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論文

Si-addition contributes to overcoming the strength-ductility trade-off in high-entropy alloys

Wei, D.*; Gong, W.; 都留 智仁; Lobzenko, I.; Li, X.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Do, H.-S.*; Bae, J. W.*; Wagner, C.*; et al.

International Journal of Plasticity, 159, p.103443_1 - 103443_18, 2022/12

 被引用回数:12 パーセンタイル:98.26(Engineering, Mechanical)

Face-centered cubic single-phase high-entropy alloys (HEAs) containing multi-principal transition metals have attracted significant attention, exhibiting an unprecedented combination of strength and ductility owing to their low stacking fault energy (SFE) and large misfit parameter that creates severe local lattice distortion. Increasing both strength and ductility further is challenging. In the present study, we demonstrate via meticulous experiments that the CoCrFeNi HEA with the addition of the substitutional metalloid Si can retain a single-phase FCC structure while its yield strength (up to 65%), ultimate strength (up to 34%), and ductility (up to 15%) are simultaneously increased, owing to a synthetical effect of the enhanced solid solution strengthening and a reduced SFE. The dislocation behaviors and plastic deformation mechanisms were tuned by the addition of Si, which improves the strain hardening and tensile ductility. The present study provides new strategies for enhancing HEA performance by targeted metalloid additions.

報告書

珪質泥岩(稚内層)を対象とした多孔質弾性パラメータ取得試験

青木 智幸*; 谷 卓也*; 坂井 一雄*; 古賀 快尚*; 青柳 和平; 石井 英一

JAEA-Research 2020-002, 83 Pages, 2020/06

JAEA-Research-2020-002.pdf:8.25MB
JAEA-Research-2020-002-appendix(CD-ROM).zip:6.63MB

日本原子力研究開発機構は、新第三紀堆積軟岩を対象とした高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発を目的として、北海道天塩郡幌延町において幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究所周辺の地質は、珪藻質泥岩の声問層や珪質泥岩の稚内層で構成され、どちらも珪藻化石を多量に含んでいる。これらの岩石は高い空隙率と低い透水性を示すことから、多孔質弾性論に基づく岩盤挙動の検討が重要であると考えられる。しかしながら、幌延深地層研究所周辺に特徴的な珪藻質泥岩や硬質頁岩については、低透水性であるという岩石の特徴や試験時の制御が容易ではないこと等を要因に、多孔質弾性パラメータの測定実績は多いと言えない状況である。そこで、珪質泥岩(稚内層)を対象として、多孔質弾性パラメータの測定実績を蓄積し、既往の研究で示唆されている拘束圧に対する依存性を確認することを目的として、多孔質弾性パラメータを取得するための岩石三軸試験を実施した。その結果、多孔質弾性パラメータのうち、排水体積弾性係数は拘束圧の増加に伴い大きくなる関係性が確認された。一方、Biot-Wills係数およびSkemptonの間隙水圧係数は、拘束圧の増加に伴い小さくなる傾向が確認された。また、岩石供試体の葉理方向によって拘束圧依存の程度が若干異なることが示唆された。

論文

High-efficiency synthesis and properties of latent pigment red 272DPP-BOC by microwave irradiation

大石 知司*; 木村 ゆう*; 中島 清彦*; 渡邉 雅之; 青柳 登

Materials Sciences and Applications, 11(3), p.195 - 203, 2020/03

赤色ラテント顔料ジケトピロロピロール(Pig. Red 272: 272DPP)は、有機顔料として非常に重要な顔料である。本研究ではその高効率な合成法として272DPPをNMP(N-メチル-2-ピロリドン)溶媒中でマイクロウェーブ(MWs)を数秒照射することでDPPラテント顔料(272DPP-Boc)として86.2%の高収率で得ることに成功した。この顔料は、再結晶することで、赤色と黄色の二種類のラテント顔料結晶となり、その蛍光特性はこの二種類の結晶構造を反映した相違を示した。

論文

First-principles modeling for dislocation motion of HEA alloys

都留 智仁; 板倉 充洋; 弓削 是貴*; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*; 久保 百司*; 尾方 成信*

Proceedings of 4th International Symposium on Atomistic and Multiscale Modeling of Mechanics and Multiphysics (ISAM-4) (Internet), p.59 - 62, 2019/08

ハイエントロピー合金(HEA)は結晶構造をもつ単相または多相の合金であり、主要な構成元素をもたず5種類またはそれ以上の等原子分率の組成を有している。このような状況では、変形挙動は従来の固溶強化機構では説明することができないため、変形の基礎的な機構はわかっていない。本研究では、第一原理計算を用いて体心立方(BCC)構造を有するHEA合金の転位挙動に関して検討を行った。クラスター展開に基づくSpecial quasirandom structures (SQS)を用いて、高濃度不規則固溶体を構築して、MoNbTaVWの組成を有する原子モデルに対して転位芯構造を導入した。第一原理計算の結果、局所的な変位が小さいMoNbTaVWでは、純BCC金属で見られる転位構造と同様の転位芯構造を有することがわかった。一方、その運動は純BCC金属と異なり、転位芯構造の化学的に無秩序さを反映して、Peierlsポテンシャル面が複雑に変化することがわかった。

論文

Recovery of helium refrigerator performance for cryogenic hydrogen system at J-PARC MLF

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012085_1 - 012085_4, 2018/06

BB2016-1899.pdf:0.54MB

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.11

At J-PARC's pulsed spallation neutron source, a cryogenic hydrogen system has been operated to provide liquid para-hydrogen (20K and 1.5 MPa) to the moderators since 2008. Typical operating period of the cryogenic hydrogen system was approximately 3 months continuously. However, the pressure differences between No.1, No.2 heat exchangers (HXs) and an adsorber (ADS) in the helium refrigerator had begun to increase rapidly since the beginning of 2015, the refrigerator could not be operated continuously. The impurity in the refrigerator was measured by newly introduced quadrat mass spectrometer, but no significant impurities was observed. We suspected the oil contamination from the helium compressor, as it caused performance degradation of the cryogenic system in other facilities, such as RIKEN, CERN, etc. In the summer outage in 2016, we cleaned the HXs with Freon to remove the oil contamination, and replaced the activate charcoals of ADS and oil separator (OS-5). As a result, the performance of the helium refrigerator was recovered completely.

報告書

極低温水素システムヘリウム冷凍機の不具合調査と対策

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 青柳 克弘*; 武藤 秀生*; 野村 一隆*; 高田 弘; 池田 裕二郎

JAEA-Technology 2017-021, 75 Pages, 2017/08

JAEA-Technology-2017-021.pdf:33.03MB

大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設の核破砕中性子源では、冷中性子用減速材として液体水素を用いている。2015年1月頃から液体水素を生成するヘリウム冷凍機において、熱交換器及び80 K活性炭吸着器(ADS)の差圧が上昇する事象が現れ始め、2015年11月には冷却性能の低下を引き起こすまでに進展した。この不具合の原因を究明するために冷凍機内の目視確認や循環ヘリウム中の不純物分析を行った。原因となる不純物は検出できなかったが、配管内にわずかに油の痕跡があった。他施設の同規模の冷凍能力を持つ冷凍機の不具合事例も参考にして、熱交換器の洗浄やADSの交換を行った結果、冷却性能は回復した。熱交換器を洗浄した液やADSの活性炭とそれを抑えるためのフェルトから油を検出した。特にADSのフェルトではヘリウムガス入口表面に膜状の油の蓄積が確認できた。ヘリウムガス中に含まれる油分は設計範囲の10ppb程度であったが、長期間の運転の結果、ADSのフェルト部への蓄積により差圧を発生させ、それが性能劣化をもたらした可能性があると推測している。今後さらに調査を進め、原因をより明確にする必要がある。

報告書

プルトニウム研究1棟廃止措置準備作業

瀬川 優佳里; 堀田 拓摩; 北辻 章浩; 熊谷 友多; 青柳 登; 中田 正美; 音部 治幹; 田村 行人*; 岡本 久人; 大友 隆; et al.

JAEA-Technology 2016-039, 64 Pages, 2017/03

JAEA-Technology-2016-039.pdf:5.24MB

本報告書は、プルトニウム研究1棟の廃止措置に関して施設利用者である研究グループが主体的に取り組んだ準備作業についてまとめたものである。プルトニウム研究1棟は、平成25年度から推進された原子力機構改革において、廃止措置対象施設の一つに選定された。廃止措置の決定により、それまで施設を利用してきた研究グループは、実験器具及び測定機器を撤去し、核燃料物質の一部及び放射性同位元素を他施設へ運搬する必要が生じた。放射化学研究グループでは、廃止措置準備を円滑に実施するため平成27年4月に「プルトニウム研究1棟使用機器撤去作業チーム」を立ち上げ、使用機器の撤去、薬品の処分、放射能汚染した可能性がある水銀の安定化処理、核燃料物質の安定化処理、核燃料物質・放射性同位元素の他施設への運搬グローブボックス汚染状況の調査について計画を立案し実施した。核燃料物質の使用の許可に関わる作業を除き、作業は平成27年12月に完了した。本報告書では、今後の老朽化施設廃止の際に役立てられるように、これらの作業について細目立てし、詳細に報告する。

報告書

幌延深地層研究計画における坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階:深度350mまで)研究成果報告書

佐藤 稔紀; 笹本 広; 石井 英一; 松岡 稔幸; 早野 明; 宮川 和也; 藤田 朝雄*; 棚井 憲治; 中山 雅; 武田 匡樹; et al.

JAEA-Research 2016-025, 313 Pages, 2017/03

JAEA-Research-2016-025.pdf:45.1MB

幌延深地層研究計画は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関わる研究開発の一環として、日本原子力研究開発機構が北海道幌延町で進めているプロジェクトである。本報告書は、深度350mの研究坑道掘削終了までの期間(2005年4月から2014年6月)に行われた第2段階における調査研究の成果を取りまとめたものである。第2段階における深地層の科学的研究では、「地質環境調査技術開発」、「深地層における工学的技術の基礎の開発」、「地質環境の長期安定性に関する研究」を、地層処分研究開発では、「処分技術の信頼性向上」、「安全手法の高度化」を実施し、これらに加えて「地下施設の建設」、「環境モニタリング」を実施し、当初の目標どおりの成果を得た。「地質環境調査技術開発」では、坑道掘削中の地質環境の変化を把握するとともに、第1段階で予測した結果の妥当性を確認した。「深地層における工学的技術の基礎の開発」においては、地下施設の建設に適用した工学的技術の有効性を確認した。「地質環境の長期安定性に関する研究」ならびに地層処分研究開発の「処分技術の信頼性向上」と「安全手法の高度化」では、この期間の研究成果をまとめた。「地下施設の建設」では坑道掘削の実績を整理した。「環境モニタリング」では、環境調査などを継続し、地上及び地下施設の建設に伴う影響の低減を図る措置が適切であることを確認した。

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成27年度); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 石田 知子*; 畑 浩二*; 鵜山 雅夫*; 佐藤 伸*; 大熊 史子*; 早金 沙綾香*; 松井 裕哉; et al.

JAEA-Technology 2016-035, 153 Pages, 2017/02

JAEA-Technology-2016-035.pdf:37.6MB

超深地層研究所計画における平成27年度の工学技術に関する検討のうち、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の研究の一環として、現在実施中の再冠水試験に伴う止水壁や冠水坑道周辺岩盤の挙動に関する詳細検討を行った。その結果、特に止水壁の温度変化については、解析結果と止水壁内の計測結果がよく一致しており、設計時に検討したクーリング対策工により温度応力によるひび割れの発生は防止できたと考えられる。また、冠水に伴う止水壁と岩盤境界の挙動についても、水-応力連成解析結果と種々の計測結果との比較検討により、解析で設定したモデルは概ね適切との結論を得た。

論文

幌延深地層研究センターの換気立坑におけるグラウト注入シミュレーションおよびその効果の検証

中嶋 仁慶*; 小山 倫史*; 龍田 圭亮*; 片山 辰雄*; 青柳 和平

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

本論文では、幌延深地層研究センターの深度250m以深の換気立坑掘削前に、透水性の高い断層部を対象として実施したグラウト施工を対象として、有限要素法により、非定常の浸透流解析および移流・分散解析を実施し、グラウト施工後の透水係数の分布を評価した。その結果に基づきグラウトによる透水性の改善効果について検討を行い、原位置におけるルジオン試験結果との比較により解析の妥当性について検討を行った。結果として、実際のグラウト施工により、透水性の高い断層部の透水係数の4オーダー程度の改善が見られ、その値は原位置のルジオン試験結果にも概ね整合することが示された。よって、グラウトによる透水性改善の検討について、本手法の適用可能性が示された。

論文

Atomic scale simulations of relationship between macroscopic mechanical properties and microscopic defect evolution in ultrafine-grained metals

都留 智仁; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*

Materials Transactions, 57(9), p.1476 - 1481, 2016/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.4(Materials Science, Multidisciplinary)

超微細粒(UFG)金属の降伏メカニズムへの影響について原子シミュレーションによって検討を行った。機械特性とミクロな欠陥組織の影響を明らかにするため、粒径と粒内転位を変化させた多結晶原子モデルを構築し変形解析を行った結果、粒内転位は初期降伏と粒界を介した塑性変形挙動に大きな役割を果たすことがわかった。さらに、同じFCC金属でもCuは粒界から双晶の生成・成長が生じ、Alよりも早く塑性変形を開始することがわかった。

報告書

Synthesized research report in the second mid-term research phase, Mizunami Underground Research Laboratory Project, Horonobe Underground Research Laboratory Project and Geo-stability Project (Translated document)

濱 克宏; 笹尾 英嗣; 岩月 輝希; 尾上 博則; 佐藤 稔紀; 藤田 朝雄; 笹本 広; 松岡 稔幸; 武田 匡樹; 青柳 和平; et al.

JAEA-Review 2016-014, 274 Pages, 2016/08

JAEA-Review-2016-014.pdf:44.45MB

日本原子力研究開発機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分の実現に向けた国の第2期中期目標(平成22$$sim$$26年度)に基づき中期計画を策定し、処分事業と国による安全規制の両面を支える技術基盤を整備するため、地層処分研究開発と深地層の科学的研究の2つの領域において研究開発を進めている。今般、本中期計画期間における深地層の科学的研究分野(超深地層研究所計画、幌延深地層研究計画、地質環境の長期安定性に関する研究)の成果を取りまとめるにあたり、処分事業におけるサイト選定から処分開始に関する意思決定ポイントまでに必要な技術情報を事業者・規制機関が活用しやすい形式で体系化し、所期の目標の精密調査(前半)の段階に必要となる技術基盤として整備した。

論文

A Study of efficient excavation limiting the extent of an excavation damaged zone in Horonobe URL

青柳 和平; 常盤 哲也*; 藤田 朝雄

Rock Mechanics and Rock Engineering; From the Past to the Future (EUROCK 2016), p.1023 - 1028, 2016/07

In excavation of a repository for high-level radioactive waste, it is important to limit the extent of the excavation damaged zone (EDZ) with efficient excavation rate. The objective of this study is to reveal the relationship among the extent of the EDZ, excavation direction related to in situ stress orientation, and excavation rate in detail. From the result of seismic refraction survey, the extent of the EDZ is estimated within 0.5 m into the gallery wall. The excavation rate of the gallery excavated almost parallel to the maximum principal stress was 1.1 to 1.3 times faster than that of the gallery excavated almost perpendicular to the maximum principal stress. Considering the excavation rate, fracture length, and the extent of the EDZ, excavation of galleries parallel to the maximum principal stress leads to limit the development of the EDZ with efficient excavation.

論文

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.

論文

幌延深地層研究センターにおける人工バリア性能確認試験孔周辺の岩盤損傷の検討

青柳 和平; 石井 英一; 中山 雅; 藤田 朝雄

日本材料学会第65期通常総会・学術講演会論文集(USB Flash Drive), p.19 - 20, 2016/05

日本原子力研究開発機構は、堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度350m調査坑道において、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関して、処分技術の信頼性の向上を目的として、人工バリア性能確認試験を実施している。本試験では、試験坑道の底盤下に掘削した直径2.4m、高さ4.2mの試験孔に、ヒーターを挿入した模擬オーバーパックと緩衝材ブロックを設置し、さらに坑道全体を埋め戻したときの、人工バリアおよび周辺岩盤の熱-水-力学-化学連成挙動に係るデータを取得している。本件では、試験孔周辺で実施したBTV観察、透水試験等の原位置試験結果を基に、試験孔周辺岩盤の水理・力学特性の変化について検討した。結果として、試験孔から少なくとも1$$sim$$2mの範囲で、試験孔の掘削により形成されたとみられる割れ目が発達しており、さらに透水係数も、割れ目のない部分と比較して4オーダー程度増大することを確認した。

論文

Design and verification of support system for underground excavations under anisotropic stress conditions

本島 貴之*; 藤田 朝雄; 青柳 和平; 白瀬 光泰*; 名合 牧人*

Proceedings of 7th International Symposium on In-situ Rock Stress (RS 2016) (Internet), 9 Pages, 2016/05

This study addresses and demonstrates the economic support design scheme considering in-situ stress orientation and excavation direction, based on the work carried out in the Horonobe Underground Research Laboratory (URL) project. In the URL, the tunnel at the 350 m level is laid out in a loop. In construction of a loop tunnel in a rock mass under anisotropic in situ stress conditions, the in situ stress orientation and the excavation direction are expected to affect the convergence associated with the excavation-induced stress redistribution. This suggests that it is possible to achieve economic optimization by selecting a tunnel layout, in which only a small displacement and stress are allowed, based on in-situ stress orientation obtained from the surface investigation. Therefore, in this study, a comparison between the predicted convergence used for the support design and the measured convergence during excavation was conducted in order to verify the validity of the convergence predicted from the orientation and magnitude of the in-situ stress obtained from the surface based investigation. The comparison results indicated a positive correlation between the predicted and the measured convergence. These results suggest the validity and reliability of the in-situ stress obtained from the surface investigation and the support design using the in situ stress data.

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成26年度); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 畑 浩二*; 秋好 賢治*; 佐藤 伸*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 鵜山 雅夫*; 金田 勉*; 上田 正*; 原 朗*; et al.

JAEA-Technology 2016-002, 195 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2016-002.pdf:46.3MB
JAEA-Technology-2016-002-appendix(CD-ROM).zip:16.11MB

瑞浪超深地層研究所計画における平成26年度の工学技術に関する検討5「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の研究の一環として、将来実施が計画されている冠水坑道を地下水で満たす試験に必要となる止水壁他の検討を行った。具体的には、(1)止水壁の機能, 構造, 材料, 施工及び品質管理方法等の検討、(2)冠水坑道を地下水で満たす試験時の止水壁周辺岩盤への影響の解析的予測、を実施した。その結果、予測される最大水圧,温度応力及び地震力に対する岩盤を含む構造安全性、漏水抑制、冠水坑道へのアクセス確保及び計測ケーブルの貫通等の要求を満足する止水壁等の仕様を決定するとともに止水壁設置後の冠水による止水壁周辺岩盤の挙動に関する予察的な知見を得た。

論文

Heterogeneous plastic deformation and Bauschinger effect in ultrafine-grained metals; Atomistic simulations

都留 智仁; 青柳 吉輝*; 加治 芳行; 下川 智嗣*

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 24(3), p.035010_1 - 035010_10, 2016/03

 被引用回数:12 パーセンタイル:50.51(Materials Science, Multidisciplinary)

大規模原子シミュレーションを用いて、多結晶モデルに対して単軸引張りと圧縮を与えることで超微細粒材料の降伏強度と塑性変形に関する転位密度の影響を検討した。その結果、初期の降伏挙動は転位密度が小さくなるにつれて異方性が大きくなることがわかった。また、Bauschinger効果はこれまで知られている粗大粒のメカニズムと異なり、転位密度が変化することによって生じることを明らかにした。

報告書

幌延深地層研究センターの350m調査坑道における原位置岩盤の長期変形挙動の計測

櫻井 彰孝; 青柳 和平; 藤田 朝雄; 本島 貴之*

JAEA-Data/Code 2015-023, 46 Pages, 2016/02

JAEA-Data-Code-2015-023.pdf:48.03MB
JAEA-Data-Code-2015-023-appendix(CD-ROM).zip:48.51MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分では、人工バリアおよびその周辺の岩盤領域の環境の明確化の観点から、熱-水理-力学連成現象を長期的に検討し、地層処分システムの安全評価へ反映していく必要がある。また、処分施設では、廃棄体定置後の処分施設の埋戻し後も考慮した長期的な岩盤の安定性が求められるため、原位置岩盤の長期的な力学挙動を検討していくことが重要となる。これらの背景を踏まえ、本報告書では、処分孔周辺岩盤の長期的な力学挙動に関する計測データの取得を目的として、幌延深地層研究センターの350m調査坑道において処分孔を模擬した鉛直孔(テストピット)を無支保で掘削し、テストピット内およびその周辺岩盤の変形挙動を計測し、テストピット掘削に伴う周辺地山への影響や、無支保のテストピット内の長期的な変形挙動の評価に資するためのデータを取得した。なお、本報告書では、テストピットの掘削、地質観察結果、計測器の仕様・設置方法および、平成26年2月から平成27年9月までの計測結果をとりまとめ、巻末付録にデジタルデータを収録した。

論文

幌延深地層研究センターの立坑における掘削損傷領域の進展に関する検討

青柳 和平; 石井 英一; 藤田 朝雄; 本島 貴之*

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.313 - 318, 2016/01

堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度350m以深の東立坑周辺に生じた掘削損傷領域の拡がりとその破壊様式を推定することを目的として、透水試験、BTV観察、立坑周辺のボーリング孔内水位の連続モニタリング、立坑壁面の観察を実施した。結果として、立坑壁面から2m以内で、透水係数が約1-3オーダー増大したことが確認された。これは、BTV観察により捉えられた割れ目の分布に整合する結果であった。また、立坑掘削深度がボーリング孔底深度に達した段階で水位の急激な低下が見られたことから、掘削直後に瞬間的に割れ目が発達し、壁面へ連結したことが推定された。さらに、立坑掘削に伴って発生する割れ目は引張のメカニズムで発生しており、壁面を取り囲む形で分布することがわかった。

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