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報告書

地層処分施設における多連設坑道の設計手法に関する検討

平本 正行; 小林 保之; 中間 茂雄; 水谷 和彦*; 森田 篤*

JAEA-Research 2008-001, 84 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-001.pdf:13.19MB

本検討では、地層処分施設における多連設坑道の設計手法について、第2次取りまとめの考え方に基づき、さらに詳細化・実用化を図ることを目的とし、EDZの発生挙動に関する検討(2章),ピラーの安定性評価に関する検討(3章)を行った。2章では、一処分パネル規模の坑道群をモデル化した「多連設坑道モデル」を対象に解析的検討を実施し、EDZの発生挙動について検討した。解析モデルの違いによる影響を把握するため、第2次取りまとめの解析モデルを地表面まで考慮した「簡略化モデル」についても検討した。その結果、両モデルはEDZの発生挙動が大きく異なることから、EDZの発生挙動を正確に予測評価するには、多連設坑道モデルを用いて解析領域を十分に確保することが重要であると考える。3章では、「ピラー強度」と「ピラーに作用する荷重」の2つの観点から、類似構造物におけるピラーの安定性評価に関する考え方をもとに、地層処分施設におけるピラーの安定性評価方法について検討した。その結果、多連設坑道モデルによる数値解析を実施すれば、ピラー強度及びピラーに作用する荷重をともに適切に評価できることから、地層処分施設におけるピラーの安定性評価方法を提案した。

報告書

岩石の強度回復特性・一般化応力緩和挙動に関する研究(委託研究)

平本 正行; 小林 保之; 大久保 誠介*

JAEA-Research 2008-002, 60 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-002.pdf:2.52MB

岩石の強度回復特性及び一般化応力緩和挙動に関する研究を行った。使用した供試体は、幌延深地層研究計画におけるボーリング調査(HDB-10, HDB-11)で採取した稚内層硬質頁岩である。強度回復特性に関する試験では、荷重の保持時間が長いほど強度回復が大きく、一軸圧縮強度が小さいHDB-10孔の方が強度回復が大きい結果となった。ただし、試料としてまだ2地点のみの結果であるため、試料の採取場所による影響を定量的に評価することは現段階では困難であり、今後さらなるデータの蓄積が必要であると考える。この強度回復特性は、長期に渡る地下構造物の安定性にとって極めて重要であり、原位置試験を含む本格的な検討を早期に実施する必要があると考える。一般化応力緩和挙動に関する試験では、稚内層硬質頁岩は、三城目安山岩及び河津凝灰岩の示す挙動と定性的には同じであったが、試験結果のばらつきが大きく定量的に評価することは現段階では困難であり、今後さらなるデータの蓄積が必要であると考える。この一般化応力緩和挙動は、従来のクリープ試験や応力緩和試験では得られない情報を追加し、コンプライアンス可変型構成方程式の検証及び高度化に役立つと考える。

報告書

坑道周辺における不飽和領域の生起に伴う地球化学反応を考慮した水理-物質移行連成解析; 高レベル放射性廃棄物の地層処分における熱-水-応力-化学連成挙動モデル/解析コードの適用

鈴木 英明; 藤崎 淳; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2008-003, 48 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-003.pdf:2.07MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムにおける人工バリア定置後のニアフールド挙動のより現実的な予測を行うためには、処分場建設に伴って生じる応力場,水理場,化学場などの変化を解析評価の初期条件として考慮する必要がある。例えば、坑道掘削に伴う処分坑道周辺における不飽和領域の発生は、酸化還元電位の変化や、地下水へのガスの溶解あるいは脱ガスによる溶液組成の変化など、オーバーパックの腐食や核種移行の環境条件などに影響を及ぼすことが予想される。本報告書は、幌延等の具体的地質環境における熱-水-応力-化学連成挙動モデル/解析コードの適用事例の提示に向け、坑道周辺における不飽和領域の生起に伴う地球化学反応を考慮した水理-物質移行連成解析を実施した。そして、岩盤内に大気が侵入することによる間隙水の酸化還元電位の変化や、間隙水中に高い濃度で溶解している二酸化炭素が脱ガスすることによる間隙水pHの変化など、これまでに開発した連成挙動モデル/解析コードで表現できることを確認した。

報告書

海水系地下水中におけるベントナイト及び堆積岩に対するセシウムの収着挙動

北村 暁; 戸村 努*; 佐藤 治夫; 中山 雅

JAEA-Research 2008-004, 39 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-004.pdf:3.0MB

海水系地下水中におけるベントナイト及び堆積岩(砂岩及び泥岩)に対するセシウムの収着分配係数を取得した。これらの固相に対するセシウムの収着挙動を明らかにすることを目的として、種々の濃度における塩化ナトリウム水溶液及び塩化カリウム水溶液においても、セシウムの収着分配係数を取得した。得られた分配係数はpHには大きな依存性を示さなかった。また、イオン強度依存性を調べたところ、ベントナイトに対する収着ではナトリウムイオンとカリウムイオンのいずれの濃度に対しても依存性を示したのに対し、堆積岩に対する収着ではナトリウムイオンに対する依存性を示さず、カリウムイオンとのみ競争的に反応することがわかった。これらの結果をもとに、イオン交換モデルを用いてセシウムの収着挙動を検討した。なお、本研究は、平成14$$sim$$15年度に、当時の核燃料サイクル開発機構東海事業所で実施されたものである。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための理論的研究(委託研究)

市川 康明*; 瀬野 康弘; 中間 茂雄; 佐藤 稔紀

JAEA-Research 2008-005, 60 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-005.pdf:28.54MB

本報告書は、平成18年度に実施した成果をまとめたものであり、長期挙動予測評価手法の開発として行った「石英の溶解に関する試験的研究」及び「石英の溶解拡散に関する均質化解析」と、第3段階の調査研究計画の基礎情報としての「土岐花崗岩の一軸圧縮試験と応力緩和試験」の3点について報告するものである。本報告書の構成は、以下の通りである。第2章では、土岐花崗岩の微視的変形状況を一軸圧縮試験及び応力緩和試験条件下でレーザー共焦点顕微鏡によって観察している。すなわち、時間依存の巨視的な変形・応力挙動を測ると同時に、顕微鏡画像で結晶及びその境界面の特徴的なポイントを探して四角形メッシュを組み、そのメッシュ群の時間的なひずみ変化を算定した。第3章では、多結晶質岩石の微視レベルの破壊機構に深くかかわっている各鉱物の圧縮応力下の化学反応による溶解現象を確認するために、石英単結晶供試体及びガラスビーズを用いた圧縮試験を試み、溶解及び再沈殿した石英表面の形状をレーザー共焦点顕微鏡で観察している。第4章では、石英の圧力溶解反応現象についての理論的な取り扱い法、並びに均質化法をベースにした数値解析法を開発している。

報告書

高転換型革新的水冷却炉(HC-FLWR)の炉心設計

中野 佳洋; 秋江 拓志; 奥村 啓介; 大久保 努; 内川 貞夫

JAEA-Research 2008-006, 37 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-006.pdf:35.13MB

革新的水冷却炉(FLWR)を構成する二つの炉心概念のうち、高転換型炉(HC-FLWR)について炉心設計を行い、その基本仕様を作成した。FLWRは、既存の軽水炉技術に基づいた熱出力3,926MWの沸騰水型軽水炉で、高富化度MOX燃料を用い、燃料棒は六角形のチャンネルボックス内に稠密に三角格子配置される。HC-FLWRの炉心設計では、まず予備的なパラメータサーベイ計算を行い、大まかな炉心仕様を求めた。その結果を受けて、核熱結合炉心計算コードMOSRAを用いた設計計算を行った。一次元核熱結合炉心燃焼計算を行って炉心仕様を絞り込み、燃料棒直径1.12cm,Puf富化度11%,MOX長85cm,冷却材炉心流量10t/s,炉心入口温度550K等の炉心仕様を得た。この炉心について三次元核熱結合炉心燃焼を行うとともに、燃料交換パターンを検討し、負のボイド反応度係数を維持し、出力ピーキング係数は許容範囲内に収まり、MOX領域の取出燃焼度が56GWd/t,Puf残存比が0.84という炉心性能を有する炉心設計仕様・燃料交換パターンを構築した。

報告書

高温ガス炉黒鉛構造物の熱伝導率に関するアニーリング効果の設計式検討(受託研究)

角田 淳弥; 柴田 大受; 中川 繁昭; 伊与久 達夫; 沢 和弘

JAEA-Research 2008-007, 30 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-007.pdf:1.34MB

高温ガス炉の炉内構造物に用いられる黒鉛材料は、運転中の中性子照射により熱伝導率が大きく低下するが、減圧事故等の事故時に照射温度以上の高温に加熱されるとアニーリング効果によって熱伝導率が回復することが期待できる。このアニーリング効果は、HTTRの燃料最高温度評価では解析の保守性の観点から考慮していないが、定量的な考慮ができれば、事故時の炉心温度挙動が合理的に高精度に評価できる。本研究は、高温ガス炉の事故時温度評価の高度化のため、中性子照射済試料を用いた試験結果からアニーリング効果を定量的に評価し、高温ガス炉に用いられる熱伝導率の設計式を提案するものである。

報告書

水素同位体比を利用した分布型水流出モデルの検証と硝酸態窒素の河川流出機構の解析(共同研究)

都築 克紀; 松永 武; 井上 隆信*

JAEA-Research 2008-008, 31 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-008.pdf:3.68MB

森林集水域からの硝酸態窒素の流出を水流出モデルを用いて解析した。まず、国内並びに東アジアの酸性雨モニタリング地点の1つである岐阜県伊自良川の上流域において、2006年11月に降雨時の観測を行った。観測を行った流域に対し分布型水流出モデルにより地下水・降水の河川流出シミュレーションを行った。その合理性を観測した流量データ並びに雨水・河川水の水素同位体比で検証した。そして、観測された2回の連続降水時の河川水中硝酸イオン濃度の変動を、水流出モデルから計算される河川流出水の流域滞留時間と比較した。この結果、この集水域では、降水時に増加する河川水中の硝酸イオンは土壌表層部から当該降水の側方流と深部地下水の上昇流により運ばれることが推定された。また、降水条件と連動する土壌中水分の滞留時間が硝酸態窒素の流出量にかかわることが推定された。本研究は、集水域におけるダイナミックな水動態が硝酸態窒素の収支を考察するうえで重要であることを示唆している。

報告書

幌延深地層研究計画における地下施設の支保設計(実施設計)

森岡 宏之*; 山崎 雅直; 松井 裕哉; 尾留川 剛*; 山口 雄大

JAEA-Research 2008-009, 263 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-009.pdf:32.63MB

本報告書は、幌延深地層研究計画における地下施設の建設に先立って、平成16年度に実施した最終の支保設計(実施設計)の内容について、「幌延深地層研究計画 地下施設実施設計」のうち、地下施設空洞安定性の検討及び耐震性能照査の結果に関する部分を要約し取りまとめたものである。

報告書

断層ずれに伴う人工バリアの力学的挙動評価,2

齋藤 雄也; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 平井 卓*; 西村 繭果*

JAEA-Research 2008-010, 35 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-010.pdf:15.56MB

我が国の地層処分概念では、地震・活断層の影響等、地層処分システムに著しい影響を及ぼす可能性のある天然現象については、サイト選定によってその影響を避けることを基本としている。これに対し、万が一断層によるずれ変位が生じる場合を想定して、人工バリア性能の限界状態を把握することも重要であると考えられる。そのため、本研究では発生頻度,規模が小さいため事前調査で発見することが困難であるC級断層が人工バリアを直撃した場合を想定し、模型実験とシミュレーション解析を行い、人工バリアに及ぼす影響について検討してきた。本稿では、断層変位速度の影響を評価するため、速度を変えた実験を行い、実験データの拡充を図るとともに、シミュレーション解析の精度向上のための検討を行った。その結果、断層変位速度を100mm/sから1/10の10mm/sにした結果、緩衝材外周部で観測される土圧が20%程度減少することがわかった。また、数値解析においては、周辺岩盤の透水係数を適切に評価することが重要であることが明らかとなった。

報告書

緩衝材中における炭素鋼の腐食挙動の実験的検討,1; 10年間の浸漬試験結果に基づく腐食進展挙動の検討

谷口 直樹; 川崎 学*; 内藤 守正

JAEA-Research 2008-011, 34 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-011.pdf:20.28MB

オーバーパックの置かれる地下深部は酸素濃度の低い還元性雰囲気と考えられる。炭素鋼オーバーパックの腐食寿命を評価するうえでそのような還元性環境での炭素鋼の腐食挙動を把握することが必要である。本研究では酸素ガス濃度が1ppm以下に制御された窒素雰囲気下において10年間に渡る緩衝材中での炭素鋼の浸漬試験を実施した。模擬地下水として人工海水及び炭酸水素イオンと塩化物イオンを含む水溶液を用いた。炭素鋼の腐食量を試験片の重量減少量より算出し、その経時変化を調べた。実験結果は以下のようにまとめられる。(1)ベントナイト純度,気相部の雰囲気による腐食進展挙動への影響は小さいことがわかった。(2)腐食速度はいずれの条件でも時間とともに低下する傾向があり、浸漬初期の腐食速度が大きいほど長期的な腐食がより抑制される傾向があった。(3)炭酸塩濃度の高い条件(0.1M)では他の条件よりも試験期間を通じて腐食量は小さくなった。(4)10年間の腐食量$$Y$$の経時変化はべき乗則、${it Y=AX$^{B}$}$により近似された。人工海水系における係数$$A$$$$B$$を緩衝材密度$$rho$$(g/cm$$^{3}$$)とけい砂混合率$$r$$(0$$leq$$$$r$$$$leq$$1)及び温度$$T$$(K)の関数として表す経験式を求めた。(5)浸漬期間1$$sim$$10年間の腐食量変化の傾きより腐食速度を算出した結果、0.055$$sim$$1.4$$mu$$m/yの値が得られた。(6)従来のオーバーパック寿命評価において用いられた腐食速度の値(10$$mu$$m/y)は10年間の室内試験データ,ナチュラルアナログデータと比較して十分に安全側であることが確認された。

報告書

炭酸塩水溶液中における純銅のアノード分極挙動

川崎 学*; 谷口 直樹; 内藤 守正

JAEA-Research 2008-012, 55 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-012.pdf:38.56MB

銅は代替オーバーパック材料の一つとして挙げられている。処分後初期の酸化性雰囲気における銅の腐食挙動に及ぼす環境因子の影響を把握することを目的として、炭酸塩水溶液を用いて地下水中の代表的な化学種濃度をパラメータとしたアノード分極試験を行った。動電位法及び定電位法によるアノード分極試験の結果、純銅のアノード分極挙動は以下のようにまとめられる。(1)炭酸イオン及び炭酸水素イオンは純銅の不動態化を促進し、皮膜破壊を抑制した。(2)塩化物イオンは純銅の活性溶解を促進し、皮膜破壊を促進した。(3)硫酸イオンとpHの影響は明確ではなかったが、硫酸イオンは塩化物イオンに類似した作用を有することがわかった。pHは値が高いほど不動態化をもたらし、皮膜破壊を抑制する傾向が示唆された。(4)皮膜破壊電位Ebは[Cl$$^{-}$$]/[HCO$$_{3}$$$$^{-}$$], [SO$$_{4}$$$$^{2-}$$]/[HCO$$_{3}$$$$^{-}$$]など皮膜破壊型の化学種と皮膜破壊抑制型の化学種の濃度比で整理され、これが高いほどEbは卑化した。しかし、この濃度比がある値以上では活性溶解型の領域となり、皮膜破壊は起こりえない。不動態型の領域におけるEbの下限値は約-200mV vs. SCEと求められた。(5)定電位試験の結果、皮膜破壊電位付近における腐食形態は多くの場合に全面が均一な溶解であったが、条件によっては孔食や不均一な腐食を生じた。

報告書

ニアフィールド岩盤の長期力学挙動予測評価手法の信頼性向上に関する検討,2; 緩衝材の膨潤圧とオーバーパックの腐食膨張圧がニアフィールド岩盤の長期安定性に与える影響に関する検討

平本 正行; 小林 保之; 青柳 茂男*; 宮野前 俊一*

JAEA-Research 2008-013, 62 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-013.pdf:9.17MB

本研究では、ニアフィールド岩盤の長期力学挙動予測評価手法の信頼性向上に関する検討として、緩衝材の膨潤圧とオーバーパックの腐食膨張圧がニアフィールド岩盤の長期安定性に与える影響について検討した。緩衝材の膨潤挙動を温度荷重で、オーバーパックの腐食膨張挙動を強制変位でモデル化し、ニアフィールド岩盤の長期力学挙動の予測解析を行った。その結果、緩衝材の膨潤圧やオーバーパックの腐食膨張圧が内圧としてニアフィールド岩盤に作用することで、ニアフィールド岩盤の長期安定性が向上し、緩衝材の膨潤圧やオーバーパックの腐食膨張圧を考慮していない従来の評価手法が保守側の結果を与えることを示した。ただし、例外として、緩衝材の剛性が高く、岩盤の初期応力が小さな場合においては、処分孔壁面近傍に引張破壊による緩み領域が発生する可能性が示された。そのような場合、緩衝材が岩盤中に発生した亀裂に流出することで、人工バリアの機能低下が起こる可能性が懸念される。

報告書

信頼性のレベルを提示可能な体系的な検討結果のとりまとめ方法の整備

大井 貴夫; 加藤 智子; 河内 進; 川村 淳

JAEA-Research 2008-014, 14 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-014.pdf:2.93MB

個々の研究者のレベルでの信頼性向上やプロジェクト全体における情報や知識の整理に反映できる方法を構築することを目的とし、国際的な品質マネジメントシステム(ISO9000s)を参考とし、「信頼性のレベルを提示可能な体系的な検討結果のとりまとめ方法」を整備した。本手法に基づき研究成果をまとめ、提示することにより、読者に研究の目的や意図,内容,要求事項及びそれらの実施方法・プロセスが明示される。また、それらに関する適合性評価を通じて、研究の透明性,追跡性が確保されるとともに、得られた結果や研究の妥当性に関する研究者の主張が展開され、結果として、読み手の理解と信頼性の向上に資するものと考える。

報告書

核種移行評価モデルにおけるRaの共沈現象の検討

吉田 泰*; 吉川 英樹

JAEA-Research 2008-015, 15 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-015.pdf:0.86MB

Raが他の元素に伴って共沈反応する際に、従来は例えばCa塩との共沈に際しては、モル比を保ったまま液相から固相に変化するとの仮定でモデル化や評価がなされていた。本報では、共沈実験により得られた元素分配比と固液のCa/Ra存在比(モル比)が異なる点に着目して、共沈反応によるRa分配比を分配係数に換算して表現する分配モデルを提案するとともに、例として降水系還元性高pH(FRHP)地下水反応間隙水条件における分配係数の換算値を示した。分配係数の換算値を考慮して降水系還元性高pH(FRHP)地下水反応間隙水の条件において4n+2系列核種の人工バリアからの核種移行率を計算した結果、$$^{226}$$Raの人工バリアからの移行率が4n+2系列で最も高くなることが示されたものの、人工バリアからの核種放出率が最も高い$$^{135}$$Csの約25分の1であった。

報告書

地下水中のコロイドの特性評価に及ぼす水質擾乱影響の予察的検討

久野 義夫; 笹本 広

JAEA-Research 2008-016, 21 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-016.pdf:3.92MB

この研究では、幌延地区において地下水コロイドの特性評価を実施することにより、原位置と大気環境の化学的条件の相違が地下水中の無機コロイドの特性に与える影響について検討した。HDB-10孔から採水した地下水において、おもにCaを含む有意な量の懸濁成分が観察された。そのため、大気に開放することによる地下水の組成やコロイドの特性に与える影響を確認するために、この地下水を用いた補足的な室内試験を実施した。大気環境下では、おもにCaCO$$_{3}$$から成る生成物が、沈殿だけではなく浮遊性の粒子として確認された。しかしながら、この浮遊性の粒子については、本地下水中で分散安定性を有していないことがDLVO理論による評価により予測された。この浮遊性の粒子の生成は、化学的条件の変化に起因する一時的な挙動と推定され、原位置の地下水中では存在していなかったものと考えられる。

報告書

Application of the sorption database to K$$_{d}$$-setting for Horonobe rocks

Ochs, M.*; Kunze, S.*; 齋藤 好彦; 北村 暁; 舘 幸男; 油井 三和

JAEA-Research 2008-017, 89 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-017.pdf:3.23MB

本報告書では、JNC-SDBを適用して、幌延岩石に対するTh, Np, Cs及びSeのK$$_{d}$$設定を試み、その適用性に関する検討を行った。JNC-SDBから関連するK$$_{d}$$データの抽出を行い、このK$$_{d}$$データ取得された実験条件と適用条件の違いを、半定量的なスケーリングファクターとして変換することでK$$_{d}$$が導出された。このスケーリングファクターによる設定手法と関連する不確実性が、K$$_{d}$$設定に及ぼす影響を評価するため、評価対象となる岩石の鉱物組成,表面特性,核種の溶存化学種等の条件を考慮したスケーリングファクターを段階的に導出し、K$$_{d}$$設定に及ぼす影響を詳細に評価した。このK$$_{d}$$設定手法は、実際の地質環境条件でのK$$_{d}$$の大きさを予測する手法として有効であるが、評価対象条件への関連付けが可能な実験データの存在に依存するなど、その適用範囲はある程度限定される。また、今回のK$$_{d}$$設定への適用を通じて、JNC-SDB及びその信頼度評価が、利用可能な関連データ集を速やかに抽出し、参照すべきデータを適切に選定するうえで、有効な手法であることが確認された。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分における天然現象影響評価に関する研究

川村 淳; 大井 貴夫; 新里 忠史; 安江 健一; 常盤 哲也; 丹羽 正和; 島田 耕史; 黒澤 英樹; 浅森 浩一; 河内 進; et al.

JAEA-Research 2008-018, 47 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-018.pdf:24.18MB

本報告では、総合評価体系の一環として作業フレームの高度化を図り、地質環境条件(THMCG)と天然現象の特性との関係の定量化と処分環境における性能評価パラメータとTHMCG条件との関係の定量化に関する情報整理の考え方について検討した。また、上記の考え方に基づく情報整理手法をすべての天然現象へ適用し、その手法の適用性の確認を実施した。その結果、上記情報整理については、THMCGの変化に関する情報から、地層処分の安全評価において重要な天然現象研究や地質環境に関するデータや知見などについて、その過不足も含めた情報を効率的に整理できる見通しを得た。また、急激かつ局所的な現象である火山・熱水活動及び地震・断層活動のみならず、緩慢かつ広域的な現象である隆起・侵食/気候・海水準変動にも総合評価体系の考え方に基づく情報整理の手法が適用可能であることを確認できた。また、シナリオのスクリーニング技術に関しては、情報整理により適切なシナリオの選択が可能となる見通しを得た。

報告書

人工バリアと天然バリアのパラメータに関する感度解析; 高レベル放射性廃棄物の地層処分性能評価への包括的感度解析手法の適用

江橋 健; 小尾 繁*; 大井 貴夫

JAEA-Research 2008-019, 142 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-019.pdf:22.97MB

本検討においては、高レベル放射性廃棄物の性能評価に包括的感度解析手法を適用し、一方のバリアのパラメータを保守的に設定した条件下において、一方のバリアの分析対象パラメータに関する重要度や成立条件を抽出することができるかどうかについて検討した。検討の結果、人工バリア及び天然バリアのパラメータに関する重要度や成立条件をそれぞれ例示した(例えば、降水系間隙水及び天然バリアが保守的な条件の場合に、ガラス溶解速度が2.5g/m$$^{2}$$/y以下であれば、Cs-135の最大線量は10$$mu$$Sv/yを下回る)。本検討を通じて、包括的感度解析手法が、保守的な条件下において、それぞれのバリアのパラメータに関する重要度や成立条件の抽出に適用可能であることを示した。本検討における手法の有用性の検討や抽出された感度特性は、地層処分計画の初期段階におけるシナリオ解析や頑健なバリアの構築に資するものと考える。

報告書

熱-水-応力連成試験設備(COUPLE)を用いた室内試験結果に基づく熱-水連成モデルの信頼性確認

藤崎 淳; 鈴木 英明; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2008-020, 62 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-020.pdf:24.3MB

人工バリア定置後のニアフィールドの挙動を評価するためには、そこに生じる連成現象をモデル化し、その時間的,空間的変遷を把握することが必要である。しかしながら、ニアフィールドにおける連成現象は熱-水-応力-化学が相互に影響を及ぼしながら進行する複雑なものであるから、適用した連成モデルが現象を適切に表現可能か否かの判断は実現象との比較なしには困難である。したがって、室内あるいは原位置において、実際に連成現象を生起させて取得した結果に基づき、モデルの確証を行うことが必要である。このような観点から、室内において実施した工学的規模の熱-水-応力連成試験設備(COUPLE)を用いて連成試験を実施した。その結果、温度及び緩衝材中の水分量について、有意なデータを得ることができた。さらに、連成モデルを用いて計算した緩衝材中の温度及び水分量の変遷は試験結果と良い一致を示し、今回適用した連成モデルの妥当性が示された。

報告書

地層処分生物圏評価における感度解析による重要パラメータの抽出に関する検討

加藤 智子; 鈴木 祐二*

JAEA-Research 2008-021, 148 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-021.pdf:24.17MB

地層処分生物圏評価に関するすべてのデータを実際の処分サイトにおいて整備するのは多大な労力である。したがって、重要度の高いパラメータとその変動特性を把握し、実際の地表環境において重点的に整備すべきパラメータについて見通しを持てるように準備しておくことが重要である。そこで、本研究においては、実際の地表環境において重点的に整備すべきパラメータリストを整備するために、以下の3つのアプローチをとることとした。(1)処分場からの核種移行率を人間が受ける放射線量に変換するための係数に対する生物圏評価上重要度の高いパラメータの抽出,(2)今後実際の地表環境におけるデータ取得を必要とするかどうかを判断するために、パラメータデータの引用元などを整理した、現時点におけるパラメータの設定状況の確認,(3)実際の地表環境における生物圏データ取得にかかわる優先事項リストの作成。本報告書では、(3)に示した実際の地表環境における生物圏データ取得にかかわる優先事項リストを作成するための準備として、(1)及び(2)を実施した結果をまとめた。

報告書

処分環境や設計オプションに対応した性能評価手法の構築,1

稲垣 学; 蛯名 貴憲*

JAEA-Research 2008-022, 37 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-022.pdf:2.26MB

高レベル放射性廃棄物の処分事業では、公募に応募された地域の概要調査地域から精密調査地域が選択される段階的な進捗が想定されている。その際、概要調査地域から適切な精密調査区域を選定する必要があり、概要調査区域で実施される地上からの調査から得られる限られた情報と、ジェネリックな地質環境でこれまで想定されてきた設計条件や処分オプションとを組合せ、処分場の総合的な性能を評価することが必要となる。精密調査地域の選定要件としては、地質環境の長期安定性の確認とともに、破砕帯や地下水流動の及ぼす処分施設への影響について評価することが求められ、設計・施工での対応やシステム全体の性能との関連で論ずる必要がある。そのためには、これまで検討されてきたジェネリックな環境下での地質調査情報や設計条件,性能評価で用いられたシナリオやモデル及びデータを初期条件として、具体的地質情報や設計オプションを組合せた場合に生じるシナリオやモデルの相違を明らかにし、これを設計や地質調査にフィードバックできるようなフレームを構築することが合理的であると考えた。

報告書

シナリオの重要度をわかりやすく提示可能なシナリオ解析手法の整備

大井 貴夫; 稲垣 学; 川村 淳

JAEA-Research 2008-023, 23 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-023.pdf:4.68MB

本研究においては、「重要度」と「わかりやすさ」,「汎用性」を考慮してシナリオ解析の結果を提示する「シナリオの重要度をわかりやすく提示可能なシナリオ解析手法」の概念の検討を行った。本手法を用いてシナリオ解析を行うことにより、重要なシナリオは何か?なぜ、その評価で安全性が主張できるのか?などの評価の信頼性の確保にかかわる情報がよりわかりやすく明示されるようになるだけでなく、個々の研究の役割や研究の関連が示され、地層処分の総合的な性能評価に資する有用な情報が提供されるものと考える。

報告書

大型鉄遺物のX線CT測定法の比較

林 真紀*; 吉川 英樹

JAEA-Research 2008-024, 56 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-024.pdf:20.71MB

これまでに国内17遺跡から出土した約40点の鉄製品の腐食状況を調査し、1000年間の腐食量は、核燃料サイクル開発機構が、我が国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性-地層処分研究開発第2次取りまとめ-で見積った炭素鋼の腐食量:31mmより十分に低いことを明らかにした。しかし、埋蔵環境は大半が酸化性雰囲気で、地層処分で想定される還元性雰囲気に埋蔵されていたと推定されたものは数点にすぎず、この雰囲気におけるデータの蓄積が必要と考えられた。ここでは、つくば市小田地区の国指定史跡である小田城より発掘された「鋤」を含有する土壌固体試料について、腐食量を調査することを目的とした。また、X線CT測定の効率化を図るために、日本原子力研究開発機構で所有する医療用X線CTスキャナ(東芝製AsteionVI)を金属ナチュラルアナログ研究に活用することを考えている。同試料のX線CT測定を高出力工業用X線CTで行い、それぞれのX線CT像,断面物質密度及び錆厚測定結果についての比較を行ったので報告する。

報告書

地層処分における微生物影響評価に関する研究,2(共同研究)

栃木 善克; 吉川 英樹; 青木 和弘; 油井 三和; 浅野 貴博*; 本條 秀子*; 萩沼 真之*; 川上 泰*; 鈴木 和則*

JAEA-Research 2008-025, 55 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-025.pdf:8.55MB

本報告では、(独)日本原子力研究開発機構及び(財)産業創造研究所による共同研究「地層処分における微生物影響評価に関する研究」の平成18年度における成果をまとめた。同研究は、地層処分場のバリア性能に及ぼす微生物活動の影響評価技術を高度化し、処分技術の信頼性向上に資することを目的として実施した。数値解析コード(MINT)による解析に供することを目的として、幌延深地層研究センターの調査フィールドに設けた地下水化学・微生物影響評価目的の観測井から地下水・岩石試料を採取し、地下水組成・微生物量の安定性を評価するための解析を実施した。解析の結果、地下水化学・微生物量への影響は比較的低いことを示唆する結果が得られた。特に、溶存メタン・メタン生成菌・硫酸還元菌(SRB)及び硫酸イオンにその傾向が見られることから、評価対象の掘削井は浅い環境にもかかわらず、微生物共存によって低い酸化還元電位の環境が安定であることを示唆するものである。

報告書

加速器駆動未臨界システムのビーム窓構造の設計検討; 簡易的な包括検討及び座屈に関する詳細検討

菅原 隆徳; 鈴木 一彦; 西原 健司; 佐々 敏信; 倉田 有司; 菊地 賢司; 大井川 宏之

JAEA-Research 2008-026, 91 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-026.pdf:37.01MB

加速器駆動未臨界システム(ADS)の成立性にかかわる課題の1つであるビーム窓の健全性確保について、有限要素法による構造解析を行い、成立性の高い設計概念の検討を行った。有限要素法を適用する前に、簡易的な半球モデルを用いて発電用原子力設備規格に基づく包括的評価を実施したところ、座屈防止が最も重要であることが確認された。次に座屈防止を図るため、ビーム窓の板厚について、有限要素法コードFINASによるパラメトリックサーベイを行い、ビーム窓形状の最適化を行った。併せて座屈評価上の安全率を合理化することを目的に、不整量を考慮した座屈解析も行い、ビーム窓のための安全率について検討を行った。検討の結果、ビーム窓の安全率として3程度を確保すれば十分であることを確認し、これによりビーム窓の基本的な成立性の見通しを得ることができた。安全率3,設計外圧を1.0[MPa]として、パラメトリックサーベイの結果を評価した結果、先端部の板厚を2.0$$sim$$2.4[mm]とし、遷移部の板厚を2.0$$sim$$4.0[mm]の範囲とする長円型の概念が、現在のADS設計概念に対して最も成立性が高いことがわかった。

報告書

瑞浪超深地層研究所研究坑道予備解析; 平成16年度(委託研究)

渋谷 旬*; 鈴木 隆*; 黒田 英高

JAEA-Research 2008-027, 274 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-027-01.pdf:17.64MB
JAEA-Research-2008-027-02.pdf:41.84MB

瑞浪超深地層研究所研究坑道の設計検討は、平成14年度に実施設計が、平成15年度に深さ300mまでを対象とした予備解析が、それぞれの検討時点までに得られている地質調査結果を反映して実施されてきた。本業務では、MIZ-1号孔の調査が終了し、深度1,000m付近までの地質データが得られたことから、これに基づき、地質モデル,岩盤物性・初期地圧などを見直すとともに、それに伴う修正解析(二次元)の実施,応力集中等が懸念される連接部については三次元解析を実施し、設計の妥当性を評価した。

報告書

Properties of grazing-incidence pulsed Ti:sapphire laser oscillator

田村 浩司

JAEA-Research 2008-028, 9 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-028.pdf:18.6MB

斜入射型でdouble-grating型を使用した共振器構造の特性を測定した。単一縦モード発振が安定に得られることがわかった。幾何光学的光路計算から、モード安定性はゲイン領域におけるビームwalk-offの増加により説明できた。スペクトル特性の向上は、ビーム分散増加に基づく計算により説明できた。これらは、同位体分離等の応用に望ましい特性であった。

報告書

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のためのデータ取得・解析(委託研究)

下茂 道人*; 熊本 創*; 唐崎 建二*; 澤田 淳; 前川 恵輔; 佐藤 久

JAEA-Research 2008-029, 95 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-029.pdf:4.51MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。しかし、これまでの知見から、特に幌延地域の亀裂の発達した堆積岩では、亀裂性媒体と多孔質媒体の双方の特徴を併せ持った性質を有することが明らかとなってきている。本件では、亀裂を有する堆積岩中における水理・物質移行パラメータの拡充を目的とした室内試験を実施するとともに、特に岩盤中の物質移行現象の評価で重要となる亀裂内の実流速について、その違いが亀裂を有する堆積岩内の物質移行現象に与える影響について数値解析的な検討を行った。また、幌延地域は、地下水中に塩水及び溶存ガスが含まれるとともに、地下深部において高い間隙水圧が認められる場所が確認されている。本件では、この高圧箇所の形成要因を把握することを目的とした数値解析的検討を行った。

報告書

多孔質媒体均質層及び二層不均質層を対象にした塩淡境界面の挙動

高須 民男*; 前川 恵輔; 澤田 淳

JAEA-Research 2008-030, 45 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-030.pdf:2.29MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、地層中の地下水流動などの地質環境条件を実際の現象に即して評価することが重要である。沿岸地域などでは、塩水と淡水が混在する地層中の地下水流動を把握する必要があることから、均質層及び二層不均質層を対象に、模擬した地層中での塩水の淡水中への進展過程や塩淡境界面の挙動を観察するための室内試験を、多孔質媒体中水理・物質移行現象可視化装置を用いて2005年12月から2007年6月まで実施した。ビーズ粒径が異なる3種類の均質層及び二層不均質層での各試験における塩水楔浸入量を整理した結果、今回の動水勾配と塩水濃度が同様の条件下においては、ガラスビーズ粒径によらず、動水勾配と塩水濃度で塩水楔浸入量の分類ができる可能性が示された。塩水の浸入長さは塩分濃度に比例し、動水勾配が低い場合には塩分濃度の増加によって浸入長さが著しく大きくなった。なお、3種類の異なるビーズについて、媒体槽の間隙率は測定方法やガラスビーズ充填後時間経過に大きく影響を受けていないことを確認した。

報告書

磁気フィルター付水素負イオン源における負イオンビーム空間的一様性の研究; セシウム添加型負イオン源内での負イオン生成・輸送過程が負イオンビーム強度分布に与える影響(共同研究)

高戸 直之; 戸張 博之; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 関 孝義*; 加藤 恭平*; 畑山 明聖*; 坂本 慶司

JAEA-Research 2008-031, 44 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-031.pdf:4.05MB

セシウム添加型負イオン源から引き出された大電流密度負イオンビーム強度が空間的に非一様となるメカニズムを解明するため、JAEA10アンペア負イオン源内でのプローブ測定及び負イオンビーム強度測定を行った。実験結果を考察するため、レート方程式及び粒子(電子・原子・負イオン)軌道追跡を用いた数値解析を行った。その結果、(1)セシウムを導入して負イオンの表面生成反応を促進した状態では、体積生成時とは逆に高い電子温度の領域で高い負イオンビーム強度が得られることを明らかにした。レート方程式を用いた数値解析から、表面生成された負イオンは高速電子によって破壊される前に引き出されることが推定された。(2)1次電子はB$$times$$$$bigtriangledown$$Bドリフトによってイオン源内で局在化することを確認し、フィラメントの配置を改良して1次電子のドリフトを抑制することにより、負イオンビーム強度の空間的非一様性が改善されることを示した。

報告書

コンパクトERLの設計研究

羽島 良一; 中村 典雄*; 坂中 章悟*; 小林 幸則*

JAEA-Research 2008-032, 188 Pages, 2008/02

JAEA-Research-2008-032.pdf:23.41MB

コヒーレントX線,フェムト秒X線の発生が可能な次世代X線放射光源を目指した、ERL加速器の開発研究が国内複数機関の連携のもとで進んでいる。共同研究チームは、ERL放射光源に必要な加速器要素技術の総合的な実証を行うために、小型のERL装置(コンパクトERL)を建設することとした。本報告書は、コンパクトERLの設計研究について記したものであり、加速器要素技術ごとの仕様と開発の道筋,ビームダイナミクスの諸問題に対する検討を含んでいる。さらに、コンパクトERLをテラヘルツ光源,レーザコンプトンX線光源として利用する可能性について考察した。

報告書

換気立坑掘削深度50mまでの湧水量解析

柴野 一則; 尾留川 剛*; 安江 健一; 舟木 泰智; 操上 広志

JAEA-Research 2008-033, 27 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-033.pdf:2.33MB

本報告では、立坑掘削に先立って立坑近傍に掘削した深度30m程度の数本の浅層ボーリング孔を利用したコア観察や透水試験結果を用いて、表層付近の水理地質構造モデルを構築し、換気立坑を対象とした掘削解析を実施した。解析結果を深度50mまでの実測の湧水量と比較して表層付近の水理地質構造モデルや立坑周辺に設置した止水壁が十分な性能を持つことを検証した。その結果、止水壁が十分に機能していること,止水壁より下部の掘削においては声問層の新鮮部の透水係数が湧水量に対して直接的に影響を及ぼすことが明らかとなった。本報告のような簡易なモデルでの予測解析は、地下施設の施工への反映に対して有益である。

報告書

RI中性子線源における中性子放出角度分布の非等方性の評価

辻村 憲雄; 吉田 忠義

JAEA-Research 2008-034, 43 Pages, 2008/05

JAEA-Research-2008-034.pdf:1.94MB

中性子線量当量(率)測定器の校正に使用するRI中性子線源について、線源物質を封入するカプセル及び周囲構造物による中性子の放出角度分布への影響を計算によって評価した。代表的な校正用中性子線源である$$^{241}$$Am-Be及び$$^{252}$$Cfについて、モンテカルロ中性子輸送計算のための線源カプセル構造等にかかる精密な計算モデルの構築と、理論計算に基づいて算出した線源中性子スペクトルの組合せによって、線源カプセルから漏洩する中性子のスペクトルと放出角度分布を計算した。その結果、線源カプセル軸に垂直な方向における非等方性係数は、標準的なX1型$$^{252}$$Cf線源で1.012、$$^{241}$$Am-Be線源のうちX3型で1.030、同X4型で1.039、同X14型で1.045となり、文献から得られた実測値にいずれもよく一致する値が得られた。さらに、線源カプセルの周囲に支持構造物がある場合の影響についても検討し、中性子線量当量(率)測定器の校正業務において使用する非等方性補正係数を決定した。

報告書

東濃地域における地質環境の不確実性評価; 平成18年度(委託研究)

戸井田 克*; 須山 泰宏*; 瀬尾 昭治*; 渥美 博行*; 尾方 伸久

JAEA-Research 2008-035, 89 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-035.pdf:5.66MB

東濃地科学センターにおける地層科学研究では、地表から地下深部までの水理特性や地下水の地球化学特性を把握するために、各種の調査・検討を行っている。これらの研究では、調査の各段階において構築される各種モデルの不確実性をできるだけ定量的に記述し、それを効率よく低減する調査の進め方を明らかにすることが重要な課題である。一般に岩盤においては、それに伴う不確実性が均質な媒体に比較して大きいため、調査量と調査結果に含まれる不確実性との関係を評価することが極めて重要となる。この両者の関係を数学的に解析する手法の一つとして地球統計学的手法があり、これは地下に埋蔵する資源量の評価など他分野において用いられてきた実績がある。本研究では、地球統計学とファジー理論を応用し、不確実性を定量化し、その不確実性を低減するという新たなアプローチを考案した。平成18年度は、これまでに実施した2次元と3次元の地質構造のモデル化及び地下水流動解析結果を踏まえ、不確実性評価手法の体系化を行った。そして、体系化した手順に沿って一連の評価事例を整理した。また、本手法を効果的に活用できるように適用すべき原位置調査手法を提案するとともに、地質環境の不確実性の観点から地下施設設計時に考慮すべき事項を整理した。

報告書

高温ガス炉セラミック製炉内構造物の構造設計手法検討(受託研究)

角田 淳弥; 柴田 大受; 中川 繁昭; 伊与久 達夫; 沢 和弘

JAEA-Research 2008-036, 33 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-036.pdf:3.9MB

高温ガス炉の性能及び安全性を向上させる手段として、金属に替わるより高温で使用できる耐熱性材料の炉内構造物への使用が望まれている。高温に耐え得る材料としては、炭素繊維強化型炭素複合材料(C/Cコンポジット)及び超塑性ジルコニアが有望な材料である。これらの新しい材料を原子炉の炉内構造物として使用するには、構造物の環境や荷重条件に対する健全性を確保する構造設計手法を確立することが必要である。そこで本報告では、VHTRの炉内構造物として特に期待されているC/Cコンポジットに着目し、C/Cコンポジットを適用する際の構造設計手法の検討を行うとともに、代表的な構造物への応用にあたり基礎的な成立性を検討した。その結果、C/Cコンポジットの強度評価において競合リスク理論を用いた評価が有用であり、C/Cコンポジットを炉内構造物として適用できる見通しを得た。

報告書

瑞浪超深地層研究所におけるグラウト技術の開発及び高度化(委託研究)

延藤 遵*; 見掛 信一郎

JAEA-Research 2008-037, 240 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-037-1.pdf:27.54MB
JAEA-Research-2008-037-2.pdf:13.95MB

坑道掘削時に遭遇する水みちに対する止水を目的としたグラウト技術の研究開発を行った。具体的な項目としては、(1)止水性能に着目したグラウト注入方法の整理,(2)高圧注入時の浸透性能確認試験方法の検討,(3)より微小な亀裂に浸透可能なグラウト材料の調査、を実施した。

報告書

地盤統計学的手法を用いた地質環境モデル構築手法に関する研究(共同研究)

本多 眞*; 桜井 英行*; 鈴木 誠*; 岩佐 健吾*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2008-038, 73 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-038.pdf:18.44MB

本研究は、幌延深地層研究計画における「地上からの調査研究段階(第1段階)」で取得された調査データを利用して、堆積軟岩を対象に地盤統計手法を利用した地質環境モデルの構築手法の確立と情報量とモデルの信頼度の関係を客観的に評価する技術の開発を目的としたものであり、平成15年度から平成18年度の4年間で実施された清水建設との共同研究である。平成15年度から平成17年度の3年間は、年度ごとに得られたデータを用いて、比抵抗値分布の三次元モデルとその比抵抗値モデルとの相関関係を利用した地下水溶存濃度分布の三次元モデル,透水係数分布の三次元モデルの構築と更新を行い、データ量とモデルの信頼度の検討を行った。平成18年度は、最終年度のまとめとして、本研究で用いたモデル構築方法の有効性を確認するため、従来から用いられている地球統計解析に基づくモデルとの比較を行った。また、調査手順とモデルの信頼性との関係を検討するため、実際とは異なる調査手順を想定し、調査進展に伴うモデルの信頼度の比較を行った。

報告書

瑞浪超深地層研究所におけるグラウト技術の開発及び高度化,2(委託研究)

延藤 遵*; 見掛 信一郎

JAEA-Research 2008-039, 138 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-039.pdf:26.3MB

坑道掘削時に遭遇する水みちに対する対策工法であるグラウトについて、グラウトに関する止水性能を確認し、さらに亀裂入り口におけるグラウト材料の浸透特性について実験等を実施した研究内容について報告する。

報告書

回収ウランをブランケット燃料として利用した増殖型革新的水冷却炉の炉心概念設計

内川 貞夫; 中野 佳洋; 大久保 努; 小林 登

JAEA-Research 2008-040, 24 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-040.pdf:8.5MB

革新的水冷却炉(FLWR)の増殖型炉心を対象に、軽水炉使用済燃料の再処理に伴い回収されるウランをブランケット燃料として利用した炉心の特性及びその効果を検討した。劣化ウランに替って、$$^{235}$$Uを約1wt%程度含む回収ウランをブランケット燃料として利用することにより、劣化ウランを利用した場合と同等の炉心性能を実現するために必要な核分裂性プルトニウム量を低減でき、さらに、回収ウランを$$^{235}$$U濃縮度5wt%程度まで再濃縮して増殖型FLWR炉心の特徴である二重扁平炉心の中間ブランケット部に装荷することにより、核分裂性プルトニウム残存比を1.1に高めることが可能であるとの見通しが得られた。本炉心概念は、導入時のプルトニウム需給収支が改善されることから、軽水炉サイクルから持続的な核燃料サイクルへの移行を速やかに実現することができ、軽水炉使用済燃料からの回収ウランが利用可能な軽水炉サイクルから高速炉サイクルへの移行期の炉心として有効である。

報告書

低減速軽水炉(RMWR)の使用済燃料特性の検討

深谷 裕司; 大久保 努; 内川 貞夫

JAEA-Research 2008-041, 98 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-041.pdf:14.15MB

本研究は、新概念の炉型である低減速軽水炉(RMWR)の使用済燃料の特性(組成,崩壊熱,放射能)をほかの既存の炉型のものとの比較を含め検討することを目的としている。使用済燃料の特性を検討することはその輸送や再処理等の取扱いにおける安全管理を考えるうえで不可欠である。一般的に、使用済燃料の特性の検討には線源評価コードORIGENが広く使われているため、本研究においてもORIGENによる解析を行って評価した。しかし、低減速軽水炉に適した公開ライブラリが存在しないためSWATコード改訂版によってORIGENライブラリを作成した。使用済燃料特性の検討においては、崩壊熱と放射能について冷却期間が2年と4年の場合について各炉型に対し検討した。その結果、RMWRの使用済燃料の崩壊熱と放射能はフルMOX軽水炉やFBRより小さく、高燃焼度軽水炉と同程度であることがわかった。これは、RMWR燃料の炉内滞在期間が長いためその間にFPによる崩壊熱と放射能が減衰することと、フルMOX軽水炉に比べスペクトルが硬くMAの生成量が少ないことによることがわかった。また、廃棄物処分の観点から、発熱性FP元素,白金族元素,Mo,長寿命FP(LLFP)などに関しても検討した。

報告書

深部地質環境の調査解析技術の体系化に関する研究; 平成18年度(委託研究)

小島 圭二*; 大西 有三*; 渡辺 邦夫*; 西垣 誠*; 登坂 博行*; 嶋田 純*; 青木 謙治*; 杤山 修*; 吉田 英一*; 尾方 伸久; et al.

JAEA-Research 2008-042, 236 Pages, 2008/04

JAEA-Research-2008-042.pdf:23.43MB

地表から地下深部にいたる地質環境を把握するための調査・解析技術の体系化を目標に、(1)「第2次取りまとめに基づく深部地質環境の調査・解析技術の実用化に向けた課題に関する研究」, (2)「調査・解析手法の高度化・体系化に関する研究」を実施して次のような成果を得た。(1)に関しては、処分技術,安全評価,地質環境の各分野の課題のうち、具体的な試験・計測と解析・分析を実施した。またその成果を踏まえて、それぞれの中間分野の研究課題を抽出し、各課題の連携の仕方についての検討を行った。本年度は、各分野の中間領域に関する要素研究とともに、NFC構築の具体的な検討を実施した。(2)に関しては、日本原子力研究開発機構の調査研究計画の中から抽出された課題に基づき、調査・解析の高度化・実用化の研究開発の観点から、当研究会のメンバーが実施している基礎的な要素技術の研究・開発の成果を取り込み、より具体的な現場の技術課題に資する研究を実施した。さらに、研究・開発について、その成果の評価と実用化への道を議論した。また、これらの調査研究の進展と併せて、日本原子力研究開発機構が実施中の超深地層研究所計画の第2段階の当面の問題に関する意見交換を行った。

報告書

処分場の緩衝材間隙水の酸化還元電位へのオーバーパック腐食の影響; 重要パラメータの取得及び${it E}$hの予備解析(受託研究)

大塚 伊知郎; 瀧 洋*; 山口 徹治; 飯田 芳久; 山田 文香; 稲田 大介*; 田中 忠夫

JAEA-Research 2008-043, 101 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-043.pdf:6.24MB

高レベル放射性廃棄物処分場において、緩衝材の間隙に含まれる水(緩衝材間隙水)の酸化還元状態は、放射性核種の化学的性質に影響するため、重要な評価因子である。炭素鋼オーバーパックの腐食が緩衝材間隙水の酸化還元電位(${it E}$h)に与える影響を評価するうえで重要な腐食生成物の熱力学データ,炭素鋼の腐食速度を文献調査及び実験により取得し、カソード反応の定量評価を行った。また、地球化学計算コードPhreeq Cで予察的な解析を行い、詳細な解析を行ううえでの課題を抽出した。結果は以下のようにまとめられる。(1)Fe$$^{2+}$$, FeOH$$^{+}$$, Fe(OH)$$_{2}$$(aq), Fe(OH)$$_{3}$$$$^{-}$$, Fe(OH)$$_{4}$$$$^{2-}$$, Fe$$^{3+}$$, FeS$$_{2}$$, FeCO$$_{3}$$,Fe(OH)$$_{2}$$(s), Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$, Fe$$_{2}$$CO$$_{3}$$(OH)$$_{2}$$, Fe(cr)の熱力学データの最確値及び誤差を文献調査及び実験により取得した。(2)炭素鋼の腐食速度をpHと硫化物イオン濃度の関数として定式化した。(3)ガス蓄積型腐食試験からカソード反応は水素発生反応が支配的であることがわかった。(4)予察的な${it E}$h評価解析から、1000年後の${it E}$hは、約-600mV又は750mVを得たので、CH$$_{4}$$(aq)/CO$$_{3}$$$$^{2-}$$もしくはH$$_{2}$$(aq)/H$$_{2}$$Oに支配されると考えられる。

報告書

TRU核種を含む放射性廃棄物及びウラン廃棄物のトレンチ処分に対する濃度上限値の評価(受託研究)

武田 聖司; 渡邊 正敏; 澤口 拓磨; 佐々木 利久; 落合 透; 木村 英雄

JAEA-Research 2008-044, 64 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-044.pdf:5.21MB

濃度上限値とは、埋設事業の許可申請を行うことができる放射性廃棄物に含まれる放射性核種濃度の最大値である。再処理施設,MOX燃料施設等から発生するTRU核種を含む放射性廃棄物(「TRU廃棄物」)及びウラン廃棄物に対する処分方法については、原子力委員会による処分方策の検討に関する報告書において、放射性核種の種類と放射能濃度に応じた3種類の埋設処分方法(トレンチ処分,ピット処分,余裕深度処分)が報告されており、当該廃棄物の将来の処分を見据え、それらの廃棄物に対する埋設処分方式別の濃度上限値の整備が必要である。本報告では、TRU廃棄物及びウラン廃棄物を対象に、3種類の処分方法のうち「トレンチ処分」に対する濃度上限値算出の考え方及び評価手法(シナリオ,モデル/コード,パラメータ)について整理するとともに、整備した評価手法を用いて評価対象核種に対する濃度上限値の算出結果を提示した。また、本研究のTRU廃棄物に対するトレンチ処分の濃度上限値の算出結果は、原子力安全委員会「低レベル放射性固体廃棄物の埋設処分にかかわる放射能濃度上限値について」(平成19年5月)に反映された。

報告書

TRU核種を含む放射性廃棄物及びウラン廃棄物の余裕深度処分に対する濃度上限値の評価(受託研究)

武田 聖司; 佐々木 利久; 澤口 拓磨; 落合 透; 木村 英雄

JAEA-Research 2008-045, 60 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-045.pdf:3.51MB

濃度上限値とは、埋設事業の許可申請を行うことができる放射性廃棄物に含まれる放射性核種濃度の最大値である。再処理施設,MOX燃料施設等から発生するTRU核種を含む放射性廃棄物(「TRU廃棄物」)及びウラン廃棄物に対する処分方法については、原子力委員会による処分方策の検討に関する報告書において、放射性核種の種類と放射能濃度に応じた3種類の埋設処分方法(トレンチ処分,ピット処分,余裕深度処分)が報告されており、当該廃棄物の将来の処分を見据え、それらの廃棄物に対する埋設処分方式別の濃度上限値の整備が必要である。本報告では、TRU廃棄物及びウラン廃棄物を対象に、一般的であると考えられる地下利用に対して十分余裕を持った深度への処分「余裕深度処分」に対する濃度上限値算出の考え方及び評価手法(シナリオ,モデル/コード,パラメータ)について整理するとともに、整備した評価手法を用いて評価対象核種に対する濃度上限値の算出結果を提示した。また、本研究のTRU廃棄物に対する余裕深度処分の濃度上限値の算出結果は、原子力安全委員会の低レベル放射性固体廃棄物の埋設処分にかかわる放射能濃度上限値に関する報告書(2007年)に反映された。

報告書

TRU核種を含む放射性廃棄物及びウラン廃棄物のピット処分に対する濃度上限値の評価(受託研究)

澤口 拓磨; 武田 聖司; 佐々木 利久; 落合 透; 渡邊 正敏; 木村 英雄

JAEA-Research 2008-046, 62 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-046.pdf:3.34MB

濃度上限値とは、埋設事業の許可申請を行うことができる放射性廃棄物に含まれる放射性核種濃度の最大値である。再処理施設,MOX燃料施設等から発生するTRU核種を含む放射性廃棄物(TRU廃棄物)及びウラン廃棄物に対する処分方法については、原子力委員会による処分方策の検討に関する報告書において、放射性核種の種類と放射能濃度に応じた3種類の埋設処分方法(トレンチ処分,ピット処分,余裕深度処分)が報告されており、当該廃棄物の将来の処分を見据え、それらの廃棄物に対する埋設処分方式別の濃度上限値の整備が必要である。本報告では、TRU廃棄物・ウラン廃棄物を対象に、3種類の処分方法のうち「ピット処分」に対する濃度上限値算出の考え方及び評価手法(シナリオ,モデル/コード,パラメータ)について整理するとともに、整備した評価手法を用いて評価対象核種に対する濃度上限値の算出結果を提示した。なお、本研究のTRU廃棄物に対するピット処分の濃度上限値の算出結果は、原子力安全委員会「低レベル放射性固体廃棄物の埋設処分にかかわる放射能濃度上限値について」(平成19年5月)に反映された。

報告書

制御棒引抜時の出力歪に対する局所フィードバック反応度の影響

川島 克之; 水野 朋保

JAEA-Research 2008-047, 12 Pages, 2008/04

JAEA-Research-2008-047.pdf:2.5MB

FBRサイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)の一環として、ナトリウム冷却大型高速炉炉心における制御棒引抜時の出力歪に対する局所フィードバック反応度の影響を検討した。一点近似炉心動特性モデルを使用した制御棒引抜事象(UTOP)の過渡解析においては、定常時の炉心状態であらかじめ求めた制御棒引抜量,投入反応度と出力歪の関係を過渡時においても適用している。しかしながら、過渡時の出力歪は、引抜制御棒周辺の温度上昇によるフィードバック反応度により、時間遅れはあるものの、定常時に求めた出力歪とは異なってくる可能性があると考えられる。そこで、引抜制御棒周辺の温度上昇を模擬した炉心計算モデルを構築して、制御棒引抜時の出力歪を計算し、それを定常時の炉心状態で求めた出力歪と比較検討した。その結果、過渡時模擬炉心において、引抜制御棒周辺の燃料集合体の温度上昇に伴う反応度相当分を考慮することにより最大線出力比は定常時炉心の1.39に対して1.30まで低減され、炉心径方向出力分布の歪が大幅に緩和されるとの見通しを得た。

報告書

超大深度立坑の連接部における崩落機構に関する調査(委託研究)

黒崎 幸夫*; 山地 宏志*; 勝沼 好夫*; 中田 雅夫*; 桑原 秀樹*; 山田 文孝*; 松下 清*; 佐藤 稔紀*

JAEA-Research 2008-048, 274 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-048.pdf:10.93MB

瑞浪超深地層研究所の研究坑道は、超大深度の立坑と水平坑道から計画されている。この超大深度立坑と水平坑道の連接部は3次元の地盤構造を形成し、掘削過程では複雑な力学的挙動を呈することが予測されるが、超大深度立坑連接部の支保部材を定量的に設計する手法は確立されていない。このような状況に鑑み、超大深度立坑連接の崩壊機構を検討するため、過去の立坑工事に関する文献調査と工事従事者からの聞き取り調査を実施し、立坑連接においてどのような崩壊や変状が発生したかを調査し、調査結果を有識者のレビューを交えて考察した。その結果、超大深度立坑連接の崩壊機構は立坑連接部の施工過程と地質条件のいずれにも依存することが明らかとなった。一方、超大深度連接部が大きな角度で断層や破砕帯に交差する地点では、「高抜け」と呼ばれる崩壊の発生や覆工に異常な土圧作用する現象が見られる。これらの現象の機構を解明するためには、連接部周辺地山の挙動を再現することのできる数値計算による研究を実施する必要がある。このために、既往数値解析手法の中で可能な有限差分法が最も適切であることを、有識者のレビューを踏まえて示した。

報告書

「数値解析による自由液面からのガス巻込み評価指針」の解説, 解説B(協力研究)

大島 宏之; 堺 公明; 上出 英樹; 木村 暢之; 江連 俊樹; 内堀 昭寛; 伊藤 啓; 功刀 資彰*; 岡本 孝司*; 田中 伸厚*; et al.

JAEA-Research 2008-049, 44 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-049.pdf:42.3MB

日本原子力研究開発機構は、高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究の一環として、ナトリウム冷却高速炉の概念検討を進めている。実用化のためのプラントシステム概念は、経済性向上のために出力に比してコンパクトな炉容器を指向している。そのため、既存の概念と比較して炉容器内の流速が相対的に大きくなり、自由液面からのカバーガスの巻込みについてより精度の高い設計評価を行うことが重要となっている。そこで、大学,研究所,電力,メーカの専門家で構成するワーキンググループを設置し、ガス巻込み現象について設計で参照すべき数値解析に基づく指針案の検討を行い、得られた知見をもとに、「数値解析による自由液面からのガス巻込み評価指針」(第1次案)を策定した。本件は、指針の解説として、ワーキンググループにおいて実施した研究に関して紹介するものである。

報告書

Solution of large underestimation problem in the Monte Carlo calculation with hard biasing; In case with geometry input data created by CAD/MCNP automatic converter

飯田 浩正; 川崎 信夫*; 今野 力; 佐藤 聡; 関 暁之

JAEA-Research 2008-050, 26 Pages, 2008/04

JAEA-Research-2008-050.pdf:1.98MB

ITERのR&Dタスクとして行っている「CAD/MCNP自動変換コードの開発」において、ベンチマーク問題の解析中、適用「weight window」の違いによってMCNPが異なる答えを出すという不都合な事例に遭遇した。「weight window」法を含む"biasing"は計算速度を上げることがあっても、異なる答えを出すようなことがあってはならない。本研究では、この「大きな過小評価」が起こるメカニズムを明らかにしプログラムの修正を行ったので報告する。「大きな過小評価」は、以下の2つの事実の組合せで起こる。(1)MCNPはあるヒストリーの演算中に"lost particle"を検出すると当該ヒストリー中に計算されたすべてのタリーをキャンセルしてしまう。また、その時点でsplitting等の結果バンクに蓄積されていた粒子はその後追跡されることはない。(2)微小形状エラーが入力に存在するとき、強バイアスの場合、"lost particle"を生じる確率はヒストリーの重要度に大きく左右される。この結果、MCNPは選択的に重要度の高いヒストリーをキャンセルすることになる。上記問題の解決を図るため、MCNPのサブルーチンのひとつである"hstory"の修正を行った。テスト計算の結果、プログラムの修正は適切に行われ、MCNPは適用「weight window」に左右されず同じ答えを出すようになったことが確認された。

報告書

Parameter dependence on the lower hybrid driven current in tokamaks

上原 和也; 永島 孝*

JAEA-Research 2008-051, 20 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-051.pdf:6.3MB
JAEA-Research-2008-051(errata).pdf:0.14MB

トカマクにおける低域混成波による電流駆動の最適な駆動効率と径方向の駆動電流分布を、波の屈折率として色々なガウス型のn$$_{rm z}$$スペクトル(=exp(-(n$$_{rm z}$$-n$$_{rm zc}$$)$$^{2}$$/h$$_{rm z}$$))を仮定して、修正された準線形理論と簡単なrf減衰モデルを用いて評価した。評価に用いた修正された準線形理論は実験的に得られている駆動電流と矛盾しないように、モード変換と近接性及びパラメトリック不安定性によるパワー吸収離脱を考慮したものである。さらに、実験と合うように駆動効率を新たに定義し、パワー密度に依存するギャップパラメーターをスペクトルギャップを埋めるために導入している。JT-60のパラメーターに対して計算した結果、最適な低域混成波のn$$_{rm z}$$スペクトルの中心値n$$_{rm zc}$$は電子温度が高い時は近接性を乱さない程度の小さな値であり、最適な駆動効率はプラズマの電子温度に依存し、密度が高い領域では印加可周波数を高くする必要があることを明らかにした。さらに次期装置のITERで電流駆動を行った場合も評価した。結果、従来の計算よりも多くの駆動電流とそれほど中空でない電流分布が得られた。

報告書

瑞浪超深地層研究所研究坑道予備解析; 平成17年度(委託研究)

渋谷 旬*; 鈴木 隆*; 黒田 英高

JAEA-Research 2008-052, 138 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-052.pdf:43.42MB

平成16年度までにMIZ-1号孔の削孔と各種試験が終了し、超深地層研究所研究坑道(立坑及び水平坑道)工事の花崗岩最深部(深度1,000m)までの岩盤の状況が明らかになった。昨年度には、これらの試験結果を反映し、堆積岩部2深度,花崗岩部4深度について支保の妥当性を確認するための修正解析を実施している。本研究では、これに引き続き深度1,000mまでの立坑と、深度500mまでの水平坑道を対象とした修正解析を実施するとともに、湧水抑制のために計画されている立坑周辺のグラウトの効果と覆工コンクリートへの水圧負荷による影響について解析的な検討を行い、構造物の健全性や施工の安全性を確認した。

報告書

高速実験炉「常陽」の炉心管理及び照射場特性評価法の高度化に関する研究(学位論文)

青山 卓史

JAEA-Research 2008-053, 264 Pages, 2008/08

JAEA-Research-2008-053.pdf:20.4MB

高速実験炉「常陽」の炉心管理及び照射場特性評価法について、20年以上に渡る解析と実測に基づく評価により高度化を図った。「常陽」の炉心管理手法の確立と運転実績に基づく改良,照射場特性評価法の開発と精度向上,高中性子束化(MK-III計画)のための炉心・プラント設計とその妥当性の確認,MK-III炉心の照射場を活用した高効率の核変換技術開発,MA含有MOX燃料の高線出力試験の実現により、「常陽」の炉心核熱特性及び照射条件を精度よく評価できるようになり、現在「常陽」で実施している燃料・材料の照射試験や革新的システム用に開発されてきている諸概念の実機プラントでの実証試験を高信頼度で実現できるようになった。

報告書

革新的水冷却炉(FLWR)高転換型炉心の熱水力設計

小林 登; 大貫 晃; 内川 貞夫; 大久保 努

JAEA-Research 2008-054, 145 Pages, 2008/05

JAEA-Research-2008-054.pdf:2.39MB

革新的水冷却炉(FLWR)の増殖型炉心と高転換型炉心とが燃料集合体以外の原子炉システムを変更することなく運転可能であることを示すため、自然循環冷却システムを採用した高転換型炉心の熱水力設計を行った。設計解析ではTRAC-BF1コードを使用し、従来の知見を反映した熱水力相関式を選択した。同一の原子炉圧力容器並びに燃料集合体入口オリフィスにより増殖型炉心と高転換型炉心とを成立させることを設計目標として、燃料集合体下部タイプレートでの圧力損失(形状損失)及び給水温度を調整することで、核設計上の要求事項(炉心平均ボイド率50%以下)並びに限界出力比の目標(CPR$$>$$1.3)を満足することを目指した。その結果、現行BWRと同等の下部タイプレート形状損失を採用し、給水温度を505Kとすることで成立する見通しを得た。

報告書

Na-水反応における界面積濃度モデルの構築

吉川 龍志; 大島 宏之; 浜田 広次; 栗原 成計; 内堀 昭寛

JAEA-Research 2008-055, 24 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-055.pdf:3.19MB

ナトリウム-水反応の影響を解析的に評価するために、現在日本原子力研究開発機構では、開発した多成分・多相流解析コードSERAPHIMを用いてナトリウム-水反応現象の伝熱流動研究を行っている。ナトリウム-水反応現象の詳細を把握するためには、ナトリウムと水蒸気の混合過程や発生した気体のボイド率分布等、ガスジェットの挙動に関する知見を得る必要がある。特にナトリウム-水反応を正確に解析するために、水蒸気中にナトリウム液滴の界面積濃度モデルを確立する必要がある。この報告書では、ナトリウムと水蒸気の混合過程を対象としたガスジェットの挙動に関する理論的分析及び解析モデルを検討した。理論的分析では、既存のジェット流に対する臨界流量,減圧膨張過程及びエントレインメントの評価方法を検討した。17MPa、サブクール水条件下の圧縮性の影響の検討から、臨界流量公式の適用性を確認した。蒸気ジェットにエントレインされた液滴の微粒化に関する既存の理論及び実験成果に基づいて、多相流解析に適用するナトリウム液滴の界面積濃度輸送方程式を構築した。

報告書

アブレーションされたランタノイド原子の共鳴吸収分光,1; Gdを用いた同位体識別のための最適条件の確立(受託研究)

宮部 昌文; 大場 正規; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 若井田 育夫; 渡部 和男

JAEA-Research 2008-056, 24 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-056.pdf:5.1MB

低除染TRU燃料の遠隔同位体分析にアブレーション共鳴吸収分光法を適用するための研究を行った。ガドリニウムを模擬試料として、さまざまなプルームの発生条件や観測条件で吸収スペクトルを測定し、吸収ピークの線幅が狭く、感度も高い条件を調べた。その結果、吸収線幅は、減圧希ガス雰囲気中で生じる低速プルーム成分を観測した場合に最も狭く、重い希ガスほど、より少ない圧力,より遅い観測時刻で狭くなることがわかった。また線幅の最小値は希ガスの種類によらず0.85GHz程度であり、室温のガドリニウム原子で計算されるドップラー幅に近いことがわかった。また、経過時間が10$$mu$$s程度になると、基底状態の多重項の中でも上位の準安定状態の緩和が無視できなくなることから、観測に用いる原子の準位エネルギーに応じて、雰囲気ガスの種類を選ぶべきであるとの知見が得られた。

報告書

水銀中生成トリチウム及びヨウ素の気相への移行挙動に関する研究

横山 須美; 真辺 健太郎

JAEA-Research 2008-057, 29 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-057.pdf:3.24MB

J-PARCの物質・生命科学実験施設では、核破砕中性子源として、水銀ターゲットが使用される。水銀ターゲット中には、高エネルギー陽子と水銀との核破砕反応により、気相に放出されやすい放射性核種であるトリチウムやヨウ素が生成される。これらが施設内空気中に漏えいした場合、内部被ばくが発生する。しかし、被ばく線量評価に必要となるこれらの化学形や水銀から気相への移行挙動等、十分な知見が得られていない。そこで、本研究では、水銀ターゲット中で生成されるトリチウムとヨウ素に着目し、実験的にこれらの化学形及び気相移行挙動を明らかにし、内部被ばく防護の観点から考察を行った。この結果、トリチウムの場合、水銀中ではトリチウムガスとトリチウム水の両方の化学形が生成されるが、予想される水銀ターゲット容器内の気相条件下では、水として存在し、そのほとんどが水銀から気相へ移行すること、一方、ヨウ素は、ヨウ化水銀として存在し、気相へはほとんど移行しないことが明らかとなった。

報告書

SG水側流動不安定解析手法の検討

吉川 龍志; 浜田 広次; 大島 宏之; 柳沢 秀樹*

JAEA-Research 2008-058, 29 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-058.pdf:1.31MB

日本原子力研究開発機構では、高速増殖炉実用化に向けて、直管型2重伝熱管を用いた大型ナトリウム炉の蒸気発生器に対する研究開発を行っている。その一環として、蒸気発生器水側の流動安定性を実験的及び解析的に評価している。この報告書では、蒸気発生器水側の流動安定性を対象とした数値解析手法を検討した。数値解析では、均質流モデルを用いて単一伝熱管流動不安定性解析コードを作成した。密度波不安定流動に対する出入口圧力,熱流束を境界条件として与えて、入口流量を計算するアルゴリズムを確立した結果、均質流モデルで単一伝熱管流動不安定性を解析できることを確認した。精度向上のため、基礎式にサブクール沸騰及び二相流スリップ効果を取り込むことができるドリフトフラックスモデルを検討し、ドリフトフラックスモデルによる単一伝熱管流動不安定性解析コードを作成した。そして密度波不安定流動に対する境界条件及び解析アルゴリズムを利用して、ドリフトフラックスモデルでの不安定性解析機能を確認した。

報告書

冷却材流路を通じた溶融炉心物質の流出挙動に関する基礎試験

神山 健司; 磯崎 三喜男; 今堀 真司; 小西 賢介; 松場 賢一; 佐藤 一憲

JAEA-Research 2008-059, 33 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-059.pdf:10.82MB

ナトリウム冷却高速増殖炉での炉心崩壊事故では、溶融炉心物質の一部が冷却材流路等を通じて炉心外へ流出する。溶融炉心物質との混合によって冷却材が急速に蒸発し、流路内から液相冷却材が排除されると、その後に流路内へ流入する溶融炉心物質の固化閉塞が生じ難くなる。このような特性は、溶融炉心物質の炉心外への早期流出を促進し、厳しい再臨界に至る可能性を低減する。本研究では、模擬物質として低融点合金と水を用い、実機相当以上の長さを有する冷却材流路を通じた融体流出試験を実施した。その結果、融体流入初期に冷却材の一部が蒸発し、下部プレナムとの接続部付近まで蒸気が拡大することで流出経路全体がボイド化することが示された。さらに、冷却材ボイド領域の拡大開始条件は融体熱量と冷却材の顕熱比並びに冷却材の加熱領域高さにて整理できること、並びに、冷却材ボイド領域の拡大過程での熱収支評価に際しては、流路壁面への膜状凝縮熱伝達を考慮する必要があることが明らかになった。これらの知見を酸化物融体とナトリウムを用いた試験結果に適用したうえで、実機条件における流出経路のボイド領域拡大挙動について考察した。

報告書

高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する性能評価及びモニタリング技術高度化研究(共同研究)

地層処分研究開発部門; 原子力環境整備促進・資金管理センター 事業環境調査研究プロジェクト*

JAEA-Research 2008-060, 72 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-060.pdf:20.38MB

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、高レベル放射性廃棄物地層処分の研究及び技術開発に関する多くの技術やノウハウを提供しあうことにより、地層処分における性能評価及びモニタリング技術の高度化を図った。本共同研究では、以下に示すように、性能評価技術として5項目、モニタリング技術として1項目について検討を行った。性能評価技術・多様なスケールを対象とした性能評価モデル・体系の検討・ガラス固化体スケールを対象とした解析技術の開発・処分場スケールを対象とした解析技術の開発・地球化学情報の統合化技術の開発・安全性を説明するための論理構造に関する理解促進技術の開発,モニタリング技術・光ファイバセンサ技術の適用性検討,上記の研究項目に対し、両機関における技術や情報の提供あるいは共有のもとに、共同研究の場を活用して研究開発の方針や方向性を議論・検討した。またその結果を反映し、適切な役割分担のもと、調査や個別の評価技術の開発を効率的に実施した。さらに、今年度の検討を通じて認識された課題も踏まえ、今後、優先して実施すべき開発課題の抽出も行った。

報告書

燃料におけるPu, Amの拡散挙動

佐藤 勇; 田中 康介; 田中 健哉

JAEA-Research 2008-061, 36 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-061.pdf:19.53MB

Am-MOX燃料ペレットとUO$$_{2}$$燃料ペレットを接触させることで、両燃料間での元素移動を誘発させ、その分布を機器分析にて分析し、拡散係数を評価した。加熱温度は1650$$^{circ}$$C、加熱時間は4.5時間とし、雰囲気はAr雰囲気とした。AmがUO$$_{2}$$燃料に移行している状況を観察することができた。この濃度分布から簡易的にPuとAmのUO$$_{2}$$内での拡散係数を見積もったところ、4から6$$times$$10$$^{-13}$$m$$^{2}$$/secとなった。一方で、分子動力学法を用いて、平均二乗変位の統計処理を行うことでトレーサー拡散係数の評価を試みたところ、2000K(1727$$^{circ}$$C、加熱試験温度の近傍)付近の予測値は10$$^{-15}$$m$$^{2}$$/sec程度となった。これは、Matzkeの文献値をもとにした相互拡散係数の評価値に近いことがわかり、分子動力学法での拡散係数の可能性を示す結果となった。また、実験値と計算値の差異は、粒界の影響が大きかったものと考えられる。

報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成18年度

野原 壯; 梅田 浩司; 笹尾 英嗣; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和; 眞島 英壽*; 島田 耕史; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2008-062, 61 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-062.pdf:39.02MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸にある欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地質環境の長期安定性に関する研究においては、地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある天然現象に着目して、それらの特徴を明らかにするとともに、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・手法にかかわる研究開発を進めている。平成18年度においては、地層処分システムの成立性に重大な影響を及ぼす現象の存在や、過去の変動の履歴をあらかじめ確認するための調査技術として、以下の項目について調査・研究を行った。活断層・地震活動については、活断層の分布と活動履歴(移動,伸張,変形帯の発達過程)の調査技術に関する既存情報の整備を行い、火山活動については、第四紀の火山・地熱活動(特に低温領域の熱履歴)や地下深部のマグマ・高温流体等の基礎的な探査技術の抽出を行った。隆起・侵食/気候・海水準変動については、地形変化モデルの概念モデルの作成等を行った。

報告書

幌延深地層研究計画; 平成20年度調査研究計画

中山 雅; 真田 祐幸; 山口 雄大; 杉田 裕

JAEA-Research 2008-063, 37 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-063.pdf:11.68MB

本計画は、独立行政法人日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているものである。原子力機構の中期目標では、深地層の研究計画について、中間的な深度までの坑道掘削時の調査研究を進めるとともに、工学技術や安全評価に関する研究開発を他の研究開発機関と連携して実施し、これらの成果を地層処分の安全性にかかわる一連の論拠を支える知識ベースとして体系化することとされており、これに基づき、原子力機構では幌延深地層研究計画を着実に推進することとしている。本計画は、調査研究の開始から調査研究の終了まで20年程度の計画とし、「地上からの調査研究段階(第1段階)」,「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」,「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施することとしており、平成20年度は第2段階の4年目にあたる。平成20年度は、地層科学研究として、地質環境調査技術開発,地質環境モニタリング技術開発,深地層における工学的技術の基礎の開発及び地質環境の長期安定性に関する研究を、地層処分研究開発として、処分技術の信頼性向上及び安全評価手法の高度化についての調査研究を継続する。また、地下施設の建設については、換気立坑と東立坑の掘削及び、先行ボーリング調査を継続する。地上施設については、国際交流施設(仮称)の建設に着手する。

報告書

SCCき裂先端における変形挙動のマルチスケール解析,3(受託研究)

加治 芳行; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 早川 正夫*; 長島 伸夫*

JAEA-Research 2008-064, 118 Pages, 2008/08

JAEA-Research-2008-064.pdf:26.9MB

本報告書は、IGSCCプロジェクトにおいて得られるSCCき裂進展特性の妥当性をSCCメカニズムの観点から評価するために、CT試験片き裂先端の変形解析や組織観察をナノレベルまで踏み込んで詳細に調べ、ナノ,メゾ,マクロ領域での硬さを統一強度指標として採用し、必要な基礎データ(主として、マクロな塑性域の大きさとその中での粒内・粒界における結晶方位,歪み,転位等の組織データ)を取得することを目的として実施したSCCき裂先端における変形挙動のマルチスケール解析に関する研究結果をまとめたものである。本年度は、IGSCCプロジェクト試験片のき裂先端部の変形挙動をナノレベルの解析が可能な先端的測定装置を駆使して明らかにした。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 瀬野 康弘*; 平野 享; 中間 茂雄; 松井 裕哉

JAEA-Research 2008-065, 51 Pages, 2008/08

JAEA-Research-2008-065.pdf:2.9MB

本報告書は、平成19年度に実施した研究をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。続いて第2章では、平成9年度から継続している田下凝灰岩のクリープ試験結果について報告した。試験を開始して10年が経過し、測定結果に年変動が見られるなどの問題点も見られるが貴重なデータが得られている。さらに第3章では、一般化応力緩和試験をサーボ制御試験機で行うための制御プログラムを開発し、実際にそれを使って土岐花崗岩の一般化応力緩和試験を実施し、基礎的なデータを取得した。最後に第4章では拡張コンプライアンス可変型構成方程式を解析的に検討した。そこでは、第3章で得たデータをもとにして、構成方程式の土岐花崗岩を対象としたパラメータを求めるとともに、数値実験を実施している。

報告書

超大深度立坑における高抜け崩落機構に関する調査・解析(委託研究)

黒崎 幸夫*; 山地 宏志*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2008-066, 168 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-066-1.pdf:21.59MB
JAEA-Research-2008-066-2.pdf:45.71MB
JAEA-Research-2008-066-3.pdf:18.64MB
JAEA-Research-2008-066-4.pdf:3.35MB

瑞浪超深地層研究所においては深度1000mの研究坑道の掘削を予定しているが、その掘削工事においては"高抜け"と呼ばれる大規模不連続面のすべり挙動に伴う崩壊が重要な問題の一つとなっている。本報告では、有限差分法を用いた数値解析的研究を実施し、高抜け崩壊の発生機構を客観的に明らかにすることを試みた。その結果、不連続面の上部・下部で異なる二つの応力状態が発生することが明らかとなった。また、瑞浪超深地層研究所立坑工事における高抜け崩壊の可能性を検討するため粒状体解析を実施した。その結果、瑞浪地点のボーリング調査で確認されている傾斜角79$$^{circ}$$にも達する断層は、高抜け崩壊が発生する可能性は非常に小さいことがわかった。

報告書

光学的手法による単一亀裂内測定データに基づく水理物質移行特性評価手法の検討

佐藤 久; 澤田 淳

JAEA-Research 2008-067, 32 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-067.pdf:3.38MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価などにおける、花崗岩などの結晶質岩を対象とした亀裂中の水理物質移行特性評価では、一般に亀裂を平行平板で近似したモデルが用いられる。しかし、実際の亀裂の表面形状は複雑で、亀裂開口幅分布も不均質であることから、不均質に分布する亀裂開口幅が亀裂の平均的な透水特性と物質移行特性に与える影響が異なることが知られている。このため、人工割裂亀裂から作製した亀裂の透明レプリカを対象に、透水試験及び光学的手法による開口幅分布測定、亀裂内のトレーサー濃度分布測定を行い、開口幅分布から推定される透水量と透水試験結果の比較及び透水量係数と物質移行に関する開口幅の関係を検討した。光学的手法を用いて得られた開口幅分布から、有限要素法による2次元浸透流解析を行い透水量を比較した結果、モデル全体の透水量は透水試験で得られた透水量の約1.6倍と過大評価される結果となり、これまでに報告されている局所三乗則の不成立性を実験的に証明できた。

報告書

幌延深地層研究計画における水平坑道掘削時の計測計画及び情報化施工プログラム

山崎 雅直; 山口 雄大; 舟木 泰智; 藤川 大輔; 津坂 仁和

JAEA-Research 2008-068, 45 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-068.pdf:3.76MB

本報告書は、現在運用中の「幌延深地層研究計画における立坑掘削時の計測計画及び情報化施工プログラム」に引き続き、水平坑道の本格的な建設に先立ち、事前設計に基づく水平坑道掘削時の計測計画及び計測データを当該切羽や後続施工箇所の設計・施工にフィードバックするための情報化施工プログラムについて取りまとめたものである。併せて、地下施設建設時の工事請負会社に対する設計・施工監理計画、並びに坑道の設計・施工技術の高度化に向けた研究開発計画についても記述した。

報告書

HDB-9$$sim$$11孔における岩盤力学的調査結果及び研究所設置地区の岩盤力学的概念モデル更新

真田 祐幸; 丹生屋 純夫*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2008-069, 57 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-069.pdf:5.57MB

本報告は、研究所設置地区及びその周辺に関する地質環境モデルの構築・更新に必要な地質環境データを取得するために平成16,17年度に実施したHDB-9$$sim$$11孔のボーリング調査のうち、力学的調査試験結果についてまとめ、研究所設置地区の岩盤力学的概念モデルの更新を行った。その結果、研究所設置地区内において物理,力学物性値とも、深度方向の変化やその絶対値がよく一致し、当該領域では同じ岩盤物性値を有する地層が水平的に分布していることが予想される点において、これまでのボーリング調査と同様の特徴を示した。また、国内に分布する新第三紀堆積岩の物性値の分布の範囲内に含まれることや、有効空隙率が大きい値に分布している傾向も同様に得ることができ、研究所設置地区及びその周辺では場所によらず深度方向に3つのゾーンに区分できる点やその区間長において、岩盤力学的概念モデルに大きな変更はなかった。

報告書

Horonobe Underground Research Laboratory Project; Investigation program for the 2007 fiscal year (Translated document)

松井 裕哉; 中山 雅; 真田 祐幸; 山口 雄大

JAEA-Research 2008-070, 38 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-070.pdf:12.62MB

本計画は、調査研究の開始から調査研究の終了まで20年程度の計画とし、「地上からの調査研究段階(第1段階)」,「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」,「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施することとしており、平成19年度は第2段階の3年目にあたる。平成19年度は、地層科学研究として、地質環境調査技術開発,地質環境モニタリング技術開発,深地層における工学的技術の基礎の開発及び地質環境の長期安定性に関する研究を、地層処分研究開発として、処分技術の信頼性向上及び安全評価手法の高度化についての調査研究を継続する。また、地下施設の建設については、換気立坑と東立坑の掘削を継続するとともに、先行ボーリング調査を実施する。地上施設については、平成18年度に引き続き、PR施設の建設工事及び展示物の製作を行い、平成19年5月末に竣工、夏頃に開館する予定である。また、国際交流施設については、実施設計を行う。

報告書

研究所設置地区における高密度電気探査

松尾 公一*; 岸本 宗丸*; 幕内 歩*; 手島 稔*; 真田 祐幸; 丹生屋 純夫*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2008-071, 44 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-071.pdf:29.04MB

日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画では、地上からの調査研究より岩盤中の比抵抗値と地下水挙動には良好な相関関係があることを把握した。この結果を踏まえ、地下施設建設に伴う周辺岩盤中の地下水挙動などの変化を、比抵抗分布の変化として把握することを目的に高密度電気探査を実施し、地下施設建設初期段階の比抵抗分布を把握した。

報告書

オーバーパック溶接部の耐食性評価に関する研究,4(共同研究)

横山 裕*; 三井 裕之*; 高橋 里栄子; 谷口 直樹; 朝野 英一*; 内藤 守正; 油井 三和

JAEA-Research 2008-072, 232 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-072.pdf:45.2MB

溶接部(溶接金属及び熱影響部)と母材は材料の性状が異なるため、溶接部の耐食性も母材と異なる可能性がある。本研究ではTIG溶接,MAG溶接及び電子ビーム溶接(EBW)による溶接試験体から切り出した試験片を用いて、炭素鋼溶接部の耐食性について母材との比較を行った。腐食試験は以下の3つの項目に着目して行った。(1)酸化性雰囲気における全面腐食,孔食,(2)すきま腐食進展挙動・応力腐食割れ感受性,(3)還元性雰囲気における全面腐食進展挙動,水素脆化感受性。その結果、TIG溶接及びMAG溶接の溶接金属部において全面腐食と孔食・すきま腐食に対して耐食性の低下が示唆された。この原因として、溶接で使用された溶加材の成分や多層盛溶接の多重熱サイクルによる組織変化の影響を受けた可能性がある。溶加材を使用しないEBWについてはいずれの腐食形態に対しても耐食性の低下は認められなかった。応力腐食割れについては、低濃度炭酸塩溶液中では、母材と同様、いずれの溶接方法における溶接金属部,熱影響部においてもSCC感受性が認められなかった。

報告書

緩衝材長期安定性に関する概略的評価; 鉄-ベントナイトの相互作用にかかわる影響評価

上野 健一; 笹本 広; 陶山 忠宏

JAEA-Research 2008-073, 25 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-073.pdf:2.69MB

これまで鉄-ベントナイト相互作用に関して、緩衝材の長期安定性には顕著な影響を与えないと評価されてきた。しかし近年、80$$^{circ}$$Cにおける鉄粉と混合したスメクタイトが非膨潤性粘土鉱物に変質するという、緩衝材長期安定性に影響を与える可能性がある現象が報告された。また、これまでの処分概念よりも人工バリア中で使用される鉄の量が多い代替処分概念も検討されており、緩衝材の長期安定性に及ぼす鉄の影響が大きくなる可能性が出てきた。そこで、本報告書では鉄-ベントナイト相互作用のうち、処分環境で発生する可能性のある現象として、イオン型の変化(Fe$$^{2+}$$型化),鉱物学的変質,腐食生成物によるセメンテーションについて、最新の知見をふまえて緩衝材の長期安定性に与える影響について再評価を行った。

報告書

幌延深地層研究計画; 平成19年度調査研究成果報告

中山 雅; 真田 祐幸; 杉田 裕

JAEA-Research 2008-074, 72 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-074.pdf:16.0MB

幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」,「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」,「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施している。平成19年度は、平成17年度から開始した第2段階の3年目にあたる。平成19年度は、「幌延深地層研究計画平成19年度調査研究計画」に従って、調査研究及び地上施設と地下施設の建設を進めた。研究開発は、従来通り、「地層科学研究」と「地層処分研究開発」に区分して行った。具体的には、「地層科学研究」では、地質環境調査技術開発,地質環境モニタリング技術開発,深地層における工学的技術の基礎の開発,地質環境の長期安定性に関する研究、という研究課題を設定し、「地層処分研究開発」では、人工バリア等の工学技術の検証,設計手法の適用性確認,安全評価モデルの高度化及び安全評価手法の適用性確認、という研究課題を設定している。幌延深地層研究計画の成果は、原子力機構における他の研究開発拠点での成果と合わせて一連の地層処分技術として、処分事業や安全規制に適宜反映していく。そのため、国内外の研究機関との連携を図り、本計画を着実かつ効率的に進めていく。また、研究開発業務の透明性・客観性を確保する観点から、研究計画の策定から成果までの情報を積極的に公表し、特に研究成果については国内外の学会や学術誌などを通じて広く公開していく。

報告書

蒸気発生器の耐ウェステージ性向上に関する技術検討

二神 敏; 早船 浩樹; 佐藤 充*

JAEA-Research 2008-075, 94 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-075.pdf:5.91MB

高速炉実用化戦略調査研究(FS)では、直管型2重伝熱管SG(2重管SG)を主概念として選定した。2重管SGは多くの開発要素を含むため、より開発要素が少ない設計オプションで構成される代替SG概念の構築が求められる。代替SG概念の検討方針は「安全性(炉心保護性能)が主概念と同等であること」,「資産保護性が主概念と同等であること」,「経済性の観点で実現性を有すること」,「研究開発の合理性・継続性の観点で主概念と共通の技術基盤を有する概念であること」である。本方針に基づき代替SG概念を検討した。検討の内容としては、水リーク時の破損伝播回避性能を向上させる設計オプションの抽出と、それらを組合せたSG概念の水リーク時の伝熱管保護性能を評価し、2重管SGと資産保護性が同等となる概念を構築した。これらの概念について、開発課題,採用時期等の観点から成立性を検証することにより、比較評価を実施し、代替SG概念候補として、伝熱管の耐ウェステージ性を向上させる「防護管付SG」及び「被覆付伝熱管SG」、2重管の開発難易度を低減させる「短尺2重管SG」を選定した。

報告書

イッテルビウム,ルテチウム,サマリウムの対称電荷移行断面積

柴田 猛順; 田村 浩司; 小倉 浩一

JAEA-Research 2008-076, 13 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-076.pdf:2.89MB

イッテルビウム,ルテチウム,サマリウムの対称電荷移行断面積を計算した。ランタノイド原子・イオン間の電荷移行反応は多くの場合、電荷移行する6s電子の内側に閉殻でない4f$$^{rm n}$$電子等があるため、共鳴電荷移行だけでなく非共鳴電荷移行の反応経路がある。低エネルギーでは共鳴移行反応のみ起こり、電荷移行断面積が小さい。ここで取り上げたイッテルビウム,ルテチウム,サマリウムは多くのランタノイド元素とは異なり、共鳴電荷移行のみが進行する。このためで電荷移行断面積のエネルギー依存性は単調減少である。また、イッテルビウム,サマリウムの断面積は衝突エネルギーが1eV/amuで、それぞれ、203$AA $^{2}$$, 224$AA $^{2}$$で、アルカリ土類金属のバリウムの電荷移行断面積と同程度で、ジスプロシウム等の多くのランタノイド元素の電荷移行断面積より大きい。一方、ルテチウムではd電子が移行するため電荷移行断面積は衝突エネルギーが1eV/amuで65$AA $^{2}$$と小さい。

報告書

中性子ビーム増強のための非対称反射を用いたゲルマニウム結晶モノクロメータの開発

山内 宏樹; 石井 慶信*; 井川 直樹; 深澤 裕; 内海 渉

JAEA-Research 2008-077, 28 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-077.pdf:24.52MB

原子力機構の中性子粉末回折装置HRPDは、高分解能データを望むユーザーの要望を満たす一方で、検出器前のコリメータが6$$'$$の固定式であるため、測定に応じた適切な分解能選択ができず、高強度測定には適さない。これは爆発的に増加している外部利用に対して大きな足枷である。そこで筆者らは非対称反射を応用したビームの空間的圧縮による線束強度向上を目指すモノクロメータの改良を行った。モノクロメータ結晶はホットプレスで20$$'$$程度のモザイクを導入したGe単結晶を用いた。ビーム圧縮率と中性子吸収量の考察から回折面と切削表面が成す非対称角度を40$$^circ$$とし、非対称Braggケースで3,3,1反射を取り出すようにした。粉末標準試料の中性子回折パターンを非対称及び対称反射型とで比較した結果、ピーク強度は約1.2倍と改善したものの分解能も向上したため、積分強度ではほぼ同等となり、事前の理論予測から期待された強度増強は得られなかった。これは、モザイク結晶での非対称反射において圧縮されたビーム強度を相殺する形で反射率の低下が起こることが原因と考えられる。

報告書

簡素化溶媒抽出法によるU, Pu及びNp共回収; 抽出段の高硝酸濃度化に伴うNpの抽出挙動への影響評価

中原 将海; 佐野 雄一; 小泉 務

JAEA-Research 2008-078, 24 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-078.pdf:0.98MB

先進湿式再処理プロセスに関連して、U, Pu及びNp共回収を目的とした簡素化溶媒抽出法の研究が行われている。本研究では、低HNO$$_{3}$$濃度のフィード溶液及び高HNO$$_{3}$$濃度の洗浄液を採用することにより、抽出段を高HNO$$_{3}$$濃度に調整し、Npの抽出挙動に及ぼす影響を評価する。本試験は、「常陽」Mk-I及びMk-II照射済炉心燃料溶解液をフィード溶液として用いた。フィード溶液中のPuの原子価はNOxガスを吹き込むことによりPu(IV)に調整した。また、フィード溶液及び洗浄液のHNO$$_{3}$$濃度を3.9M及び10Mに調製し、抽出段においてNp(V)からNp(VI)への酸化反応の促進を試みた。抽出段におけるHNO$$_{3}$$濃度の増加により、押出運転後におけるNpの物質収支については、ラフィネートへ6.3%リークし、プロダクトへは91.2%回収された。この結果より、洗浄液の高HNO$$_{3}$$濃度化は、Npの回収において有効であることを確認した。また、プロダクト中のU, Puに対するtotal-$$gamma$$の除染係数は、5.1$$times$$10$$^{4}$$であり、過去の試験とほぼ同等の値を示した。

報告書

研削により測定した50cmスケール岩体中の天然亀裂の形状に関する研究

鐵 桂一*; 澤田 淳

JAEA-Research 2008-079, 30 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-079.pdf:6.81MB

花崗岩など亀裂性岩盤中を対象とした高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価では、核種移行評価モデルの一つとして亀裂を均質な平行平板でモデル化する方法が一般的に使われている。一次元平行平板モデルでは、亀裂の平均的な特性としての透水量係数や亀裂開口幅が重要なパラメータとなる。しかしながら実際の亀裂は内部にガウジなどの介在物,分岐や亀裂表面の粗さなど複雑な形状を呈しており、このため亀裂開口部は不均質に分布している。このように不均質な特性を有する亀裂を一次元平行平板モデルで表現する際、透水量係数や亀裂開口幅の値をどのように設定するかが課題となっている。上記課題解決に向けた研究の一つとして、釜石鉱山原位置試験場で採取した天然の単一亀裂を有する50cmスケールの花崗岩のブロック試料表面の研削を繰り返し、内部にある亀裂を撮影,観察した。その結果、亀裂に直交する方向に500断面の亀裂断面をデジタル画像データとして取得した。これより亀裂の上下面間の距離,亀裂幅の中心座標を1mm間隔で計測し、約25万か所の座標データからなる亀裂形状データを取得した。

報告書

液体金属中のキャビテーション壊食に関する基礎的研究; 液体金属中のキャビテーション壊食による液体パラメータの影響(共同研究)

服部 修次*; 井上 文貴*; 倉地 宏晃*; 渡士 克己; 月森 和之; 橋本 貴司; 矢田 浩基

JAEA-Research 2008-080, 45 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-080.pdf:2.86MB

液体金属中のキャビテーション壊食に関する研究は、ナトリウムを冷却材とする高速増殖炉の安全性の確認、水銀を使用する核破砕中性子源ターゲット容器の問題を解決するうえで非常に重要であるが、極めて特殊なケースであるため水中に比べてほとんど研究が進展していない状況である。本研究では、まず低融点の液体金属中でキャビテーション試験を行うことができる試験装置の開発を行った。次いで、鉛・ビスマスの液体金属中とイオン交換水中で壊食試験を行い、両試験液中での壊食速度の違いについて検討し、壊食速度に及ぼす液体の影響、及び壊食速度の温度依存性について考察し、以下の成果を得た。試験温度を融点と沸点の間を百分率で定義した相対温度で壊食速度を整理したところ、相対温度が14$$^{circ}$$Cにおける鉛・ビスマス中の壊食速度はイオン交換水中に比べて約10倍、ナトリウム中では約2$$sim$$5倍である。液体の相対温度が同一のとき、各種液体の壊食速度は、液体の密度及び音速を用いた評価式で整理できる。相対温度14$$sim$$30$$^{circ}$$Cにおける壊食速度増加の温度依存性は、液体の飽和蒸気圧の増加によるものである。

報告書

ガドリニウムに添加した銅のレーザーブレークダウン発光分光分析(受託研究)

赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 大場 正規; 宮部 昌文; 若井田 育夫

JAEA-Research 2008-081, 16 Pages, 2008/11

JAEA-Research-2008-081.pdf:3.19MB

レーザーブレークダウン発光分光分析法を核燃料物質の不純物分析に適用するためには、ウラン(U)やプルトニウム(Pu)等の、複雑で密度が高いスペクトルに混在する不純物のスペクトルを定量化する手法の確立が重要となる。そこで、ウランと同様にスペクトルが複雑なガドリニウム(Gd)を母材とし、これに銅(Cu)を添加した模擬試料を用いて評価手法を検討し、分析性能を評価した。レーザー光強度変動の影響は、エネルギー準位の近い母材のスペクトル強度で発光スペクトルを規格化することで抑制した。不純物スペクトルの強度は、規格化されたスペクトルを成分ごとに分解して、その和が実験結果に一致するようピークフィッティングすることにより導出した。得られたスペクトル強度比から不純物の検量線を算出するとともに、スペクトルの標準偏差から検出下限値を評価した結果、検出下限として約70ppmが得られた。さらに、異なるレーザー照射条件において、評価手法の有効性を検証した。

報告書

TRU廃棄物の処理・処分技術に関する研究開発; 平成19年度報告

亀井 玄人; 本田 明; 三原 守弘; 小田 治恵; 村上 裕; 増田 賢太; 山口 耕平; 松田 節郎; 市毛 悟; 高橋 邦明; et al.

JAEA-Research 2008-082, 84 Pages, 2008/11

JAEA-Research-2008-082.pdf:2.52MB
JAEA-Research-2008-082(errata).pdf:0.15MB

TRU廃棄物の地層処分研究開発については国の全体基本計画に基づき、併置処分の評価にかかわる信頼性向上,ジェネリックな評価基盤の拡充及び幅広い地質環境に柔軟に対応するための代替技術開発が進められている。JAEAにおいても処理,処分の両面で全体基本計画の中の分担課題に取り組んでいる。本年報は平成19年度のそれらの進捗を記すもので、具体的課題としては、(1)TRU廃棄物の処理・廃棄体化技術(廃棄物の開梱・分別へのか焼技術の適用性,廃棄体の品質保証・検認手法),(2)ニアフィールドの構造力学評価(構造力学評価モデルの開発・整備,岩盤クリープモデルの導入,岩盤及び人工バリア変形の連成解析),(3)性能評価(核種移行データ取得・整備,セメント変質,高アルカリ性環境における緩衝材及び岩盤の長期化学挙動,硝酸塩影響)及び(4)代替技術(硝酸塩分解技術)である。

報告書

Na-水反応時における蒸気発生器伝熱管の温度推定に関する基礎実験

古川 智弘; 吉田 英一

JAEA-Research 2008-083, 25 Pages, 2008/11

JAEA-Research-2008-083.pdf:1.44MB

ナトリウム冷却高速増殖炉の蒸気発生器において伝熱管破損が発生した場合には、Naと水蒸気との高温化学反応(Na-水反応)によってその周辺の伝熱管は高温に曝される。そして、漏えい蒸気(ジェット)が関与したウェステージと呼称される伝熱管損傷が生じることが知られている。本研究は、このNa-水反応の機構論的解析手法の確立に反映することを目的とした、Na-水反応損傷伝熱管の金属組織学に基づく温度推定に関する基礎的実験として実施したものである。試験では、Na-水反応を想定した温度・時間をパラメータとした急速熱履歴を与えた試料を作製し、当該試料について種々の金属組織学的分析・評価を行い、急速熱負荷時の最高到達温度やその保持時間が推定可能か否かの評価を行った。

報告書

超深地層研究所計画における岩盤力学に関する調査研究,年度報告書; 2006年度

瀬野 康弘*; 中間 茂雄; 山田 淳夫*; 平野 享; 佐藤 稔紀*

JAEA-Research 2008-084, 35 Pages, 2008/11

JAEA-Research-2008-084.pdf:7.58MB
JAEA-Research-2008-084(errata).pdf:0.04MB

岐阜県瑞浪市において日本原子力研究開発機構が実施している超深地層研究所計画では、平成17年3月に第1段階(地上からの調査研究)が終了し、現在、第2段階(地下施設建設時の調査研究)を進めている。第2段階においては、第1段階の成果との比較から、調査量と個別目標や課題に対する理解度や不確実性との関連性を評価する。そのうち、岩盤力学に関する分野では、深度100mごとの連絡坑道から岩盤力学調査ボーリングを行って、第1段階で構築したサイトスケールにおける岩盤力学モデルを評価し、地表からの調査手法を評価するとともに、そのモデルを新しい情報に基づいて更新したブロックスケールの岩盤力学モデルを構築することを目標としている。またそのほかに、重要な課題とされる力学的な掘削影響や長期挙動の評価に関する研究を実施する計画である。本報告書は、第2段階の調査研究のうち、2006年度に実施した岩盤力学に関する以下の成果を取りまとめたものである。(1)-100m連絡坑道における岩盤力学に関する調査研究,(2)三次元応力場同定手法の高度化に関する研究,(3)ボーリングコアを用いた岩盤応力評価手法の高度化に関する研究,(4)長期岩盤挙動評価に関する研究。

報告書

「地質環境総合評価技術高度化開発; 次世代型サイト特性調査情報統合システムの開発」平成19年度成果報告書(受託研究)

大澤 英昭; 太田 久仁雄; 濱 克宏; 澤田 淳; 竹内 真司; 天野 健治; 三枝 博光; 松岡 稔幸; 宮本 哲雄; 豊田 岳司; et al.

JAEA-Research 2008-085, 742 Pages, 2008/11

JAEA-Research-2008-085-1.pdf:26.22MB
JAEA-Research-2008-085-2.pdf:16.64MB
JAEA-Research-2008-085-3.pdf:28.27MB

本報告書は、経済産業省資源エネルギー庁から受託した平成19年度地層処分技術調査等委託費(地層処分共通技術調査:地質環境総合評価技術高度化開発)の平成19年度の成果を示すものである。

報告書

ウラン鉱山跡措置におけるリスクコミュニケーション手法の研究(共同研究)

石坂 薫*; 田中 勝*; 鈴木 和彦*; 時澤 孝之; 佐藤 和彦; 古賀 修

JAEA-Research 2008-086, 64 Pages, 2008/12

JAEA-Research-2008-086.pdf:1.99MB

本研究は、地域社会の意識等に基づき人形峠ウラン鉱山跡措置におけるリスクコミュニケーション(以下、「RC」という)手法を構築するための基礎的な知見として、(1)一般の廃棄物の最終処分及びウラン鉱山等にかかわるRCについて事例を比較調査し、人形峠で適切と考えられるRC活動項目を検討すること,(2)一般の廃棄物及び放射性廃棄物の最終処分について市民のリスク認知や信頼感の状況を把握することを目的とした。事例調査の結果、計画内容や事業者への信頼を得るためには情報公開・提供は必須であり、その読み方を同時に伝えなければならないことが認識された。リスク認知調査では、放射性廃棄物について、健康や環境への影響を心配するとともに、危険,怖いなど感覚的な忌避感を感じている人が非常に多いことが示された。

報告書

A Study on ROSA/LSTF SB-CL-09 test simulating PWR 10% cold leg break LOCA; Loop-seal clearing and 3D core heat-up phenomena

鈴木 光弘; 中村 秀夫

JAEA-Research 2008-087, 148 Pages, 2008/10

JAEA-Research-2008-087.pdf:22.6MB

本報は、ウェスティングハウス社型4ループPWRを模擬するROSA/LSTF実験装置で実施した、低温側配管10%破断LOCA実験(SB-CL-09)の主要な結果をまとめたものである。この実験では高圧注入系ECCSの故障を仮定し、次の事象が確認された。(1)比較的破断サイズが大きいため、1次系と2次系の圧力逆転は早く、2分以内に生じた。(2)ループシールクリアリング(LSC)過程は破断後約1分に全ループで開始し、炉心水位はほぼ下端まで低下した。これが解消した後も炉心水位は中央高さにとどまった。これは、蒸気発生器伝熱管の下降側に比べて上昇側に高い水位が維持された結果である。(3)炉心上部の昇温はLSC後も続き、ヒーター最高温度を制限するために111sに炉心出力を停止した。(4)LSC過程では、健全ループ高温側配管側で流下水により露出炉心の一部が冷却され、破断ループ高温側配管側では炉心の昇温が進行するという3次元での流動と温度分布が確認された。(5)炉心の昇温時間帯(67-153s)に、20点の炉心出口温度計はすべて飽和温度に維持され、過熱温度を検出しなかったが、これは流下水の影響と判断された。

報告書

地下水の水圧モニタリングデータを用いた岩盤物性の評価(委託研究)

細谷 真一*; 國丸 貴紀; 柴野 一則

JAEA-Research 2008-088, 78 Pages, 2009/01

JAEA-Research-2008-088.pdf:16.02MB

幌延深地層研究計画の一環として取得された地下水の水圧モニタリングデータのうち、HDB-3, 6, 7, 8孔から12区間を選定し、スペクトル解析を実施した。その結果、すべての区間において、地下水の水圧が気圧変化に対して応答していることが確認できたが、潮汐に対する応答は認められなかった。気圧変化に対する応答などから、岩盤の比貯留係数,鉛直方向の透水係数,剛性率の上限値を推定し、室内試験や水理試験によって得られた値との比較を行った。この結果、岩盤の比貯留係数については、水理試験よりも信頼性の高い推定が可能であることを示した。

報告書

JENDL-4開発のための評価済み核データファイルのベンチマークテスト

千葉 豪; 奥村 啓介

JAEA-Research 2008-089, 48 Pages, 2008/11

JAEA-Research-2008-089.pdf:3.37MB

我が国の最新の評価済み核データファイルJENDL-4の開発に資するため、種々の評価済み核データファイルの積分テストを実施した。銅,タングステン,鉄,ベリリウム,重水素の核データに着目した積分テスト,感度解析を行い、それらの核データの評価に有用な情報を得た。また、軽水溶液系,プルトニウムの経時変化,低濃縮ウラン溶液系の積分テストと感度解析を行い、関連する核データの評価に有用な情報を得た。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための理論的研究(委託研究)

市川 康明*; 瀬野 康弘*; 平野 享; 中間 茂雄; 松井 裕哉

JAEA-Research 2008-090, 52 Pages, 2008/11

JAEA-Research-2008-090.pdf:13.05MB

本報告書は、2007年度に実施した研究をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。続いて、第2章では、長期挙動予測評価手法の開発において解明が必要と考えられる石英の圧力溶解反応現象について、現象の理論的取り扱いと均質化法をベースにした数値解析手法を考案し、その適用例としてベントナイトに含まれる石英粒子の溶解を解析している。次の、第3章と第4章は、第3段階の研究で評価手法の検証が行えるよう、主要な研究対象とする土岐花崗岩をモデルとする基礎的な検討を行ったものである。このうち、第3章では、応力緩和状態下の土岐花崗岩に認められる微視的変形状況を約1か月まで顕微鏡で観察し、鉱物表面の変形から内部のひずみを計算している。また、第4章では、微視・巨視問題を同時に扱うことのできる均質化解析を用いて土岐花崗岩の巨視的な力学的挙動を再現するとともに、微視問題には強不連続解析を導入して土岐花崗岩内のマイクロクラック進展を再現している。

報告書

Covariances of resonance self-shielding factor and its temperature gradient for uncertainty evaluation of Doppler reactivity

瑞慶覧 篤*; 千葉 豪; 大塚 直彦*; 石川 眞; 高野 秀機*

JAEA-Research 2008-091, 162 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-091-01.pdf:5.8MB
JAEA-Research-2008-091-02.pdf:45.78MB

ドップラー反応度の不確かさを理論的に定式化し、共鳴パラメータの誤差に起因する共鳴遮蔽因子とその温度勾配の不確かさをNJOYの出力から評価した。JENDL-3.3に格納されている$$^{235}$$U, $$^{238}$$U, $$^{239}$$Pu, $$^{240}$$Puの感度解析を、JFS-3の70群構造で行った。感度係数の結果はドップラー反応度不確かさ評価に使用される。

報告書

ウラン廃棄物の余裕深度処分概念の検討,4

石戸谷 公英; 中谷 隆良; 船橋 英之; 佐々木 良一*; 高瀬 敏郎*; 黒沢 満*

JAEA-Research 2008-092, 64 Pages, 2008/12

JAEA-Research-2008-092.pdf:6.33MB
JAEA-Research-2008-092(errata).pdf:0.23MB

本研究では、原子力安全委員会が取りまとめた「低レベル放射性廃棄物埋設に関する安全規制の基本的考え方(中間報告)」(平成19年7月)に示されたシナリオ区分を参考とし、将来起こると予見される事象を考慮してシナリオの検討を行い、各シナリオに対するパラメータ設定及び線量評価を実施した。核種移行にかかわるパラメータとしては、処分施設からの放射性核種の放出係数,天然バリアの分配係数,地下水流速及び処分施設から河川(放射性核種の流出点)までの距離(移行距離)に着目した整理を行った。評価の結果、放射性核種の流量の増加や、天然バリアの塩水性環境への変化による一部の放射性核種の分配係数の減少により、一部のケースにおいて、10$$mu$$Sv/yをやや上回った。「造構運動-隆起・侵食」シナリオでは、条件によっては10$$mu$$Sv/yを大きく上回ったが、現実的に発生することが考えにくいパラメータの急激な変化を入力条件とした評価手法によるところも大きく、本ケースでは、パラメータの変化が1万から10万年の間に線形的に変化する条件を想定した評価を行ったところ、最大被ばく線量は10$$mu$$Sv/yを下回った。

報告書

液中渦によるキャビテーションに関する基礎的検討

江連 俊樹; 佐藤 博之; 木村 暢之; 上出 英樹

JAEA-Research 2008-093, 34 Pages, 2008/12

JAEA-Research-2008-093.pdf:10.5MB

ナトリウム冷却型高速炉での液中渦によるキャビテーション現象について、加圧条件及び昇温により粘性を変化させた条件下で液中渦によるキャビテーションを発生させることができる水試験装置を製作し、試験を実施した。キャビテーションを伴う液中渦の発生条件への系統圧力及び粘性の影響を把握し、基礎的な検討を行った。その結果、系統圧が高い条件ほど初生キャビテーション係数が高くなる結果が得られた。また、粘性が低い方が初生キャビテーション係数は大きくなる傾向が見られたが、系統圧力が高くなると粘性による差異は小さくなり、実機圧力条件では差は見られなくなることを確認した。

報告書

狭域野外拡散試験データを用いた大気拡散モデルの妥当性の検討

波戸 真治; 本間 俊充

JAEA-Research 2008-094, 95 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-094.pdf:11.89MB

1989・1990年に筑波山周辺において狭域野外拡散試験が旧日本原子力研究所によって実施され、トレーサーガスの濃度分布が測定された。本研究では、この濃度分布の実測値と簡易なガウスプルームモデル、及び詳細な物理法則が考慮されている気象予報/大気拡散コードであるRAMS/HYPACTによる評価値を比較し、モデルの妥当性を検討した。その結果、ガウスプルームモデルの方が放出点近傍で短時間の評価であるならば、複雑な地形であったとしてもRAMS/HYPACTに比べて、実測値の濃度分布をよく再現していた。この差異は、RAMSによる風速場の評価が実際の風速と異なっていることが原因だった。

報告書

瑞浪超深地層研究所・換気立坑における堆積岩部を対象としたポストグラウチング試験施工とその評価

久慈 雅栄*; 松井 裕哉; 原 雅人; 南出 賢司*; 見掛 信一郎; 竹内 真司; 佐藤 稔紀*; 浅井 秀明

JAEA-Research 2008-095, 54 Pages, 2009/01

JAEA-Research-2008-095.pdf:13.14MB

トンネル,地下発電所などの地下空洞建設にあたっては、掘削に伴い大量の湧水が発生することがある。空洞内への湧水は地上までの汲み上げや水質浄化に多大な費用を要することがあるため、場合によってはできるだけ湧水量を抑制することが望まれる。日本原子力研究開発機構で建設中の瑞浪超深地層研究所では、研究坑道の掘削に伴って発生する湧水の処理(水質調整)及び湧水抑制にかかわるコストを最小限に抑えることが施工上の課題となっている。さらに、今後掘削する領域の地質構造や地下水状況を調査した結果、特定の深度で大量湧水が発生する可能性が高いことがわかった。そこで瑞浪超深地層研究所においては、既に研究坑道掘削を終了した区間における湧水抑制対策としてポストグラウチング工法を採用し、その有効性を把握するために、換気立坑堆積岩部を対象としてポストグラウチングの基本的な設計・施工方法を検討し、試験施工を実施した。その結果、今回実施したポストグラウチング工法は、透水性の改良効果や、注入次数の増加に伴う注入量の減少傾向による改良効果を確認することができた。本報告書では、ポストグラウチング試験施工の概要とともに、その過程で得られた知見などをとりまとめた。

報告書

高温ガス炉燃料温度計測用温度モニターの照射特性試験

植田 祥平; 飛田 勉*; 沢 和弘; 富本 浩; 小澤 太教; 猪井 宏幸; 梅田 政幸

JAEA-Research 2008-096, 34 Pages, 2009/01

JAEA-Research-2008-096.pdf:10.12MB

高温ガス炉運転中における燃料体の温度測定を目的として温度モニターの開発を行っている。温度モニターは、融点の異なる合金製ワイヤーを石英管に封入したもので、22種類の温度モニターにより温度600$$sim$$1400$$^{circ}$$Cを測定範囲としている。温度モニターの照射特性を調べるため、JMTRでキャプセル照射を実施し、照射後試験としてX線ラジオグラフ,EMPA観察を行った。照射後試験の結果、開発した温度モニターは、照射温度が1100$$^{circ}$$C以下なら90日程度、50日以下であれば照射温度1300$$sim$$1350$$^{circ}$$Cまでは使用可能と推定された。

報告書

緩衝材の浸食現象評価; ベントナイトコロイドの生成挙動

松本 一浩; 飯島 和毅; 棚井 憲治

JAEA-Research 2008-097, 64 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-097.pdf:9.27MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、人工バリア材の一つである緩衝材には、放射性核種の移行遅延等の機能が期待されている。地層処分システムに対する地下水シナリオでは、オーバーパック破損後ガラス固化体の溶解に伴い放射性核種が溶出し、緩衝材中を移行することが想定されている。緩衝材外側に到達した核種は、緩衝材を起源として生成されるベントナイトコロイドに収着し、擬似コロイドを形成することによって、天然バリア中での核種の移行を助長することが考えられる。本研究では、緩衝材を起源とするベントナイトコロイドの生成挙動について、地下水の流れ場を模擬した系で緩衝材の浸食実験を行い、流速とコロイド生成量との関係を把握するとともに、緩衝材起源のコロイドの生成メカニズムについて考察した。

報告書

瑞浪超深地層研究所における立坑内からのパイロットボーリング調査報告書

鶴田 忠彦; 竹内 真司; 竹内 竜史; 水野 崇; 大山 卓也

JAEA-Research 2008-098, 116 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-098-01.pdf:24.02MB
JAEA-Research-2008-098-02.pdf:29.31MB

瑞浪超深地層研究所計画における研究坑道掘削は、排水中のフッ素及びホウ素の濃度が放流先河川において環境基準値を超えたことから、平成17年10月に研究坑道掘削及び坑内湧水の排水を一時停止した。さらに研究坑道の掘削に伴う湧水量の予測解析結果は、排水処理設備の処理量を設定した当初の湧水量を上回る量であった。そのため、地上の排水処理設備を改良・整備するとともに、以深の立坑掘削に伴って遭遇する地質環境特性を把握することにより、その後の坑道掘削において必要となる、(1)排水処理設備の設計,(2)グラウト施工計画並びに(3)施設設計の見直し、に資する情報を取得することを目的として、パイロットボーリング調査を実施した。その結果、深度500m付近までの地質環境を把握し、これに基づいて上記目標に資する情報を整備した。

報告書

深部地質環境の調査解析技術の体系化に関する研究; 平成19年度(委託研究)

小島 圭二*; 大西 有三*; 渡辺 邦夫*; 西垣 誠*; 登坂 博行*; 嶋田 純*; 青木 謙治*; 杤山 修*; 吉田 英一*; 尾方 伸久; et al.

JAEA-Research 2008-099, 171 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-099-1.pdf:28.65MB
JAEA-Research-2008-099-2.pdf:49.14MB

本研究では、地表から地下深部にいたる地質環境を把握するための調査・解析技術の体系化を目標に、(1)「第2次取りまとめに基づく深部地質環境の調査・解析技術の実用化にむけた課題に関する研究」,(2)「調査・解析手法の高度化・体系化に関する研究」を実施して次のような成果を得た。(1)に関しては、特に1.処分技術, 2.地質環境の分野の課題について、具体的な試験・計測と解析・分析を実施した。また、その成果を踏まえて、3.安全評価の分野も加えた中間分野の研究課題を抽出し、ニアフィールドコンセプト(NFC)の再構築に関する具体的な項目を検討した。(2)に関しては、日本原子力研究開発機構の調査研究計画の中から抽出された課題に基づき、調査・解析の高度化・実用化の研究開発の観点から、従来から実施している基礎的な要素技術の研究・開発の成果を取り込み、より具体的な現場の技術課題に資する研究を実施して、実用化に向けた研究・開発をより進展させた。また、これらの調査研究の進展とあわせて、日本原子力研究開発機構が実施中の超深地層研究所計画の第2段階の当面の課題に関する意見交換を適時行った。

報告書

Design study of 500 keV H$$^{-}$$ accelerator for ITER NB system

柏木 美恵子; 井上 多加志

JAEA-Research 2008-100, 82 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-100.pdf:19.32MB

ITERの加熱・電流駆動に用いられる中性粒子入射装置では、1MeV, 40Aの重水素負イオン(D$$^{-}$$)、又は870keV, 46Aの水素負イオン(H$$^{-}$$)のイオンビームを生成する多孔5段加速器の設計が進められてきた。しかし、ITER運転初期の低密度水素プラズマに対してはビームの突き抜けが予想されるため、ビームエネルギーを500keVに下げつつ大電流のH$$^{-}$$イオンビームを生成する加速器の検討が必要となった。本研究の目的は、元の5段加速器から500keV H$$^{-}$$ 3段加速器へ変更する際に必要な改造項目を明確にし、かつその物理設計を実施することである。2次元ビーム解析において、ビーム光学研究に基づき電極構造を最適化した。3次元マルチビームレット解析において、ビームレット同士の空間電荷反発と磁場によるビーム偏向を補正するための孔ずれ付き電子抑制電極、またビームレットを集束するための孔ずれ付き接地電極を設計した。3次元ガス解析において、負イオンの中性化損失、及び高電圧保持に必要なイオン源周りのガス圧は設計値を満足することを確認した。最後に、加速器の改造項目をまとめる。

報告書

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のためのデータ取得・解析,2

下茂 道人*; 熊本 創*; 唐崎 建二*; 佐藤 久; 澤田 淳

JAEA-Research 2008-101, 70 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-101.pdf:7.03MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、最終処分施設建設地の選定までの各調査段階において、調査地区の特性を把握し、地下水流動及び物質移行モデルの構築や、モデル解析のためのパラメータ設定に適宜反映させることが重要である。従来の研究では、堆積岩における物質移行現象に関しては、粒子間間隙を主な移行経路として考えてきた。しかし、亀裂が発達した堆積岩においては、亀裂が粒子間間隙よりも卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究では、亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行データを室内試験により拡充するとともに、それらのデータに基づいた数値解析により、パラメータ値の違いが岩盤内の物質移行現象に与える影響を整理した。また、堆積岩が分布する広域的なスケールでの地下水流動場を評価する手法開発の一環として、幌延地域の孔内温度分布データに着目した検討により検討対象としたボーリング孔間に透水係数の低い断層のコア部の存在を推定した。

報告書

研究所設置地区における高密度電気探査,2

中村 隆浩; 真田 祐幸; 杉田 裕; 手島 稔*; 岸本 宗丸*; 松尾 公一*

JAEA-Research 2008-102, 58 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-102.pdf:48.97MB

本報告書は、日本原子力研究開発機構が北海道天塩郡幌延町で進めている幌延深地層研究計画の地質環境モニタリング技術の開発として、坑道掘削に伴う地下水挙動の変化を捉える目的で、高密度電気探査を実施し、その結果をまとめたものである。本調査は今回が第2回目の調査であり、研究所設置地区に設定した2本の測線について、2極法の電気探査を実施した。その結果、比抵抗の断面分布は、地表近傍が20$$Omega$$$$cdot$$m前後と高く、深くなるにつれおおむね2$$Omega$$$$cdot$$m程度と低くなり、既存調査結果と整合する結果が得られた。また、比抵抗モデルと水質モデルを比較した結果、比抵抗値が塩分濃度を反映していることが確認できた。昨年度の電気探査結果と比較した結果、見掛比抵抗の値及び分布傾向については、大きな差異は認められず、再現性の高い良好なデータが取得できたと考える。また、このことより、立坑掘削による地下水挙動への影響は現時点では認められない結果が得られた。

報告書

長期野外拡散試験データを用いた大気拡散モデルの妥当性評価

田村 淳二*; 城戸 寛子*; 波戸 真治; 本間 俊充

JAEA-Research 2008-103, 94 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-103.pdf:48.02MB

従来の確率論的事故影響評価(PCA)コードでは、おもに計算コストの観点から直線プルーム型あるいはセグメントプルーム型の大気拡散モデルが広く採用されている。日本原子力研究所(現日本原子力研究開発機構)において開発されたPCAコードOSCAARでは、大気中の放射性物質の移流・拡散モデルとして、ガウス型の変動流跡線パフモデルが採用されている。OSCAARコードの大気拡散・沈着モデルのモデル構造に起因する不確実さを検討するために、米国コロラド州立大学により開発された詳細な地域気象モデルRAMS及び物質輸送モデルHYPACTを導入整備し、OSCAARコードとの比較解析を実施してきた。本研究では、OSCAARコード及びRAMS/HYPACTコードの大気拡散モデルの妥当性を、茨城県東海村周辺において実施された長期野外拡散試験の試験データを用いて検証した。拡散試験の試験結果と本試験を再現したOSCAARコード及びRAMS/HYPACTコードによる予測結果は、両モデルともに比較的良い一致を示した。また、本試験のような試験条件下での予測に対しては、両モデルはおおむね同程度のモデル性能を備えていることが示された。

報告書

普通ポルトランドセメント水和物と海水系地下水との反応によるpH上昇現象の評価手法

増田 賢太; 小田 治恵; 中西 博*; 佐々木 良一*; 高瀬 敏郎*; 赤木 洋介*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 本田 明

JAEA-Research 2008-104, 194 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-104.pdf:9.43MB

海水系地下水に含まれる高濃度の塩化物イオンは、セメント水和物のハイドロガーネットと反応してフリーデル氏塩を生成し、間隙水のpHを上昇させる可能性がある。本研究では、普通ポルトランドセメントペースト(OPCペースト)に含まれるアルミネート系水和物及びポルトランダイトを使って海水レベルの濃度の塩化ナトリウム水溶液(塩水)による浸漬実験を行い、その反応によるpH上昇を確認した。またOPCペーストの塩水への浸漬を行い、pH上昇が実際に起こるのかを確認し、その評価方法について検討した。その結果、ハイドロガーネットとポルトランダイトが塩水と反応すると、フリーデル氏塩を生成し、間隙水のpHが上昇することを実験的に確認し、化学平衡計算により再現できることを示した。また塩水によるOPCペーストの浸漬実験では、既往の熱力学的モデルによる計算結果ほどpHが上昇しないことを確認した。そこで、初期セメント水和物中のアルミニウムの分配を実験的に測定し、セメント初期水和物モデルを考案することにより、OPCペーストと塩水との反応におけるpH上昇を再現することができた。この初期水和物モデルはOPCペーストと人工海水との反応にも適用できることを確認した。

報告書

小型MACROによる塩水侵入試験の光学的手法を用いた塩水濃度分布の定量的評価

佐藤 久; 高須 民男*; 澤田 淳

JAEA-Research 2008-105, 24 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-105.pdf:1.89MB

沿岸地域では、淡水と海水の密度差に起因した塩水侵入現象が生じており、この密度流により生じる塩水楔は地質環境に影響を与える因子になると考えられる。放射性廃棄物の地層処分事業を進める際には、このような密度流に起因して地下深部に侵入する塩水の濃度とその分布を適切に評価する技術の開発が課題となっている。この密度流に起因した塩水侵入現象は、塩水の移流分散と密度流の連成問題であり、その数値解法の検証が課題のひとつとなっているが、検証に必要な塩水楔の定量的な濃度分布はこれまでに取得されていない。このため、筆者らは塩水濃度分布を考慮した数値解析コードの検証データの取得を目的として、小型MACROを対象とした塩水濃度分布の光学的手法による定量的な計測技術の開発を行い、塩水楔の定常状態における定量的な濃度分布を取得し、得られた濃度分布を用いて遷移帯における塩水濃度分布の分析を行った。その結果、塩水と淡水の遷移帯での分散の幅は、Henryによる塩水楔の準解析解と比較して狭いことを定量的な測定データで示すことができた。

報告書

岩石の強度回復特性・一般化応力緩和挙動に関する研究,2(委託研究)

大久保 誠介*; 林 克彦; 小林 保之; 平本 正行*

JAEA-Research 2008-106, 91 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-106.pdf:6.08MB

支保工が設置される堆積岩系の地下坑道岩盤は支保内圧と地圧の双方が作用し、一般に時間の経過に伴い強度が回復するという特性を有していることが知られている。この強度回復特性は空洞の安定性や処分場閉鎖後の長期力学挙動の評価において配慮すべきものであり、本研究は、幌延深地層研究計画のコア試料をもとに実験的な検討を通じて、強度回復特性,一般応力緩和挙動や引張特性について今後の定量化に向けたデータの蓄積と分析を実施したものである。

報告書

ZnS(Ag)シンチレーション検出器による$$alpha$$線波高弁別に関する検討; 汚染管理用機器への適用の可能性

井崎 賢二; 猪野 和生*; 水庭 春美

JAEA-Research 2008-107, 46 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-107.pdf:3.81MB

MOX燃料製造施設や再処理施設などプルトニウムを取り扱う施設においては、$$alpha$$線測定を主体とした汚染管理が行われる。$$alpha$$線測定の場合、天然放射性核種であるラドン子孫核種による影響を考慮する必要があり、これまで必要に応じて表面障壁型の半導体検出器を用いた波高弁別を活用することにより、ラドン子孫核種の影響低減化を図ってきた。今回、半導体検出器より耐久性や耐ノイズ性に優れたZnS(Ag)シンチレーション検出器について、波高弁別の精度を確認し、汚染管理用機器への適用の可能性について検討した。

報告書

緩衝材中における炭素鋼の腐食挙動の実験的検討,2; 10年間浸漬試料の腐食生成物分析結果

谷口 直樹; 川崎 学; 内藤 守正

JAEA-Research 2008-108, 58 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-108.pdf:30.01MB

緩衝材を模擬した圧縮ベントナイト中における炭素鋼の10年間の浸漬試験を行い、腐食生成物の観察,分析を実施するとともに、熱力学的な観点から腐食生成物の安定性,溶解・沈澱挙動を検討した。その結果は以下のようにまとめられる。(1)温度80$$^{circ}$$Cの条件では試験片表面に黒色$$sim$$黒灰色の腐食生成物皮膜が形成されており、試験片に強く密着していた。しかし、より温度の低い50$$^{circ}$$Cの条件では試験片に密着した皮膜は形成されていなかった。(2)海水系の試験溶液条件では、結晶性の腐食生成物として、おもにシデライト(FeCO$$_{3}$$), Fe$$_{2}$$(OH)$$_{2}$$CO$$_{3}$$など2価鉄の炭酸塩化合物が同定された。しかし、希薄な水溶液条件ではマグネタイト(Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$)が同定され、炭酸塩化合物は認められなかった。これらの腐食生成物は、試験条件を想定して熱力学的に推定される腐食生成物と整合した。(3)腐食生成物皮膜中にはCa, S, Si, Alの存在が確認され、その分布状態は試験条件によって異なっていた。(4)圧縮ベントナイト中における炭素鋼の腐食速度は皮膜の溶解・沈澱挙動に関連している可能性が示唆された。(5)既往の腐食モデルを参考に、圧縮ベントナイト中における皮膜形成下での炭素鋼の腐食進展モデルの概念を提示した。

報告書

低アルカリ性セメント硬化体の間隙構造と塩化物イオンの見掛けの拡散係数に関する研究

三原 守弘; 鳥居 和之*

JAEA-Research 2008-109, 46 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-109.pdf:8.04MB

長寿命の放射性核種を含む廃棄物を地層処分する際のモルタル,コンクリートなどの充填材として、ポゾランを多量に用いた低アルカリ性セメントの開発が行われている。このセメントは、ポゾラン材料として、シリカフュームと多量のフライアッシュが用いられたセメントで、HFSCと呼ばれている。本研究では、HFSC硬化体における物質移動現象を把握することを目的として、その間隙構造と塩化物イオンの拡散挙動について評価を行った。水銀圧入法の評価により得られたHFSC硬化体の間隙率は、普通ポルトランドセメント(OPC)のものより大きいが、間隙量が増加する間隙径は、OPCより小さいことが示された。また、反射電子像での評価により、大きな径の間隙がHFSC硬化体において観察された。これは、中空なフライアッシュ(セノスフェア)の存在によるものであった。フライアッシュ40%のHFSC硬化体の塩化物イオンに見掛けの拡散係数が、最も小さな値を示した。HFSC硬化体においては、屈曲度やイオン排除・分子フィルトレーション効果の大きな間隙構造が形成されるために拡散係数が小さくなるものと考えられた。

報告書

坑道掘削に伴う地下水の水理及び水質変化に関する解析評価; 幌延深地層研究計画における水平坑道掘削影響試験の予察解析

鈴木 英明; 木村 誠; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2008-110, 29 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-110.pdf:2.18MB

人工バリア定置後のニアフールド環境のより現実的な理解と信頼性の高い予測を行うためには、坑道掘削によって生じる応力場,水理場及び化学場の変化を把握する必要がある。本報告書は、これまでに開発してきた熱-水-応力-化学連成解析評価モデルの適用性を確認することを目的として、幌延深地層研究で計画されている坑道掘削影響評価試験の予察解析結果について報告するものである。予察解析では、深度140mの声問層を対象として、坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の水理場と地下水水質の変化に着目し、地球化学反応を考慮した水理-物質移行連成解析を実施した。その結果、飽和度95%以下の不飽和領域は、坑道壁面より約5m程度の範囲で発生し、これに伴って、地下水中に高い濃度で溶解している炭酸が脱ガスし、地下水のpHが変化するなどの地球化学特性の変化を把握した。

報告書

放射性廃棄物の地層処分の安全性に影響を与える懸念事象の相対的重要度把握のための体系的評価手法の有用性の例示

大井 貴夫; 稲垣 学; 川村 淳; 江橋 健

JAEA-Research 2008-111, 32 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-111.pdf:3.95MB

本報では、既存の研究によって整備された「放射性廃棄物の地層処分の安全性に影響を与える懸念事象の相対的重要度把握のための体系的評価手法」を紹介するとともに、「我が国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性; 地層処分研究開発第2次取りまとめ」の検討結果や既存の包括的感度解析の成果を用いて、本手法の適用性検討を行った。本手法に基づいて、さらなる情報整理を行うことにより、重要な研究をより効果的に行うことが可能になるとともに、放射性廃棄物の地層処分の安全評価の信頼性の向上が図られると考える。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分施設への低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,1; セメント系材料の適用部位と要求機能(共同研究)

小林 保之; 山田 勉; 内藤 守正; 油井 三和; 中山 雅; 佐藤 治夫; 西田 孝弘*; 廣永 道彦*; 山本 武志*; 杉山 大輔*; et al.

JAEA-Research 2008-112, 43 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-112.pdf:4.58MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設の建設では、坑道の空洞安定性や湧水の抑制、あるいは施設操業時の作業性を確保するため、支保工,グラウト,覆工等にセメント系材料の使用が想定される。しかし、セメント系材料の使用は、周囲地下水のpHを上昇させ、人工バリア材や天然バリアである岩盤が変質する可能性があり、処分システムの長期性能に有意な影響を与えることが懸念されている。以上の背景から、地層処分向けの低アルカリ性セメントに関する研究開発が国内外で進められており、日本原子力研究開発機構では、これまでに支保工や覆工への適用性の検討を重ね、今般幌延の地下研究施設において施工試験を行う計画である。一方、電力中央研究所では、放射性廃棄物処分全般にかかわるセメント系材料の研究開発を実施してきている。本共同研究報告では、高レベル放射性廃棄物処分施設で使用することを想定したセメント系材料について、その適用性を評価するうえで必要となる処分場とその周辺の地質環境条件を整理したうえで、セメント系材料の適用部位や処分の各段階で要求される機能と性能を抽出・整理し、今後の低アルカリ性セメント開発に資するよう取りまとめを行った。

報告書

人形峠模擬ウラン廃液からのウランの抽出分離

三田村 久吉; 長縄 弘親; 永野 哲志; 柳瀬 信之; 半澤 有希子; 下条 晃司郎; 松原 達郎; 美田 豊; 瀧 富弘; 村田 雅人

JAEA-Research 2008-113, 27 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-113.pdf:31.84MB

人形峠環境技術センターにおける、製錬転換施設のフッ化物系ウラン汚染物の除染処理に伴うウラン廃液及び使用済み遠心分離機の除染処理に伴うウラン廃液から、ウランを除去・回収する新たな手段として、溶媒抽出法による大量処理装置(エマルションフロー抽出装置)の適用が有望視されている。そこで、この装置を実廃液に適用するに際して最適な抽出剤を選ぶため、それぞれの模擬廃液を使用したバッチ試験を行い、リン酸系の抽出剤に対するウラン及び共存成分の抽出特性を明らかにした。その結果、抽出剤のD2EHPAは、一つの候補に成り得ると考えられるが、AOTのような界面活性剤との組合せを必要とする抽出剤(CMPなど)については、使用の可能性は低いことが明らかとなった。

報告書

処分環境や設計オプションに対応した性能評価手法の構築,2

稲垣 学; 蛯名 貴憲*

JAEA-Research 2008-114, 36 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-114.pdf:3.21MB

地層処分は段階的に進められることから、性能評価については、調査による情報の追加や設計オプションの詳細化・変更に伴い、それまで検討されてきた内容との整合性を取りつつ、合理的に進める必要がある。本研究では、性能評価シナリオを抽出する観点から設計や調査と性能評価における情報のやり取りの方法論を具体化し、より現実的な設計条件を踏まえつつ安全機能に基づく"総合性能評価の雛形"を構築し、これに対して、処分条件等の変更内容を反映させることによりシナリオの抽出が容易となることがわかった。このような条件の変更を摂動として取り扱う方法論は、既存の基本的な考え方を損なうことはなく、評価の段階的進展に対して有効であると考えられる。そのため、既存のシステムの情報の流れを本研究における情報整理の方法論を踏まえ、調査設計-処分環境-安全機能の構造に従いFepMatrix等により既存情報を整理する手法は有益であり、段階的な情報の変化に応じたシナリオ抽出の実施に見通しが得られた。

報告書

波長シフトファイバを用いた高検出効率,高位置分解能型2次元シンチレータ中性子検出器の開発研究; J-PARC/MLF生命物質構造解析装置「iBIX」のためのコンパクト型検出器の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 細谷 孝明*; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦; Schooneveld, E.*; Rhodes, N.*

JAEA-Research 2008-115, 33 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-115.pdf:3.77MB

J-PARC/MLFの生命物質構造解析装置に実機として供与することのできる波長シフトファイバを用いた高検出効率,高位置分解能型2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。検出器を構成する各要素について当該装置仕様に基づいて最適化し高性能化を図った。有感面積13.3$$times$$13.3cm$$^{2}$$,不感面積率30%以下であるコンパクトなプロトタイプ検出器を試作しISISパルス中性子源にてその動作性能を確認した。開発した2次元検出器は当該装置に要求された仕様をほぼ満足するものであった。

報告書

ENGIN-X型1次元シンチレータ中性子検出器の検出器性能向上に関する技術開発; ZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 美留町 厚; 海老根 守澄; 筒井 紀彰*; 曽山 和彦; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*

JAEA-Research 2008-116, 26 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-116.pdf:4.25MB

ENGIN-X型1次元中性子シンチレータ検出器の性能向上を目的として新規なZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発を行った。ZnSシンチレータに関してはさらなる高速・高検出効率化を図るためZnSを基本とした各種シンチレータを試作しその性能を評価した。その結果、開発したZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シンチレータによるとISIS標準シンチレータよりも検出効率が2割改善することを確認した(中性子波長1${AA}$)。また、シンチレータを装填する光リフレクタに関しては白色塗料を使用せず表面エッチング処理により製作する手法を開発した。これにより従来と同様の光散乱能を有しかつ経年変化にも強い光リフレクタを実現した。さらにフィールドプログラマブルゲートアレイによる全デジタル化フォトンカウンティング信号処理装置を開発しこれまでのアナログ回路による信号処理系と比べて中性子計数の温度安定性が改善することを実証した。

報告書

仮想的な堆積岩分布域における地層処分の地下水シナリオを対象とした隆起・侵食の影響評価手法の例示

江橋 健; 川村 淳; 稲垣 学; 小尾 繁*; 柴田 雅博; 板津 透; 仲島 邦彦*; 宮原 要

JAEA-Research 2008-117, 36 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-117.pdf:3.18MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、隆起・侵食は、適切なサイト選定や処分場の設計によって処分システムに及ぼす著しい影響を回避することが可能と考えられているものの、この現象が緩慢ながらも極めて長期間に渡って継続することから、現象の過去の履歴と処分システムへ与える潜在的な影響の理解に基づいて、隆起・侵食のシナリオを考慮した性能評価手法の信頼性を向上させることが重要である。本研究では、具体的な地質環境を対象とした影響評価に反映できるよう、仮想的な堆積岩分布域における地下水シナリオを対象として、概念モデルに基づく処分環境条件の時間変遷パターン、及びその影響解析について例示した。本検討を通じて、概念モデルが、隆起・侵食にかかわる場の特徴を取り込んだ処分環境条件の時間変遷の組合せを効果的に抽出可能であることに加え、核種移行モデル・パラメータの設定及びそれに基づく影響解析に対して有効な出発点となりうることについて見通しを得た。また、概念モデルに基づいた影響解析を通じて得られる知見は、処分事業の初期段階のように情報が限られた段階における地質環境調査や隆起・侵食に関する将来予測に対して、有効なフィードバック情報となりうるものである。

報告書

硫化物を含む人工海水における純銅の応力腐食割れ挙動に及ぼす電位と材質の影響

谷口 直樹; 川崎 学; 内藤 守正

JAEA-Research 2008-118, 33 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-118.pdf:19.96MB

一般に、純銅は酸素を含まない天然水環境で熱力学的に安定であり、水の還元による腐食は生じない。しかし、硫化物を含む環境では熱力学的な安定性を失って硫化銅として腐食し、条件によっては応力腐食割れ(SCC)に対して感受性を示す。本研究では、硫化ナトリウムを含む人工海水中において純銅の低歪速度試験を実施し、応力腐食割れ感受性に及ぼす電位,材質の影響を検討した。その結果は以下のようにまとめられる。(1)低酸素濃度下での自然電位, Ecorrより+100mV及び+300mV貴な電位では、自然電位の場合よりもSCC感受性は低下した。しかし、Ecorrより700mV貴な電位では、Ecorr+100mV, Ecorr+300mVの場合よりもSCC感受性は大きくなった。(2)リン脱酸銅と無酸素銅を比べると、無酸素銅のほうが亀裂は発生しやすい傾向が認められたが、引張強さ,全伸びなど機械的特性に違いはなかった。(3)緩衝材共存下でのSSRTを行うため、試験片に装着する試験カラムを作成した。これを用いたリン脱酸銅に対する試験の結果、Na$$_{2}$$S濃度0.001M, -420mV vs. SCE(窒素雰囲気での自然電位に相当)において応力腐食割れの発生は認められなかった。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分における隆起・侵食/沈降・堆積に起因するシナリオの検討

川村 淳; 江橋 健; 牧野 仁史; 新里 忠史; 安江 健一; 大井 貴夫

JAEA-Research 2008-119, 32 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-119.pdf:8.06MB

隆起・侵食/沈降・堆積は広域的で避けることが困難な現象である。そのため、それらの現象が発端となる地質環境、処分環境及び処分システムの性能への影響を適切に評価する必要がある。日本原子力研究開発機構では現象のバリエーションと推移のパターン、及びそれらに起因して生ずる可能性のある地質環境条件の変化とそれらの時間的な推移等の多様な変動パターンを地球科学の研究に基づき温度,水理,力学,化学,幾何形状(THMCG)の変化の組合せとして系統的に整理する手法を構築した。隆起・侵食/沈降・堆積のどのような組合せによりどのような変化が現れるのか、また処分場の初期の地質環境条件の相違が変動後にどの程度影響しうるのか、構築した手法に基づき網羅的に整理する必要がある。これらは、変動後の地質環境条件の変化の方向やその変動幅に影響するため、隆起・侵食/沈降・堆積に関する重要な変動シナリオを同定するために必要な検討である。本研究は、隆起・侵食/沈降・堆積について発生する可能性のある組合せパターンを可能な限り列挙し、それらに対する考えられる地質環境条件の変化の検討を目的とした。その結果、列挙した現象の組合せパターンに起因する地質環境条件の変化の方向性や程度についてTHMCGを用いた検討比較により、高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価の観点から重要な現象を、根拠を提示しながら抽出することができる見通しを得た。

報告書

MeV級加速器内の2次粒子挙動

水野 貴敏; 井上 多加志; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 大楽 正幸; 渡邊 和弘

JAEA-Research 2008-120, 19 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-120.pdf:5.24MB

中性粒子ビーム入射装置の負イオン加速器内には、負イオンと残留水素ガスとの衝突による電子や原子及び正イオンの発生、ビームプラズマからの正イオンの引き込み、それら2次粒子の電極への衝突による2次電子放出など複雑な2次粒子の挙動があり、それら2次粒子は加速器や負イオン源への熱負荷の原因となっている。この熱負荷の低減がITERに向けた負イオンビームの長パルス加速器開発の重要な課題の一つである。そこで、負イオン加速器内での粒子挙動解析コード(EAMCCコード)を用いて2次粒子挙動を明らかにする研究を開始した。本報告は原子力機構のMeV級イオン源試験装置(MTF)での加速を対象とした解析に関するものである。本解析の結果、約40%の負イオンがストリッピングで損失すること、負イオンのストリッピングで発生する電子の約2.5倍の2次電子放出が起こること、中間電極への熱負荷の90%が電子によることなどが明らかになった。また、中間電極に流れる電流の解析結果と実験結果の比較では、第2及び第3加速電極に流れる電流に相違が見られた。これはビームプラズマからの正イオンの引き込みなどが原因だと考えられる。

報告書

ITER NBI用SINGAP-MAMuG加速器の性能比較試験

谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 渡邊 和弘; 井上 多加志; DeEsch, H.*; Svensson, L.*

JAEA-Research 2008-121, 26 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-121.pdf:5.95MB

ITER中性粒子入射加熱装置(NBI)用負イオン加速器には、単孔単段型(SINGAP: Single-aperture single-gap)と多孔多段型(MAMuG: Multi-aperture multi-gap)の2方式が提案されており、前者はCEAカダラッシュ研究所、後者は原子力機構において開発が進められてきた。ITER NBI建設に向け、両者の性能を比較することを目的とした試験をITERタスクとして行うこととなり、SINGAP加速器を原子力機構のMeV級イオン源試験装置に取り付けてMAMuG加速器と同じ設備,計測システムで性能評価を行った。その結果、耐電圧性能,最大負イオンビーム電流,付随電子加速の観点からMAMuGが優れることが明らかとなり、ITER機構との協議の結果、ITER NBIにはMAMuG方式が採用されることになった。

報告書

天然事象の地下水流動系への影響シナリオの検討; 海面変化の例(受託研究)

酒井 隆太郎; 宗像 雅広; 木村 英雄

JAEA-Research 2008-122, 18 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-122.pdf:6.57MB

放射性廃棄物の地層処分の安全評価では、天然事象等の地下水流動に与える影響に関する最新の科学的知見の集約とモデル化のための研究が重要である。本稿では、この研究の一環として、沿岸立地処分場の場合に避けて通ることのできない海面変化の地下水流動に与える影響についての検討を行った。その結果、沿岸域の地下水賦存状況や流動実態に基づけば、海面低下期に形成された氷期の淡水は、次期海進期には、透水性の低い海成粘土層の削剥により、海底への流出が起こり、さらに次期間氷期には、透水性の低い粘土層の堆積によって淡水は再び沿岸下に停滞する可能性がある。このため海面変化にかかわるシナリオにおいては、侵食・堆積を考慮した地下水流速や流動経路の変化、これに伴う地下水の化学特性の変化の可能性を考慮しておくことが重要であることが明らかとなった。

報告書

F82H鋼のトリチウム透過挙動; トリチウム水蒸気の増殖材パージガスから冷却材への透過

小柳津 誠; 林 巧; 山西 敏彦

JAEA-Research 2008-123, 25 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-123.pdf:2.12MB

核融合炉ブランケットの構造材として有力視されている低放射化フェライト鋼、F82H鋼のトリチウム透過挙動を解明するための研究がなされてきているが、これまでの報告のほとんどは、純水素同位体ガスの真空への透過であった。そのため、本研究は、HCSBブランケット中のトリチウム増殖材パージガス中からF82H鋼を通して冷却材であるヘリウムへの透過挙動の解明を目的とし、実機環境を模擬した実験を行った。実験において、トリチウム供給側はヘリウムで希釈したトリチウム水蒸気を用い、透過側はヘリウムによりパージした。そして、トリチウム透過の温度依存性とトリチウム水蒸気分圧依存性を調べた。実験の結果、トリチウムの透過は拡散律速の様相を示し、F82H鋼バルク内におけるトリチウムの挙動は過去の報告と同様であるが、表面の過程が異なることが示唆された。特に、トリチウム供給側の表面がトリチウム水蒸気により酸化され、トリチウム透過防止膜として機能しうる酸化膜を形成した可能性が考えられたことから、実機においてもF82H鋼がトリチウム透過防止膜として機能しうる酸化膜を自己形成する可能性が見いだされた。

報告書

電子ビーム加熱蒸発で生成したネオジム原子の準安定準位分布

柴田 猛順; 小倉 浩一

JAEA-Research 2008-124, 12 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-124.pdf:3.66MB

電子ビーム加熱蒸発で生成したネオジム原子ビームの準安定準位分布をレーザー誘起蛍光法で測定した。測定した準安定準位分布より求めた原子励起温度は、推定蒸発面温度(2000K)より低く、蒸発量を増加させるとともに1500K程度まで低下することがわかった。電子ビーム加熱蒸発で同様に生成したガドリニウム原子の場合、原子励起温度が500Kまで低下するのと比較すると、ネオジム原子はガドリニウム原子に比べて原子励起温度が高く緩和しにくい。ネオジム原子もガドリニウム原子も蒸発面近傍での原子間衝突で超微細構造間の遷移を引き起こし緩和が進む。ガドリニウム原子は4f$$^{7}$$5d6s$$^{2}$$で軌道半径が比較的大きい5d電子をもっているが、ネオジム原子は4f$$^{4}$$6s$$^{2}$$で5d電子がない。このため、ネオジム原子は原子間衝突で緩和しにくく原子励起温度がガドリニウムに比べ非常に高いと考察した。

報告書

熱化学法ISプロセス水素製造実証試験装置の設計検討

岩月 仁; 野口 弘喜; 寺田 敦彦; 久保 真治; 坂場 成昭; 小貫 薫; 日野 竜太郎

JAEA-Research 2008-125, 60 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-125.pdf:5.27MB

高温ガス炉の熱利用系の候補であるISプロセスについて、高温高圧の実用プロセス条件下、原子炉を模擬した電気ヒータで加熱したヘリウムガスによって供給される熱を用いた水素製造試験を行うために必要な実用材料製水素製造試験装置に関する予備的な設計検討を行った。HTTRの基本仕様,水蒸気改質プロセスによる炉外試験の経験などを考慮して暫定的な基本設計条件を定め、それに基づき、ISプロセス技術の現状を踏まえて、新規技術実証に必要な主要単位操作及び主要系統構成を明らかにした。さらに、装置材料の耐食性に配慮しつつ、主要機器の型式を選定するとともに、製作に向けての課題を抽出した。また、適用法令についても、調査・検討を行い、結果をとりまとめた。

報告書

遺伝的アルゴリズム及びニューラルネットワークを用いた間隙水圧の相互関係に関する検討(委託研究)

瀬尾 昭治*; 國丸 貴紀; 中嶌 誠門*; 戸井田 克*; 渡辺 邦夫*; Sohail, A. R.*

JAEA-Research 2008-126, 120 Pages, 2009/12

JAEA-Research-2008-126.pdf:29.29MB

本報告書では、長期水圧モニタリングシステムによる間隙水圧の観測データについて、気圧や地球潮汐といった主要な影響因子を現状データから分離するとともに、遺伝的アルゴリズム及びニューラルネットワークを利用した解析手法を用いることにより各観測孔における間隙水圧の相互関係を解析し、対象地域の水理地質構造に関する考察を行った結果について報告する。検討対象とした6孔(HDB-1,3,6,7,8,9)の試錐孔における間隙水圧観測データについて、気圧や地球潮汐等による影響因子について分離解析プログラム(BAYTAP-G)を用いて分離した結果、間隙水圧の変動要因として、相対的に潮汐変動による影響は小さく、気圧変動による影響が大きいことがわかった。また、試錐孔間相関解析によれば、地下深度約400mでは、HDB-3孔,HDB-6孔,HDB-7孔,HDB-8孔が1つの間隙水圧変動領域であり、HDB-1孔及びHDB-9孔はそれぞれ別の変動領域である可能性が示唆された。

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