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論文

Development of reacting jet evaluation model based on engineering approaches with particle method for improvement of LEAP-III code

小坂 亘; 内堀 昭寛; 高田 孝; 柳沢 秀樹*; 渡部 晃*; Jang, S.*

Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 11 Pages, 2022/03

ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG)の安全性評価のため、解析コードLEAP-IIIではSG内伝熱管の破損に端を発する伝熱管破損伝播を含む長時間事象進展中の水リーク率を評価する。LEAP-IIIは半理論式や1次元保存式で構成されるため、低計算コストで計算が完了するという利点がある。しかしながら、反応ジェットにより形成される温度分布についての評価モデルが実験結果より過度に広い高温領域を与えている。結果として、LEAP-IIIは過度に保守的な結果を示すことがある。より現実的な温度分布評価を与えるようにモデルを改良するため、工学的近似を用いた粒子法コードの開発を行ってきた。この手法では、ジェット挙動と化学反応について、Na-水反応と多次元多相流の方程式群を解く代わりに、いくつかの工学的近似を用いたニュートンの運動方程式により評価する。本研究では、粒子間相互作用力モデルを追加し、化学反応・気液相間熱伝達の評価モデルを高度化した。テスト解析を実施し、本粒子法の結果をSERAPHIM(Na-水反応と非圧縮性を考慮した多次元多相流についての機構論的解析コード)の結果と比較した。このテスト解析を通じ、粒子法が低計算コストで現実的な温度分布を評価するという点について基本的な適用性が確認でき、また、LEAP-IIIとの連成によって伝熱管破断予測が可能であることも確認した。

論文

工学的近似を用いたナトリウム-水反応ジェット挙動評価用粒子法コードの研究

小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*

日本機械学会論文集(インターネット), 88(905), p.21-00310_1 - 21-00310_9, 2022/01

仮にナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG: Steam generator)内部の伝熱管から加圧された水/水蒸気が漏えいした場合、管内外の圧力差のため高流速かつ高温の腐食性ジェットを形成される。このジェットが隣接する管に新たな破損を生じさせ、管破損が伝播する可能性がある。このような伝熱管破損伝播事象の評価はNa冷却高速炉の安全性評価において重要である。数値解析コードLEAP-IIIは、実験相関式や1次元保存式などで構成され、事象進展に伴う水リーク率変化を低計算コストで評価できるが、構成モデルのひとつである現在の反応ジェット温度分布評価モデルでは、いくつかの条件において高温領域を過度に広く評価する。低計算コストという利点を生かしつつ、この温度分布評価を精緻化するため、工学的近似に基づいたLagrange粒子法コードを開発してきた。本論文では、管群内の流体挙動評価に注目し、管近傍の粒子挙動に関する新しいモデルを構築した。本粒子コードと既往の計算流体力学コードを用いてテスト解析を行い、構築したモデルにより、ターゲット管内部に粒子が侵入しない、管周りに粒子が広がる、最終的に浮力方向への運動に帰結する、という基本的な挙動が示されることを確認した。

論文

Numerical evaluation of sodium-water reaction based on engineering approach with particle method

小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*

Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering; Nuclear Energy the Future Zero Carbon Power (ICONE 28) (Internet), 6 Pages, 2021/08

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器の安全性評価や設計において、ナトリウム-水反応で生じる多相流の影響を評価することは重要である。伝熱管より高圧水あるいは高圧水蒸気が漏洩した場合、腐食性で高温かつ高流速のジェットが形成され、隣接伝熱管の破損を引き起こす可能性がある。多数の伝熱管破損が発生することにより、冷却系における1次-2次系バウンダリの破損に至る。上述した現象の影響を考慮した水リーク率を短い計算時間で評価するために、数値解析コードLEAP-IIIが開発されてきた。しかしながら、現在のEAP-IIIでは、構成要素のひとつである温度分布評価モデルのために、いくつかの解析条件で過度な保守性を示している。この過度な保守性を適正化するため、新たに工学的近似を用いたラグランジュ粒子法を開発した。また、蒸気発生器内における水蒸気ジェットの時間発展を模擬するテスト解析を実施した。解析結果をSERAPHIM(圧縮性と化学反応を考慮した多次元多相流熱流動解析コード)による結果と比較した。このテスト解析により、本手法の基本的な適用性を確認した。

論文

工学的近似を用いたナトリウム-水反応ジェット挙動評価用粒子法コードの研究

小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*

第25回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/07

ナトリウム冷却高速炉蒸気発生器の安全性評価において、伝熱管破損伝播の事象進展予測をするための解析コードLEAP-IIIの整備を進めている。構成モデルのひとつである反応ジェット温度場評価モデルは、条件によっては高温領域を過度に広く評価することがある。この点を改善すべく、反応ジェット挙動をラグランジュ粒子で表現し、工学的観点に基づくモデルを取り入れた解析手法を開発した。解析結果を機構論的ナトリウム-水反応解析コードSERAPHIMによる結果と比較し、開発したモデルの妥当性を検討した。

報告書

宮崎平野北部の正断層(川南断層)に係る地形・地質データ

丹羽 正和; 黒澤 英樹*; 小坂 英輝*; 生田 正文*; 高取 亮一*

JAEA-Data/Code 2017-009, 71 Pages, 2017/06

JAEA-Data-Code-2017-009.pdf:13.8MB
JAEA-Data-Code-2017-009-appendix(CD-ROM).zip:50.09MB

2011年東北地方太平洋沖地震から1ヶ月後に発生した福島県浜通りの地震では、それまで地質断層であるという見解もあった正断層が活動しており、地殻変動の規則性、継続性に基づく地質環境の長期予測の観点からは、地層断層の再活動が地層処分のサイト選定や安全評価に及ぼす影響を検討しておく必要がある。そこで筆者らは、海溝型地震などによる地殻応力・歪の変化に伴い地質断層が再活動する可能性を評価する手法を構築する目的で、南海トラフ巨大地震の想定震源域の西端部に位置し、沿岸域に正断層の存在が知られている宮崎平野を対象とした事例研究を進めてきた。本報告書は、宮崎平野における主に川南断層の活動履歴や活動性を明らかにするための地形・地質調査および試料分析の内容を取りまとめたものである。

論文

Identification of pathways for hydrogen gas migration in fault zones with a discontinuous, heterogeneous permeability structure and the relationship to particle size distribution of fault materials

丹羽 正和; 黒澤 英樹; 島田 耕史; 石丸 恒存; 小坂 英輝*

Pure and Applied Geophysics, 168(5), p.887 - 900, 2011/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:19.06(Geochemistry & Geophysics)

地層処分の安全性を確保するためには、活断層からの適切な離間距離を設定することが重要な課題となる。断層破砕帯の力学的・水理学的影響を把握するための定量的な指標として、断層破砕帯から放出される水素ガスに着目し、これらの放出量と破砕物質の粒度組成の相関について検討した。その結果、水素ガス原位置測定結果は、粘土で充填された断層コアよりも、クラックの多いダメージゾーンの方が水素ガスの移行経路になりやすいことを示し、粒度分析の結果は、水素ガス濃度の高い花崗岩カタクレーサイトで細粒物質の割合が高くなることを示した。これらは、花崗岩カタクレーサイトでは粒子同士の粘着性が低く、細粒に分解されやすい、すなわち、流体の移行経路になるような微小割れ目・弱面が非常に多いことを示唆している。

論文

An Attempt to evaluate horizontal crustal movement by geodetic and geological approach in the Horonobe area, northern Hokkaido, Japan

常盤 哲也; 浅森 浩一; 新里 忠史; 野原 壯; 松浦 友紀*; 小坂 英輝*

Proceedings of 13th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM 2010) (CD-ROM), p.407 - 413, 2010/10

地質環境の長期安定性を考えるうえで、地殻変動に関する情報を把握することは重要である。本研究では、幌延地域を事例として、GPSによる測地学的手法と地質断面を用いた地質学的手法による地殻の水平変位速度を推定するための検討を行った。その結果、両手法から求めた水平変位速度やその方向は類似していた。地層処分システムの長期挙動の予測では、その対象期間が万年オーダー以上となるため、一見地質学的手法が重要であると考えられる。しかし、今回の結果から、測地学的手法が長期の地殻変動を推定するうえで有益な情報を提供する可能性があることが明らかとなった。

報告書

水素ガス原位置測定による断層破砕帯調査手法の検討

黒澤 英樹; 石丸 恒存; 島田 耕史; 丹羽 正和; 小坂 英輝*; 斉藤 聡*; 二ノ宮 淳

JAEA-Research 2009-043, 144 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-043-01.pdf:8.09MB
JAEA-Research-2009-043-02.pdf:46.22MB

地震・断層活動は、高レベル放射性廃棄物の地層処分における地質環境の長期安定性を考慮するうえで重要な自然現象の一つである。最近、断層の活動性評価や、断層活動に伴う破断,変形などの影響範囲の把握を目的とした地球化学的調査手法の一つとして、市販の携帯型水素ガス濃度検知器を使って測定する手法が考案された。本研究では、この手法の実用化を図るため、検知器の設置方法や、大気中の水蒸気や測定孔の掘削に伴う擾乱などが測定値に与える影響について検討した。さらに、断層破砕帯における事例研究として、山崎断層帯を対象に広域的な水素ガスの原位置測定を行った。その結果、山崎断層帯沿い及びその延長上にある微小地震密集域に位置する破砕帯や割れ目から高濃度の水素ガスの放出が検知され、一方で、それらから大きく離れた位置にある破砕帯や割れ目からは高濃度の水素ガスの継続的な放出は認められなかった。以上から、本研究で用いた水素ガスの濃度測定法は、地中から放出される水素ガス濃度の原位置測定を広範囲かつ短期間で実施するのに有効な手法であることが確認された。

論文

横手盆地東縁断層帯の後期鮮新統$$sim$$更新統のフィッション・トラック年代

小坂 英輝*; 楮原 京子; 三輪 敦志*; 今泉 俊文*; 黒澤 英樹; 野原 壯

地学雑誌, 117(5), p.851 - 862, 2008/10

奥羽脊梁山脈及びその周辺に分布する後期鮮新世以降の地層は、東北日本の短縮変形ステージに属し、奥羽脊梁山脈周辺の断層褶曲帯の発達に伴い堆積したものと考えられる。奥羽脊梁山脈西縁を限る断層褶曲帯及び周辺の地質構造の発達過程を明らかにするために、奥羽脊梁山脈西縁に分布する後期鮮新統$$sim$$更新統(田沢層・栗沢層・千屋層)において露頭観察と地層中に挟在する酸性火山岩5試料のFT年代測定を行った。その結果、本断層褶曲帯の活動変遷に関連する地層の年代として、2.7$$pm$$0.4$$sim$$0.93$$pm$$0.14Maが得られた。また層相の特徴を踏まえると、本地域で酸性火山活動のあった1Ma以前に断層活動に伴う地形変化が生じた可能性が高い。

論文

横手盆地東縁断層帯・千屋断層の形成過程と千屋丘陵の活構造

楮原 京子*; 今泉 俊文*; 宮内 崇裕*; 佐藤 比呂志*; 内田 拓馬*; 越後 智雄*; 石山 達也*; 松多 信尚*; 岡田 真介*; 池田 安隆*; et al.

地学雑誌, 115(6), p.691 - 714, 2006/12

過去数万年$$sim$$数百万年の逆断層の活動性を明らかにするため、横手盆地東縁活断層帯が分布する千屋丘陵と地質構造の発達過程の研究を実施した。浅層反射法地震探査,詳細な地形調査,地質調査及び総括的なバランス断面法の解析により、千屋丘陵とそれを形成した断層の構造及びそれらの発達過程が明らかになった。地質調査では、継続的な断層活動の開始時期が2.7Maより後と推定され、総合的なバランス断面解析の結果は、前縁断層の形成開始時期が千屋丘陵北部より中部のほうが早いことを示唆した。また、地形調査の結果、千屋丘陵の形成時期はその中央部で最も早く(0.35Ma以降)、その後丘陵は断層活動に伴って隆起し、東に傾動しながら拡大したと推定される。

論文

秋田県・千屋断層の陸羽地震断層露頭

今泉 俊文*; 楮原 京子*; 大槻 憲四郎*; 三輪 敦志*; 小坂 英輝*; 野原 壯

活断層研究, (26), p.71 - 77, 2006/06

2005年夏に千屋丘陵の西麓(花岡地区)・大道川の河岸で、陸羽地震時に形成されたと考えられる断層露頭を発見した。この露頭によって、千屋断層の(陸羽地震時)地表トレースが地形境界に沿って大きく湾曲することが明確になった。このような逆断層のトレースの湾曲がどのように形成されたのか、逆断層の先端(地表)から地下の断層形状・構造を解明するうえでも重要な露頭と考えられる。

報告書

JENDLによる核種生成量予測精度の検討

奥村 啓介; 大木 繁夫*; 山本 宗也*; 松本 英樹*; 安藤 良平*; 辻本 和文; 笹原 昭博*; 片倉 純一; 松村 哲夫*; 青山 卓史*; et al.

JAERI-Research 2004-025, 154 Pages, 2005/01

JAERI-Research-2004-025.pdf:19.46MB

本報告書は、シグマ研究委員会・核燃料サイクル専門部会・核種生成量評価ワーキンググループ(WG)における平成13$$sim$$15年度の活動成果についてまとめたものである。同WGでは、軽水炉及び高速炉で照射されたUO$$_{2}$$又はMOX燃料、及び高速炉で照射されたアクチノイド試料に対する照射後試験の解析を、JENDL-3.2, JENDL-3.3及びその他の海外の核データライブラリとORIGENコードやより詳細な解析コードを使用して行った。これらの結果から、核種生成量評価の予測精度の現状と問題点が論じられる。さらに、最新のJENDL-3.3に基づくORIGENコード用のPWR, BWR, FBR用の断面積ライブラリの作成,ORIGEN計算への中性子スペクトルインデックスの導入検討、及びORIGENユーザーへの核種生成量評価に対する期待精度のアンケート調査といった活動の成果についても報告する。

口頭

断層破砕帯における水素ガスの移行経路の検討

丹羽 正和; 島田 耕史; 黒澤 英樹; 石丸 恒存; 小坂 英輝*

no journal, , 

活断層帯の直上では、大気中の数10倍以上の濃度の水素ガスの放出が報告されており、これらは断層活動で破壊された岩石鉱物の表面と水との反応によって発生した水素が起源であると言われている。本研究では、断層破砕帯において水素ガスが地下深部からどのように移動するかを明らかにすることを目的として、破砕帯の複数地点で、携帯型水素ガス検知器を使用した水素ガス濃度の測定を行った。その結果、破砕帯の中でも透水性の高い断層角礫やカタクレーサイトでは、毎分60ppm以上の高濃度の水素ガスが放出される一方、透水性の低い断層ガウジでは、健岩部中の割れ目と同様、水素ガスの放出が数ppm以下となることが明らかとなった。この結果は、地下深部で生成された水素ガスが地下水に溶解し、破砕帯中の高透水部に沿って地表付近まで運ばれてくるとの仮説を強く支持する。

口頭

活断層帯における断層水素ガス放出量の広域分布

石丸 恒存; 島田 耕史; 丹羽 正和; 黒澤 英樹; 小坂 英輝*

no journal, , 

断層の活動性評価や地震予知を視野に入れた活断層での水素ガス濃度測定が行われているが、測定機器が大掛かりであるなどの問題があり、短期間で断層帯全体の水素ガスの分布を把握するのは困難であった。最近、Shimada et al. (2008)は、携帯型の水素ガス検知器を使用して断層破砕帯から放出される水素ガスの濃度を測定する手法を考案し、短期間で多地点の測定を実現した。この手法を用いることにより、活断層帯及びその周辺に発達する割れ目から放出される水素ガスの広域分布を把握し、断層活動に伴う破断,変形の影響範囲の評価などに貢献できることが期待される。本発表では、岐阜県北部の跡津川断層及びその周辺の破砕帯や割れ目を対象とした100地点以上での測定結果を紹介し、調査地域の微小地震分布,現世歪場との対応や、測定地点の破砕帯や割れ目の方向(姿勢)の関係、及び破砕帯を構成する断層岩の性状との関係などについて議論する。

口頭

岐阜県古川町杉崎における断層露頭とその意義について,1

楮原 京子; 黒澤 英樹; 小坂 英輝*; 石丸 恒存

no journal, , 

跡津川断層帯と高山-大原断層帯の境界に位置する岐阜県古川町杉崎に、バイパス工事に伴って、断層露頭(太江断層)が出現した。本研究では太江断層の性状とその活動性を明らかにするために、空中写真判読と露頭周辺の地表踏査、及び断層露頭の観察を行った。その結果断層露頭の認められた河谷に沿って三角末端面や対頂谷などの地形異常が多く認められ、地点数はわずかであるが、数m程の谷の屈曲や扇状地の撓みも認められた。このことから、太江川の河谷が断層(線)谷であり、太江断層は北側隆起を伴う右横ずれ断層であると判断される。さらに、跡津川断層帯及び高山-大原断層帯の変位様式の違いに基づくと、太江断層は、跡津川断層帯に属すると推察される。本断層のグルーピングに関しては、地質調査や物理探査を行うなど、本地域の地下構造とあわせて吟味する必要があるが、山間部に発達する活構造の連続性を検討するうえで、本断層の構造を理解することは重要である。

口頭

岐阜県古川町杉崎における断層露頭とその意義について,2

楮原 京子; 黒澤 英樹; 小坂 英輝*; 石丸 恒存

no journal, , 

岐阜県飛騨市古川町杉崎におけるバイパス工事に伴って断層露頭が出現した。この断層は、構造性の地形であると疑われつつも、これまで活断層として注視されることはなかった断層である。本研究では本断層(太江断層)の性状とその活動性を明らかにするために、空中写真判読と露頭周辺の地表踏査、及び断層露頭の観察を行った。断層露頭では、風化花崗岩と花崗岩類の礫を含む砂礫層が、N74$$^{circ}$$ W 67$$^{circ}$$ NEの断層面で接しており、地形調査結果を踏まえると、太江断層は北側隆起を伴う右横ずれ断層であると判断される。太江断層露頭の発見は、山間部における活動性の低い断層の活動性評価には、より詳細な調査の必要性を再認識させるものであった。

口頭

活断層及び地質断層における断層ガス放出に関する調査事例

石丸 恒存; 黒澤 英樹; 小坂 英輝*; 丹羽 正和; 島田 耕史

no journal, , 

断層活動は、周辺岩盤に対して破断・変形といった力学的な影響を及ぼすとともに、新たな水みちの形成など水理学的にも影響を及ぼすと考えられる。放射性廃棄物の地層処分などの大深度地下構造物を建設する場合には、地域周辺に分布する断層の活動性や断層活動に伴う影響範囲をさまざまな調査手法の組合せによって適切に把握し、その安全性を評価することが有効と考えられる。このような断層活動の影響にかかわる調査手法の一つとして、断層破砕帯などから放出されるガスのうち、おもに水素ガスを利用した調査手法の適用性の検討を進めている。これまでに実施した跡津川断層,阿寺断層,野島断層,仮屋断層,山形断層,仏像構造線及び跡倉ナップ基底断層周辺の水素ガス濃度測定の結果からは、活断層では地質断層と比べて水素ガス放出量が多い傾向が認められた。このように、本手法の適用により対象とする地域での断層調査にかかわる不確実性低減に寄与できる見通しを得た。

口頭

水素ガス放出の割れ目構造の依存性; 岐阜県古川町杉崎における断層露頭を例に

黒澤 英樹; 石丸 恒存; 楮原 京子; 小坂 英輝*; 島田 耕史

no journal, , 

断層活動による周辺岩盤への影響を検討するうえでは、断層や節理群を含めた割れ目の特徴とその形成について理解することが重要である。すなわち、新たな割れ目の形成や割れ目の伸長,流体の移行経路の変化などを把握するため、活断層や地質断層近傍で、どのような割れ目が形成されているか、その特徴は何かなど、基礎的な情報・事例を蓄積する必要がある。筆者らは、このような断層活動の影響にかかわる調査手法の一つとして、断層破砕帯などから放出される水素ガスを利用した調査手法の適用性の検討を進めている。本調査では、跡津川断層から南へ約8km離れた飛騨市古川町杉崎における太江断層の断層露頭において、断層破砕帯や節理から放出されるガス(H$$_{2}$$, CH$$_{4}$$, CO$$_{2}$$)の濃度測定を行った。その結果、高濃度放出の地点は、主断層沿いと主断層から南側(下盤側)に離れたX面に対応される断層破砕帯に認められた。一方、低濃度放出または非放出の地点は、主断層沿いのR1面,P面に対応される断層破砕帯及び主断層から北側(上盤側)に離れたX面とP面に対応される節理に認められた。以上から、本手法の適用により断層周辺岩盤において、流体の移行経路となる割れ目を把握できる可能性が示された。

口頭

Examination of an investigation technique for activity on a fault-related fold in the Tenpoku region, northern Hokkaido, Japan

野原 壯; 小坂 英樹*; 楮原 京子*; 三輪 敦志*; 常盤 哲也; 今泉 俊文*

no journal, , 

活断層情報から求めた地殻歪とGPS情報から求めた地殻歪の不整合は、未知の活断層の存在を示す可能性があり、地層処分における課題のひとつである。この問題について本研究ではプレート固着域の影響が小さい天北地域の断層関連褶曲のひとつであるサロベツ断層帯を対象に検討した。断層関連褶曲の地殻短縮速度を推定するため、地質学的情報を用いたバランス断面法解析を実施した。サロベツ断層帯の平均的な短縮速度と測地学的情報とを比較した結果、両者の間には顕著な不整合は認められない。本研究の結果は、断層関連褶曲の長期的変遷の推定には、地質構造の変遷を踏まえた地殻短縮速度の調査が重要なことを示している。活断層の活動性の不確実性を低減するうえで、断層関連褶曲の地殻短縮速度に関連した複数の手法を組合せた多面的調査によるアプローチは有効と考えられる。

口頭

Hydrogeological architecture of a fault zone reconstructed through an outcrop survey; Mesoscopic and microscopic observations, multipoint hydrogen gas measurements, particle size distribution analyses and chemical analyses of fault rocks

丹羽 正和; 黒澤 英樹; 島田 耕史; 石丸 恒存; 小坂 英輝*

no journal, , 

断層破砕帯は地下水の主要な移行経路となりうるので、その特徴を把握することは、地層処分の安全評価等において非常に重要である。本研究では、地表での調査で破砕帯の透水構造を明らかにするため、破砕帯の露頭及び顕微鏡下での記載に加え、水素ガスの原位置測定,断層岩の粒度分析及び化学分析を組合せた調査を実施した。調査対象とした露頭では、スメクタイトなどの粘土鉱物が充填する断層ガウジを挟んで、東側に花崗岩のカタクレーサイト、西側に溶結凝灰岩の断層角礫が分布する。カタクレーサイト及び断層角礫では、顕微鏡下でも割れ目が密に発達するのが認められる。水素ガスの原位置測定では、カタクレーサイト及び断層角礫では高濃度の水素ガスの継続的な放出が認められたが、断層ガウジではほとんど放出が認められない。断層岩の粒度分析からは、カタクレーサイトでより細粒の粒子に富む傾向があり、断層ガウジなどと比べて結合力が弱く割れ目に沿って粒子が分割しやすいことが推定される。以上の情報から、粘土鉱物が充填する断層ガウジが地下水流動において障壁となる一方、カタクレーサイトや断層角礫では割れ目に沿って地下水が移行する水みちとなっていると考えられる。

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