幌延深地層研究計画 令和6年度調査研究成果報告

中山 雅; 石井 英一; 青柳 和平; 早野 明; 村上 裕晃; 大野 宏和; 武田 匡樹; 深津 勇太; 望月 陽人; 尾崎 裕介; et al.

JAEA-Review 2025-042, 136 Pages, 2025/12

JAEA-Review-2025-042.pdf:12.95MB

幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施しているプロジェクトである。令和6年度は、「令和2年度以降の幌延深地層研究計画」で示した、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」、「処分概念オプションの実証」および「地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証」の3つの研究課題を対象に調査研究を実施した。具体的には、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」では、人工バリア性能確認試験および物質移行試験を、「処分概念オプションの実証」では、人工バリアの定置・品質確認などの方法論に関する実証試験および高温度等の限界条件下での人工バリア性能確認試験を実施した。また、「地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証」では、ダクティリティインデックスを用いた透水性評価手法の検証および水圧擾乱試験から原位置の地圧の状態を推定する手法の検討などを実施した。地下施設整備を継続し、東立坑および換気立坑が深度500mまでの掘削を完了するとともに、西立坑および500m調査坑道の掘削を開始した。令和6年度末現在の掘削進捗は、東立坑および換気立坑が深度500m、西立坑が深度472m、500m調査坑道が112.9mである。幌延国際共同プロジェクト(Horonobe International Project: HIP)では、令和6年6月には合同タスク会合を幌延深地層研究センター国際交流施設にて開催し、坑道の整備状況や試験の準備状況について確認した。また、管理委員会やタスク会合を通じて参加機関との議論を行った。HIPは令和4年度後半から令和6年度までをフェーズ1、令和7年度から令和10年度までをフェーズ2に分けて実施することとしており、令和6年度はフェーズ1の研究成果を取りまとめた。

Core deformation reactivity with neutronics-thermal hydraulics-structural mechanics coupled analysis for FFTF LOFWOS Test #13

堂田 哲広; 加藤 慎也; 上羽 智之; 田中 正暁; 中峯 由彰*; 井川 健一*; 飯田 将来*

Proceedings of 21st International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-21) (Internet), 14 Pages, 2025/08

ナトリウム冷却高速炉の出力増加時の炉心変形による反応度フィードバックを正確に評価するには、核、熱、炉心構造の相互作用をモデル化する必要がある。原子力機構ではこれらの現象を詳細にモデル化する解析コードを連成させる評価手法を開発した。本研究では、本評価手法をFFTF LOFWOS#13試験の炉心解析に適用し、全反応度の解析結果と試験結果を比較した。炉心構造に係る設計パラメータの感度解析結果から、炉心の湾曲挙動が全反応度の時間変化に大きな影響を与えることが確認された。

Microscopic theory of Rashba-Edelstein magnetoresistance

山 正樹*; 松尾 衛; 加藤 岳生*

Physical Review B, 111(14), p.144416_1 - 144416_20, 2025/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.144416

We theoretically study Rashba-Edelstein magnetoresistance (REMR) in a two-dimensional electron gas (2DEG) system with Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions.

Investigations on the creep displacement of rubber bearings over 56 years in service

室田 伸夫*; 加藤 亨二*; 竹内 貞光*; 正木 信男*; 藤田 聡*; 岡村 茂樹; 山本 智彦; Ahmadi, H.*; Picken, R.*; Kingston, J.*

Proceedings of 18th World Conference on Earthquake Engineering (WCEE2024) (Internet), 12 Pages, 2024/06

Seismic isolation rubber bearings are expected to be in service for a period of 50 years or more. Their creep in compression over a long term is an important property for the durability of laminated natural rubber bearings. Appropriate evaluation of creep and reflecting it in the design of seismic isolation layers is required for a base isolation application. An evaluation method for predicting the long-term creep displacement of rubber-steel laminated bearings is given in ISO22762, the international standard for elastomeric isolators for seismic isolation. However, validation of this method based on real long-term creep data has yet not been reported. The predictions are based on extrapolation of the creep experimental data for up to only 1000 hours. The physical properties of laminated rubber bearings are expected to change with time over the 50 years in service. The prediction given in ISO22762 does not take into account these ageing effects. Therefore, in this study, we conducted a field investigation on the creep characteristics of the vibration isolation rubber bearings supporting a building that has been in use for over 56 years (Albany Court apartment, London, UK). Changes in creep displacement over time were evaluated. The results were compared with the predicted values based on the evaluation method given in ISO22762. The measured values tended to be lower than the predicted values, suggesting that creep in compression can be affected by aging over an extended period.

Effect of vertex corrections on the enhancement of Gilbert damping in spin pumping into a two-dimensional electron gas

山 正樹*; 松尾 衛; 加藤 岳生*

Physical Review B, 107(17), p.174414_1 - 174414_15, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.174414

We theoretically consider the effect of vertex correction on spin pumping from a ferromagnetic insulator (FI) into a two-dimensional electron gas (2DEG) in which the Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions coexist. The Gilbert damping in the FI is enhanced by elastic spin-flipping or magnon absorption. We show that the Gilbert damping due to elastic spin-flipping is strongly enhanced by the vertex correction when the ratio of the two spin-orbit interactions is near a special value at which the spin relaxation time diverges while that due to magnon absorption shows only small modification. We also show that the shift in the resonant frequency due to elastic spin-flipping is strongly enhanced in a similar way as the Gilbert damping.

Development of evaluation method for core deformation reactivity in sodium-cooled fast reactor; Verification of core deformation reactivity evaluation based on first-order perturbation theory

堂田 哲広; 加藤 慎也; 飯田 将来*; 横山 賢治; 田中 正暁

Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 8 Pages, 2022/10

ナトリウム冷却高速炉の従来の炉心設計において、炉心変形による負の反応度フィードバックは、解析評価の不確かさが大きく、考慮されて来なかった。今後、炉心設計を最適化するためには、予測精度の高い解析評価手法を開発し、過度な保守性を排除した評価を実施することが必要となる。そこで、炉物理,熱流動,構造力学の連成解析によるプラント過渡時の炉心変形反応度評価手法を開発した。本評価手法の検証として、燃料集合体が炉心中心から1列ずつ半径方向に水平移動した変形炉心の反応度を計算し、モンテカルロ法による参考値と比較した結果、炉心領域での集合体変位による反応度はよく一致するが、反射体領域では過大評価する結果となり、今後のモデル改良に対する課題を抽出することができた。

実建物の47年間の観測による厚肉積層ゴムのクリープ挙動

正木 信男*; 加藤 亨二*; 山本 智彦; 宮川 高行*; 藤田 聡*; 岡村 茂樹*

日本建築学会技術報告集, 28(68), p.81 - 84, 2022/02

https://doi.org/10.3130/aijt.28.81

高速炉等の新型炉では機器の耐震性を確保するため、厚肉積層ゴムの採用が検討されているが、厚肉積層ゴムのもつ柔らかな上下剛性は、経年によるゴム物性の変化とクリープに大きく影響されると考える。われわれはゴム物性の変化を考慮できるクリープ評価方法を検討しているが、参照すべき実大かつ実環境下の長期クリープ特性がない。本報告では、厚肉積層ゴムの新たなクリープ評価方法を検討するための第1段階として、この形式の初めての建物である1966年に竣工した厚肉積層ゴム支持の英国防振建物の測定データを集約し厚肉積層ゴムの約47年間のクリープ特性推定の試みについて述べる。

Spin pumping of two-dimensional electron gas with Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions

山 正樹*; 立野 雅大*; 加藤 岳生*; 松尾 衛

Physical Review B, 104(5), p.054410_1 - 054410_9, 2021/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.054410

We theoretically consider spin pumping in a junction between a ferromagnetic insulator (FI) and a two-dimensional electron gas (2DEG) in which the Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions coexist. Using second-order perturbation theory, we derive an increase in linewidth in the case of an interfacial exchange coupling in a ferromagnetic resonance (FMR) experiment. We clarify how the enhancement of Gilbert damping depends on the resonant frequency and spin orientation of the FI. We show that this setup of an FMR experiment can provide information on the spin texture of 2DEG at the Fermi surface.

Development of laser ablation absorption spectroscopy for nuclear fuel materials; Plume expansion behavior for refractory metals observed by laser-induced fluorescence imaging spectroscopy

宮部 昌文; 大場 正規; 赤岡 克昭; 加藤 政明*; 長谷川 秀一*; 若井田 育夫

Applied Physics A, 126(3), p.213_1 - 213_10, 2020/03

AA2019-0700.pdf:2.82MB

https://doi.org/10.1007/s00339-020-3368-0

低圧希ガス雰囲気中のアブレーションプルームの動的挙動を、3つの高融点金属であるチタン,ジルコニウム,ハフニウムを用いて、レーザー誘起蛍光撮像法によって調べた。これらの元素のプルーム膨張挙動を比較することで、プルーム構造の形成過程における質量数の影響を明らかにした。以前、ガドリニウムで報告した半球形の薄層と空洞構造が、これらの元素でも観察された。質量数が増えるとプルームサイズが増加し、半球層は薄くなることが分かった。Tiの基底状態原子は、プルーム中心部にも比較的多く存在することが観察された。このTi原子の持続時間は300マイクロ秒程度であり、調べたどの原子・イオンよりも長かった。さらに、多元素試料から生成されるアブレーションプルームでは、質量に依存する元素分別が観察された。これらの結果は、観測されたプルーム構造が、イオンと電子の再結合過程、および、ガス原子との多重衝突によるアブレーション粒子の反跳によって生じることを示唆している。

Laser ablation absorption spectroscopy for isotopic analysis of plutonium; Spectroscopic properties and analytical performance

宮部 昌文; 大場 正規; Jung, K.; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 加藤 政明; 音部 治幹; Khumaeni, A.*; 若井田 育夫

Spectrochimica Acta, Part B, 134, p.42 - 51, 2017/08

https://doi.org/10.1016/j.sab.2017.05.008

炉心溶融事故により生成された燃料デブリやデブリで汚染された廃棄物の核種組成分析では、ウランやプルトニウムなどの核燃料物質の分析性能が重要である。本研究ではプルトニウムの同位体分析のため、レーザーアブレーションと共鳴吸収法を組み合わせて、プルトニウム原子種の分光特性を調べた。Puの中性原子およびイオンの17個の光学遷移について、測定した吸収スペクトルのフォークトプロファイル近似から、吸光度、同位体シフト、超微細構造分裂幅を求め、分析に適した遷移として3つの候補を選定した。これらの遷移を利用して得られる分析性能を評価し、吸光度とプルトニウム濃度の相関係数として0.9999、プルトニウム濃度の検出下限値として30-130ppm、濃度2.4%のPu信号に対する相対標準偏差として約6%を得た。これらの結果から、レーザーアブレーション吸収分光法が、複数のアクチノイド元素を含む高い放射能を有する燃料デブリや廃棄物の遠隔同位体分析に適用可能であることが分かった。