Development and application of a He neutron spin filter at J-PARC

奥平 琢也; 奥 隆之; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 高橋 慎吾*; 相澤 一也; 遠藤 仁*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 977, p.164301_1 - 164301_8, 2020/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164301

We are developing a neutron polarizer with polarized He gas, referred to as a He spin filter, based on the Spin Exchange Optical Pumping (SEOP) for polarized neutron scattering experiments at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). A He gas-filling station was constructed at J-PARC, and several He cells with long spin relaxation times have been fabricated using the gas-filling station. A laboratory has been prepared in the MLF beam hall for polarizing He cells, and compact pumping systems with laser powers of 30 W and 110 W, which can be installed onto a neutron beamline, have been developed. A He polarization of 85% was achieved at a neutron beamline by using the pumping system with the 110 W laser. Recently, the first user experiment utilizing the He spin filter was conducted, and there have been several more since then. The development and utilization of He spin filters at MLF of J-PARC are reported.

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(2016年度)

渡辺 勇輔; 林田 一貴; 加藤 利弘; 久保田 満; 青才 大介*; 熊本 義治*; 岩月 輝希

JAEA-Data/Code 2018-002, 108 Pages, 2018/03

JAEA-Data-Code-2018-002.pdf:6.53MB

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、2016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2014年度から2016年度の間に得られた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、採取方法及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。

Characterization of rare earth elements (REEs) associated with suspended particles in deep granitic groundwater and their post-closure behavior from a simulated underground facility

岩月 輝希; 宗本 隆志*; 久保田 満*; 林田 一貴; 加藤 利弘*

Applied Geochemistry, 82, p.134 - 145, 2017/05

AA2017-0090.pdf:2.35MB

https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.04.016

瑞浪超深地層研究所において、地下水及び懸濁態粒子に含まれる希土類元素の挙動について研究を行った。その結果、地下水中の希土類元素の1060%が懸濁粒子に付着して存在することが確認された。希土類元素が付着する懸濁粒子は主に炭酸塩コロイドであり、一般的な地下水は炭酸塩鉱物に対して飽和平衡状態にあることから、炭酸塩コロイドの起源は炭酸塩鉱物と推察された。また、坑道閉鎖環境においては、地下水中の溶存態及びコロイド態の希土類元素濃度が、周辺の地下水に比べて有意に低下することが確認された。熱力学計算により地下水に溶存する希土類元素は主に炭酸錯体と推測され、坑道壁面のセメント吹付上に炭酸塩コロイドとともに吸着・共沈していると考えられた。以上の事から、地下施設におけるセメント材料の使用は、希土類元素の移動し難い環境を形成すると考えられる。

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(2014年度)

林田 一貴; 宗本 隆志; 青才 大介*; 乾 道春*; 岩月 輝希

JAEA-Data/Code 2016-001, 64 Pages, 2016/06

JAEA-Data-Code-2016-001.pdf:3.19MB

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、2014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。

超深地層研究所計画,地球化学に関する調査研究; 地下水年代測定のための溶存無機炭素のガス化回収技術の開発

加藤 利弘; 岩月 輝希; 宗本 隆志; 久保田 満; 林田 一貴; 中田 弘太郎*; 長谷川 琢磨*

no journal, , 

地下水の年代は、岩盤中の地下水の動きを理解する上で重要な情報である。炭素同位体による年代測定は、数万年前まで適用できるため、主に地表からの水の動きを推定する強力なツールとなる。地下水中の炭素は主に溶存無機炭素(DIC)として存在しており、従来は化学的操作により沈殿物として回収(沈殿法)した後に、高純度の固体炭素(グラファイト)を作製していた。この方法では、試料の作製に多くの操作が必要であると同時に、地下水の性状によっては沈殿物が生成しない、あるいは測定年代が著しく異なる等の問題点があった。そこで、従来法に代わる手法としてガス化回収技術に着目し、地下水試料への適用を検討した。その結果、沈殿法に較べて作業効率が向上するとともに、従来は沈殿が生成しないため年代測定が不可能であった地下水試料においても測定が可能となった。また、沈殿法に特有の年代誤差を生じる原因を明らかにし、過去に沈殿法によって得られた地下水年代の補正方法について言及した。

地下深部におけるコロイドを介した物質循環の事例研究

岩月 輝希; 久保田 満; 林田 一貴; 加藤 利弘

no journal, , 

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と、その周囲に掘削されたボーリング孔で得られる地下水を対象として、コロイドの種類や放射性元素のアナログ元素となる希土類元素との相互作用、坑道を建設・閉鎖することで生じる人為由来コロイドに関わる研究を行った。その結果、地下水中にはケイ酸塩鉱物, カルサイト, 水酸化鉄などの粒子が認められ、金属元素や希土類元素の10-80%が0.1ミクロン以上の粒子とともに移動する可能性が示唆された。また、地下水で満たされ閉鎖された坑道では、人為由来コロイドとしてバイオフィルム、ZnSからなる粒子が観察される特徴があった。その一方で、坑道内の地下水では溶存態およびコロイド態の希土類元素濃度が有意に低く、地下水中の希土類元素を含むコロイドがセメント材料や粘土材料などに捕捉され、その移動が抑制されることが明らかになった。

瑞浪超深地層研究所の再冠水試験に関わる調査研究,2; 地下坑道の冠水に伴う地下水の水質変化

林田 一貴; 加藤 利弘; 久保田 満; 尾上 博則; 岩月 輝希

no journal, , 

大規模地下施設の建設・操業時には、坑道が大気環境になるとともに、長期的に地下水を大量に排水することやセメント材料の使用などにより、地下水の化学的状態が建設前の状態から変化する可能性がある。特に地下水の酸化還元状態やpHは、放射性核種など物質の移動特性に影響を与える重要な因子であり、その長期的変化に関わる現象を理解しておく必要がある。瑞浪超深地層研究所では、大規模地下施設の建設・操業により乱された岩盤中の地質環境の回復能力を評価するため、深度500mの研究坑道の一部(冠水坑道)を閉鎖し、地下水で満たす再冠水試験を実施している。本研究では、冠水坑道およびその周辺ボーリング孔において、地下水の水質変化をモニタリングし、冠水に伴う酸化還元状態やpHの変化を観測するとともに、そのプロセスの解析を行った。

超深地層研究所計画;再冠水試験に係わる調査研究; 研究坑道の冠水に伴う地下水の水質変化

久保田 満; 林田 一貴; 加藤 利弘; 岩月 輝希

no journal, , 

本ポスターは、情報意見交換会のため、冠水坑道の冠水に伴う地下水の水質変化に係る成果を取りまとめたものである。

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。

瑞浪超深地層研究所における地下水年代調査

長谷川 琢磨*; 中田 弘太郎*; 富岡 祐一*; 太田 朋子*; 濱 克宏; 岩月 輝希; 加藤 利弘*; 林田 一貴

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所の研究坑道内に掘削されたボーリング孔から地下水を採取し、C, He, 希ガス温度計などによる地下水年代測定を実施した。その結果、Cの前処理方法を沈殿法からガス化法に変更することにより、C濃度が精度よく評価できるようになった。また、Heも流出域で、フラックスの寄与の異なるデータを収集できたことにより、フラックスの寄与を分離して、原位置生成に基づくHe年代を推定することができた。更に、希ガス濃度から涵養温度を推定することにより、研究坑道周辺の地下水は氷期に涵養した地下水の影響を強く受けていることを確認することができた。このように複数の指標を利用して地下水の滞留時間を推定し、それらの結果を相互に比較することにより、個々の結果の信頼性を向上させる方法は非常に有効であると考えられた。