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報告書

粒状体個別要素法によるベントナイト膨潤圧試験のシミュレーション; 壁面摩擦力及び供試体寸法の影響に関する考察

清水 浩之*; 菊池 広人; 棚井 憲治; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2011-024, 74 Pages, 2011/10

JAEA-Research-2011-024.pdf:7.23MB

高レベル放射性廃棄物地層処分における緩衝材の膨潤圧は長期的な人工バリアの力学的な状態を評価するうえで重要な物性値である。しかし、統一化された膨潤圧試験がないこと等により、その評価結果にはばらつきがあるのが現状である。そこで、本研究ではこのような土質材料中における破壊や大変形,膨潤挙動を良好に再現することが可能である粒状体個別要素法により膨潤圧試験のシミュレーションを行うとともに、膨潤圧試験における供試体の縦横比及び壁面摩擦力の影響について検討を行い、膨潤圧試験方法の標準化に向けた基盤情報を提供する。

報告書

ベントナイト系材料の標準的室内試験法構築に向けての試験法の現状調査と試験による検討; 日本原子力研究開発機構/電力中央研究所共同研究報告書(共同研究)

棚井 憲治; 菊池 広人; 中村 邦彦*; 田中 幸久*; 廣永 道彦*

JAEA-Research 2010-025, 186 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-025.pdf:9.01MB

低レベル放射性廃棄物処分, TRU廃棄物並びに高レベル放射性廃棄物の地層処分では、施設の構成要素の一つとしてベントナイト系材料が用いられる。ベントナイト系材料に求められている特性としては、低透水性,膨潤性などがあり、ほとんどの場合、室内試験結果により評価されている。ところが、乾燥密度などの指標が同一でも、ベントナイトの室内試験結果には幅があるため、施工時の特性評価には不確実性が存在する。さらに施工時の不確実性は、長期的な特性評価の不確実性を増大させる可能性がある。一方、ベントナイトの室内試験法の中には規格化又は標準化されていないものがあり、そのことが、室内試験によるベントナイトの特性評価の不確実性の原因の一つである可能性がある。そのため、標準的なベントナイトの室内試験法の設定が望まれている。そこで、本研究では、ベントナイト系材料の試験で得られる物性値の不確実性の要因分析を実施し、試験における問題点や留意事項を取りまとめた。

論文

Analytical study of the long-term mechanical deformation of the buffer on HLW disposal

棚井 憲治; 菊池 広人

Transactions of European Nuclear Conference 2010 (ENC 2010) (Internet), 5 Pages, 2010/05

An analysis was made focusing on an overpack sinking phenomena due to long-term mechanical behaviour of buffer material and volume expansion process due to corrosion products of the overpack within the surrounding buffer. The analysis was aiming to evaluate how such phenomena influence on the colloid filtration and self-sealing functions of the buffer material, which were key safety functions of the EBS. The displacement due to the overpack sinking was calculated under the salinity water condition. The sinking of the overpack and/or deformation of the buffer may cause air gaps in the upper part of the buffer. In this situation, the density of the buffer is still required to maintain above 0.80 Mg m$$^{-3}$$, which is the lower limit of effective clay density necessary for the colloid filtration function. It would be important for the buffer emplaced above the overpack to have a sufficient density to swell and fill the generated air gaps. However, the volumetric swelling ratio was used to determine the increase in the volume of the buffer after swelling compared to the original volume, and to check whether the obtained value is sufficient for the buffer to fill the generated air gaps. The displacement due to the overpack sinking was calculated as 33 mm in 100,000 years. The buffer density after the swelling should be 1.27 Mg m$$^{-3}$$. Thus, it can be concluded that the buffer should maintain its colloid filtration function even after 100,000 years.

論文

蛍光浸透探傷試験装置の開発

芳中 一行; 大塚 正弘*; 星野 昌人; 菊池 憲治; 河田 剛; 滝 清隆

日本原子力学会和文論文誌, 7(3), p.268 - 279, 2008/09

東海再処理施設においては、廃溶媒処理に伴って発生するりん酸廃液を蒸発缶により蒸発濃縮している。当該蒸発缶は、18年間に渡り、加熱温度約105$$^{circ}$$Cで約1800時間の運転を行ってきた。この蒸発缶内部の上部管板と伝熱管の溶接部の健全性確認検査に適用する蛍光浸透探傷試験装置を開発した。この装置は、観察に用いるCCDカメラ,UVライト,蛍光剤,洗浄水,乾燥用空気の噴霧用ノズルで構成され、3軸(挿入量,曲げ角,旋回角)の操作によって検査対象溶接部への位置合わせができる機構を持つ。また、開発した装置は、蒸発缶に設置された予備ノズル(内径60mm)のノズルを介して蒸発缶内に挿入できる構造となっている。当該蛍光浸透探傷試験装置を用いて、検査精度(JISに定められている標準試験片の欠陥が検知できること)を確認した後、りん酸廃液蒸発缶に対して、蛍光浸透探傷試験を実施した。その結果、上部管板溶接部には欠陥は確認されなかった。

論文

Progress in R&D efforts on the energy recovery linac in Japan

坂中 章悟*; 吾郷 智紀*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; 原田 健太郎*; 平松 成範*; 本田 融*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.205 - 207, 2008/06

コヒーレントX線,フェムト秒X線の発生が可能な次世代放射光源としてエネルギー回収型リニアック(ERL)が提案されており、その実現に向けた要素技術の研究開発が日本国内の複数研究機関の協力のもと進められている。本稿では、ERL放射光源の研究開発の現状を報告する。

報告書

断層ずれに伴う人工バリアの力学的挙動評価,2

齋藤 雄也; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 平井 卓*; 西村 繭果*

JAEA-Research 2008-010, 35 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-010.pdf:15.56MB

我が国の地層処分概念では、地震・活断層の影響等、地層処分システムに著しい影響を及ぼす可能性のある天然現象については、サイト選定によってその影響を避けることを基本としている。これに対し、万が一断層によるずれ変位が生じる場合を想定して、人工バリア性能の限界状態を把握することも重要であると考えられる。そのため、本研究では発生頻度,規模が小さいため事前調査で発見することが困難であるC級断層が人工バリアを直撃した場合を想定し、模型実験とシミュレーション解析を行い、人工バリアに及ぼす影響について検討してきた。本稿では、断層変位速度の影響を評価するため、速度を変えた実験を行い、実験データの拡充を図るとともに、シミュレーション解析の精度向上のための検討を行った。その結果、断層変位速度を100mm/sから1/10の10mm/sにした結果、緩衝材外周部で観測される土圧が20%程度減少することがわかった。また、数値解析においては、周辺岩盤の透水係数を適切に評価することが重要であることが明らかとなった。

報告書

緩衝材の性能保証項目に関わる評価ツールの現状

棚井 憲治; 神徳 敬*; 菊池 広人*; 西村 繭果; 松本 一浩*; 青柳 茂男; 油井 三和

JAEA-Research 2006-035, 32 Pages, 2006/06

JAEA-Research-2006-035.pdf:3.46MB

国が策定する緩衝材に関わる安全基準、指針等に資するため、廃棄体支持性,オーバーパックの保護、放射性核種の移行抑制、岩盤の保護という緩衝材の性能保証項目に対し、現状の評価方法を確認し、ツールの整備状況として一覧表形式でまとめた。また、一覧表に記載した評価ツール内容の具体例を示した。示している内容は、緩衝材の基本特性(緩衝材膨潤特性,力学特性,透水特性)、緩衝材の変形・変質の長期挙動に関する現象(クリープ現象、緩衝材の流出、岩盤への侵入、緩衝材の変質に関する長期安定性)、緩衝材のガス透気回復挙動、コロイド影響評価、岩盤の力学的変形挙動であり、それぞれの項目で確認する具体的内容、評価方法(実験による確認により評価がなされるもの、実験式及びデータベースから推定されるもの、モデル計算より導出するもの)の種類、研究の概要及びその最新の結果を示した。

報告書

幌延深地層研究計画第2段階(平成17$$sim$$21年度)を対象とした工学技術の適用性検討に関する計画案

青柳 茂男; 油井 三和; 棚井 憲治; 川上 進; 藤田 朝雄; 谷口 直樹; 柴田 雅博; 小西 一寛; 西村 繭果; 菊池 広人*; et al.

JAEA-Review 2006-014, 61 Pages, 2006/03

JAEA-Review-2006-014.pdf:5.03MB

日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という)では、北海道の天塩郡幌延町にて、堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究計画は、平成17年度より、地下研究施設の建設に伴い、地上からの調査段階(第1段階)から坑道掘削時の調査研究段階(第2段階)へと移行していく。一方、原子力機構では、これまで工学技術の基盤技術開発として、「わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性; 地層処分研究開発第2次取りまとめ」で示した一連の工学技術をベースとしつつ、幌延地区の地上からの調査段階で得られた地質環境条件を対象として工学技術の具体的な地質環境への適用性検討を行ってきた。今後は、工学技術の基盤技術開発として、幌延深地層研究計画の進捗に併せて、第2段階を通じた工学技術の具体的な地質環境への適用性検討を進め、それらの成果を体系的に整理し提示していく必要があると考える。よって、本報告書では、現時点の幌延の地下施設の建設工程及び「幌延深地層研究計画; 地下施設を利用した第2,第3段階における調査試験計画案」に基づき、幌延深地層研究計画の第2段階のうち、平成17年度から平成21年度までの5年間に焦点をあてた工学技術の適用性検討に関する研究計画を、個別研究課題ごとに整理し立案した。なお、本計画は、今後、幌延の地下施設の施工状況や最新の動向を踏まえ随時変更する可能性があるとともに、今後より詳細化していく必要がある。

論文

人工バリア及び岩盤の長期挙動に関する研究

青柳 茂男; 小田 好博; 笹本 広; 柴田 雅博; 棚井 憲治; 谷口 直樹; 西村 繭果; 藤崎 淳; 菊池 広人*; 松本 一浩*

放射性廃棄物安全研究年次計画(平成13年度$$sim$$平成17年度)研究成果報告集, p.179 - 203, 2006/03

具体的な地質環境条件を対象に人工バリアや地下施設に対して、長期予測モデルの検証等を行い、安全評価基準・指針類の策定及び安全評価モデル・データの信頼性向上に資することを目的として、(1)緩衝材の長期物理的・化学的安定性に関する研究,(2)オーバーパックの腐食挙動に関する研究,(3)ガス移行挙動に関する研究,(4)岩盤長期変形挙動に関する研究,(5)再冠水挙動に関する研究に関する現象モデル及びデータの検証を室内において実施した。これらの研究により、幌延の地下水条件や海水系地下水条件を対象としたデータの拡充や関係式の一般化,現象評価モデルの信頼性の向上を図った。さらには熱-水-応力-化学連成プロトタイプコードを構築した。

報告書

幌延地下水を用いた緩衝材・埋め戻し材の基本特性試験

菊池 広人*; 棚井 憲治

JNC TN8430 2004-005, 96 Pages, 2005/02

JNC-TN8430-2004-005.pdf:2.76MB

「核燃料サイクル開発機構(以下,サイクル機構)では,「第2次取りまとめ」までに地層処分場における人工バリア,地下施設の設計および性能評価に資するため,圧縮ベントナイトの基本特性について降水系地下水(蒸留水で模擬)を想定したデータの拡充を行ってきた。本報告書においては,これまでに得られた成果を踏まえ,実際の地質環境条件下における緩衝材および埋め戻し材の基本特性を把握するため,幌延深地層研究計画の一環として,幌延地下研建設サイト近傍のボーリング孔HDB-6,GL-300m以下の地下水を用いて,緩衝材仕様および埋め戻し材仕様における膨潤特性(膨潤力測定試験・隙間体積膨潤試験・膨潤応力測定試験),透水特性(透水試験),熱特性(熱物性測定試験),力学特性(一軸圧縮試験・一次元圧密試験・三軸圧縮試験)試験を実施し,データを拡充するとともに,関係式の一般化を図ったので報告する。試験の結果を以下に示す。1)緩衝材仕様および埋め戻し材仕様における膨潤特性,透水特性,力学特性に関しては,海水系地下水条件下(幌延地下水,人工海水,NaCl溶液)の場合,降水系地下水条件下に比して,求められる機能が低下することが示された。また,塩濃度をイオン強度にて整理し,比較した結果,各特性ともに,ある一定濃度以降,求められる機能は変らなくなる傾向を示した。さらに,有効粘土密度を用いて膨潤特性,透水特性,力学特性に関する関係式の一般化を図った。・膨潤特性として,有効粘土密度と膨潤応力の関係式を一般化した。・透水特性として,有効粘土密度と固有透過度の関係式を一般化した。・力学特性として,有効粘土密度と一軸圧縮強度の関係式を一般化した。2)緩衝材仕様における熱特性に関しては,海水系地下水の場合においても降水系地下水条件下と同等の値が得られ,塩濃度の影響を考慮する必要がないことが示された。また,熱伝導率,比熱ともに,これまでに得られた含水比を用いた関係式にて評価できることが示された。

報告書

緩衝材の基本特性データベース(データ集・記録集)

菊池 広人*; 棚井 憲治

JNC TN8450 2003-010, 18 Pages, 2004/02

JNC-TN8450-2003-010.pdf:0.06MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における緩衝材には,止水性,自己シール性,応力緩衝性,核種収着性,熱伝導性,化学的緩衝性,オーバーパック支持性など長期にわたり維持されることが期待されている。これらの要求性能を比較的満足し得る材料として,天然に産する粘土が注目され,中でも圧縮されたベントナイト(以下,圧縮ベントナイト)は,非常に低い透水性により水の動きの抑制,水の浸潤に伴い膨潤し,圧縮ベントナイト中の間隙や隣接する岩盤中の割れ目を充填する機能,陽イオン核種を吸着する陽イオン交換機能を有しており,緩衝材として最も有力な材料であると考えられる。核燃料サイクル開発機構(以下,サイクル機構)では,これまでに,地層処分場における人工バリア,地下施設の設計および性能評価を行うとともに,処分事業展開や国の安全規制に必要となる技術基準に資する基盤情報整備として,緩衝材の基本特性(水理・膨潤・力学・熱特性)に関してデータの拡充を行ってきた。本報告においては,サイクル機構が2003年12月までに取得した緩衝材の基本特性データをデータ集として取りまとめたので報告する。

報告書

緩衝材長期力学挙動評価モデルの検討

平井 卓; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 重野 喜政*; 並河 努*; 高治 一彦*; 大沼 敏*

JNC TN8400 2003-034, 158 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-034.pdf:5.26MB

緩衝材に求められるオーバーパック支持性能や応力緩衝性能に関しては、「第2次取りまとめ」において、設定された仕様の人工バリアに対する安定性やオーバーパック作用応力の評価を行った。しかし、評価解析に用いられた長期挙動評価モデルは一般の粘性土における実績やパラメータ設定の容易さにより選定されており、膨張性のあるベントナイトを用いた緩衝材への適用性に関して十分な検討がなされていなかった。そこで、既存の評価モデルより緩衝材への適用性の高いモデルを再抽出するとともに、緩衝材の支持性能や応力緩衝性能に関する再評価をすることが必要と考えた。そこで、最初に一般の粘性土の力学挙動評価に対して実績のある既存の評価モデルを体系的に分類した後、適用性が高いモデル抽出した。次に緩衝材の室内要素試験結果を各モデルを用いてシミュレーション解析を実施し、抽出モデルの適用性検討とパラメータ選定を実施した。最後に、これらのモデルとパラメータを用いて、人工バリア中のオーバーパックの自重沈下とオーバーパックの腐食膨張の影響を解析により再評価した。その結果、抽出された関口-太田モデルと足立-岡モデルは、ほぼ同一の評価精度を有していることやモデルのパラメータは、圧密試験と三軸圧縮試験を同時に精度良く評価できるものを選定することが困難であり、人工バリア中の緩衝材の挙動を評価するためには、2種類のパラメータセットが必要なことなどが分かった。

報告書

緩衝材のオーバーパック支持力性能に関する検討

平井 卓; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 高治 一彦*; 大沼 敏*

JNC TN8400 2003-031, 48 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-031.pdf:2.22MB

緩衝材に求められるオーバーパック支持性能や応力緩衝性能に関しては、「第2次取りまとめ」において、設定された仕様の人工バリアに対する安定性やオーバーパック作用応力の評価を行っている。しかし、設定された仕様の安全裕度や設計根拠については必ずしも明確ではない。そこで、安全裕度や設計根拠を明確にするために、人工バリアにおける緩衝材中でオーバーパックが変形する場合の作用荷重と変形の関係や破壊に至るような極限荷重が存在するかなどについて、縮小模型試験と解析を用いた検討を実施した。検討の結果、オーバーパックの円筒軸方向の変形の増加に対して、作用荷重の増加は減少する傾向にあるものの、周辺の岩盤など剛性の高い境界による緩衝材の拘束効果により明確な極限荷重は現れず、変形が大きくなれば変形量と作用荷重の関係を関数で近似できることが明らかになった。

報告書

緩衝材の熱物性測定試験(III) -面熱源法による緩衝材熱物性の取得-

菊池 広人*; 棚井 憲治

JNC TN8430 2003-009, 27 Pages, 2003/12

JNC-TN8430-2003-009.pdf:0.69MB

従来,熱解析に必要となる緩衝材の比熱については,熱伝導率および熱拡散率の測定を手法の異なる方法や別々の供試体を用いて行い算出してきた。しかしながら,測定手法の違いや同一供試体を用いることができないことによって,供試体作製時の不均一性などがデータのばらつきなどの要因になることも考えられる。このような観点から,データの品質保証ならびに関係式の標準化を図るために,これら熱特性を同時に測定し,かつ,面による測定のため供試体表面の場を平均的に測定が行える非定常面熱源法測定装置を用いてベントナイト単体試料およびケイ砂混合体試料について熱伝導率及び熱拡散率の測定し,両者の関係から比熱を求めた。試験の結果,緩衝材の熱伝導率,比熱ともに供試体の含水比によって大きく変化し,比熱については,緩衝材の構成成分から求められる理論的な予測値と良く一致する結果となった。また,緩衝材の熱伝導率および比熱について緩衝材材料の含水比の関数として定式化を行った。

報告書

海水系地下水条件下における埋め戻し材特性に関する基礎試験

菊池 広人*; 棚井 憲治; 杉田 裕

JNC TN8430 2003-008, 31 Pages, 2003/11

JNC-TN8430-2003-008.pdf:0.63MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における処分場の閉鎖は,人工バリア性能を損なわないように残された坑道を適切に充填する技術である。埋め戻し材の設置される坑道の挙動としては,支保工の変質による埋め戻し材と支保工間の隙間の発生等が考えられ,隙間膨潤機能は埋め戻し材の要求性能のひとつである。そこで,海水条件下における埋め戻し材仕様に関する隙間充填性能について,第2次取りまとめでの埋め戻し材仕様の実現性および隙間充填性能を確保可能なベントナイト配合割合の概略的把握の基礎試験を実施した。今回の結果からは,支保工(厚さ50cm)が変質し,その体積の30%が隙間となるという極端な条件を仮定した試験条件では,要求性能を担保するための隙間膨潤量を確保するために,降水系においては,第2次取りまとめにおける埋め戻し材仕様のベントナイト配合率である程度期待できるが,海水系においては,ベントナイト配合割合が50%以上必要であった。基礎試験であり隙間を固定していることから,隙間充填時の止水性能に関するデータは今後の課題であるが,海水環境下の試験結果のプロットからは隙間許容曲線の概要を得ることができた。

報告書

人工バリアにおける緩衝材の隙間膨潤挙動に関する基礎試験(II)

杉田 裕; 菊池 広人*; 棚井 憲治

JNC TN8430 2003-007, 33 Pages, 2003/11

JNC-TN8430-2003-007.pdf:27.68MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において緩衝材の施工法の候補の一つである緩衝材ブロックでの施工を想定し、緩衝材と岩盤との間に生ずる隙間を模擬した室内試験を実施した。これまでの結果から、隙間が存在する場合の緩衝材の膨潤挙動では、その膨潤前の初期状態から隙間を充填するまでの膨潤過程およびその後の内部の密度の変化を把握する必要があることがわかった。

報告書

緩衝材の飽和透水特性-II; 海水性地下水が緩衝材の透水性に及ぼす影響

菊池 広人*; 棚井 憲治; 松本 一浩*; 佐藤 治夫; 上野 健一; 鐵 剛志*

JNC TN8430 2003-002, 47 Pages, 2003/03

JNC-TN8430-2003-002.pdf:2.11MB

人工バリア、地下施設の設計および性能評価に資するため、圧縮ベントナイト本報告書においては、これまでに得られた成果を踏まえ、実際の地質環境下をれまでにデータがほとんど得られていない海水系地下水条件下における圧縮ベの水理特性を把握するため、熱(温度)や塩濃度の影響に関するデータを拡充に、これら関係式の一般化を行った。また、海水系地下水(人工海水で模擬)透水係数に及ぼす影響について報告する。試験の結果、透水係数は温度の上昇$$K$$=exp(-47.155+15.138rho$$_{b}$$-7.87ここで、$$K$$(m$2)は固有透過度、rho$$$_{b}$$(Mg/「第2次取りまとめ」までに取得された降水系データと海水系データを比較すに比べ、1 桁程度透水係数が大きくなった。また、乾燥密度が低密度から高密って、透水係数は降水系データに近づく傾向があることが分かった。この要因して、土壌学的に研究がなされている微細構造の変化が考えられることから、ナイト中のスメクタイト層間距離の測定を行ったが、顕著な変化は見られなかった。

報告書

X線CT法の適用性に関する検討

棚井 憲治; 松本 一浩*; 菊池 広人*

JNC TN8430 2003-001, 20 Pages, 2003/03

JNC-TN8430-2003-001.pdf:1.96MB

高レベル放射性廃棄物地層処分に関する種々の実験は、ほとんどのものが閉じられた容器内に対象物を設置し、種々の物理量を間接的に各種センサーによって測定している。このような閉じられた系における測定手法が、ある意味ではメカニズム解明の限界の一因となっている。したがって、本課題を踏まえた新たな測定手法として、X線CT技術のような非破壊による現象の観察手法が必要不可欠である。本業務では、医療用のX線CTスキャナを用いて、緩衝材の候補材料であるベントナイトを対象として、ベントナイト中の水の移行挙動やガス移行挙動の観察の可否、さらにはこれら研究に必要となる基本データとして、ベントナイトの密度とCT値の関係に関するデータの取得を実施した。その結果、圧縮ベントナイトにおいても乾燥密度とCT値の間には正の相関関係が見られることがわかった。また、圧縮ベントナイト中における水の挙動に関しては、CT値の変化がよく捉えられるとともに、画像処理によって水の浸潤過程をよく表せることがわかった。ガス移行可視化試験においては、試験により得られたガス有効浸透率は、6$$times$$10$$^{-20}$$m$$^{2}$$程度であり、これまでの試験で得られたものと同程度の結果であったが、透気現象として2つのピークが見られるというこれまでの試験では見られなかった挙動が観察された。また、X線CTによるガス移行挙動 の観察に関しては、CT値及び撮影画像ともに顕著な変化は見られなかった。ガス移行可視化試験におけるこれらの問題点については、要因の絞込みあるいはその他付加的な方法の検討を行っていく予定である。

報告書

断層ずれに伴う人工バリアの力学的挙動評価

平井 卓; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 鈴木 英明*; 高治 一彦*; 大沼 敏*

JNC TN8400 2003-009, 56 Pages, 2003/03

JNC-TN8400-2003-009.pdf:7.22MB

「第2次取りまとめ」におけるわが国の地層処分概念では,地震・活断層の影響等,地層処分システムに著しい影響を及ぼす可能性のある天然現象については,サイト選定によってその影響を避けることを基本としており,基本的には人工バリアは壊れないものと考えられている。しかし、派生的なC 級断層など発生する確率が極端に低く影響も小さいと考えられるものについては,現状では発生を完全に予測することが困難である。そこで,このような断層が人工バリアを直撃するといった場合に、人工バリアがどのような影響を受けるかについて現象を明らかにし、安全裕度の幅を明らかにすることを目的とし、縮小模型試験とそのシミュレーション解析,さらに実規模モデルに対する解析を実施した。その結果、断層の変位速度が10cm/sec 以下では断層が直撃しても緩衝材厚さの80%程度の断層変位までは、緩衝材の緩衝効果により腐食していないオーバーパックは健全であることが明らかになった。

報告書

CPFにおける高速炉燃料リサイクル試験; 高速炉使用済燃料の溶解性に関する研究

根本 慎一; 坂井 敏幸*; 算用子 裕孝; 菊池 憲治; 岩崎 伊佐央*; 栗林 正和*; 松島 和美*

PNC TN8410 93-283, 86 Pages, 1993/11

PNC-TN8410-93-283.pdf:2.38MB

CPFにおけるホット試験は1982年9月30日に実施した高速炉使用済燃料ピンのせん断作業を皮切りに、これまでの約10年間、ピューレックス法を基本として高速炉燃料再処理に関した各プロセス試験を進めてきた。今回、これらのホット試験のうち、燃料の溶解試験に着目して総合的に評価・解析を加え、シミュレーションコードに反映できる溶解反応速度式を導出することができた。以下にその基本データについての概要を示す。高速炉使用済燃料の溶解速度は、反応表面積および系の硝酸濃度に比例する。また、温度に関してはアレニウスの式で補正できる。溶解速度=速度定数・反応表面積・(硝酸濃度)SUP1.7・e/SUP-E/RT (1)溶解速度は硝酸濃度の1.7乗に比例し、未照射UO$$_{2}$$ペレットの傾向とほぼ同じである。(2)アレニウスプロットにより求めた見かけの活性化エネルギーは11kcal/molであり、UO$$_{2}$$の溶解で報告されている同エネルギーにほぼ近い。(3)燃焼度の影響については、溶解反応速度式に反映できるような形での整理はできなかったが、溶解速度は硝酸濃度の低い系では燃焼度の増加に伴って低下する傾向にあること、また、8M程度の高濃度硝酸系では見かけ上ほぼ一定になることが観察された。(4)溶解速度の変化より溶解反応にかかわる有効表面積を推定し、せん断片および粉末の表面積変化を数式化した。(5)せん断片の"つぶれ"の影響については、約30%以上確保することによりほぼ一定の溶解速度を得ることができる。

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