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報告書

超深地層研究所計画における地下水の地球化学に関する調査研究; 瑞浪層群・土岐花崗岩の地下水の地球化学特性データ集(2017年度)

福田 健二; 渡辺 勇輔; 村上 裕晃; 天野 由記; 林田 一貴*; 青才 大介*; 熊本 義治*; 岩月 輝希

JAEA-Data/Code 2018-021, 76 Pages, 2019/03

JAEA-Data-Code-2018-021.pdf:3.78MB

日本原子力研究開発機構は岐阜県瑞浪市で進めている超深地層研究所計画において、研究坑道の掘削・維持管理が周辺の地下水の地球化学特性に与える影響の把握を目的とした調査研究を行っている。本データ集は、超深地層研究所計画において、2017年度に実施した地下水の採水調査によって得られた地球化学データ及び微生物データを取りまとめたものである。データの追跡性を確保するため、試料採取場所、試料採取時間、採取方法および分析方法などを示し、あわせてデータの品質管理方法について示した。

論文

坑道閉鎖試験に基づく坑道掘削・閉鎖時の化学環境変化プロセスの考察

林田 一貴; 加藤 利弘*; 久保田 満*; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希

地球化学, 52(1), p.55 - 71, 2018/03

https://doi.org/10.14934/chikyukagaku.52.55

坑道の建設・操業により乱された地質環境の坑道閉鎖後の定常化過程の確認を目的として、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所において深度500mの花崗岩中に模擬実験坑道を建設・閉鎖し、地下水の溶存成分や酸化還元電位、pHの経時変化の観測を行った。その結果、坑道建設時には坑道周囲の割れ目を介した地下水流動状態の変化に伴い坑道周囲の地下水水質が変化した。また坑道から坑道周囲の岩盤中への酸素の侵入により、酸化還元電位が上昇することが確認された。坑道閉鎖後は、微生物の還元作用により坑道内の地下水の酸化還元電位が低下するとともに、坑道周囲では岩盤中から還元的な地下水がもたらされることによって酸化還元電位が回復した。一方で、吹付コンクリートなどセメント材料の影響で坑道内の地下水がアルカリ化することが確認された。このアルカリ化に消費されたセメント材料はわずかであることから、その影響はセメント使用量に応じて長期的に続くと考えられた。

論文

Determination of dissolved natural thorium and uranium in Horonobe and Mizunami Underground Research Laboratory groundwater and its thermodynamic analysis

佐々木 隆之*; 鴻上 貴之*; 小林 大志*; 桐島 陽*; 村上 裕晃; 天野 由記; 水野 崇; 岩月 輝希; 笹本 広; 宮川 和也

Journal of Nuclear Science and Technology, 54(3), p.373 - 381, 2017/03

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00223131.2016.1273801

本研究では、幌延深地層研究センター及び瑞浪超深地層研究所の両地下施設を利用し、原位置の地下水中におけるウラン及びトリウムの存在状態について、ろ過径の異なるフィルターを用いて調査した。また、ろ過後の地下水の分析結果をもとに、熱力学的な解析を行い、溶解度制限固相について考察した。その結果、幌延の地下水では、ウラン及びトリウムともに溶存状態で存在する成分に加え、コロイドとしても存在していることがわかった。また、溶存状態で存在するウラン及びトリウムの濃度は、UO$$_{2}$$(cr)及びThO$$_{2}$$(cr)の溶解度でそれぞれ近似される可能性が示唆された。一方、瑞浪の地下水中のウラン・トリウムについては、幌延と比べるとコロイドとして存在する可能性は低く、地下水のウラン・トリウム濃度については、明確な制限固相を特定することが困難であった。これについては、さらなる研究が必要である。

論文

Performance of a total absorption clover detector for $$Q_{beta}$$ measurements of neutron-rich nuclei far from the $$beta$$-stability line

林 裕晃*; 柴田 理尋*; 浅井 雅人; 長 明彦; 佐藤 哲也; 小泉 光生; 木村 敦; 大島 真澄*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 747, p.41 - 51, 2014/05

https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.02.012
 被引用回数：4 パーセンタイル：51.53(Instruments & Instrumentation)

短寿命核分裂生成核種の$$beta$$崩壊エネルギー$$Q_{beta}$$を高効率かつ高精度に測定するため、全吸収クローバー検出器を新たに開発し、その性能を評価した。中央に貫通孔がある大型のクローバー型Ge検出器を使うことで、極めて高効率かつ高エネルギー分解能で$$beta$$線と$$gamma$$線の全吸収スペクトルを測定し、$$Q_{beta}$$を$$pm$$30keVの精度で決定できることを示した。この装置を用いて$$^{166}$$Eu, $$^{165}$$Gdの$$Q_{beta}$$を初めて決定し、$$^{160-165}$$Eu, $$^{163}$$Gdの$$Q_{beta}$$の精度を向上させた。また、$$^{163}$$Gdの核異性体準位を初めて観測し、そのエネルギーと半減期を決定した。

論文

Occurrence and potential activity of denitrifiers and methanogens in groundwater at 140 m depth in Pliocene diatomaceous mudstone of northern Japan

勝山 千恵*; 梨本 裕晃*; 永翁 一代*; 石橋 朋剛*; 古田 一期*; 木下 剛*; 吉川 英樹; 青木 和弘; 浅野 貴博*; 佐々木 祥人; et al.

FEMS Microbiology Ecology, 86(3), p.532 - 543, 2013/12

https://doi.org/10.1111/1574-6941.12179
 被引用回数：8 パーセンタイル：64.02(Microbiology)

嫌気性微生物活性は地下環境に影響を与える。本研究では140mの深度の2つのボアホールから低酸素濃度の地下水を採取し脱窒菌とメタン生成菌の活性について調査した。脱窒菌活性は$$^{15}$$Nをトレーサとしてボアホール環境にて測定し、メタン生成菌については16S rRNAの遺伝子解析により存在を確認した。メタンの安定同位体の分析値から溶存メタンは微生物活用由来であることが分かったが、本メタン生成菌の培養中には発生が確認できなかった。地下140m深の地下水中には酸素が含まれておらず、Ehが-144から6.8mVを示し、脱窒菌の活性が有意な環境であることが分かった。

論文

Ground-state configuration of the $$N=157$$ nucleus $$^{259}$$No

浅井 雅人; 塚田 和明; 阪間 稔*; 羽場 宏光*; 市川 隆敏*; 石井 康雄; 豊嶋 厚史; 石井 哲朗; 西中 一朗; 永目 諭一郎; et al.

Physical Review C, 87(1), p.014332_1 - 014332_6, 2013/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.87.014332
 被引用回数：4 パーセンタイル：57.51(Physics, Nuclear)

$$^{259}$$Noの基底状態のスピン・パリティ,中性子軌道配位を$$alpha$$崩壊核分光により初めて実験的に同定した。$$^{259}$$Noは、これまでにスピン・パリティや一粒子軌道配位が同定された原子核の中で最も中性子数の多い原子核である。本研究により$$^{259}$$Noの基底状態と娘核$$^{255}$$Fmの231.4keV励起準位の中性子軌道配位が9/2$$^{+}$$[615]と同定され、この領域の原子核における中性子一粒子軌道のエネルギー間隔と順序が明らかになった。中性子数$$N$$=157における9/2$$^{+}$$[615]基底状態の出現は、$$N$$=152と$$N$$=162に存在する変形殻ギャップ間の中性子軌道のエネルギー順序が中性子数が増えるにつれて大きく変化していることを示唆している。

論文

Precise intensity measurements in the $$^{14}$$N(n,$$gamma$$)$$^{15}$$N reaction as a $$gamma$$-ray intensity standard up to 11 MeV

宮崎 格*; 坂根 仁*; 高山 寛和*; 笠石 昌史*; 東條 暁典*; 古田 昌孝*; 林 裕晃*; 末松 倫*; 楢崎 裕道*; 清水 俊明*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(6), p.481 - 486, 2008/06

https://doi.org/10.3327/jnst.45.481
 被引用回数：3 パーセンタイル：70.64(Nuclear Science & Technology)

$$^{14}$$N(n,$$gamma$$)$$^{15}$$N反応で放出する主要$$gamma$$線の絶対強度を0.3$$sim$$1.0%の精度で決定した。測定は、KURの中性子導管を用いて実施した。窒素のサンプルとしては、液体窒素及び重水置換メラミンを使用した。測定結果を従来の測定値と比較し、従来の測定データの問題点を指摘した。また、数MeV以上の$$gamma$$線エネルギーにおいて、$$gamma$$線検出効率の測定値とシミュレーションコードの計算結果に系統的な差の存在することを見いだし問題提起した。

論文

$$Q_{beta}$$ measurements of $$^{158,159}$$Pm, $$^{159,161}$$Sm, $$^{160-165}$$Eu, $$^{163}$$Gd and $$^{166}$$Tb using a total absorption BGO detector

林 裕晃*; 秋田 幸範*; 末松 倫*; 柴田 理尋*; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; 市川 進一; 西中 一朗; 永目 諭一郎; 長 明彦; et al.

European Physical Journal A, 34(4), p.363 - 370, 2007/12

https://doi.org/10.1140/epja/i2006-10522-9
 被引用回数：15 パーセンタイル：25.53(Physics, Nuclear)

全吸収BGO検出器を用いて$$^{160-165}$$Euと$$^{163}$$Gdの$$Q_{beta}$$を初めて測定し、また過去に測定した$$^{158,159}$$Pm, $$^{159,161}$$Sm, $$^{166}$$Tbのデータを再解析した。これらの核種は、原子力機構東海タンデム加速器施設において$$^{238}$$Uの陽子誘起核分裂で合成し、オンライン同位体分離装置を用いて核反応生成物の中から分離した。得られた質量偏差と2中性子分離エネルギーの値を、原子質量評価値や理論計算の値と比較した。

口頭

未知中性子過剰核種$$^{163-165}$$Euの同定

佐藤 哲也; 長 明彦; 浅井 雅人; 市川 進一; 塚田 和明; 柴田 理尋*; 林 裕晃*; 小島 康明*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構タンデムオンライン同位体分離装置を用いて、ウランの陽子誘起核分裂によって生成する中性子過剰未知ランタノイド核種の探索を行った。ウラン標的が装着可能な表面電離型イオン源を新たに開発し、炭化物標的を使用することで、新核種$$^{163-165}$$Euを同定した。さらにそれぞれの核種について半減期を決定した。

口頭

$$^{259}$$Noの$$alpha$$-$$gamma$$核分光

浅井 雅人; 塚田 和明; 阪間 稔*; 石井 康雄; 豊嶋 厚史; 石井 哲朗; 西中 一朗; 永目 諭一郎; 笠松 良崇; 柴田 理尋*; et al.

no journal, , 

超重核の殻構造を明らかにするため、原子力機構タンデム加速器を用いて$$^{259}$$Noの$$alpha$$崩壊に伴う$$gamma$$線を$$alpha$$-$$gamma$$同時計数法によって測定した。$$^{259}$$Noの崩壊図を初めて作成することに成功し、$$^{259}$$Noの基底状態のスピン・パリティ,中性子軌道配位を明らかにした。その結果、多くの理論計算は中性子数157を持つ原子核の基底状態の軌道配位を再現できていないことが明らかになった。これは中性子数が157よりも多い超重核領域において、原子核の変形度が理論の予測とかなり異なっていることを示唆している。

口頭

$$beta$$-decay half-lives of four new neutron-rich isotopes $$^{163-166}$$Eu and levels in $$^{166}$$Gd

佐藤 哲也; 浅井 雅人; 長 明彦; 塚田 和明; 林 裕晃*; 柴田 理尋*; 小島 康明*; 市川 進一

no journal, , 

東海タンデム加速器実験施設に設置されたオンライン質量分離器を用いて、ウラン陽子誘起核分裂反応で生成する未知中性子過剰Eu核種の探索を行った。4つの新核種$$^{163-166}$$Euを同定し、半減期をそれぞれ7.7(4), 4.2(2), 2.7(6)及び1.7(4)秒と決定した。また、$$^{166}$$Euの$$beta$$崩壊に伴う$$gamma$$線エネルギーから最も中性子過剰なGd同位体である$$^{166}$$Gdの励起準位$$E(2^+_1)$$, $$E(4^+_1)$$をそれぞれ69.7(1)keV及び230.5(1)keVと決定した。

口頭

Alpha-$$gamma$$ spectroscopy of N = 155 and 157 nuclei using a gas-jet transport technique

浅井 雅人; 塚田 和明; 阪間 稔*; 石井 康雄; 豊嶋 厚史; 石井 哲朗; 西中 一朗; 永目 諭一郎; 笠松 良崇; 羽場 宏光*; et al.

no journal, , 

中性子数155, 157を持つ原子核$$^{257,259}$$Noと$$^{261}$$Rfの$$alpha$$-$$gamma$$核分光実験を、原子力機構タンデム加速器及びガスジェット搬送法を用いて初めて行った。これらの原子核の基底状態と娘核の励起状態のスピン・パリティ,中性子軌道配位を決定した。これらの実験結果をもとに、中性子数153から161の間の中性子軌道のエネルギー間隔と順序を評価した。$$^{253}$$Fm近傍の軽い核と$$^{269}$$Hs近傍の重い核の間で、中性子数153から161の間の存在する中性子軌道のエネルギー順序が逆転していることを示唆する結論を得た。

口頭

中性子過剰新核種$$^{166}$$Euの$$beta$$崩壊半減期及び$$^{166}$$Gdの基底回転準位

佐藤 哲也; 長 明彦; 浅井 雅人; 塚田 和明; 林 裕晃*; 柴田 理尋*; 小島 康明*; 市川 進一

no journal, , 

原子力機構東海タンデム加速器実験施設に設置されたオンライン質量分離器を用いて、ウラン陽子誘起核分裂反応で生成する未知中性子過剰Eu核種の探索を行った。新核種$$^{166}$$Euを同定し半減期を1.7(4)秒と決定した。さらに娘核種$$^{166}$$Gdの励起準位$$E(2^+_1)$$, $$E(4^+_1)$$をそれぞれ69.7(1)keV及び230.5(1)keVと決定した。

口頭

$$gamma$$-ray spectroscopy of the heaviest nuclei at JAEA tandem accelerator

浅井 雅人; 塚田 和明; 阪間 稔*; 石井 康雄; 豊嶋 厚史; 石井 哲朗; 西中 一朗; 永目 諭一郎; 笠松 良崇; 羽場 宏光*; et al.

no journal, , 

原子力機構タンデム加速器における超重核の$$gamma$$線核分光実験に関する最近の結果について概説する。本研究では、これまで$$gamma$$線核分光実験がなされた原子核としては最も重く最も中性子数の多い$$^{257}$$No, $$^{259}$$No, $$^{261}$$Rfについて、$$alpha$$-$$gamma$$同時計数測定を行い、それらの原子核や娘核の励起準位のエネルギー,スピン・パリティ,一粒子軌道配位を決定した。得られた中性子軌道のエネルギー間隔と順序から、この領域の超重核の準位構造に高次の変形が重要な役割を果たしていることが示唆された。

口頭

全吸収検出器を用いた長寿命$$^{162,165}$$Gd核異性体の寿命測定

浅井 雅人; 林 裕晃*; 長 明彦; 佐藤 哲也; 乙川 義憲; 長江 大輔; 塚田 和明; 宮下 裕次*; 大内 裕之*; 泉 さやか*; et al.

no journal, , 

$$beta$$崩壊で励起される長寿命核異性体の半減期を、全吸収検出器を用いて測定する方法を新たに開発し、$$^{162}$$Gd及び$$^{165}$$GdのKアイソマーの半減期を初めて決定した。原子力機構タンデム加速器に設置されたオンライン同位体分離装置ISOLを用いて、短寿命中性子過剰核$$^{162}$$Eu及び$$^{165}$$Euを合成・分離し、$$^{162,165}$$Euの$$beta$$崩壊で放出される$$beta$$線や$$gamma$$線を全吸収測定した。検出された事象ごとに時間情報を付加して記録することで、100$$mu$$秒以上の寿命を持つ核異性体の寿命測定を可能にした。

口頭

Development of total absorption detector using clover detector for $$Q_{beta}$$ measurements

林 裕晃*; 柴田 理尋*; 浅井 雅人; 長 明彦; 大島 真澄; 木村 敦; 小泉 光生; 佐藤 哲也

no journal, , 

$$beta$$安定線から遠く離れた不安定核の$$beta$$崩壊$$Q$$値を測定するため、大型のクローバー型Ge検出器とコンプトン抑止BGO検出器で構成された新しい全吸収検出器を開発した。クローバー検出器は中心に線源を入れるための内径15mmの貫通口を持つ。$$beta$$線と$$gamma$$線の両方に対して高い検出効率を持つため、観測された$$beta$$線と$$gamma$$線の全加算スペクトルのエンドポイントから、崩壊図式の情報を用いずに直接$$beta$$崩壊$$Q$$値を決定することができる。この検出器を用いて、$$^{238}$$Uの陽子誘起核分裂で合成し原子力機構東海タンデム加速器のオンライン同位体分離装置で質量分離した$$^{160-166}$$Euと$$^{163,165}$$Gdの$$beta$$崩壊$$Q$$値を$$pm$$30$$sim$$300keVの精度で決定した。

口頭

Estimation and thermodynamic analysis of natural thorium, uranium, and REE concentrations in groundwater at Horonobe URL

佐々木 隆之*; 鴻上 貴之*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 小林 大志*; 桐島 陽*

no journal, , 

地下水中のTh, Uおよび希土類元素(REEs)の濃度を熱力学的解析により評価するため、幌延深地層研究センター周辺に分布する地下水を対象に調査を行った。地下水は幌延深地層研究センターの研究坑道内、深度140mおよび250m坑道から掘削したボーリング孔より嫌気状態で直接採水した。コロイドの分布については、原位置において0.2$$mu$$mおよび10kDaの限外ろ過膜によるろ過により評価した。また、ろ過した地下水との比較のため、ろ過していない地下水も採取した。地下水の分析および熱力学解析の結果、ThおよびUについては溶解度がそれぞれThO$$_{2}$$(cr)およびUO$$_{2}$$(cr)に支配されていることがわかった。一方、REEsについては濃度が低く、また、軽REEsにおいてコロイドの影響が顕著であった。リン酸塩鉱物を溶解度制限固相として溶解度を算出した結果、分析結果が海水とリン酸塩鉱物間のREEの固液平衡によって説明可能であることがわかった。

口頭

坑道閉鎖時に形成される化学環境と物質移動特性の事例研究

岩月 輝希; 林田 一貴; 村上 裕晃; 渡辺 勇輔

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所において、坑道閉鎖後の物質移動特性を理解することを目的として、花崗岩の深度500mに模擬実験坑道を建設・閉鎖し、地下水中の希土類元素の観測を行った。その結果、閉鎖坑道内部は、吹付コンクリートやコロイドとの相互作用により希土類元素が移動し難い環境になることが明らかになった。

口頭

地下施設の建設・閉鎖に伴う地下水化学環境の変化とそのメカニズム

渡辺 勇輔; 林田 一貴; 村上 裕晃; 岩月 輝希

no journal, , 

放射性廃棄物の地層処分事業では深度300m以深の地質環境に大規模な坑道群が掘削される。本研究ではこのような坑道群の掘削-閉鎖時の人的擾乱による地質環境の変化とその形成メカニズムを観察することを目的として、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所の深度500mの花崗岩において坑道の一部を閉鎖する試験(再冠水試験)を実施した。

口頭

坑道掘削に伴う周辺地下水の酸化還元状態の変化

渡辺 勇輔; 林田 一貴; 村上 裕晃; 岩月 輝希

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分事業では、深度300m以深の地質環境において大規模坑道群の建設・操業・閉鎖が実施される。地下環境は一般的に酸素が乏しく還元的な環境であるが、地下坑道建設時の人為的な擾乱によって建設以前の状態から変化する可能性がある。地層処分の安全評価においては、施設閉鎖後の地下環境条件に基づいて、放射性元素の移動プロセスを考察する必要があることから、このような地下施設建設に伴う地下環境の変化が施設閉鎖後にどのように定常状態に至るのかを理解することは必須の課題である。本研究では、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所の深度500mの花崗岩中に掘削された坑道を利用して、地下施設の建設・維持管理時に乱された地下水化学環境の経時変化の観察を行い、その定常状態に至る過程について考察した。

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