掘削体積比エネルギーを用いた原位置岩盤物性評価に関する研究(共同研究)

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

JAEA-Research 2013-040, 51 Pages, 2014/03

JAEA-Research-2013-040.pdf:6.86MB

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岩盤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、岩盤の長期的な挙動を評価することが重要な課題とされている。坑道掘削前のボーリングコア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精度よく評価することは困難であるため、原位置岩盤の力学特性を簡便で精度よく把握する手法として、掘削機械の掘削データから得られる掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤物性評価手法に関する研究を実施した。その結果、以下の知見を得た。(1)基礎実験から得られたSEによる強度推定式より、原位置の岩盤強度を概ね正しく評価することができ、その誤差は2030%であった。(2)基礎実験から得られた削孔速度による強度推定式では、岩盤強度を正しく評価できないことがわかった。(3)1つの推定式からより広範囲の岩盤強度を算出できる可能性を示した。本報告書は、2010年度2012年度の3年間で実施した共同研究の成果をまとめたものである。

Onset and evolution of =2/1 neoclassical tearing modes in high- mode discharges in JT-60U

諫山 明彦; 松永 剛; 平野 洋一*; JT-60チーム

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1402013_1 - 1402013_8, 2013/03

https://doi.org/10.1585/pfr.8.1402013

JT-60Uにおける=2/1の新古典テアリングモード(NTM)の発生と成長に関して、類似の放電条件のデータを解析した(はポロイダルモード数、はトロイダルモード数)。その結果、約80%の放電においては明確なトリガー事象がなく成長していて、残りは=2/1有理面でのコラプスによりトリガーされていることがわかった。前者では規則的な磁場揺動が徐々に増大するが、後者では発生時から振幅が大きく振動は不規則である。また、コラプスにより電子温度が20%程度変化するものは2/1NTMをトリガーするが、より小さいコラプス(電子温度の変化が7%)ではNTMをトリガーしないことがわかった。このことはNTMをトリガーするためのコラプスの大きさに閾値があることを示唆している。このコラプスの発生領域や時間変化は、以前観測されたBarrier Localized Modeに類似している。

原位置岩盤物性評価のための掘削体積比エネルギー利用について; 瑞浪超深地層研究所における研究計画

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*

平成23年度(2011年)資源・素材学会秋季大会講演集, p.265 - 266, 2011/09

地層処分技術に関する研究開発では、坑道掘削時の力学的安定性評価を行うことに加えて、岩盤の長期的な挙動を評価することが重要となっている。さらに、坑道掘削後には掘削影響領域が生じ、地下水や物質の選択的な移行経路になることも想定される。しかし、坑道掘削前の岩芯など限られた情報からでは、力学特性や割れ目の分布などの不確実性を伴う原位置岩盤を正確に評価することは困難であり、広範囲にわたる地下施設では、すべての位置を精密な原位置調査を実施することは現実的でない。一方、岩盤性状の変化は削岩機やTBMの掘削データから推定できることが以前から知られており、掘削体積比エネルギーが岩盤性状を現す一つの指標として提案されている。本報告では、既存文献から掘削体積比エネルギーを用いて掘削影響領域を評価できる可能性を示した。掘削体積比エネルギーは、施工時の掘削機械のデータから算出できるため、トンネル線形に沿った連続したデータとして取得でき、広範囲にわたる原位置での岩盤物性や掘削影響領域を評価することができる可能性は高いと期待される。

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*; 引間 亮一; 平野 享*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-031, 45 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-031.pdf:1.22MB

岩石や岩盤は、クリープや応力緩和のような時間依存性挙動を示すことが知られている。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。このため、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、そのような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、2009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。つぎに第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。つづいて第3章では、非線形粘弾性論をよりどころとして、岩石や岩盤の時間依存性挙動を表現するコンプライアンス可変型構成方程式とそのパラメータの取得法について総括した。また、2008年度までに得られた試験結果を踏まえて、土岐花崗岩の時間依存性挙動と中間温度(40C80C)での稲田花崗岩の時間依存性挙動に関する所見を述べた。最後に第4章では、拡張したコンプライアンス可変型構成方程式を用いた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、数値解析結果に基づいて原位置試験計画に関する所見を述べた。

Development of polarization interferometer for Thomson scattering diagnostics in JT-60U

波多江 仰紀; Howard, J.*; 海老塚 昇*; 平野 洋一*; 小口 治久*; 北村 繁; 佐久間 猛; 濱野 隆

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.8, p.680 - 684, 2009/09

フーリエ変換分光の手法をトムソン散乱計測に初めて導入し、電子温度・密度測定の測定性能を向上させる手法を確立することを目指して、トムソン散乱のための偏光干渉計を開発中である。逆磁場ピンチ装置TPE-RXにおいて、既存のYAGレーザートムソン散乱システムを利用し、本計測手法の原理実証試験を行った。既存の干渉フィルターポリクロメーターと偏光干渉計を交互に用い、空間1点(プラズマ中心近傍)の電子温度の測定を行った結果、双方でほぼ同様の電子温度を得て、本方式による有効性を実証した。次のステップとして、本方式の実用性を実証するために、JT-60Uのための多チャンネル偏光干渉計を開発中である。ルビーレーザーによるトムソン散乱光をウォラストンプリズムへ入射し、結晶内の光路長を空間的に変化させることにより、インターフェログラムをICCD検出器で測定する。各種光源を用いた較正試験では、光源の波長に応じたインターフェログラムが取得でき、FFT処理を行うことによりスペクトルの再構成を行うことができた。

Development of polarization interferometer based on Fourier transform spectroscopy for Thomson scattering diagnostics

波多江 仰紀; Howard, J.*; 平野 洋一*; 内藤 磨; 中塚 正大*; 吉田 英次*

Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1026_1 - S1026_5, 2007/11

https://doi.org/10.1585/pfr.2.S1026

核融合プラズマの電子温度・密度分布を測定するトムソン散乱では、散乱スペクトルの分光器として従来、回折格子を用いた分光器や干渉フィルターを用いたフィルターポリクロメータが使われてきた。これらの手法では、スループットが小さい、相対波長感度較正が必要といった課題がある。近年、フーリエ分光に基づく偏光干渉計をトムソン散乱へ応用することが提案され、この手法は上記の課題を改善できる可能性がある。本研究ではこの手法の原理実証のため、トムソン散乱計測のための偏光干渉計を開発中である。この手法では、干渉計の遅延光路長を適切に選んだとき、トムソン散乱光のコヒーレンスが電子温度と電子密度の関数で表現できることから、干渉信号強度から電子温度と電子密度が評価できる。JT-60での本格的な測定に先立ちTPE-RXで初期的な測定実験を行う予定である。プロトタイプの分光器では、TPE-RXの運転領域にあわせて、1001000eVの電子温度レンジ,510m以上の電子密度をターゲットとして設計を行った。

High heat load test of molybdenum

田辺 哲朗*; 藤野 道彦*; 野口 宏*; 八木 康文*; 平野 洋一*; 清水 肇*; 秋場 真人; 荒木 政則; 久保田 雄輔*; 宮原 昭*

Journal of Nuclear Materials, 200(1), p.120 - 127, 1993/03

https://doi.org/10.1016/0022-3115(93)90015-Q

次期核融合実験炉用プラズマ対向機器表面材料として、幾つかの材料が検討されている。本報では、溶融型モリブデンについて、電子及びイオンビームによる熱衝撃試験を行い、溶融層の構造変化を調べた。溶融型Moは従来の粉末焼結型Moに比べ、結晶粒が大きく、延性が良いこと、不純物が少ないこと等の性質を有している。以下に主要結果を示す。(1)電子ビーム照射試験において、溶融型Moと粉末焼結型Moでは表面損傷状態に大きな違いがある。溶融型Moでは、多少の損傷は確認されたが、単結晶性は表面溶融後においても残っているのに対し、粉末焼結型Moでは、多数のクレータ痕が表面に生じた。これは、粉末焼結型Mo内に残っている不純物ガスによるものと考えられる。(2)電総研核融合実験装置において、Moリミターを採用したことにより、従来得られていた黒鉛リミターでのプラズマ閉じ込め特性と比べ、その特性が改善された。

フーリエ分光に基づくトムソン散乱計測のための偏光干渉計の開発

波多江 仰紀; Howard, J.*; 平野 洋一*; 小口 治久*; 内藤 磨; 北村 繁

no journal, , 

トムソン散乱計測では、レーザーによる電子の散乱光のドップラー広がりを分光分析することにより、プラズマの電子温度・密度を測定する。散乱光の分光では、これまでに回折格子による分光器や干渉フィルターを用いたポリクローメータが用いられてきた。一方、分光器としてこれらの分光方式と異なる、フーリエ分光に基づく偏光干渉計が提案されている。本研究では、フーリエ分光に基づく偏光干渉計の原理実証のために、トムソン散乱計測用の偏光干渉計を開発中である。この方式では、比較的高いスループットが期待でき、少ない検出器で広い温度範囲をカバーできる可能性がある。本方式の原理実証試験は、逆磁場ピンチ装置TPE-RX(T1keV, n510m)で実施予定であり、TPE-RXの運転パラメタに合わせて偏光干渉計の設計を行った。T1keVの温度領域で干渉信号のコントラストが最大となるよう、光路差を与える複屈折板(水晶板)の厚みは0.555mmとした。黒体放射炉を用いた予備試験では、黒体温度を1000Cから1500Cまで変化させ、放射光の干渉信号を測定したところ理論値とほぼ一致し、本方式の原理実証の見通しを得た。講演では近日実施予定のTPE-RXにおける原理実証試験の初期結果について発表する予定である。

JT-60におけるトムソン散乱計測用フーリエ変換分光器の開発

波多江 仰紀; Howard, J.*; 平野 洋一*; 小口 治久*; 北村 繁

no journal, , 

フーリエ変換分光の手法をトムソン散乱計測に初めて導入し、電子温度・密度測定の測定性能を向上させる手法を確立することを目指して、トムソン散乱のための偏光干渉計を開発中である。逆磁場ピンチ装置TPE-RXにおいて、既存のYAGレーザートムソン散乱システムを利用し、本計測手法の原理実証試験を行った。既存の干渉フィルターポリクロメーターと偏光干渉計を交互に用い、空間1点(プラズマ中心近傍)の電子温度の測定を行った結果、ショットの再現性,検出器回路ノイズ及び較正に問題が残るが、ほぼ同様の電子温度を得て、本方式による有効性を実証した。次のステップとして、本方式の実用性を実証するために、JT-60のための多チャンネル偏光干渉計を設計中である。光ファイバーからの拡散光(ルビーレーザーによるトムソン散乱光)を複屈折結晶へ入射し、結晶内の光路長を空間的に変化させることにより、強度の光路長による関数形(インターフェログラム)をICCD検出器で測定し、それをフーリエ変換することによりトムソン散乱スペクトルを求めることを検討している。

磁気軸受型遠心抽出器の開発,6; 磁気軸受型遠心抽出器の耐久性評価試験

荒井 陽一; 藤咲 和彦*; 小泉 聡*; 荻野 英樹; 平野 弘康

no journal, , 

原子力機構では「高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)」の一環として、装置寿命の飛躍的向上が期待できる磁気軸受型遠心抽出器の開発を進めてきているが、磁気軸受は非接触であるため、停止原因,寿命等を予想するのが非常に難しい。そのため、これまでに約5000時間の連続運転試験,放射線等の環境因子の影響試験を実施し、停止原因等を調査してきた。本試験では、運転及び停止状況から停止時期を推測するためのモニタリングデータ,耐久性を向上させる改良点等を取得することを目的に、実機に近い運転した状態での線照射試験を実施するとともに、さらに運転時間を累積した長期連続運転を実施した。