している。年数Ｙ_２以降において、計測した伝送強度の低下速度の大きさが低下速度ｄＴＰ_Ｙ２の大きさよりも小さくなっている。すなわち、年数Ｙ_２において、計測した伝送強度の低下速度ｄＴＰ_Ｙ２の大きさが極大となることから、年数Ｙ_２において、伝送強度の低下速度ｄＴＰ_Ｙ２が鈍化している。

劣化監視部３３は、計測した伝送強度の低下速度が鈍化するまでの期間である第１経過年数を算出する。第１経過年数は、例えば、余裕深度処分施設１００の供用開始時点から、計測上のリージョン１からリージョン２への遷移時刻までの年数である。第１経過年数は、計測上のリージョン１に相当する期間Ｒ_１に対応し、その年数は年数Ｙ_２に等しい。

また、劣化監視部３３は、劣化シナリオに基づき想定される想定強度の低下速度に基づいて、想定強度の低下速度が鈍化するまでの期間である第２経過年数を算出する。第２経過年数は、例えば、余裕深度処分施設１００の供用開始時点から、劣化シナリオ上のリージョン１からリージョン２への遷移時刻までの年数である。第２経過年数は、劣化シナリオ上のリージョン１に相当する想定期間Ｒ_１Ｓに対応し、その年数は年数Ｙ_３に等しい。

劣化監視部３３は、第１経過年数と第２経過年数とを比較する。劣化監視部３３は、第２経過年数から第１経過年数を減算した年数が基準値以上である場合には、劣化の異常の存在を検知する。所定の基準値としては、固定の値であってもよいし、想定強度に対する所定の割合（例えば数％）の値であってもよい。

図１０の（ｂ）の例では、計測上のリージョン１に相当する期間Ｒ_１が劣化シナリオ上のリージョン１に相当する想定期間Ｒ_１Ｓよりも基準値以上早期に到来する。このことは、計測上のリージョン１における地下水のアルカリ性の程度が、劣化シナリオ上想定されるアルカリ性の程度よりも大きいことを意味する。つまり、セメント系材料からのアルカリ分の溶出が想定よりも速く進展しており、劣化の異常が存在することを示している。そこで、劣化監視部３３は、第１経過年数である年数Ｙ_２と第２経過年数である年数Ｙ_３とを比較し、年数Ｙ_３から年数Ｙ_２を減算した年数が基準値以上であると判定することにより、劣化の異常の存在を検知する。

図１２は、モニタ方法の第２実施形態を例示するフローチャートである。図１２に示されるように、まず、アルカリ弱部１３を有する光ファイバ１０をコンクリート構造物１０１に沿って設置し（ステップＳ２０）、ポンプ１１７を停止させる（ステップＳ２１）。続いて、計測部３１により、余裕深度処分施設１００の供用中における光ファイバ１０の伝送強度ＴＰ_Ｙ２を計測する（ステップＳ２２）。これらステップＳ２０〜ステップＳ２２は、上述した実施形態に係るモニタ方法におけるステップＳ１０〜ステップＳ１２と同様である。余裕深度処分施設１００の供用中においては、ステップＳ２２〜ステップＳ２８を定期的に実施する。

続いて、劣化監視部３３により、計測した伝送強度ＴＰ_Ｙの低下速度ｄＴＰ_Ｙを取得する（ステップＳ２３）。劣化監視部３３により、計測した伝送強度ＴＰ_Ｙの低下速度ｄＴＰ_Ｙの鈍化を検知する（ステップＳ２４）。続いて、劣化監視部３３により、低下速度ｄＴＰ_Ｙの鈍化を検知した時刻に基づき、年数Ｙ_２を取得する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５では、劣化シナリオ上のリージョン１からリージョン２への遷移時刻に基づき、年数Ｙ_３を取得する。

続いて、劣化監視部３３により、年数Ｙ_２，Ｙ_３の差が基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。年数Ｙ_２，Ｙ_３の差が基準値以上であると劣化監視部３３により判定された場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、劣化監視部３３により、劣化の異常を検知する（ステップＳ２７）。そして、劣化監視部３３により、劣化に異常がある旨の情報を表示部３４に表示させて報知する（ステップＳ２８）。このステップＳ２７，Ｓ２８は、上述した実施形態に係るモニタ方法におけるステップＳ１５，Ｓ１６と同様である。その後、一連の処理が終了される。

一方、年数Ｙ_２，Ｙ_３の差が基準値以上ではないと劣化監視部３３により判定された場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、劣化に異常はないとして、劣化の異常に関する情報を報知することなく、一連の処理が終了される。なお、この場合、表示部３４により、劣化に異常がない旨の情報を報知してもよい。

以上説明したように、第２実施形態に係るモニタ装置１及びモニタ方法では、劣化監視部３３は、計測部３１で計測した伝送強度の低下速度が鈍化するまでの第１経過年数と、劣化シナリオに基づき想定される想定強度の低下速度が鈍化するまでの第２経過年数と、を比較する。劣化監視部３３は、第２経過年数から第１経過年数を減算した年数が基準値以上である場合には、劣化の異常の存在を検知する。このように、伝送強度の低下速度の鈍化が想定よりも短期間で到来していることを利用することにより、アルカリ分がセメント系材料から想定よりも速く溶出しているという異常の存在を把握することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。

上記実施形態では、施設として余裕深度処分施設１００を例示したが、施設はこれに限定されない。セメント系材料からアルカリ分が溶出する劣化が生じる施設であれば、上述したモニタ装置１及びモニタ方法を適用することが可能である。

上記実施形態では、被覆１２を除去することによりアルカリ弱部１３を形成したが、アルカリ弱部１３の態様は、これに限定されない。例えば、図１３の（ａ）に示されるように、被覆１２よりも径方向の厚さを薄くした被覆１２Ａを形成することにより、アルカリ弱部１３Ａを形成してもよい。また、図１３の（ｂ）に示されるように、一旦被覆１２を除去した後に、当該被覆１２を除去した箇所に被覆１２のアルカリ性に対する耐久性よりも低い耐久性を有する被覆１２Ｂを形成することにより、アルカリ弱部１３Ｂを形成してもよい。この場合、被覆１２Ｂの径方向の厚さは、被覆１２の径方向の厚さと同等であってもよいし、被覆１２の径方向の厚さと異なっていてもよい。被覆１２Ｂの材料としては、ウレタン系材料を用いることができる。

上記実施形態では、光ファイバＦ１〜Ｆ５は、セメント系材料の表面に沿うように配置されていたが、セメント系材料の内部に埋め込まれていてもよい。

１…モニタ装置、１０，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５…光ファイバ、１３，１３Ａ，１３Ｂ…アルカリ弱部、２０…計測器、３０…分析装置、３１…計測部、３３…劣化監視部、１０１…コンクリート構造物（施設）、１０３…廃棄体（放射性物質）、１０９…コンクリートピット（セメント系人工バリア）、１１１…低拡散層（セメント系人工バリア）、１１３…緩衝層（ベントナイト系人工バリア）、ＴＰ_Ｓ…想定強度、ＴＰ_Ｙ…伝送強度（強度）、ｄＴＰ_Ｙ…低下速度。

Claims (8)

1. セメント系材料を含む施設の劣化度合いを監視するモニタ装置であって、
   前記施設に沿って設置され、アルカリ弱部を有する光ファイバを備える、モニタ装置。
2. 前記光ファイバは、セメント系材料を劣化させる水の浸潤方向上流側に設置された第１光ファイバと、前記浸潤方向における前記第１光ファイバよりも下流側に設置された第２光ファイバと、を有する、請求項１記載のモニタ装置。
3. 前記施設は、放射性物質を囲むように設けられ前記セメント系材料を含むセメント系人工バリアと、前記セメント系人工バリアを囲むように設けられベントナイト系材料を含むベントナイト系人工バリアと、を有し、
   前記光ファイバは、前記セメント系人工バリア及び前記ベントナイト系人工バリアとの境界部に設置されている、請求項１又は２記載のモニタ装置。
4. 前記光ファイバに入射させた光の散乱光の前記アルカリ弱部における強度を計測する計測部と、
   前記計測部で計測した前記強度に基づいて前記施設の劣化度合いを監視する劣化監視部と、を備える、請求項１〜３の何れか一項記載のモニタ装置。
5. 前記劣化監視部は、前記計測部で計測した前記強度と、予め算出された前記施設の劣化シナリオと、に基づいて、前記施設の劣化度合いに関する異常の有無を検知する、請求項４記載のモニタ装置。
6. 前記劣化監視部は、前記計測部で計測した前記強度と、前記劣化シナリオに基づき想定される想定強度と、を比較し、前記強度と前記想定強度との差が基準値以上である場合には、前記施設の劣化度合いに関する異常の存在を検知する、請求項５記載のモニタ装置。
7. 前記劣化監視部は、前記強度の低下速度が鈍化するまでの第１経過年数と、前記劣化シナリオに基づき想定される想定強度の低下速度が鈍化するまでの第２経過年数と、を比較し、前記第２経過年数から前記第１経過年数を減算した年数が基準値以上である場合には、前記施設の劣化度合いに関する異常の存在を検知する、請求項５又は６記載のモニタ装置。
8. セメント系材料を含む施設の劣化度合いをモニタするモニタ方法であって、
   アルカリ弱部を有する光ファイバを前記施設に沿って設置する設置ステップを備える、モニタ方法。

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