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論文

Research and development on membrane IS process for hydrogen production using solar heat

Odtsetseg, M.; 岩月 仁; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 上地 優; 井岡 郁夫; 久保 真治; 野村 幹弘*; 八巻 徹也*; 澤田 真一*; et al.

International Journal of Hydrogen Energy, 44(35), p.19141 - 19152, 2019/07

Thermochemical hydrogen production has attracted considerable interest as a clean energy solution to address the challenges of climate change and environmental sustainability. The thermochemical water-splitting iodine-sulfur (IS) process uses heat from nuclear or solar power and thus is a promising next-generation thermochemical hydrogen production method that is independent of fossil fuels and can provide energy security. This paper presents the current state of research and development of the IS process based on membrane techniques using solar energy at a medium temperature of 600$$^{circ}$$C. Membrane design strategies have the most potential for making the IS process using solar energy highly efficient and economical and are illustrated here in detail. Three aspects of membrane design proposed herein for the IS process have led to a considerable improvement of the total thermal efficiency of the process: membrane reactors, membranes, and reaction catalysts. Experimental studies in the applications of these membrane design techniques to the Bunsen reaction, sulfuric acid decomposition, and hydrogen iodide decomposition are discussed.

論文

Elemental analysis system with negative-muon beam

大澤 崇人; 二宮 和彦*; 吉田 剛*; 稲垣 誠*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 三宅 康博*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.025003_1 - 025003_6, 2015/09

J-PARC Materials and Life Science Experimental Facilityに設置するための新たなミュオン捕獲蛍光X線分析装置を開発した。本報告では隕石, 標準岩石に関する予備的実験結果に関して報告する。本装置は偏向電磁石を用いて斜め下にビームを曲げる機構を有し、Ge検出器は鉛遮蔽で覆う構造を持つ。真空チェンバーはアルミ製である。実験の結果バックグラウンドの大幅な低減が確認され、隕石中の主要元素を全て非破壊で検出することに成功した。

論文

The Development of a non-destructive analysis system with negative muon beam for industrial devices at J-PARC MUSE

反保 元伸*; 濱田 幸司*; 河村 成肇*; 稲垣 誠*; 伊藤 孝; 小嶋 健児*; 久保 謙哉*; 二宮 和彦*; Strasser, P.*; 吉田 剛*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036016_1 - 036016_6, 2015/09

We developed a low-background muonic X-ray measurement system for nondestructive elemental depth-profiling analysis. A test experiment was performed using a multi-layered sample (34-$$mu$$m Al/140-$$mu$$m C/70-$$mu$$m Cu/500$$mu$$m LiF) and characteristic muonic X-rays from $$mu$$C, $$mu$$Cu, and $$mu$$F in the sample were successfully identified. A comparison was made between the relative intensity of the characteristic muonic X-rays and simulated muon depth profiles for several muon implantation energies.

論文

"Relative rates method" for evaluating the effect of potential geological environmental change due to uplift/erosion to radionuclide migration of high-level radioactive waste

江橋 健; 川村 淳*; 稲垣 学*; 小尾 繁*; 柴田 雅博; 板津 透; 仲島 邦彦*; 宮原 要; Apted, M. J.*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1665, p.39 - 45, 2014/07

隆起・侵食が地層処分の安全機能に与える影響については、サイト選定によって回避することが基本であるものの、評価が超長期に渡ることに起因してその不確実性を完全に排除することができず、その影響を仮想的に評価する可能性がある。本研究においては、仮想的な堆積岩分布域を対象として、隆起・侵食に起因する地質環境条件の変化が地層処分の核種移行に与える影響について、より現実に即して評価するためのアプローチを例示した。このアプローチは、既存の概念モデル(モダンアナログ的な観点と地史に基づく外挿の考え方)を応用したものであり、隆起・侵食による地質環境条件の変化に関する組合せを効果的に抽出可能であることに加え、処分事業の初期段階のように情報が限られた段階における地質環境調査や隆起・侵食に関する将来予測に対して、有効なフィードバック情報となりうるものである。

論文

Relationship between rock mass properties and damage of a concrete lining during shaft sinking in the Horonobe Underground Research Laboratory Project

津坂 仁和; 稲垣 大介; 名合 牧人*; 亀村 勝美*; 松原 誠*; 重廣 道子*

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2013 (WTC 2013)/39th General Assembly, p.2014 - 2021, 2013/05

原子力機構は、幌延深地層研究計画において3本の立坑を深度500mまで建設する予定である。深度250m以深の立坑掘削においては、立坑の掘削径以上の断層が複数出現したため、立坑壁面岩盤の崩落が頻繁に生じるとともに、覆工コンクリートにクラックが顕著に発生した。本研究では、3本の立坑のうち、東立坑(内径6.5m)の施工を対象として、岩盤特性と立坑掘削に伴う支保部材の力学挙動の関係を詳細に調査した。掘削対象となった岩盤特性を調査するために、立坑掘削前に実施した湧水対策工のために掘削したボーリングコアの観察と立坑掘削時の壁面観察を実施した。また、実際の施工においては、岩盤崩落を抑制するために、複数の異なった支保構造を構築し、三次元レーザースキャナとコンバージェンス計測を実施して、立坑掘削に伴う崩落量や変形量・変形モードを比較した。これらの結果として、岩盤特性,支保構造,壁面崩落量及び覆工コンクリートの損傷の程度の関係に基づいて、覆工コンクリートの損傷を抑えることを目的とした支保構造の選定ための手順を提案した。本手順は、後続する西立坑(内径6.5m)の深度250m以深の施工における支保構造の選定に使用される予定である。

論文

Influence of rock spalling on concrete lining in shaft sinking at the Horonobe Underground Research Laboratory

津坂 仁和; 稲垣 大介; 名合 牧人*; 小池 真史*; 松原 誠*; 菅原 健太郎*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.911 - 916, 2013/01

原子力機構は、幌延深地層研究計画において、深度500mまでの3本の立坑(換気立坑1本とアクセス立坑2本)を建設する予定である。これまでに換気立坑の深度250m以深の施工にて、幾つかの深度にて岩盤壁面の崩落が生じ、その崩落個所の直上に構築した覆工コンクリートに開口き裂が生じた。筆者らは、この開口き裂の原因を調査するために、三次元レーザースキャナにより、岩盤壁面の崩落形状を計測するとともに、岩盤崩落を模擬した数値解析により、崩落個所周辺の覆工コンクリートと岩盤内の応力分布の変化を分析した。その結果、立坑壁面の岩盤崩落によって、その近傍に構築した覆工コンクリート内に引張応力が発達することが明らかとなった。また、崩落の奥行深さが100cm以上となると、覆工コンクリートの引張強度を上回る引張応力が生じる結果となった。これらの結果は、後続する2本のアクセス立坑の施工時の施工管理指標として活用している。

論文

An Observational construction management in the Horonobe Underground Research Laboratory Project

津坂 仁和; 稲垣 大介; 常盤 哲也; 横田 秀晴; 名合 牧人*; 松原 誠*; 重廣 道子*

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2012 (WTC 2012)/38th General Assembly (CD-ROM), 8 Pages, 2012/05

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町にて幌延深地層研究計画を実施し、堆積岩を対象とした高レベル放射性廃棄物の地層処分にかかわる技術の信頼性向上を目指している。同計画では、深度500mの3本の立坑と4つの深度の調査坑道からなる地下研究所を建設中である。掘削対象の岩盤は、一軸圧縮強さが20MPa以下の珪藻質泥岩と珪質泥岩の堆積軟岩であり、その地層境界に厚さ約100mの高透水性の割れ目帯が分布する。このような深度の深い割れ目帯での立坑の掘削では、土木工学的な視点から、さまざまな対策が必要となる。特に、岩盤強度が低いうえに、立坑の掘削径以上の不連続面(断層)と遭遇する場合には、立坑掘削に伴って壁面の崩落現象が生じることが予測された。そのため、壁面の崩落に伴う作業の安全性や工程の遅延を可能な限り抑制するために、情報化施工を実施してきた。本論文では、3本のうち最も先行する換気立坑を対象として、立坑掘削前に実施した立坑周辺の断層分布の予測と実際の断層分布の比較を述べるとともに、実際の断層と遭遇した際の立坑の支保構造の損傷とその対応策について述べた。これらは、現在割れ目帯を後続する東立坑の施工に反映されている。

論文

堆積軟岩における大深度立坑掘削に伴う壁面崩落現象

津坂 仁和; 稲垣 大介; 名合 牧人*; 松原 誠*

地下空間シンポジウム・論文集,17, p.155 - 162, 2012/01

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町にて高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究開発のために地下研究施設の建設を進めている。同施設では、新第三紀堆積岩に、換気立坑(内径4.5m)と2本のアクセス立坑(内径6.5m)をショートステップ工法にて深度500m程度まで掘削する。掘削対象となる岩盤の一軸圧縮強さは25MPa以下であり、深度250m$$sim$$350mには、立坑の掘削径以上の連続性のよい不連続面が多数分布する。複数の立坑を順次掘削していく中で、作業安全性の確保や掘削工程の遅延、支保部材の損傷等の抑制のために、先行する換気立坑の施工にて、立坑掘削に伴う岩盤壁面の崩落現象を分析し、その結果を後続の東・西立坑の施工にフィードバックすることが重要となる。そこで、透水性の高い割れ目帯が分布する深度250m以深の施工前に、ボーリング調査結果とプレグラウト工の実績から3次元地質構造モデルを構築し、立坑掘削に伴う壁面の崩落危険区間を設定した。換気立坑の掘削では、立坑壁面の崩落状態を評価するために、3次元レーザースキャナーにより壁面形状を計測した。その結果、掘削に伴う立坑壁面の崩落発生区間は、崩落危険区間とよく整合し、また、断層上面にて小崩落が確認されたものの、ショートステップ工法では「高抜け」の抑制に効果的であることが明らかとなった。

論文

Real-time structural analysis of compositionally graded InGaAs/GaAs(001) layers

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 稲垣 充*; 池田 和磨*; 下村 憲一*; 高橋 正光; 神津 美和*; Hu, W.; 神谷 格*; 大下 祥雄*; et al.

IEEE Journal of Photovoltaics, 2(1), p.35 - 40, 2012/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.24(Energy & Fuels)

Compositionally step-graded InGaAs/GaAs(001) buffers with overshooting (OS) layers were evaluated by several characterization techniques for higher efficiency metamorphic III-V multijunction solar cells. By high-resolution X-ray diffraction, we found that fully relaxed or tensile strained top layers can be obtained by choosing appropriate OS layer thickness. Moreover, from real-time structural analysis using ${it in situ}$ X-ray reciprocal space mapping (${it in situ}$ RSM), it was proved that the top layer is almost strained to the OS layers, and it is independent of the thicknesses of the OS layers. Dislocations in the vicinity of the OS layers were observed by transmission electron microscopy, and the validity of results of ${it in situ}$ RSM was confirmed from the viewpoint of misfit dislocation behavior. Finally, by photoluminescence measurements, we showed that tensile strained top layers may be suitable for the improvement of minority-carrier lifetime.

論文

Consequence analysis of fluvial erosion scenarios for a HLW repository

宮原 要; 川村 淳*; McKinley, I. G.*; 稲垣 学*; 蛯名 貴憲*

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(7), p.1069 - 1076, 2011/00

隆起・侵食の継続による高レベル廃棄物処分場への影響は処分後の遠い将来においてのみ想定され得るものの、評価の時間枠が定められていない我が国では、隆起・侵食シナリオを評価しておくことが求められる。このため、河川の下刻による段丘の形成を含む地形の超長期の変遷に関する地質学的記録の文献調査を踏まえ、現実的な現象理解に基づく下刻侵食モデルを構築した。このモデルに基づきフラックスを指標として処分場の下刻侵食による影響を評価することにより、処分システムの有効性と頑健性を例示した。

論文

高レベル放射性廃棄物地層処分における性能評価のための隆起・浸食に起因する地質環境条件変化の評価方法の検討

川村 淳; 江橋 健; 牧野 仁史; 新里 忠史; 安江 健一; 稲垣 学; 大井 貴夫

応用地質, 51(5), p.229 - 240, 2010/12

隆起・浸食/沈降・堆積は広域的に生ずる現象であり、長期的には高レベル放射性廃棄物地層処分への影響の不確実性を考慮する必要がある。著者らは、そのために隆起・浸食/沈降・堆積の可能性のある変遷のパターンとそれらに対する地質環境条件の変化を合理的に抽出し変動シナリオを構築する方法論として、隆起・浸食を取り扱うための「概念モデル」を検討した。概念モデルは、検討対象とする領域の地質環境条件をモダンアナログ的な観点から温度(T),水理(H),力学(M),化学(C)及び幾何形状(G)(THMCG)の分布状況で整理し、隆起・浸食/沈降・堆積の可能性のある変遷のパターンについては地史の情報を用いて整理するものである。この方法論に基づきその地域の地史とその周辺地域を含む現在の地質環境条件をモダンアナログ的な観点から情報整理することにより、構築される変動シナリオの科学的合理性の保持と、それを理解したうえでの簡略化が可能となった。また、具体的な地域が与えられた場合においても、本手法を適用することにより評価すべき現象と地質環境条件の変化を抽出でき見通しを得た。

論文

Development of methodology of groundwater flow and solute transport analysis in the Horonobe area, Hokkaido, Japan

前川 恵輔; 牧野 仁史; 操上 広志; 新里 忠史; 稲垣 学; 川村 淳*

Proceedings of 13th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM 2010) (CD-ROM), p.71 - 80, 2010/10

原子力機構が進めている深地層の研究施設計画のうち、堆積岩地域を対象とした幌延深地層研究計画においては、地上からの調査段階で取得した地質環境情報に基づいて、地下水流動解析から物質移行解析にいたる一連の評価手法の適用性の確認を目的とした解析を行った。その結果、現場での調査から物質移行評価にいたる評価手法について実際の情報に基づく具体的な整理,解釈等の手順を含めた方法論を提示することができた。また、地質環境の長期変遷を考慮した地下水流動及び塩分濃度分布の変化について試解析を行い、天然現象による地質環境への影響の大局的な傾向を示すことができた。本報では、これらの事例とともに、幌延地域を事例とした水理・物質移行評価手法の信頼性向上のための取組みを紹介する。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分にかかわる天然現象影響に関する研究

川村 淳; 牧野 仁史; 笹尾 英嗣; 新里 忠史; 安江 健一; 浅森 浩一; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 大澤 英昭; 江橋 健; et al.

JAEA-Research 2010-027, 85 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-027.pdf:9.37MB

日本原子力研究開発機構は、天然現象についてより現実的な影響評価を実施するための技術を整備しておくことという目的のために、高レベル放射性廃棄物地層処分への天然現象(地震・断層活動,火山・地熱活動,隆起・侵食/沈降・堆積及び気候・海水準変動)の影響を評価するための作業フレームを整備・高度化した。本報告では、作業フレームに則り、上記に挙げた天然現象に対して地質環境条件と天然現象の特性との関係の定量化及び処分環境における性能評価パラメータと地質環境条件との関係の定量化に関する情報整理を実施した。また、天然現象影響に関する研究を対象として、知識マネージメントの検討手法の一つである討論ダイヤグラムを用いた検討を試行し、今後の課題の抽出も試みた。その結果、天然現象とそれに起因する地質環境条件の変化については、既存の現象や現在の地質環境条件をモダンアナログとして用いるとともに地史の情報を組合せることにより、作業フレームに基づく統一的な情報整理の手法が適用可能であり、より適切なシナリオの選択が可能となる見通しを得た。また、討論ダイヤグラムの試行により、安全評価において重要な天然現象研究や地質環境に関するデータや知見などについて、その過不足も含めて効率的に課題点が抽出できる見通しを得た。

論文

Negative and positive ion trapping by isotopic molecules in cryocrystals in case of solid parahydrogen containing electrons and H$$_{6}$$$$^{+}$$ radical cations

清水 裕太*; 稲垣 誠*; 熊田 高之; 熊谷 純*

Journal of Chemical Physics, 132(24), p.244503_1 - 244503_8, 2010/06

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

固体パラ水素の放射線分解によって生じた捕捉電子とH$$_{6}$$$$^{+}$$及びその同位体の電子スピン共鳴分光研究を行った。捕捉電子とH$$_{6}$$$$^{+}$$及びその同位体の収量は、パラ水素に添加した少量のD$$_{2}$$及びHDの濃度とともに増加した。われわれはH$$_{2}$$分子のイオン化によって生じた自由電子が、固体パラ水素中のD$$_{2}$$及びHD分子に捕捉されることにより、電子とイオンの再結合が阻害されたものと結論付けた。同じ水素分子でもH$$_{2}$$より、質量の大きなD$$_{2}$$やHDのほうが、捕捉電子から生じる内部電場によるエネルギー準位の変化(Stark Shift)が強いために、自由電子はD$$_{2}$$及びHD近傍に捕捉されたと考えられる。

報告書

表層環境を考慮した生物圏評価手法の構築に関する検討

板津 透; 稲垣 学; 加藤 智子; 鈴木 祐二*; 小山田 潔*; 江橋 健; 川村 淳; 蛯名 貴憲*; 宮原 要

JAEA-Review 2009-015, 59 Pages, 2009/07

JAEA-Review-2009-015.pdf:10.84MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価の一つである生物圏評価においては、具体的な地質条件を踏まえて核種挙動を推定し、その結果を評価に反映させる検討が始まっている。本研究では、個別の地域において表層環境(天然バリアからの核種移行先となる帯水層や生物圏の環境)を考慮した生物圏評価手法を構築するためのいとぐちとして、評価に使用される表層水理解析(生物圏評価に利用されることを目的とした表層環境における水理・物質移行解析)について、特に帯水層中での地下水流動に重点を置いて、以下の検討を行った。(1)海外における表層水理解析に関する文献調査を行い、第四紀層中の核種移行を考慮した線量計算等の技術について把握した。(2)国内における表層水理解析に有用な地下水流動・物質移行調査技術に関する文献調査により、表層水理解析の特性(表層環境における層相変化が大きいこと等)に対して有用と思われる環境トレーサの利用法,不圧地下水位データを利用した透水係数の推定法等の情報を得た。(3)モデルサイトの表層環境における物質移行解析を試行し、幾つかのパラメータ値を変えて、計算濃度分布に与える影響を検討したところ、ソース位置の違いによる濃度分布の変化が比較的大きかった。(4)表層水理解析による計算結果を生物圏評価モデルへの入力値として利用するために、河川・湖沼・海域等への地下水・物質流出入量が求められるようなモデル設定・境界条件について検討した。

論文

Disruptive effects on a HLW repository due to uplift-erosion in the distant future

宮原 要; 稲垣 学; 川村 淳; 蛯名 貴憲*; McKinley, I. G.*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1193, p.177 - 184, 2009/05

注意深いサイト調査と処分場の設計により高レベル廃棄物処分場への隆起・侵食の影響は長期に渡り回避できると考えられるものの、安全規制において評価期間が定められていない我が国においては、隆起・侵食の継続により処分場の深度が時間とともに浅くなり遠い将来において処分場が地表に到達する可能性について適切なシナリオにより評価することが求められる。本研究では、隆起・侵食による処分場への破壊的な影響について科学的根拠に基づきシナリオや概念モデルを設定する手順を示すとともに、解析結果を天然の放射性核種のフラックスと比較することにより、処分システムの有効性と頑健性を例示した。

報告書

仮想的な堆積岩分布域における地層処分の地下水シナリオを対象とした隆起・侵食の影響評価手法の例示

江橋 健; 川村 淳; 稲垣 学; 小尾 繁*; 柴田 雅博; 板津 透; 仲島 邦彦*; 宮原 要

JAEA-Research 2008-117, 36 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-117.pdf:3.18MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、隆起・侵食は、適切なサイト選定や処分場の設計によって処分システムに及ぼす著しい影響を回避することが可能と考えられているものの、この現象が緩慢ながらも極めて長期間に渡って継続することから、現象の過去の履歴と処分システムへ与える潜在的な影響の理解に基づいて、隆起・侵食のシナリオを考慮した性能評価手法の信頼性を向上させることが重要である。本研究では、具体的な地質環境を対象とした影響評価に反映できるよう、仮想的な堆積岩分布域における地下水シナリオを対象として、概念モデルに基づく処分環境条件の時間変遷パターン、及びその影響解析について例示した。本検討を通じて、概念モデルが、隆起・侵食にかかわる場の特徴を取り込んだ処分環境条件の時間変遷の組合せを効果的に抽出可能であることに加え、核種移行モデル・パラメータの設定及びそれに基づく影響解析に対して有効な出発点となりうることについて見通しを得た。また、概念モデルに基づいた影響解析を通じて得られる知見は、処分事業の初期段階のように情報が限られた段階における地質環境調査や隆起・侵食に関する将来予測に対して、有効なフィードバック情報となりうるものである。

報告書

放射性廃棄物の地層処分の安全性に影響を与える懸念事象の相対的重要度把握のための体系的評価手法の有用性の例示

大井 貴夫; 稲垣 学; 川村 淳; 江橋 健

JAEA-Research 2008-111, 32 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-111.pdf:3.95MB

本報では、既存の研究によって整備された「放射性廃棄物の地層処分の安全性に影響を与える懸念事象の相対的重要度把握のための体系的評価手法」を紹介するとともに、「我が国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性; 地層処分研究開発第2次取りまとめ」の検討結果や既存の包括的感度解析の成果を用いて、本手法の適用性検討を行った。本手法に基づいて、さらなる情報整理を行うことにより、重要な研究をより効果的に行うことが可能になるとともに、放射性廃棄物の地層処分の安全評価の信頼性の向上が図られると考える。

論文

A Systematic approach to evaluate the importance of concerns affecting the geological disposal of radioactive wastes

大井 貴夫; 稲垣 学; 川村 淳; 江橋 健

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1124, p.407 - 412, 2009/00

放射性廃棄物の地層処分の安全評価においては、さまざまな観点から懸念事象が抽出され、それらに対する研究が精力的に進められてきている。しかし、これまで、処分の安全評価におけるこれらの相対的な重要性を把握するための体系的な検討はなされていない。これらの相対的な重要性を明示することは、処分の安全評価の信頼性を向上に資する重要な課題である。本研究では、処分のシナリオや評価ケース及び個々の評価研究の相対的重要度の提示を可能とする体系的な評価手法を構築することを目的として、(1)処分の安全性に対する多様な懸念事象の影響を統一的な方法で評価するための総合評価作業フレームの整備,(2)評価パラメータの類型化や感度解析の結果得られる影響特性情報のフィードバックに基づいて重要度を把握するための情報整理手順の整備に関する検討を行った。

論文

"What-if?" calculations to illustrate fault-movement effects on a HLW repository

宮原 要; 稲垣 学; 川村 淳; 蛯名 貴憲*

Proceedings of 2008 International High-Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2008) (CD-ROM), p.593 - 599, 2008/09

What if解析についてどのような想定とするかなどをわかりやすく示すため、断層シナリオを対象として、解析の一連の手順について解析とともに例示する。

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