In situ neutron imaging of lithium-ion batteries during heating to thermal runaway

野崎 洋*; 近藤 広規*; 篠原 武尚; 瀬戸山 大吾*; 松本 吉弘*; 佐々木 厳*; 伊勢川 和久*; 林田 洋寿*

Scientific Reports (Internet), 13, p.22082_1 - 22082_8, 2023/12

https://doi.org/10.1038/s41598-023-49399-1

Lithium ion batteries (LIBs) have become essential components that power most current technologies, thus making various safety evaluations necessary to ensure their safe use. Heating tests remain the most prominent source of safety issues. However, information on the phenomena occurring inside batteries during heating has remained inaccessible. In this study, we demonstrate the first in situ neutron imaging method to observe the internal structural deformation of LIBs during heating. We developed an airtight Al chamber specially designed to prevent radioactive contamination during in situ neutron imaging. We successfully observed the liquid electrolyte fluctuation inside a battery sample and the deformation of the protective plastic film upon heating up to thermal runaway.

Enhancement of permeability activated by supercritical fluid flow through granite

野原 壯; 宇野 正起*; 土屋 範芳*

Geofluids, 2019, p.6053815_1 - 6053815_16, 2019/08

https://doi.org/10.1155/2019/6053815

この地質学的研究は、地熱活動の痕跡を評価するために、花崗岩の電子プローブマイクロアナライザ解析を利用している。角閃石-長石温度計を適用し、ガラス状脈の温度は約700Cと推定された。ボーリング岩石コアの肉眼および顕微鏡の観察の結果は、角閃石および斜長石によるマイクロフラクチャーの充填が、超臨界流体の流れの軌跡であることを明らかにした。粒界マイクロフラクチャーおよび平行マイクロフラクチャーは、白亜紀後期における花崗岩体の定置直後に起こったと考えられる超臨界流体の限られた活動によって形成された痕跡と認識された。現在の高い透水性は、超臨界流体に関連したマイクロフラクチャーネットワークと関係すると考えられた。超臨界流体による割れ目の痕跡は、深さ1200mの坑井を用いて簡易的に把握された。各試験区間の透水性と割れ目の特徴とに基づいて代表的なタイプが提案された。緑泥石充填の割れ目タイプは、相対的に小さい割れ目分布密度を示したにも関わらず、高い透水性に対応した。この研究の結果は、透水性の向上は、花崗岩を流れた超臨界流体によって活性化されたことを示した。

超深地層研究所計画 年度報告書(2016年度)

石橋 正祐紀; 濱 克宏; 岩月 輝希; 松井 裕哉; 竹内 竜史; 野原 壯; 尾上 博則; 池田 幸喜; 見掛 信一郎; 弥富 洋介; et al.

JAEA-Review 2017-026, 72 Pages, 2018/01

JAEA-Review-2017-026.pdf:18.23MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本研究所計画では、2014年度に原子力機構改革の一環として抽出された三つの必須の課題(地下坑道における工学的対策技術の開発、物質移動モデル化技術の開発、坑道埋め戻し技術の開発)の調査研究を進めている。本報告書は、2016年度に実施した超深地層研究所計画のそれぞれの研究分野における調査研究、共同研究、施設建設などの主な研究成果を示したものである。

超深地層研究所計画におけるサイトスケール地質構造モデルの構築; 第2段階におけるShaft500からStage500地質構造モデルへの更新

酒井 利啓; 野原 壯; 石橋 正祐紀

JAEA-Research 2016-009, 27 Pages, 2016/07

JAEA-Research-2016-009.pdf:4.05MB

超深地層研究所計画のうち第2段階の研究段階においては、研究坑道の掘削の際に行った物理探査、壁面地質調査およびボーリング調査の結果に基づいて、地質構造モデルの妥当性の確認と更新を実施してきた。これらの一連の調査・解析作業を通じて、モデル構成要素の地質学的性状や分布の確認と、それらの調査手法の精度と不確実性についての整理を行ってきた。この報告書では、深度500mの研究坑道(深度500mステージ)の地質・地質構造の情報を加えて、第2段階における地質構造モデルの更新を行った。さらに、その結果を踏まえて、第1段階で構築したサイトスケールの地質構造モデルの妥当性を確認した。

Seven-year history of vertical hydraulic diffusivity related to excavation around an underground facility

宮川 和也; 野原 壯; 常盤 哲也; 山崎 雅則*

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 70, p.332 - 342, 2014/09

https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2014.02.023

地下施設の掘削により比較的大量の地下水が排水されることによって、岩盤中の透水性などの水理パラメーターが影響を受ける可能性が考えられる。本研究では、幌延深地層研究所において観測された大気圧と間隙水圧の長期間の観測記録を用いて透水性の経時変化を得るために、スペクトル解析を行った。本研究により、地下施設の掘削が周囲の帯水層へ影響を与え、鉛直方向の水頭拡散率を低下させていることが明らかになった。地下施設から約130m離れた距離では、地下施設の掘削開始から5年間で約70%の水頭拡散率の低下が観測された。また、地下施設から約860mの距離では、間隙水圧の記録には大きな変化が見られていないものの、約26%の水頭拡散率の低下が観測された。これらの結果は、地下水が移動しにくくなる傾向を示しており、地層処分の長期安定性に関して、安全側の評価が示された。

Repetition of spectral analysis on rock permeability applied to seven years record of pore-pressure response to atmospheric loading at the Horonobe URL in Japan

宮川 和也; 野原 壯; 常盤 哲也; 山崎 雅則*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.1027 - 1032, 2013/01

本研究では、幌延深地層研究計画に基づき、地下施設近傍のボーリング孔において実施している長期水圧モニタリングのデータ解析により、地下施設の建設が周囲の帯水層へ影響を与え、鉛直方向の透水性を低下させることを明らかにした。地下施設から約130mの距離では立坑の掘削から約5年間で、鉛直方向の水頭拡散率が地下施設の建設前段階と比較して、約70%低下していたことがわかった。立坑の掘削に伴って大量の地下水が排水されるが、この透水性の変化は、地下水の排水に伴う間隙水圧の低下に因る岩盤中の間隙率の低下が要因と考えられる。本研究で提示した、透水性の時間変化の調査解析手法は、地下施設の建設が周囲の帯水層に与える水理的影響の定量的な評価に貢献できると考えられる。

Observation of ion cyclotron emission owing to DD fusion product H ions in JT-60U

佐藤 翔一*; 市村 真*; 山口 裕資*; 片野 誠*; 今井 康隆*; 村上 達也*; 三宅 勇一郎*; 横山 拓郎*; 森山 伸一; 小林 貴之; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 5, p.S2067_1 - S2067_4, 2010/12

https://doi.org/10.1585/pfr.5.S2067

JT-60Uで観測されるイオンサイクロトロン放射(ICE)のなかで、入射したDビームに起因するICE(D)と核反応生成(FP)イオンに起因するICEでは、トロイダル方向の波数が異なり、FPイオンによるICEは有限な波数を持つことがこれまでに観測されている。この性質を利用して、ICE(D)の2倍高調波と分離してICE(H)を同定した。ICE(H)が観測される条件を明らかにすることを目的として、実験条件の特定とEPOCコードを用いて軌道の計算をしている。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(平成19年度)

草野 友宏; 野原 壯; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和; 島田 耕史; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2009-022, 47 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-022.pdf:48.94MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸に位置する欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地層処分においては、まず安定な地質環境を選んだうえで、そこに適切な多重バリアシステムを構築することが、安全確保の基本的な考え方である。このため、地質環境の長期安定性に関する研究においては、地層処分の場としての地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある地震・断層活動,火山活動,隆起・侵食,気候・海水準変動等の天然現象に着目して、それらの有無や程度が文献から明らかでない場合に適用する調査技術や、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・解析手法にかかわる研究開発を進めている。平成19年度においては、我が国の地質環境において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。地震・断層活動については、破砕帯の分布,活動履歴,活動性の調査技術の整備を行った。火山活動については、熱履歴や地下深部のマグマ・高温流体などを調査する技術の開発を行った。隆起・侵食/気候・海水準変動については、河成段丘を用いた隆起速度を調査する技術,地形変化をモデル化する技術,地殻変動や気候変動を考慮した地下水流動解析手法などの開発を行った。

河成段丘の高度分布から推定された、岩手・宮城内陸地震の震源断層

田力 正好; 池田 安隆*; 野原 壯

地震, 62(1), p.1 - 11, 2009/08

http://ci.nii.ac.jp/naid/10025368189

河成段丘の比高を用いて、2008年6月14日に発生した、岩手・宮城内陸地震の震源域周辺における過去10数万年間の隆起速度分布を求めた。この地震の震源域では、明瞭かつ大規模な断層変位地形が存在せず、これまで活断層は記載されていなかった。今回の地震の震源域には隆起速度の変化帯が存在し、この変化帯は今回の地震の震源断層の活動に関連していることが示された。また、震源断層を挟んだ両側の隆起速度の差から、今回の地震の震源断層の垂直変位速度は0.4-0.5mm/yrと推定された。明瞭な断層変位地形を持たない地域においても、河成段丘の比高を用いて隆起速度分布を明らかにすることにより、活断層の存在を推定することが可能であると考えられる。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(平成20年度)

中司 昇; 野原 壯; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和

JAEA-Review 2008-039, 19 Pages, 2008/09

JAEA-Review-2008-039.pdf:4.95MB

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、地層処分の場としての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20年度においては、以下の項目について調査・研究を行う。地震・断層活動については、断層の発達履歴や活動性に関する調査技術の整備、断層帯における影響評価モデルの開発に関する事例調査を実施する。火山・地熱活動については、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適用性を検討する。隆起・侵食/気候・海水準変動については、古地形・古気候を復元する調査技術の整備や地形変化をシミュレートする技術の開発を行う。地質環境の長期安定性にかかわる総合評価研究については、熱水活動等に伴う地質環境条件の変化に関する情報の整備、地殻変動及び気候変動などを考慮した地下水流動解析手法の開発を行う。また、これらの研究に必要なデータ取得を行うための分析技術開発の整備を行う。