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報告書

第1廃棄物処理棟及び第2廃棄物処理棟におけるコンクリート構造物の中性化深さの調査

旭都; 保住真成; 鈴木一朗; 瀬谷真南人; 森優和; 坂本裕; 木下淳一; 須藤智之

JAEA-Testing 2025-005, 15 Pages, 2025/11

JAEA-Testing-2025-005.pdf:1.37MB

原子力科学研究所の原子力施設から発生する放射性廃棄物は、放射性廃棄物処理場に集められ、その放射能レベルや性状に応じて、処理又は保管廃棄される。放射性廃棄物処理場は複数の施設で構成されており、そのうち第1廃棄物処理棟は、可燃性の固体廃棄物を焼却する施設であり、第2廃棄物処理棟は、比較的放射能レベルの高い固体廃棄物をコンクリートセル内にて処理する施設である。第1廃棄物処理棟の建家は建設後46年、第2廃棄物処理棟は43年が経過していることから、今後の保守管理に資することを目的として、2024年にコンクリートの健全性調査のための中性化試験を行った。また、得られた試験結果から中性化深さの進展予測を行った。本報告では、中性化試験の概要とその結果から得られた中性化深さの進展予測について述べる。

論文

PSTEP: Project for solar-terrestrial environment prediction

草野完也*; 一本潔*; 石井守*; 三好由純*; 余田成男*; 秋吉英治*; 浅井歩*; 海老原祐輔*; 藤原均*; 後藤忠徳*; et al.

Earth, Planets and Space (Internet), 73(1), p.159_1 - 159_29, 2021/12

https://doi.org/10.1186/s40623-021-01486-1

被引用回数：7 パーセンタイル：32.38(Geosciences, Multidisciplinary)

PSTEPとは、2015年4月から2020年3月まで日本国内の太陽・地球惑星圏に携わる研究者が協力して実施した科研費新学術領域研究である。この研究枠組みから500以上の査読付き論文が発表され、様々なセミナーやサマースクールが実施された。本論文では、その成果をまとめて報告する。

論文

放射線モニタリング無人固定翼機の予見制御による高度制御性能向上

佐藤昌之*; 村岡浩治*; 穂積弘毅*; 眞田幸尚; 山田勉*; 鳥居建男

日本航空宇宙学会論文集(インターネット), 65(2), p.54 - 63, 2017/02

https://doi.org/10.2322/jjsass.65.54

宇宙航空研究開発機構(JAXA)と原子力機構(JAEA)は福島第一原子力発電所事故の環境影響を評価するための放射線モニタリング用の無人機の開発を実施している。本論文では、無人飛行機開発コンセプト及び自律飛行のための基礎的なアルゴリズムについてまとめた。開発した機体は福島県浪江町で飛行試験を行い、放射線を計測できることを実証した。

論文

Valence-band electronic structure evolution of graphene oxide upon thermal annealing for optoelectronics

山口尚人*; 小川修一*; 渡辺大輝*; 穂積英彬*; Gao, Y.*; 江田剛輝*; Mattevi, C.*; 藤田武志*; 吉越章隆; 石塚眞治*; et al.

Physica Status Solidi (A), 213(9), p.2380 - 2386, 2016/09

https://doi.org/10.1002/pssa.201532855

被引用回数：14 パーセンタイル：49.55(Materials Science, Multidisciplinary)

本論文では加熱による酸化グラフェンの還元過程について報告する。酸化グラフェンにおいて酸素官能基の修飾度合いは加熱温度により制御できるため、加熱温度による価電子帯構造の変化をリアルタイム光電子分光で調べた。600 $^{circ}$ C以上の加熱により、フェルミ準位近傍の状態密度の顕著な増加が確認された。この結果は、600 $^{circ}$ Cにおいてバンドギャップが存在する酸化グラフェンからギャップが存在しない酸化グラフェンへと変化したことを示している。この成果は酸化グラフェンの光電子工学への応用を期待させるものである。

論文

Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層における酸化誘起Ge濃縮過程; リアルタイム光電子分光による解明

小川修一*; 穂積英彬*; 吉越章隆; 石塚眞治*; 加賀利瑛*; 寺岡有殿; 高桑雄二*

応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.67 - 70, 2011/01

Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層の酸化によって加速されるGe原子の濃縮速度について、放射光を用いたリアルタイム光電子分光によって調べた。Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層はp型Si(001)基板上にGe蒸着で形成し、その合金層をラングミュア型吸着条件で酸化した。773Kでの酸化ではGe原子は酸化されず、SiO $_{2}$ 層のみがSi $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層上に形成された。さらに、GeO分子の脱離は起こらなかった。一方で、室温ではSi原子ばかりでなくGe原子も酸化された。この違いは点欠陥発生を伴う統合酸化モデルで説明できる。すなわち、773Kでは多くの欠陥がSi $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層の酸化中に発生し、Ge原子がこれらの欠陥を通して拡散すると示唆される。

論文

Numerical study of fog deposition on vegetation for atmosphere-land interactions in semi-arid and arid regions

堅田元喜; 永井晴康; 梶野瑞王*; 植田洋匡*; 穂積祐*

Agricultural and Forest Meteorology, 150(3), p.340 - 353, 2010/03

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2009.11.016

被引用回数：32 パーセンタイル：75.08(Agronomy)

本研究では、植生への霧水沈着を考慮した精緻な地表面モデルと気象モデルを用いて、乾燥地域における植生への霧水沈着と、その水・熱バランスへの影響を評価した。モデルによる霧水沈着の推定結果から、乾燥地域において霧水沈着が降水量よりも有効な水資源となりうることを示した。霧水沈着に伴う葉面水の蒸発は、蒸散を抑えることによって植物の水ストレスを軽減することがわかった。霧水沈着によって増加した葉面水及び土壌水の蒸発に伴う潜熱によって、日中の土壌及び葉面の温度が減少することを示した。さらに、葉面水の蒸発の増加に伴う蒸散の減少は、乾燥地域において強い水ストレスを受ける植物の光合成に利用される有効な水資源を供給することを明らかにした。

論文

Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層/Si(001)表面における酸化誘起炭素拡散; 酸化膜成長とエッチング条件での比較

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

応用物理学会薄膜・表面物理分科会/シリコンテクノロジー分科会共催特別研究会研究報告, p.181 - 184, 2010/01

Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層の酸化過程を調べるため、p型Si(001)表面にC $_{2}$ H $_{4}$ を曝露することにより形成したSi $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層の酸化過程をリアルタイムXPSで調べた。実験はSPring-8のBL23SUの表面化学反応解析装置で行った。ラングミュア型吸着(773K)では、炭素原子は酸化されずSiO $_{2}$ /Si界面で濃縮されるため、酸化誘起歪みによってC原子が拡散することがわかった。一方、二次元島成長(933K)では、SiO脱離によって酸化開始後6000sで表面が約38層エッチングされたにもかかわらず炭素濃度は20%程度しか減少しなかったことから、SiO脱離においてC原子拡散の促進が示唆された。

論文

Real-time photoelectron spectroscopy study of 3C-SiC nucleation and growth on Si(001) surface by carbonization with ethylene

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

JSPS 141 Committee Activity Report, p.317 - 322, 2009/12

Si(001)表面へのC $_{2}$ H $_{4}$ 曝露による3C-SiC合金層形成において核発生までに時間遅れが存在する。この時間遅れではSi $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層が形成されるが、その化学結合状態の変化は未だ明らかになっていない。そこで、3C-SiC合金層形成過程を明らかにするため、Si(001)基板の炭化反応過程をリアルタイムXPSで観察した。実験はSPring-8のBL23SUの表面化学反応解析装置にて行った。C1sのピーク分離からSiCの核発生は約8000sとわかり、このときのC1s, Si2p光電子強度から臨界炭素濃度は17%であると求まった。

口頭

SiO $_{2}$ /Si界面酸化における格子歪みの役割,3; 酸化誘起炭素濃縮による3C-SiC成長

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

no journal, ,

歪みSi-MOSFET作製にはSiGe混晶層が用いられてきたが、Ge以外にCを用いる方法も提案されている。Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層でのゲート絶縁膜形成における酸化膜形成過程は、Si清浄表面のものと著しく異なる。本研究では、このようなSi $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層酸化過程におけるC原子の挙動をリアルタイムXPSで調べた。酸化誘起歪みによってC原子がSiO $_{2}$ /Si界面に濃縮され、臨界C濃度(x=0.2)を超えることで3C-SiCが形成されることを明らかにした。

口頭

SiGe/Si表面の酸化反応機構,1; GeO $_{2}$ 形成の温度依存

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; 寺岡有殿; 高桑雄二*

no journal, ,

本研究では、SiGe合金層の酸化によるGe濃縮過程を明らかにするために、Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層酸化過程におけるGe3d光電子スペクトルをリアルタイムXPSで調べた。実験はSPring-8のBL23SUに設置されている表面反応分析装置を用いて行った。p型Si(001)表面に室温でGeを約2ML蒸着した後、933Kでアニールを行いSi $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金を形成した。その表面をO $_{2}$ 圧力5.010 $^{-5}$ Paで6400s酸化した後、酸化を促進させるため1.310 $^{-3}$ Paまで圧力をあげてさらに5300s酸化を行った。酸化実験は室温及び773Kで行った。773KのSiGe合金層酸化では、Ge原子は酸化されずにSi原子が優先的に酸化され、また酸化速度はSi(001)表面よりも遅いことがわかった。これはSiO $_{2}$ 膜形成によってGe原子がSi基板側へ拡散するためと考えられる。

口頭

Oxidation kinetics of SiGe alloy layer studied by real-time XPS

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

no journal, ,

SiGe合金層の酸化はCMOSデバイスにおけるGeの濃縮工程に使われる。本研究では、SiGeの酸化反応速度をリアルタイムXPSによって調べて、酸化とGeの濃縮反応速度論を明らかにすることを目的としている。実験はSPring-8のBL23SUで行われた。室温のSi(001)基板にGeを堆積させ、その後、933Kで20分間加熱し、773Kで酸素ガスに曝して酸化した。O1s, Si2p, Ge3d光電子スペクトルを酸化中に測定した。O1s光電子強度は急激に増加し、2000秒で飽和した。SiGe合金表面の酸化速度はSi清浄表面のそれよりも遅い。しかし、SiGe上のSiO $_{2}$ 成分は増加した。Geは酸化されないことがわかった。これらの結果から、Ge原子はSi基板に拡散することが示唆される。このGeの拡散は酸化誘起歪の発生に起因しているかもしれない。

口頭

Temperature dependence of exclusive SiO $_{2}$ formation during thermal oxidation of Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$ alloy layer on Si(001) surfaces

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

no journal, ,

歪Siを用いたCMOS電子デバイスにおけるGeの濃縮機構を明らかにするために、Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層の酸化反応速度をリアルタイムXPSによって測定した。室温と773Kの二通りの温度におけるSi $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層の酸化反応速度を比較することによって、773KではSiO $_{2}$ が選択的に形成されるのに対して、室温ではGeが著しく酸化されることが見いだされた。この結果はGeの酸化速度が酸化誘起歪によるGe拡散に依存することを示している。

口頭

酸化グラフェン還元過程のリアルタイムXPS観察; ヒドラジン処理効果

渡辺大輝*; 小川修一*; 山口尚人*; 穂積英彬*; 江田剛輝*; Mattevi, C.*; 吉越章隆; 石塚眞治*; 寺岡有殿; 山田貴壽*; et al.

no journal, ,

本研究ではH $_{4}$ N $_{2}$ 処理による酸化グラフェンの化学結合状態と電子状態の変化を調べるため、酸化グラフェンンの加熱還元過程のリアルタイム光電子分光観察を行った。800 $^{circ}$ Cに加熱後の酸化グラフェンのC1s光電子スペクトルから、H $_{4}$ N $_{2}$ 処理した酸化グラフェンはsp $^{3}$ に起因するアモルファス成分並びに点欠陥が著しく減少していることがわかった。酸化物もH $_{4}$ N $_{2}$ 処理によって減少することが明らかとなった。以上よりH $_{4}$ N $_{2}$ 処理によって酸化グラフェンの抵抗率や透過率が改善するのは酸化物が減少するだけでなく、点欠陥やアモルファスも低減するためとわかった。

口頭

Chemical bonding states and electronic states of reduced graphene oxides studied by real-time photoelectron spectroscopy

渡辺大輝*; 小川修一*; 山口尚登*; 穂積英彬*; 江田剛輝*; Mattevi, C.*; 吉越章隆; 石塚眞治*; 寺岡有殿; 山田貴壽*; et al.

no journal, ,

The reduction of graphene oxide (rGO) is the most applicable method to obtain the large-area graphene, which is used for a transparence electrode. In order to improve the electric property of rGO, the reduction process of GO must be clarified. In this study, we have investigated the vacuum-annealing induced changes of the chemical bonding states and electronic states of GO, which was treated with and without hydrazine using real-time photoelectron spectroscopy. After annealing, all of oxides and sp $^{3}$ components of C1s photoelectron peak decrease while sp $^{2}$ and defect components increase. These facts indicate that carbon vacancies are generated by reduction of GO, implying that these vacancies make rGO poor electric property. Fermi edge can be clearly observed in rGO. This result also supports the assumption that the atomic vacancies are generated in the graphene sheets.

口頭

酸化グラフェン還元過程における化学結合状態のリアルタイム光電子分光解析

渡辺大輝*; 小川修一*; 山口尚登*; 穂積英彬*; 江田剛輝*; Mattevi, C.*; 吉越章隆; 石塚眞治*; 寺岡有殿; 山田貴壽*; et al.

no journal, ,

グラフェンの透明電極応用として、還元された酸化グラフェン(rGO)の利用が検討されている。GOを加熱することにより、水酸基などがGOから脱離し、抵抗率や透過率が回復する。しかし、rGOはその他の形成方法で作成されたグラフェンと比較して電気抵抗率が低いことが問題となっている。これはGOに吸着している官能基が完全に脱離していないためと考えられるが、還元過程における酸化物の挙動については明らかになっていない。そこで、本研究では放射光光電子分光法により真空加熱によるrGO作製過程をリアルタイム観察し、電子状態と化学結合状態の変化を調べることで、ヒドラジン(H $_{4}$ N $_{2}$ )処理の有無によるGOの還元過程について検討した。C1s光電子スペクトルから、H $_{4}$ N $_{2}$ 処理したGOはsp $^{3}$ 成分,アモルファス成分,欠陥成分並びに酸化物が著しく減少していることがわかった。N $_{4}$ N $_{2}$ 処理を行うことによって官能基は室温でもH $_{2}$ OとしてGOより脱離するためと考えられる。

口頭

酸化グラフェンの還元におけるヒドラジン処理効果

渡辺大輝*; 小川修一*; 山口尚登*; 穂積英彬*; 江田剛輝*; Mattevi, C.*; 吉越章隆; 石塚眞治*; 寺岡有殿; 山田貴壽*; et al.

no journal, ,

高輝度放射光を用いた光電子分光法により、ヒドラジン(H $_{4}$ N $_{2}$ )処理及び無処理の酸化グラフェンの真空加熱による還元過程をリアルタイム観察し、化学結合状態の変化を比較し、還元過程におけるH $_{4}$ N $_{2}$ 処理の効果について調べた。H $_{4}$ N $_{2}$ 処理後の加熱還元過程では、空孔などの欠陥成分の増加が大きく抑制されていることが明らかとなった。H $_{4}$ N $_{2}$ 処理によって酸化グラフェンの電気特性が改善するのは、酸化物が減少するだけでなく、アモルファス成分と空孔欠陥成分も低減するためとわかった。

口頭

Strained Si atoms at SiO $_{2}$ /Si interface during oxidation of Si $_{1-x}$ C $_{x}$ alloy layer on Si(001) surfaces

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

no journal, ,

酸化誘起歪と酸化速度の関係を明らかにするために、Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 表面での酸化をリアルタイム放射光光電子分光で研究した。p型Si(001)表面を913Kで3.310 $^{-5}$ Paのエチレンに曝して炭化した。Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 表面を773Kで5.010 $^{-5}$ PaのO $_{2}$ 雰囲気で酸化した。酸素が飽和してからO $_{2}$ 圧力を1.310 $^{-3}$ Paに上げた。酸化の間、Si-2p, O-1s, C-1s光電子スペクトルを繰り返し測定した。C-1s/Si-2p(Si $^{0}$ )比の時間発展からSiピークはバルクSiと歪Siから構成されていることがわかった。C-1s/Si-2p(Si $^{0}$ )比の増加はSiO $_{2}$ /Si界面に炭素原子が集中することを表している。O $_{2}$ 圧増加の後で、界面の酸化が進行する。その界面酸化速度は酸化とともに減少した。酸化誘起歪も界面酸化とともに減少した。これらの結果から、界面酸化速度は酸化誘起歪によって増速される。

口頭

Enhancement of carbon diffusion caused by thermal oxidation on Si $_{1-x}$ C $_{x}$ alloy layer/Si(001) surfaces

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

no journal, ,

本研究では、リアルタイム光電子分光で調べたSi $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層の酸化速度をもとにして、炭素の振る舞いを明らかにした。Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層はSi(001)表面をエチレン(C $_{2}$ H $_{4}$ )に曝して形成した。Si中への炭素の固溶度は3.510 $^{17}$ cm $^{-3}$ と小さいが、二量体化誘起歪のために10 $^{4}$ 倍も大きくなり得ることが知られている。これはSi(001)表面の数シリコン層内に、x=0.2までのSi $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層が形成され得ることを意味している。炭素と酸素の深さプロファイルの変化を比較して、酸化誘起歪による炭素拡散増速が考えられる。

口頭

Carbon condensation and 3C-SiC growth caused by oxidizing Si $_{1-x}$ C $_{x}$ alloy layers on Si(001) substrate

穂積英彬*; 小川修一*; 吉越章隆; 石塚眞治*; Harries, J.; 寺岡有殿; 高桑雄二*

no journal, ,

歪Siチャネルを持つ相補型金属-酸化膜-半導体(CMOS)デバイスがキャリア移動度を改善するために開発されてきた。そのようなCMOSデバイスでは、チャネル層はSi $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 又はSi $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金で形成される。Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$ 合金層の場合、酸化するとGeが濃縮される。一方、IV族合金層の酸化反応速度の詳細はまだ明らかになっていない。本研究では、Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層の酸化反応速度についてリアルタイムX線光電子分光によって研究し、酸化速度と酸化途中の炭素原子の振る舞いについて明らかにした。

口頭

エチレンによるSi(001)表面炭化反応過程のリアルタイムXPS観察

高桑雄二*; 小川修一*; 穂積英彬*; 川村知史*; 吉越章隆; 石塚眞治*; 寺岡有殿

no journal, ,

エチレンを用いたSi(001)表面炭化反応過程を、高輝度放射光によるX線光電子分光を用いてリアルタイム観察し、Si $_{1-x}$ C $_{x}$ 合金層形成における表面反応機構を調べた。リアルタイムXPSを用いた炭化反応実験はSPring-8のBL23SUに設置された表面化学反応解析装置を用いて行った。Heで2.65%に希釈したC $_{2}$ H $_{4}$ (4.210 $^{-5}$ Pa)を用いて、p型Si(001)基板を913Kで炭化させた。Si 2p光電子スペクトルから、Si-C結合成分がほぼC $_{2}$ H $_{4}$ 暴露量に比例して増加することがわかった。この傾向はC 1s光電子強度でも示された。このような結果は、Si(001)表面でのC $_{2}$ H $_{4}$ 解離吸着が0次反応であること、さらにはサブサーフェスへの吸着炭素原子拡散の活性化障壁が大変に小さいことを示唆している。