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論文

Effects of fine-scale surface alterations on tracer retention in a fractured crystalline rock from the Grimsel Test Site

舘 幸男; 伊藤 剛志*; 赤木 洋介*; 佐藤 久夫*; Martin, A. J.*

Water Resources Research, 54(11), p.9287 - 9305, 2018/11

 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

亀裂性結晶質岩中の放射性核種移行に対する割れ目表面の変質層の影響が、スイスのグリムゼル試験場の単一亀裂を有する花崗閃緑岩試料を用いた室内移行試験、表面分析、モデル化を組み合わせた包括的なアプローチによって調査された。5種類のトレーサーを用いた透過拡散試験,バッチ収着試験,通液試験を含む室内試験によって、移行遅延の程度はHDO, Se, Cs, Ni, Euの順に大きくなること、割れ目表面近傍に拡散に対する抵抗層が存在すること、拡散において陽イオン加速と陰イオン排除の効果が重要であることが確認された。X線CT及びEPMAによる観察から、割れ目周辺の鉱物分布の微視的な不均質性が把握された。これらの知見に基づき、風化したバーミキュライト層、配向した雲母層、マトリクス部から構成される3層モデルを構築し、それぞれの層の間隙率、収着・拡散パラメータを与えることで、通液試験で得られた全てのトレーサーの破過曲線と割れ目近傍のトレーサー濃度分布を良好に解釈することができた。

論文

Characterization of mineralogical controls on ammonium concentrations in deep groundwaters of the Horonobe area, Hokkaido

笹本 広; 佐藤 久夫*; Arthur, R. C.*

Journal of Geochemical Exploration, 188, p.318 - 325, 2018/05

アンモニウムイオンは、還元条件下における深部地下水において重要な成分である。地層中でのセシウムの収着による遅延は、高レベル放射性廃棄物の長期安全性を確保する上で重要な役割を果たす。しかしながら、セシウムの収着は、地下水中に溶存するアンモニウムイオンの様な陽イオンによる収着競合の影響を受ける可能性がある。本研究では、日本における地下水の一例として、幌延で得られた地下水データを対象に、深部地下水におけるアンモニウムイオンの濃度を支配する反応を推定した。鉱物学的調査、地下水データを用いた熱力学的評価および電子線マイクロアナライザを用いた鉱物表面での窒素(N)分布調査により、地下水中のアンモニウムイオンは、カリウム(K)を含む粘土鉱物であるスメクタイト,イライト,イライト/スメクタイト混合層のカリウムと地下水中のアンモニウムイオンのイオン交換反応により濃度が支配されている可能性が示唆された。また、日本における地下水データセットからスクリーニングされた信頼性の高いデータと比較すると、幌延の地下水中のアンモニウムイオン濃度は、ガス田や油田地域の地下水に類似していることも明らかになった。

論文

Localization of cesium on montmorillonite surface investigated by frequency modulation atomic force microscopy

荒木 優希*; 佐藤 久夫*; 奥村 雅彦; 大西 洋*

Surface Science, 665, p.32 - 36, 2017/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.35(Chemistry, Physical)

粘土鉱物表面におけるイオン交換反応は、通常その交換量だけに着目し、ミクロスコピックな研究はまだあまりなされていない。本研究では、反応が多く起こると考えられている粘土鉱物表面に着目し、周波数変調方式原子間力顕微鏡を用いてイオン分布を調べた。粘土鉱物はモンモリロナイト、イオンはセシウムイオンを対象として、研究を行った。その結果、セシウムが線状に分布し、その構造がしばらく保たれるという現象を発見した。第一原理シミュレーションにより、粘土鉱物内部の構造を評価したが、内部の電荷が直線構造を取る可能性は低いことが示された。これらの結果は、この直線構造の起源は粘土鉱物表面-イオン-水の三者による未解明吸着プロセスが存在することが示唆していると考えられる。

論文

Mineralogical, physical and chemical investigation of compacted Kunigel V1 bentonite in contact with a steel heater in the ABM test package 1 experiment, $"A$sp$"o$ Laboratory, Sweden

笹本 広; 磯貝 武司*; 菊池 広人*; 佐藤 久夫*; Svensson, D.*

Clay Minerals, 52(1), p.127 - 141, 2017/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.48(Chemistry, Physical)

圧縮ベントナイトは、高レベル放射性廃棄物の安全な処分のため、多くの国々において、人工バリア材の候補として検討されている。SKBは、スウェーデンのエスポにある硬岩研究所において、鉄製のヒータを用いて温度を上げた条件(最大で130$$^{circ}$$C程度)で、種々のベントナイトの安定性を比較するための原位置試験(ABM試験)を実施した。本報告では、日本のベントナイト(クニゲルV1)の試験結果について述べる。XRDやSEM-EDXを用いた鉱物学的調査の結果、ベントナイトの主成分であるスメクタイトが新たな粘土鉱物に変化する様子は認められなかった。しかしながら、鉄製ヒータ近傍のベントナイトには、スメクタイト層間における陽イオン交換(Na型からFe型へ)が生じていた。透水試験や膨潤試験による物理特性調査の結果、鉄製ヒータ近傍のベントナイトにおいても特性変化は生じていなかった。このような結果は、鉄-ベントナイト相互作用による影響範囲は限定的であり、陽イオン交換の発生も部分的であったことに起因すると考えられた。メチレンブルー吸着量測定、陽イオン交換容量および交換性陽イオン量といった化学特性調査の結果、これらのパラメータの水平方向での分布は一様で濃度勾配は認められなかった

報告書

鉄共存下でのベントナイトの変質にかかわる実験的研究

笹本 広; 石井 智子*; 佐藤 久夫*; 九石 正美

JAEA-Research 2010-030, 64 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-030.pdf:15.41MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムにおいて、オーバーパック(鉄)と緩衝材(ベントナイト)の相互作用による緩衝材変質への影響を評価することが必要である。本研究では、鉄共存下におけるベントナイト(スメクタイト)の変質にかかわる現象理解の向上を図るため、鉄-ベントナイト反応にかかわる室内試験を行った。試験にあたっては、文献調査により、既往の知見を整理し、変質に影響を与える主要因を抽出し、それらをパラメータとした室内試験を実施した。その結果、懸濁系で顕著な変質が生じる条件,変質生成物として推定される鉱物,懸濁系と圧縮系での変質挙動の違い等が明らかになった。

論文

コロイドプローブ原子間力顕微鏡によるNaCl水溶液中のモンモリロナイト粒子の相互作用力の測定

黒澤 進; 水上 雅史*; 佐藤 久夫*; 野澤 純*; 辻本 恵一*; 栗原 和枝*

日本原子力学会和文論文誌, 5(3), p.251 - 256, 2006/09

本研究では、コロイドプローブAFMにより、モンモリロナイト粒子間の相互作用力をイオン強度$$sim$$500mMの水溶液中で直接測定した。その結果、粒子間には斥力が支配的に作用することが観察され、モンモリロナイト粒子の分散性は高いことが示唆された。また、この測定結果において観られた粒子間が接近する距離での斥力は、DLVO理論による理論予測とは不一致を示すものであった。

報告書

塩素ガス低減化のための燃料溶解試験

渡辺 久夫*; 水口 浩司*; 佐藤 真*; 大森 孝*

JNC-TJ8430 2001-001, 67 Pages, 2001/02

JNC-TJ8430-2001-001.pdf:2.94MB

解体プルトニウム処分においては、酸化物燃料の溶解に大量の塩素ガスを用いる必要がある。現状の塩素化溶解プロセスでは塩素ガスの反応効率が低いため、塩素ガスの使用量を低減するために、溶融塩の塩素ガス吹き込み方法及び攪拌方法等の改良と溶解温度制御により、塩素ガスと燃料との反応効率を改善し、燃料を溶解するための塩素ガス使用量を低減できることをウラン試験によって確認した。その結果、UO2 1500gを約10時間で溶解することができ、その時の塩素利用率も約20%が得られた。さらに、塩素ガス吹き込み管位置をUO2粉末と至近距離に保つ方法が塩素化溶解においてもっとも効率が良いことがわかった。

論文

Study for a novel tomography technique using an imaging plate

小林 久夫*; 佐藤 昌憲*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 424(1), p.221 - 228, 1999/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:59.11

中性子イメージングプレートを用いた新しい断層撮影技術について予備的研究を行った。本断層技術においては、中性子断層撮影に必要とされるサイノグラムを中性子検出に優れた性能を有する中性子イメージングプレート上に直接記録する。断層撮影用のCTスキャナーの主な構成要素は試料回転台、イメージングプレートスキャナー及びビームスリット群である。実験は立教大学原子炉の中性子ラジオグラフィ照射場で模擬試料を用いて実施した。試料は多様な材質で作られた直径1cmの棒材を束ねたものを用い、富士写真フィルム製中性子用イメージングプレートを使用して撮影した。実験の結果、$$gamma$$線による影響が大きく、高品質の中性子断層撮影を行うには$$gamma$$線対策が必要であると判明した。

報告書

「ふげん」照射用ガドリニア燃料集合体の製造(サーベランスデータ集)(2分冊)

河野 秀作; 佐藤 俊一; 後藤 明; 宮内 正美; 川又 盛克; 舘野 久夫; 前田 誠一郎

PNC-TN8450 92-008, 639 Pages, 1992/06

PNC-TN8450-92-008.pdf:74.81MB

新型転換炉「ふげん」に照射用ガドリニア燃料集合体を6体装荷するに当り、燃料の照射段階における比較評価及び照射後試験の結果を評価するために、燃料製造時に詳細なデータを採取する必要がある。本データ採取計画では、照射試験の目的を踏まえ、通常の品質管理で採取するデータに加え、従来の経験に基づき燃料性能評価上有用となるデータを燃料製造時に採取した。本報告書は2分冊から構成され、第1分冊には1.部材データ2.燃料ぺレットデータ3.燃料体(燃料要素を含む)データ第2分冊には1.燃料ペレット寸法検査ヒストグラム(外経・高さ・密度)2.燃料要素プルトニウム富化度識別チャート3.燃料要素外径測定データを収録した。なおMOX燃料ペレットの製造はプルトニウム燃料工場製造課、UO/SUB2-Gd/SUB2/O/SUB3燃料ペレットの製造と燃料棒加工はメーカー、MOX燃料加工は加工課、検査は検査課が担当し、データのとりまとめは、炉心・燃料設計室とプルトニウム燃料開発室とで協力して行った。

口頭

高温条件下での鉄-ベントナイト相互作用に関する実験的研究

笹本 広; 九石 正美; 石井 智子*; 佐藤 久夫*; 加藤 博康*

no journal, , 

高温条件下での鉄-ベントナイト相互作用を対象に、ベントナイトの変質に影響を及ぼすと考えられる要因(スメクタイト組成,溶液条件,鉄-ベントナイト比)をパラメータとした変質実験を行った。その結果、温度だけでなく、今回考慮したような要因も変質挙動に与える影響が大きいことが示唆された。

口頭

Experimental investigation of iron-bentonite interactions under high temperature condition

笹本 広; 九石 正美; 石井 智子*; 佐藤 久夫*; 加藤 博康*

no journal, , 

高温条件下での鉄-ベントナイト相互作用を対象に、ベントナイトの変質に影響を及ぼすと考えられる要因(スメクタイト組成,溶液条件,鉄-ベントナイト比)をパラメータとした変質実験を行った。結果として、温度だけでなく、今回考慮したような要因も変質挙動に与える影響が大きいことが示唆された。

口頭

Experimental and modeling studies on iron-bentonite interactions

笹本 広; Wilson, J.*; 佐藤 久夫*; 九石 正美

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリアでは、鉄製のオーバーパックの周囲に緩衝材としてベントナイトが設置される計画である。鉄-ベントナイトの相互作用に伴い、ベントナイトの主成分である膨潤性を有するスメクタイトが非膨潤性の鉱物に変化する可能性が危惧されている。本研究では、このようなスメクタイトの鉱物学的な変化が生じる条件や要因について、鉄粉とベントナイト粉を用いたバッチ式試験や鉄片を圧縮ベントナイト中に埋め込んだカラム式試験等により、実験的に調査した。また、想定される処分環境において、このような鉄-ベントナイト相互作用に伴う緩衝材の長期的な変質を評価するためのモデルを構築し、変質に影響を与える要因をパラメータとした影響評価解析を行い、長期的な影響評価において影響の大きい要因を推定した。

口頭

グリムゼル花崗閃緑岩の単一割れ目中の核種移行特性評価,2; 鉱物・間隙分析

佐藤 久夫*; 赤木 洋介*; 舘 幸男; 松本 一浩

no journal, , 

結晶質岩の割れ目中核種移行モデルの確証に資するため、スイスグリムゼル原位置試験場から採取した単一割れ目を含む花崗閃緑岩試料を対象に、X線CT測定より割れ目面からマトリクスを構成する鉱物分布を解析するとともに、EPMA元素マッピングによる鉱物分布解析によりその妥当性を確認した。これらの結果から、割れ目の開口幅や連続性、及び割れ目近傍の鉱物分布の不均質性等の定量的解析手法を検討した。

口頭

原位置試験により鉄と長期間接触させたクニゲルV1試料の変質挙動の調査

石寺 孝充; 笹本 広; 佐藤 久夫*

no journal, , 

原位置において鉄と長期間接触させたクニゲルV1試料中の鉱物の変質挙動について調査した。その結果、生成量は微量であるものの、バーチェリン, 鉄クロライト, 鉄サポナイトが生成していることが推定され、また、鉄とクニゲルV1試料の接触界面に、石膏とカルサイトの生成が確認された。

口頭

Investigations of mineral alteration in Kunigel V1 samples contacted with iron obtained from long-term in-situ experiments

石寺 孝充; 笹本 広; 佐藤 久夫*

no journal, 0 Pages, 

原位置において鉄と長期間接触させたクニゲルV1試料中の鉱物の変質挙動について調査した。その結果、生成量は微量であるものの、バーチェリン、鉄クロライト、鉄サポナイトが生成していることが推定され、また、鉄とクニゲルV1試料の接触界面に、石膏とカルサイトの生成が確認された。

口頭

Effects of heterogeneity at fracture surface for tracer migration in a fractured crystalline rock from the Grimsel Test Site

舘 幸男; 伊藤 剛志; 赤木 洋介*; 佐藤 久夫*; Martin, A. J.*

no journal, , 

亀裂性結晶質岩中の放射性核種移行に対する亀裂表面の不均質性の影響が、スイスのグリムゼル試験場の単一亀裂を有する花崗閃緑岩試料を用いた室内移行試験、表面分析、モデル化によって調査された。亀裂とマトリクス部におけるトレーサー移行挙動が透過拡散試験や通液試験を含む一連の室内試験により評価された。X線CT及びEPMAによる観察から、亀裂の開口幅や連続性、及び亀裂近傍の鉱物分布の不均質性が定量的に把握された。これらの知見に基づき、風化したバーミキュライト層、配向した雲母層、マトリクス部から構成される不均質な亀裂表層モデルを適用することによって、トレーサーの破過曲線を解釈することができた。

口頭

グリムゼル花崗閃緑岩中の不均質性を考慮した核種移行モデル開発

太田 良介*; 三津山 和朗*; 舘 幸男; 四辻 健治*; 佐藤 智文*; 佐藤 久夫*; Martin, A.*

no journal, , 

グリムゼル花崗閃緑岩を対象に、鉱物や間隙分布の不均質性を表現可能な核種移行モデルを開発し、不均質性が核種移行に及ぼす影響を評価するとともに、実測データとの比較からモデルの妥当性を確認した。

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