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論文

金属硝酸塩水溶液のマイクロ波加熱特性ならびに金属酸化物の粉末性状評価

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 深澤 智典*; 福井 国博*

粉体工学会誌, 57(9), p.485 - 494, 2020/09

使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により混合酸化物粉末に転換している。ラボスケールの基礎実験において研究開発された知見に基づき、工学規模への適用性の評価や金属硝酸塩水溶液の様々なマイクロ波加熱脱硝特性データを取得するため、硝酸セリウム,硝酸コバルト,硝酸銅水溶液を用いてマイクロ波加熱特性及び金属酸化物粉末特性の研究を行った。脱硝反応の進行速度は位置により差がみられ、周縁部の方が中心部に比べて脱硝反応が速く進行した。硝酸セリウム水溶液ではポーラスな硬い乾固体、硝酸コバルト水溶液では発泡乾固体、硝酸銅水溶液では粉末状生成物が得られることが分かった。生成物の脱硝率及び平均粒子径は、硝酸セリウム水溶液,硝酸コバルト水溶液,硝酸銅水溶液の順に大きくなることを確認した。数値シミュレーションにより、金属硝酸塩水溶液の底面周縁部はマイクロ波により加熱されやすく、脱硝反応が周縁部から開始する実験結果と一致することを明らかにした。

論文

Technological development of the particle size adjustment of dry recovered powder

瀬川 智臣; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 川口 浩一; 石井 克典; 佐藤 寿人; 深澤 智典*; 福井 国博*

Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference / Light Water Reactor Fuel Performance Conference (Global/Top Fuel 2019) (USB Flash Drive), p.738 - 745, 2019/09

核燃料物質の有効利用のため、MOX燃料製造プロセスにおいて混合酸化物ペレットの乾式粉砕技術の開発を進めてきた。乾式回収粉の粒径を250$$mu$$m以下の範囲で制御する技術を開発するために、粒度約500$$mu$$mの模擬粉末を用いて、石臼式粉砕機および衝突板式ジェットミル両方の性能を評価した。石臼式粉砕機においては砥石間のクリアランス、また衝突板式ジェットミルにおいては分級ゾーンのクリアランスと仰角を調整することにより、粒径を250$$mu$$m以下の範囲で制御できることが明らかとなった。さらに、衝突板式ジェットミルは分級機のパラメータを細かく調整することができるため、粒径制御に適していると考えられる。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究,2(共同研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2018-006, 57 Pages, 2018/10

JAEA-Research-2018-006.pdf:2.99MB

坑道周辺の岩盤は、長期的にはクリープや応力緩和などの力学的な時間依存性挙動を示すことが知られており、その挙動を把握・評価できる技術の構築が地層処分の技術的信頼性向上のための課題の一つとなっている。上記を踏まえ、岩盤の長期挙動を把握・評価できる技術の確立に資するため、年単位を超えるような岩石の長期クリープ試験や、高レベル放射性廃棄物の地層処分において想定される常温から100$$^{circ}$$C程度の高温条件下での岩石の長期挙動を把握するための技術の開発等を実施し、想定される様々な条件下での岩石の長期挙動現象の特徴やその程度に関する実験的評価を行うことを目的とした研究を、共同研究として2016年度から開始した。2017年度は、田下凝灰岩のクリープ試験のこれまでの経緯をまとめるとともに、長期と短期のクリープ試験結果を比較し凝灰岩のクリープの現象論や機構について考察した。また、種々の含水状態のもとで、載荷速度と水飽和度が岩石の強度に与える影響について検討するとともに、圧縮応力下での岩石の変形・破壊および時間依存性挙動を再現できるコンプライアンス可変型モデルを一軸引張応力下へ適用するために改良した。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究(共同研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2017-010, 61 Pages, 2017/11

JAEA-Research-2017-010.pdf:16.86MB

原子力機構は、岩盤の長期挙動を把握・評価できる技術の確立に資するため、年単位を超えるような岩石の長期クリープ試験や、高レベル放射性廃棄物の地層処分において想定される常温から100$$^{circ}$$C程度の高温条件下での岩石の長期挙動を把握するための技術の開発等を実施し、想定される様々な条件下での岩石の長期挙動現象の特徴やその程度に関する実験的評価を行うことを目的とした研究を、共同研究として2016年度から開始した。2016年度は、既往の研究成果を踏まえ、20年程度継続して実施している田下凝灰岩のクリープ試験を引き続きおこなった。また、速度過程論や確率過程論にもとづく理論を水の影響を扱えるように修正し、気乾状態と湿潤状態における強度試験とクリープ試験の結果をもとに、修正した理論の妥当性を検証した。さらに、種々の含水状態のもとで一軸圧縮試験を行い、応力-歪曲線におよぼす含水状態の影響について検討した。

論文

Mechanical and rheological characteristics of the siliceous mudstone at the Horonobe Underground Research Laboratory site

羽柴 公博*; 福井 勝則*; 杉田 裕; 青柳 和平

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2017 (WTC 2017) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2017/06

珪藻質泥岩や珪質泥岩の岩盤の地下に構造物を建設するあるいはその長期安定性を評価するためには、これらの岩石の力学および粘性特性を理解することが重要である。本研究では、珪質泥岩である稚内層の岩石を対象にさまざまな試験(圧縮試験, クリープ試験, 応力緩和試験, 乾燥収縮試験, スレーキング試験)を行った。試験の結果から、本岩石の力学および粘性特性に対して水分が大きな影響を与えることが分かった。加えて、幌延の地下研の現場での水分計測結果との比較から、坑道の力学的安定性の考察を行った。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究; 2015年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 松井 裕哉; 桑原 和道; 尾崎 裕介

JAEA-Research 2016-014, 52 Pages, 2016/09

JAEA-Research-2016-014.pdf:7.19MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道の力学的安定性は、建設・操業時はもとより閉鎖後も千年程度にわたって要求される。一方、処分坑道をとりまく岩石や岩盤は、クリープや応力緩和などの力学的な時間依存性挙動を示すことが知られており、その挙動を把握することは処分坑道の安定性評価における課題となっている。この課題解決のため、調査研究開発を進めてきた。本年度は、田下凝灰岩のクリープ試験装置を、再度、移設した。試験は中断することなく、試験期間は18年を越えた。また、これまでに実施した土岐花崗岩の試験結果と、拡張したコンプライアンス可変型構成方程式による計算結果を比較しながら、種々の時間依存性挙動の関係性について定量的に検討した。さらに、湿潤状態かつ常温$$sim$$100$$^{circ}$$C程度での、岩石の変形・破壊特性および時間依存性を調べるための試験方法について検討した。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究; 2014年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 佐藤 稔紀; 桑原 和道; 高山 裕介

JAEA-Research 2015-015, 61 Pages, 2015/11

JAEA-Research-2015-015.pdf:5.52MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道の力学的安定性は、建設・操業時はもとより閉鎖後も千年程度にわたって要求される。一方、処分坑道をとりまく岩石や岩盤は、クリープや応力緩和などの力学的な時間依存性挙動を示すことが知られており、その挙動を把握することは処分坑道の安定性評価における課題となっている。この課題を受け、調査研究開発を進めてきた。試験は中断することなく、試験期間は17年を越えた。また、湿潤状態かつ常温から100$$^{circ}$$C程度での、岩石の変形・破壊特性および時間依存性を調べるための試験方法について検討した。さらに、室内試験結果と地圧測定結果を用いて、三軸応力下での岩石の長期強度について検討した。

論文

Nickel oxide powder synthesis from aqueous solution of nickel nitrate hexahydrate by a microwave denitration method

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 有満 直樹*; 吉田 英人*; 福井 国博*

Advanced Powder Technology, 26(3), p.983 - 990, 2015/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:27.32(Engineering, Chemical)

使用済み燃料の再処理工程において、マイクロ波加熱直接脱硝法による硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から混合酸化物粉末(MOX原料粉末)への転換が行われている。マイクロ波加熱法に対する酸化物添加法と断熱材の効果を明らかにするため、マイクロ波加熱法による硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO$$_{2}$$)$$_{2}$$・6H$$_{2}$$O)の水溶液の脱硝について研究を行った。Ni(NO$$_{2}$$)$$_{2}$$・6H$$_{2}$$O水溶液はマイクロ波吸収性が低く、マイクロ波照射により300$$^{circ}$$C以上に昇温することができず、脱硝生成物(NiO)の最終生成物をこれまで得ることができなかった。そのため、コンタミネーションを伴わない新たなNiOの合成法として、マイクロ波アクセプターとしてNiO粉末を添加する手法を開発した。さらに、反応容器周辺に断熱材を設置することにより試料温度の均一性が向上し、NiOへの脱硝率を大幅に改善することができた。数値シミュレーションにおいて断熱材を設置した場合の電界分布は顕著に変化し、温度分布の不均一性が低下することが明らかとなった。シミュレーションによる温度分布を基に算出したNiOへの脱硝率は、実験結果と概ね一致する傾向にあることを確認した。

論文

稚内層珪質泥岩の力学特性

羽柴 公博*; 福井 勝則*; 杉田 裕; 真田 昌慶*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 21(2), p.75 - 82, 2014/12

珪藻土や、それが変成作用により岩石化した珪質岩は、北海道から秋田県、能登半島、隠岐諸島へかけて日本海側に広く分布しており、珪質岩の岩盤中に構造物を建設する際には、その力学特性を把握しておく必要がある。本研究では、北海道天塩郡幌延町の地下深部に分布する珪質岩である稚内層珪質泥岩を用いて、一軸圧縮試験、圧裂引張試験、乾燥収縮試験、時間依存性挙動と強度回復特性を調べる試験を行った。その結果、変形・破壊特性におよぼす水分の影響が大きく、試験室の標準的な環境下で乾燥させるだけで、最大で0.9%程度の軸方向の収縮歪が生じ、強度が2倍程度になることがわかった。時間依存性挙動と強度回復特性に関しては、岩石としては標準的な特性を持っていることがわかった。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究; 2013年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 桑原 和道

JAEA-Research 2014-020, 50 Pages, 2014/11

JAEA-Research-2014-020.pdf:2.8MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分時においては、長期にわたる坑道の安定性の評価が要求される。このため、岩石や岩盤の時間依存性挙動を把握することは、坑道の長期安定性を評価する上で重要な課題である。そこで、岩石や岩盤の時間依存性挙動を、精密な試験や観察・計測から直接的に検討する手法(現象論的方法)で解明し、岩盤構造物の長期挙動予測評価手法を開発する研究を行ってきた。本報告書は、2013年度に実施した岩石や岩盤の時間依存性挙動に関する研究をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。第2章では、1997年度から16年間継続している田下凝灰岩のクリープ試験結果について報告した。第3章では、結晶質岩の時間依存性挙動把握のためのデータの整理と分析結果について報告し、このデータの利用方法の一つの例として、時間依存性を考慮した岩盤分類について考察した。第4章では原位置試験計画の策定のため、原位置岩盤の数値解析手法の向上に関する検討を行った。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究; 2012年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 丹野 剛男; 引間 亮一; 真田 祐幸; 佐藤 稔紀

JAEA-Research 2013-031, 52 Pages, 2013/12

JAEA-Research-2013-031.pdf:4.06MB

長期に渡る岩石や岩盤の時間依存性挙動を把握することは、坑道の長期安定性を評価するうえで重要な課題である。そこで、岩石や岩盤の時間依存性挙動を、精密な試験や観察・計測から直接的に検討する手法(現象論的方法)で解明し、岩盤構造物の長期挙動予測評価手法を開発する研究を行ってきた。本報告書は、2012年度に実施した岩石や岩盤の時間依存性挙動に関する研究をまとめたものである。第1章では、これまでの研究内容とその背景を概括した。第2章では、1997年度から継続している田下凝灰岩のクリープ試験結果について報告した。第3章では、岩石の時間依存性挙動把握のため、載荷速度依存性に関するデータの整理と分析を行った。第4章では、原位置試験計画の策定のため、空洞の周辺岩盤に生じる応力が一本の円形坑道を掘削した際の周辺岩盤の応力状態よりも大きくなるような条件下での坑道の安定性について検討した。

論文

破砕した珪質泥岩の強度および遮水性の回復

杉田 裕; 真田 昌慶; 藤田 朝雄; 羽柴 公博*; 福井 勝則*; 大久保 誠介*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.207 - 212, 2013/01

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、廃棄体を埋設した坑道の周囲に発生する掘削影響領域の特性が放射性核種の移行挙動評価のうえで重要となる。強度が小さい岩盤の場合、坑道を掘削することにより発生する掘削影響領域では岩盤の破壊も生じると考えられる。しかしながら、坑道閉鎖後の長期においては、破壊した岩盤に支保内圧と地圧の双方が作用することにより、破壊により低下した岩盤の物性が回復することが考えられる。本報告は、破壊により低下した岩盤の物性の回復を把握するために実施した室内試験の結果を示すものである。試験の結果、載荷した荷重の大きさ・時間に応じて、強度及び遮水性が回復することが明らかとなった。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 福井 勝則*; 羽柴 公博*; 引間 亮一; 丹野 剛男; 真田 祐幸; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀

JAEA-Research 2011-040, 54 Pages, 2012/02

JAEA-Research-2011-040.pdf:2.85MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分時においては、建設時及び操業時は言うまでもなく、坑道埋め戻し後も千年程度の長期に渡る坑道の安定性の評価が要求される。そこで、岩石や岩盤の時間依存性挙動を、精密な試験や観察・計測から直接的に検討する手法(現象論的方法)で解明し、岩盤構造物の長期挙動予測評価手法を開発する研究を行ってきた。本報告書は、2010年度に実施した研究をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。第2章では、1997年度から継続している田下凝灰岩のクリープ試験結果について報告した。第3章では、岩石の時間依存性の程度を表すnの値の意味をより明確に示すため、強度の載荷速度依存性とクリープ寿命の応力依存性との関係及び時間依存性,強度とクリープ寿命の分布特性,寸法効果の相互関係について論じた。さらに、既往の研究事例をレビューして、土岐花崗岩の力学特性や時間依存性について、今後実施すべき試験について検討した。第4章では岩盤の破壊基準の設定に関する検討として、十分長い時間をかけて岩石を壊したときの強度(長期強度)及び、いつまで経っても破壊に至らない応力条件について検討した。第5章では、周圧下でのnの値の変化及び岩盤強度のばらつきを考慮した二次元有限要素解析により、土岐花崗岩の長期挙動に関する予察的検討を行った。最後に、数値解析結果にもとづいて原位置試験計画に関する所見を述べた。

論文

廃止措置に適用する測定・除染・解体技術

廣川 勝規; 久田 雅樹; 福井 康太; 井上 設生

デコミッショニング技報, (44), p.33 - 42, 2011/09

日本原子力研究開発機構では、事業の合理化及び効率化を図るため、使命を終えた施設,経年化が進んだ施設については、計画的に廃止措置を進めることとしている。廃止措置は、施設の種類や解体対象物の特徴を考慮し、測定・除染・解体技術を上手く適用し、安全かつ経済的に実施する必要がある。本報告では原子力機構大洗研究開発センター環境保全部環境技術課で開発した測定・除染・解体技術について紹介する。

口頭

泥岩を対象とした掘削体積比エネルギーと割れ目頻度に関する一考察

山崎 雅直; 福井 勝則*; 南出 賢司*; 羽出山 吉裕*

no journal, , 

原子力機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する技術開発として、地下研究施設の建設を伴う研究プロジェクト(幌延深地層研究計画)を進めている。本研究では、掘削体積比エネルギーによる地山評価手法の確立を目的に、軟岩用自由断面掘削機による立坑掘削時に取得した消費電力量データと地質観察時に得た泥岩中の割れ目頻度の相関、並びに掘削体積比エネルギーと地下施設の岩盤等級区分の相関を考察した。その結果、地下施設で設定している岩盤等級区分と掘削体積比エネルギーには良好な相関関係を見いだすことができた。掘削体積比エネルギーは掘削と同時にデータを取得できることから、これを支保選定にリアルタイムに反映させることが可能となることに加え、壁面観察以前に岩盤等級評価が実施できるため、壁面観察結果と併用して地山を評価することでより適切な支保を設定できる可能性がある。今後の地下研究施設の施工においては、支保選定(岩盤等級区分)手法として期待できる掘削体積比エネルギーに関するデータを蓄積し、精度向上に役立てていく予定である。

口頭

ブームヘッダの掘削体積比エネルギーと岩盤物性

福井 勝則*; 大久保 誠介*; 稲垣 大介; 羽出山 吉裕*; 山本 卓也*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構が北海道幌延町において建設中の地下研究施設のうち、換気立坑については、軟岩用自由断面掘削機による掘削を実施している。過去の研究事例では、掘削により消費したエネルギーを掘削体積で除した掘削体積比エネルギーについては、岩盤が堅硬になれば大きくなることが知られていることから、両者の相関関係を明らかにすることにより、掘削体積比エネルギーから岩盤物性を把握できる可能性がある。本文では、立坑掘削時に得られる計測データを用いた合理的な地山評価手法の確立を目的として、既往事例の少ない軟岩用自由断面掘削機のブームヘッダによる掘削体積比エネルギーと、坑壁地質観察時に実施した各種岩盤試験結果の相関について分析した。その結果、硬質な岩盤が存在する掘削深度では、掘削体積比エネルギーの増大が見られ、大局的には相関があることを確認できた。今回の掘削範囲では、岩盤強度が低いことからブームヘッダは立坑外周のみに使用したが、今後は全断面掘削の機会にデータを取得し、より精度の高い相関関係を求め、合理的な地山評価手法の確立に反映していく。

口頭

MOX燃料製造のためのマイクロ波脱硝法に関する基礎的研究

福井 国博*; 有満 直樹*; 山本 徹也*; 吉田 英人*; 山本 琢磨*; 石井 克典; 鈴木 政浩

no journal, , 

現在、原子力発電におけるウラン資源の有効利用を図るため、高速増殖炉サイクルの実用化に向けた研究開発が進められている。軽水炉の使用済燃料を再処理して得られる硝酸プルトニウムと硝酸ウラニル溶液を混合後、マイクロ波脱硝法により酸化物に転換され、原子力発電所の燃料として再利用される。マイクロ波脱硝法の利点として、活性度の高い酸化物粉末が得られることや主な装置構造が簡易であり、操作性に優れること等が挙げられる。その一方、脱硝時の投入エネルギーが大きいという問題点も存在する。そこで、本研究では、脱硝反応機構を解明し、エネルギー効率を向上させるためのコールド試験を行ったところ、加熱源となる酸化物粒子を添加することが有効であること、また断熱材を用いることが有効であることがわかった。

口頭

マイクロ波脱硝法による金属硝酸塩からの酸化物粒子の合成

佐伯 佑太*; 福井 国博*; 山本 徹也*; 吉田 英人*; 山本 琢磨*; 石井 克典; 鈴木 政浩

no journal, , 

現在、原子力発電におけるウラン資源の有効利用を図るために、高速増殖炉サイクルの実用化に向けた研究が進められている。軽水炉の使用済燃料を再処理して得られる硝酸プルトニウム溶液は硝酸ウラニル溶液と混合後、マイクロ波脱硝法により酸化物に転換され、原子力発電用燃料として再利用される。しかし、マイクロ波脱硝法では、生成する酸化物粒子の粒子径が小さいため流動性が悪く、燃料製造工程での酸化物粒子の取り扱いが難しいという問題がある。そこで、本研究では脱硝プロセスにおける加熱方法や加熱速度が生成酸化物粒子の粒子径に与える影響を比較することで、マイクロ波脱硝法による粒子径を増大させる手法を検討した。

口頭

ハンドドリルを用いた岩盤特性評価法の検討

引間 亮一; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 丹野 剛男; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*; 福井 勝則*

no journal, , 

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では、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して力学モデルを構築し、坑道掘削時の力学的安定性を評価するとともに、長期的な挙動を評価することが重要である。しかし、坑道掘削前の岩芯など限られた情報からでは、割れ目を含む原位置岩盤の力学特性を正確に評価することは困難であり、また広範囲に渡る地下空洞では、すべての位置を網羅した調査を実施することは現実的でない。このため原位置岩盤の力学特性を簡便で精度よく把握する手法の開発が求められている。本報告では、瑞浪超深地層研究所で採取されたあらかじめ物性値が取得されているボーリングコアを用いてハンドドリルによる削孔試験を行い、原位置で同一削孔条件によるハンドドリル削孔を行うことで原位置での岩盤強度を評価することができる可能性を示した。ハンドドリルによる削孔は原位置で容易に行うことができ、原位置での岩盤物性を評価することができる可能性が高いと期待される。

口頭

東京大学と原子力機構の共同研究; 結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究

羽柴 公博*; 福井 勝則*; 松井 裕哉

no journal, , 

本ポスターは、情報意見交換会のため、東京大学との共同研究として実施している岩盤の長期挙動評価技術開発に関わる平成28年度分の成果を取りまとめたものである。

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