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山岸 茂直*; 林田 健志*; 三澤 龍介*; 木村 健太*; 萩原 雅人; 村田 智城*; 廣瀬 左京*; 木村 剛*
Chemistry of Materials, 35(2), p.747 - 754, 2023/01
被引用回数：5 パーセンタイル：91.39(Chemistry, Physical)The so-called "ferroaxial transition" characterized by a rotational structural distortion that breaks a mirror symmetry has gained growing interest in terms of a new class of ferroic state in crystalline materials. RbFe(MoO
)
which belongs to glaserite-type compounds, X□;1 Y□;2 [M(TO
], is one of the most representative materials showing a ferroaxial transition, i.e., ferroaxial materials. Considering a variety of glaserite-type compounds, we expect that they provide a good arena for ferroaxial materials. In this work, we explored new ferroaxial materials by formula-based screening using regular expression search and symmetry detection algorithm. As a result, we found that a glaserite-type compound, KZr(PO), is one of the promising candidates for ferroaxial materials. Experimentally, we demonstrate that KZr(P O) shows a ferroaxial transition at about 700 K, which is well explained by ab initio phonon calculations. The ferroaxial nature of KZr(PO) is further confirmed by the observation of its domain structures using a linear electrogyration effect, that is, optical rotation in proportion to an applied electric field. Our work provides an effective approach to exploring ferroaxial materials.
林田 健志*; 上村 洋平*; 木村 健太*; 松岡 悟志*; 萩原 雅人; 廣瀬 左京*; 盛岡 仁*; 長谷川 達夫*; 木村 剛*
Physical Review Materials (Internet), 5(12), p.124409_1 - 124409_10, 2021/12
被引用回数：17 パーセンタイル：80.41(Materials Science, Multidisciplinary)The ferroaxial order, which is characterized by a rotational structural distortion in a crystal, has been recently proposed as one of ferroic orders. Though the domain formation is a characteristic feature in ferroic materials, there has been little study done concerning that for the ferroaxial order. Here, we investigate ferroaxial domains that are formed through a ferroaxial transition in two representative ferroaxial materials, NiTiO
and RbFe(MoO). We spatially resolve their domain structures using an optical method based on electric-field- induced optical rotation, that is, electrogyration (EG). In NiTiO, multi-domains are constructed when crystals undergo a ferroaxial transition and the domain size depends on the cooling rate around the transition temperature. Furthermore, the ferroaxial domain structure obtained by the EG measurement is well matched with that by scanning X-ray diffraction (XRD). RbFe(MoO) also exhibits multi-domain states in which domain patterns are different each time a crystal undergoes a ferroaxial transition. In addition, the temperature dependence of the EG signal well obeys that of the order parameter of a first-order phase transition. These results ensure the effectiveness of the EG effect to elucidate the nature of ferroaxial order.
本島 貴之*; 小池 真史*; 萩原 健司*; 青柳 和平
第46回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.208 - 213, 2019/01
大深度立坑掘削の標準工法であるショートステップ工法は、地山を緩ませずに断面を確保できる優れた工法である。ただし、国内に広く分布する堆積岩中への立坑構築を見据えた場合、特に低岩盤強度、初期地圧の異方性、もしくは高地圧といった不利な条件がある場合には覆工コンクリート応力が過大となることが想定される。本研究では支保への応力低減を目的としてショートステップ工法に二重支保・遅れ覆工の考え方を導入し、同手法の成立性について三次元逐次掘削解析にて検討を行うことで有効性を確認した。検証解析は日本原子力研究開発機構が実施している幌延深地層研究計画での原位置観測データを利用し、深度とともに地圧が増加するのに対し、岩盤強度が横ばいとなる厳しい条件下で実施した。
青柳 和平; 亀村 勝美*; 菅原 健太郎*; 萩原 健司*
第53回地盤工学研究発表会発表講演集(DVD-ROM), p.11 - 12, 2018/07
大規模な地下施設の設計・施工にあたっては、岩盤の不均質性を考慮して適切な初期応力状態を設定することが重要となる。幌延深地層研究センターでは、地下施設建設前のボーリング調査で水圧破砕試験により初期応力状態を設定したが、水圧破砕試験で評価できる領域は小さいため、不均質性の影響を含む広範囲な初期応力状態の設定については課題が残されていた。そこで本研究では、幌延深地層研究センターの深度350mに掘削された周回坑道で取得した内空変位に基づき、地下施設規模の初期応力状態を推定する手法を開発し、適用した。推定した初期応力値は、設計で用いた値より高い結果であるものの、ボーリング調査結果に矛盾するものではなかった。
名合 牧人*; 萩原 健司*; 南出 賢司*; 本島 貴之*; 神 和美; 工藤 元; 杉田 裕; 三浦 養一*
第49回全国建設業労働災害防止大会研究論文集(CD-ROM), p.77 - 80, 2012/10
本書では、幌延深地層研究センターの大深度立坑建設時における、湧出ガス対策について報告するものである。幌延深地層研究センターにおいては、湧出ガス対策として、次の6つの管理を講じている。(1)事前調査による、地層,地下水に含まれるメタンガス量,濃度の把握、(2)通気解析(シミュレーション)による送風機, 集塵機, 風管仕様の決定、(3)止水グラウト工によるメタンガスの湧出低減対策、(4)内燃機関の使用禁止、防爆機器の採用、(5)メタンガス管理体制の設定、(6)メタンガス湧出状況の監視モニタリング。このうち、本論では、日常の安全管理活動の中で実施している、3
6について述べる。幌延深地層研究センターにおける立坑の深度は、現在換気立坑で深度290m、東立坑で深度250mであり、メタンガスの湧出状況については、断層部において0.3%1.3%までの上昇が確認されているが、上述の整備した湧出ガス対策に基づいて適切に管理している。メタンガス濃度を低下させる対策を行ううえでは、監視モニタリングの有用性が確認されている。
小島 亘; 山上 光憲; 藤川 大輔; 北川 義人*; 萩原 健司*; 齋藤 綾佑*
土木学会平成20年度全国大会第63回年次学術講演会講演論文集, p.455 - 456, 2008/09
日本原子力研究開発機構が、北海道幌延町において建設を進めている深地層の研究施設では、深度500m程度の立坑等を掘削する。掘削に伴い発生する掘削土(ズリ)は、既往の調査結果から自然由来の重金属類の含有が確認されている。したがって、発生した掘削土(ズリ)は溶出量試験による定期的な性状確認を行った後、適切に処理しなければならないため、迅速に性状を把握する手段として、振とう時間を1時間に短縮した建設現場での溶出量試験(現地分析)を実施している。振とう時間を短縮することで、ホウ素溶出量に及ぼす影響について試験を実施し、現地分析の妥当性について考察した。
山西 毅; 関谷 美智; 鈴木 達也; 伊藤 誠二; 北川 義人*; 萩原 健司*; 土井 崇志*; 齋藤 綾佑*
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を進めている深地層の研究施設では、深度500m程度の立坑等を掘削する。掘削に伴い発生するズリは、既往の調査結果から自然由来の重金属類の含有が確認されている。したがって、発生したズリは溶出量試験による定期的なズリの性状確認を行った後、適切に処理しなければならない。判定に際し、公定分析では、結果を得るまでに2週間程度を要することから、対応に遅れが生じる可能性がある。そこで、本工事におけるズリの管理方法として、建設現場において短時間で分析が可能な手法を構築し、平成18年8月の立坑掘削開始より現地分析による管理を行っている。本講演では、その管理手法並びにその妥当性について考察を行ったので報告する。
北川 義人*; 山崎 雅直; 萩原 健司*; 南出 賢司*; 関谷 美智
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を進めている深度500m程度の立坑等からなる深地層の研究施設において、平成21年3月末で換気立坑250m,東立坑140mまでの掘削を完了した。そこで、立坑工事の積算精度向上を目的として、これまで実施した立坑工事の施工実績のうち、サイクルタイムをまとめ、分析した結果について発表するものである。
萩原 健司*; 小池 真史*; 関谷 美智*; 板橋 秀治; 大原 正嗣
no journal, ,
立坑掘削期間を短縮させる手法の1つとして、1覆工長を延伸し、覆工コンクリート打設回数を削減することが挙げられる。北海道天塩郡幌延町において建設を進めている幌延地下研究施設の西立坑において、1覆工長の延伸が可能であるかを検討し、その結果について報告する。
萩原 健司*; 名合 牧人*; 南出 賢司*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 傳馬 啓輔*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 工藤 元; 津坂 仁和
no journal, ,
北海道天塩郡幌延町において建設を進めている地下研究施設の立坑においては、「高抜け」を誘発する可能性のある、断層破砕帯やブレイクアウトに起因する地山の崩落が発生している。これらの崩落を抑制する対策工を検討した結果、通常2m(無支保区間最大3m)の掘削長を1m(無支保区間最大2m)として、1mの掘削と1mの覆工を繰り返す、1覆工長を短縮する案が最も有効であることが明らかとなった。
南出 賢司*; 萩原 健司*; 名合 牧人*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 傳馬 啓輔*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 工藤 元; 津坂 仁和
no journal, ,
立坑掘削では、断層破砕帯やブレイクアウト現象の影響による地山の崩落に起因する、「高抜け」と呼ばれる現象を抑制しなければならない。北海道天塩郡幌延町において建設を進めている幌延地下研究施設の立坑において、高抜け誘発する断層破砕帯やブレイクアウトを抑制する対策工の検討を行い、ステップ長の変更、及び増しロックボルトを実施した結果、崩落対策として有効であり、覆工の健全性が確保されることが明らかとなった。
萩原 健司*; 名合 牧人*; 工藤 元; 津坂 仁和
no journal, ,
日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センターでは、堆積岩を対象とした高レベル放射性廃棄物の地層処分技術の信頼性向上を目的として、北海道天塩郡幌延町にて、幌延深地層研究計画を実施している。工事請負業者の大成・大林・三井住友特定建設工事共同企業体は、平成17年10月から平成24年4月までに、換気立坑及び東立坑について深度約350mまで、西立坑について深度約50mまで、深度140m及び深度250mの調査坑道については掘削を完了しており、深度350mの調査坑道は総延長752mのうち、27mまで掘進している。本稿では、地下施設建設の特徴的な、(1)堆積軟岩での深度500mまでの大深度立坑の情報化施工、(2)堆積軟岩中の割れ目帯におけるプレグラウト工の実施、(3)湧水に伴うメタンガスの発生に対する坑道内の通気とその濃度の常時モニタリングについて報告する。
萩原 健司*; 南出 賢司*; 名合 牧人*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 工藤 元; 津坂 仁和
no journal, ,
北海道天塩郡幌延町において建設を進めている地下研究施設の立坑では、発破掘削を採用している影響により発生したと考えられる地山の割れ目(以下、掘削性割れ目という)が壁面観察時に多く確認されている。これらの掘削性割れ目は、覆工コンクリートの変位を誘発し、圧縮応力の増加が懸念されるため、対策として先受けボルト工を行い、掘削性割れ目を抑制することができた。
南出 賢司*; 萩原 健司*; 名合 牧人*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 矢吹 義生*; 工藤 元; 稲垣 大介; et al.
no journal, ,
北海道天塩郡幌延町において建設を進めている幌延地下研究施設の立坑において、覆工コンクリートの東西方向にひび割れが発生する事象が確認されている。本発表はその覆工コンクリートのひび割れの発生メカニズムを分析した結果とこれまでに行ったひび割れ抑制対策について報告するものである。
南出 賢司*; 工藤 元; 津坂 仁和; 萩原 健司*; 小川 弘之*; 森本 勤*; 矢吹 義生*; 名合 牧人*
no journal, ,
幌延深地層研究計画において、地下施設施工時には切羽・壁面の地質観察および3Dスキャナーによる壁面形状測定を行い、地質情報と壁面形状の関係の整理を行っている。また、調査ボーリングやグラウト工事の情報を3次元化した地質情報管理システムに反映し、地下施設近傍における断層等の可視化を行っている。これらの情報を用いた結果、立坑掘削時の壁面崩落の傾向を把握でき、その対策を行うことにより壁面崩落を抑制することが可能となった。また、地下施設施工時に多量の湧水や地山崩落等が発生する可能性が高い箇所を、3次元的に適切に把握することにより、地質構造に対してより正確な事前対策を行うことが可能となった。
稲垣 大介; 津坂 仁和; 青柳 和平; 萩原 健司*; 名合 牧人*; 南出 賢司*; 井尻 裕二*
no journal, ,
幌延深地層研究所の地下施設では、事前調査や周辺の掘削実績より、立坑の健全性に複雑な影響を及ぼすと考えられる複数の立体的に交差する断層の出現が予想されていた。立坑の支保設計においては、断層部を施工する際の覆工コンクリートの三次元的な応力分布を定量的に評価し、立坑の健全性を確保することが、課題の一つとして挙げられる。本稿では、この課題に対して、掘削前に実施した三次元逐次掘削解析による対象断層部の影響評価について報告する。
BaCo(PO)梶田 遥一*; 山岸 茂直*; 林田 健志*; 木村 健太*; 萩原 雅人; 木村 剛*
no journal, ,
Ferroaxial order is characterized by the symmetry breaking of the mirror parallel to the principal axis in the crystal structure. It is predicted to show unique physical properties such as the antisymmetric thermopolarization, that is, the induced-polarization perpendicular to the applied temperature gradient [1]. So far, materials showing ferroaxial order are limited. A recent study focused on the glaserite-type compounds belonging to the space group P-3 (No. 147) or P-3m1 (No. 164) as ferroaxial material candidates and experimentally confirmed that one of such compounds, KZr(PO) is a ferroaxial material [2]. In this work, we focus on one of the glaserite-type compounds, NaBaCo(PO). We synthesized polycrystalline samples by a solid-state reaction and single crystals by a flux method similar to the previous report [3]. We conducted measurements of thermogravimetry and differential thermal analysis (TG-DTA) for these samples and found the possibility that NaBaCo(PO) undergoes a phase transition at around 700 K. Through neutron powder diffraction measurements, we revealed that the phase transition is a ferroaxial transition from ferroaxial P-3; to nonferroaxial P-3m1. In the ferroaxial phase of NaBaCo(PO), there are two domain states depending on the sign of the order parameter, which corresponds to the rotational direction of the PO tetrahedron. Such domain states can be visible with the electrogyration, that is, the gyration induced by an applied electric field [4]. Using this technique, we attempted to visualize the ferroaxial domains in NaBaCo(PO). In this presentation, details of the experiments and results will be presented. [1] J. Nasu and S. Hayami, Phys. Rev. B 105, 245125 (2022).[2] S. Yamagishi et al., Chem. Mater. 35, 747 (2023).[3] R. Zhong et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 116, 14505 (2019).[4] T. Hayashida et al., Nat. Commun. 11, 4582 (2020).
山岸 茂直*; 林田 健志*; 三澤 竜介*; 木村 健太*; 萩原 雅人; 村田 智城*; 廣瀬 左京*; 木村 剛*
no journal, ,
In recent years, ferroaxial order is discussed as a new class of ferroic states [1,2]. This order is a structural order characterized by a partial rotational distortion, which was initially introduced by R.D. Johnson et al. in 2011 [1]. It has been attracting increased interests because of its potential for unconventional physical phenomena and new functionalities such as transverse responses in which input external fields induce output conjugate physical quantities along the perpendicular direction [3]. However, only a few ferroaxial materials have been reported to date, (e.g., NiTiO [4,5] and RbFe(MoO) [5]). In this work, we sought new ferroaxial materials by formula-based screening using a regular expression search and the symmetry detection algorithm. As a result, we found that a glaserite- type compound, KZr(PO) , is one of the promising candidates for ferroaxial materials. Furtheremore, our ab initio phonon calculations suggested that this compound undergoes a ferroaxial transition. Experimentally, by the structural analysis using neutron powder diffraction measurements, we demonstrated that KZr(PO) shows a ferroaxial transition at about 700 K. The ferroaxial nature of KZr(PO) was further confirmed by the observation of its domain structures using a linear electrogyration effect, that is, optical rotation in proportion to an applied electric field [6]. In this presentation, we will provide details of the database screening and the experiments. [1] R. D. Johnson et al., Phys. Rev. Lett. 107, 137205 (2011). [2] J. Hlinka et al., Phys. Rev. Lett. 116, 17 (2016). [3] S.-W. Cheong et al., npj Quantum Mater. 6, 58 (2021). [4] T. Hayashida et al., Nat. Commun. 11, 4582 (2020). [5] T. Hayashida et al., Phys. Rev. Mater. 5, 124409 (2021). [6] S. Yamagishi et al., Chem. Mater. 35, 747 (2023).
