革新的水質浄化剤の開発による環境問題低減化技術の開拓(委託研究); 令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 信州大学*

JAEA-Review 2022-067, 98 Pages, 2023/03

JAEA-Review-2022-067.pdf:3.72MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等を始めとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、令和2年度に採択された「革新的水質浄化剤の開発による環境問題低減化技術の開拓」の令和3年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、日英国際共同研究により再利用可能なストロンチウムイオン用吸着剤を開発し、使用済み吸着剤の発生量の削減を目指すものである。令和3年度は、初年度の知見を踏まえて材料作製法の改良を行うとともに、種々の金属塩を添加剤として加え、収率や吸着性能への影響について検討を行った。得られた材料をSEM等で観察することで構造解析を行い、得られた構造解析結果と吸着性能結果とを併せて理論解析を行った。その結果、材料によっては添加剤を加えることで、吸着性能が向上する知見が得られた。また材料の再利用化条件を検討することで、再利用可能であることを見出した。これらの研究は、研究代表者の下で各研究項目間ならびにCLADS等との連携を密にして進めた。また、研究実施計画を推進するための打合せや会議等を開催した。

中新統更新統瀬戸層群の陸成層と陶土

葉田野 希*; 吉田 孝紀*; 笹尾 英嗣

地質学雑誌, 127(6), p.345 - 362, 2021/06

https://doi.org/10.5575/geosoc.2020.0028

本論文は、2020年9月に開催予定であった日本地質学会第127年学術大会(1年延期)における地質見学会の案内書である。愛知県名古屋市東方から岐阜県南東部に分布する中新統更新統の瀬戸層群は、窯業原料となる粘土(陶土)を産する陸成層として知られ、これまでに粘土鉱物学や地質学的な視点から数多くの研究が行われてきた。それらの結果から、陶土の成因には、母岩である花崗岩の風化、細粒砕屑物が堆積盆地に集まるまでの侵食・運搬・堆積プロセス、堆積後の風化や初期続成作用といった複雑なプロセスが関与していることが明らかにされている。また、最近では、本層群に産する古土壌から堆積当時の気候・風化条件に関する新たな知見が得られている。本地質見学会では、陸成層と強風化した花崗岩の観察を通して、陶土の成因、古土壌や古風化プロセス、瀬戸層群の地域ごとの堆積環境・古土壌の違いについて理解するため、愛知県と岐阜県の粘土鉱山に赴く。

Flux growth and magnetic properties of helimagnetic hexagonal ferrite Ba(FeSc)O single crystals

内海 重宣*; 田中 誠也*; 丸山 建一*; 天児 寧*; 鬼柳 亮嗣; 中尾 朗子*; 森山 健太郎*; 石川 喜久*; 他9名*

ACS Omega (Internet), 5(38), p.24890 - 24897, 2020/09

https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03671

六方晶フェライトBa(FeSc)Oの磁気構造を解明し、さらなる応用開発を進めるためには、大型の高品質な単結晶を育成することが重要な第一歩である。本研究では、NaO-FeOフラックスを使用した自発結晶化法によって、さまざまなSc濃度のBa(FeSc)O単結晶の育成に成功した。得られた結晶は、高品質の単相Ba(FeSc)OであることがX線回折と元素分析により確認され、 = 0.128結晶の77Kの磁化測定では、ヘリマグネティックな挙動を示すことがわかった。=0.128結晶の中性子回折測定の結果、211K以下で磁気衛星反射が確認され、Ba(FeSc)Oがヘリ磁性物質であることが確認された。

Fracture characterization and rock mass behavior induced by blasting and mechanical excavation of shafts in Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 常盤 哲也*; 佐藤 稔紀; 早野 明

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.682 - 687, 2019/05

本研究では、幌延深地層研究センターの発破掘削で施工された東立坑および機械掘削で施工された換気立坑において、掘削損傷領域の定量的な違いを検討することを目的とした。両立坑で実施した壁面観察の結果、発破掘削では、機械掘削と比較して、掘削に伴い発生したと考えられる割れ目が多く確認された。また、壁面で計測された弾性波速度に関しても、発破掘削で施工された東立坑の方が、機械掘削で施工された換気立坑よりも小さい値であった。これらの結果から、発破掘削の方が壁面岩盤に与える損傷の度合いが大きいことがわかった。さらに、発破掘削では、切羽前方の岩盤を補強するような支保パターンが、壁面の損傷を低減するのに最適である可能性が示された。

Fracture characterization and rock mass damage induced by different excavation methods in the Horonobe URL of Japan

常盤 哲也*; 津坂 仁和*; 青柳 和平

International Journal of Civil Engineering, 16(4), p.371 - 381, 2018/04

https://doi.org/10.1007/s40999-016-0126-y

We conducted detailed fracture mapping of the soft sedimentary rocks (uniaxial compressive strength of 10-20 MPa) in shaft walls at the Horonobe Underground Research Laboratory to characterize fractures and to understand the influence of different excavation methods on rock mass damage. The mapping indicates that the fractures are numerous and can be divided into shear fractures and extension fractures. On the basis of orientation and frequency, the shear fractures are inferred to be pre-existing fractures, and the extension fractures are considered to be newly formed fractures (EDZ fractures) induced by the shaft excavation. The frequencies of pre-existing and newly formed fractures have a negative correlation, and we infer that stress relief leads to the formation of excavation damaged zone by the generation of the newly formed fractures in the parts of shaft that have intact rock, and by the reactivation of pre-existing fractures where such fractures are numerous. Although more newly formed fractures are formed by blasting excavation than by mechanical excavation, there is little difference in the comparative excavation rates. These results indicate that rock mass damage is caused by the mode of excavation rather than excavation rate. Therefore, the mechanical excavation is preferred to blasting excavation from the viewpoint of minimizing rock mass damage.

Excavation damaged zone inferred by geophysical surveys on drift floor of Horonobe URL

常盤 哲也*; 青柳 和平; 藤田 朝雄

Rock Mechanics and Rock Engineering; From the Past to the Future (EUROCK 2016), p.901 - 906, 2016/07

Seismic refraction surveys were carried out on the floor of a drift in the Horonobe URL of Japan for understanding of the extent of EDZ. As a result, the extent of the low velocity zone ranges from 1.5 to 3.0 m; the extent on the center line of the drift is the largest. On the other hand, the extent of the EDZ on the drift wall is less than 1.0 m from previous studies. Thus, it is considered that the excavation damage on the drift floor is much larger than that of on the drift wall. Also, the result of the numerical analysis is consistent with that tendency. Furthermore, we also suggest the conceptual model of the EDZ showing the extent, hydraulic and mechanical properties of rock mass, and characteristic of the fracture from the results of this research and previous studies.

カイコ初期発生卵における重イオンビーム照射の影響

上田 大介*; 白井 孝司*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 横田 裕一郎; 小林 泰彦

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 84, 2015/03

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2014-050

これまで産下2時間後のカイコ初期発生卵に10Gyの炭素イオンを照射すると短時間の発生停止の後に発生を再開するものの、傷害の修復は不完全であり、多くの卵が、産下12-13時間後に傷害核がアポトーシスにより排除されることで孵化することなく致死することを報告した。そこで、本研究では、カイコ初期発生卵における放射線に対する応答の詳細をさらに明らかにすべく、受精直前と受精後卵黄内核分裂期に照射を行うことでその影響を調査した。最初に、産下1.5時間の受精直前の卵に炭素イオン照射を行った。その結果、照射卵では受精直後に発生が停止し、非照射卵と比較すると平均して約2時間の発生遅延が認められた。この結果は、照射によって前核に生じたDNA損傷は受精を阻害しないことを意味する。次に、卵黄内核分裂期である産下6時間後の卵に炭素イオン照射を行い、その後の発生を調査した。その結果、非照射卵と比較して明らかな発生遅延が認められ、発生再開に要する時間は、産下1.5時間の卵の場合と較べ約2倍必要となることが明らかになった。

Effect of physical properties on gas entrainment rate from free surface by vortex, 2

小泉 安郎*; 大手 直介*; 上出 英樹; 大野 修司; 伊藤 啓

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 7 Pages, 2014/07

https://doi.org/10.1115/ICONE22-30959

A sodium-cooled fast breeder reactor is now at the developing stage in Japan. One concern for safety is cover gas entrainment into the sodium coolant. The gas entrainment rate into liquid by the vortex formed on the free surface was examined experimentally. Four kinds of test fluid were used; water at 25C, water at 60 C, 20 cSt silicone oil and kerosene. The gas entrainment rate into liquid was measured. The relation between gas entrainment rate and liquid velocity was mainly affected by the viscosity of liquid. As viscosity became large, higher exit velocity was required to get the same gas entrainment rate. No systematic trend by the surface tension was noticed in the gas entrainment rate. A flow state at the outlet piping has significant effect on the gas entrainment rate. The dimension of the outlet piping may become important to consider the gas entrainment rate in the vortex type region.

Effect of physical properties on gas entrainment rate from free surface by vortex

大手 直介*; 小泉 安郎*; 上出 英樹; 大野 修司; 伊藤 啓

Proceedings of 21st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-21) (DVD-ROM), 7 Pages, 2013/07

https://doi.org/10.1115/ICONE21-16150

研究開発段階にあるナトリウム冷却高速炉では、1次冷却材中へのカバーガス巻込みが1つの重要な評価課題となっている。著者らは、円筒容器内に形成した自由液面渦に伴う液面くぼみによってガス巻込みを発生させ、高速度カメラを用いて巻込み量の可視化計測を行っている。本研究では、流体物性が巻込み量に与える影響を評価するため、従来研究で用いた水に加え、ケロシンとシリコンオイルを用いた実験を行った結果について報告する。

Visualization of entrainment and surface behavior of high speed air jet blowing out from a hole to stagnant water

名古 宏平*; 小泉 安郎*; 内堀 昭寛; 大島 宏之

Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 6 Pages, 2012/07

高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時に形成された反応ジェットが隣接伝熱管に衝突すると、液滴衝突エロージョン等の作用により管壁の損耗を引き起こす。本研究では、液滴衝突エロージョンの発生原因である噴流界面からの液滴エントレインメント現象を解明し、評価モデルの構築に資することを目的として、水中に噴出する空気噴流の可視化実験を実施した。高速度カメラで噴流の挙動を撮影した結果、噴流界面からフィラメント状に液体が巻き込まれ、それに伴い液滴が発生する現象が可視化された。また、可視化画像より、液滴の発生数や液滴径等、評価モデルの構築に必要となるデータを得た。データを分析し、空気の噴出速度が増大するとともに液滴数も線形に増大し、一方液滴径は小さくなるという知見を得た。さらに、管内の環状噴霧流に対する液滴径相関式は本実験結果をよく再現するが、液体中気体噴流に対する液滴径相関式は過小評価する傾向があることもわかった。