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論文

Evaluation of the excavation disturbed zone of sedimentary rock in the Horonobe Underground Research Laboratory

窪田 健二*; 青柳 和平; 杉田 裕

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.729 - 733, 2019/05

高レベル放射性廃棄物の地層処分場の建設時には、坑道周辺に掘削影響領域が形成される。この領域の存在により、岩盤内の核種の移行挙動に影響が生じるため、掘削影響領域の理解は重要である。掘削影響領域の評価のために、本研究では、幌延深地層研究センターの深度140mおよび250m調査坑道において、坑道掘削前、掘削中、および掘削後に原位置試験を実施した。結果として、140m調査坑道では、坑道掘削により生じた割れ目が0.45mの範囲まで発達しており、250m調査坑道では、約1mの範囲まで発達していることが分かった。また、不飽和領域に関しては、140m調査坑道では約1m発達したが、250m調査坑道ではほとんど発達していないことがわかった。

報告書

幌延深地層研究施設における掘削影響領域の評価,1; 深度140mを対象とした試験(共同研究)

杉田 裕; 青柳 和平; 窪田 健二*; 中田 英二*; 大山 隆弘*

JAEA-Research 2018-002, 72 Pages, 2018/06

JAEA-Research-2018-002.pdf:6.16MB

放射性廃棄物を地層処分する地下深部において立坑や坑道を掘削する場合、掘削時の応力再配分により立坑や坑道の周囲に掘削影響領域が発生する。掘削影響領域における岩盤特性の変化は、放射性核種の移行挙動にも影響すると考えられることから、その領域や経時変化の把握が重要となっている。そこで、掘削影響領域の長期挙動の評価を目的として、日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画において、深度140mの調査坑道を対象とした原位置試験を、電力中央研究所との共同研究の一部として実施してきている。本共同研究では、坑道壁面の観察やボーリング孔を利用した各種調査(地質調査, 弾性波トモグラフィ, 比抵抗トモグラフィ, 透水試験, 水分量計測, 孔内載荷試験, 内空変位計測等)の結果を総合的に評価することにより、掘削影響領域の範囲や掘削影響領域において生じた物理変化の要因、およびその経時変化を把握した。また、掘削影響領域の評価に適用した調査法で取得された計測データを分析することにより、掘削影響領域の経時変化に係る長期データの取得に向けた課題を明らかにした。

論文

水平坑道掘削に伴う掘削影響領域の調査; 幌延深地層研究施設における検討

窪田 健二*; 青柳 和平; 杉田 裕

公益社団法人物理探査学会第138回(平成30年度春季)学術講演会講演論文集, p.51 - 54, 2018/05

高レベル放射性廃棄物の地層処分場建設に際しては、坑道掘削に伴う応力再配分により掘削影響領域が発生する。この領域は、廃棄体埋設後の核種の選択的な移行経路になることが想定されるため、掘削時および掘削後の挙動の理解が重要となる。本研究では、幌延深地層研究センターの深度140mおよび250mの調査坑道において実施した原位置試験結果について述べる。各深度の調査坑道における試験結果を比較したところ、掘削により割れ目が発達していた領域は、140m調査坑道で壁面から0.45m, 250m調査坑道で壁面から1.0mであった。一方、不飽和領域の発達は、140m調査坑道で壁面から1.0mであったのに対し、250m調査坑道ではほとんど発生していなかった。

報告書

幌延深地層研究施設における掘削影響領域の評価; 深度250mを対象とした試験(共同研究)

青柳 和平; 窪田 健二*; 中田 英二*; 末永 弘*; 野原 慎太郎*

JAEA-Research 2017-004, 91 Pages, 2017/06

JAEA-Research-2017-004.pdf:6.07MB

本研究では、幌延深地層研究センターの地下施設のうち、250m調査坑道において、掘削影響領域における水理・力学・物理特性等を調査し、掘削影響領域の範囲や掘削影響領域において生じた物理変化の要因、およびその経時変化を評価することを目的として、弾性波トモグラフィ調査、弾性波屈折法探査、比抵抗トモグラフィ調査や透水試験を実施した。弾性波トモグラフィの結果、坑道掘削に伴い、坑道壁面から約1mの範囲内でP波速度が顕著に低下した。P波速度の低下と割れ目密度との間に相関があることが示されたことから、坑道掘削に伴って約1mの範囲まで割れ目が発達したと推定される。透水試験の結果、坑壁から0.5$$sim$$1m離れた領域において、掘削に伴い透水係数が増大した。同一の調査箇所ではないものの、坑壁からの距離はP波速度の低下域と概ね調和しており、割れ目の形成に伴う透水係数の増大を捉えた可能性が示された。また、比抵抗トモグラフィ調査の結果から、掘削に伴う顕著な不飽和領域の形成は生じていないことが推察された。これらの調査結果から、掘削損傷領域の水理・力学特性を評価する手法として、今回採用した原位置試験方法や評価手法が妥当であることが示された。

報告書

第2期中期計画における原子力施設の廃止措置と技術開発

照沼 章弘; 三村 竜二; 長島 久雄; 青柳 義孝; 廣川 勝規*; 打它 正人; 石森 有; 桑原 潤; 岡本 久人; 木村 泰久; et al.

JAEA-Review 2016-008, 98 Pages, 2016/07

JAEA-Review-2016-008.pdf:11.73MB

原子力機構は、平成22年4月から平成27年3月までの期間における中期目標を達成するための計画(以下「第2期中期計画」という。)を作成した。また、上記期間中の各年度の業務運営に関する計画(以下「年度計画」という。)を定めている。バックエンド研究開発部門は、この第2期中期計画及び年度計画に基づいて、廃止措置技術開発と原子力施設の廃止措置を進めてきた。本報告は、バックエンド研究開発部門が第2期中期に実施した廃止措置技術開発と原子力施設の廃止措置の結果についてまとめたものである。

論文

幌延深地層研究所の250m調査坑道における掘削損傷領域の経時変化に関する検討

青柳 和平; 津坂 仁和; 窪田 健二*; 常盤 哲也; 近藤 桂二; 稲垣 大介

土木学会論文集,C(地圏工学)(インターネット), 70(4), p.412 - 423, 2014/12

幌延深地層研究所の250m調査坑道において、弾性波および比抵抗トモグラフィにより、掘削損傷領域の弾性波速度や見掛比抵抗値の経時変化を計測している。弾性波トモグラフィ調査では、坑道掘削に伴い、壁面から約1mの範囲で弾性波速度が低下した。一方、比抵抗トモグラフィ調査では、掘削に伴う顕著な見掛比抵抗値の変化は見られなかった。さらに、坑道壁面の割れ目の観察結果に基づいて、調査領域の三次元割れ目モデルを作成して、坑道掘削後の弾性波トモグラフィ調査で得られる各測線の弾性波速度と割れ目密度の関係を分析したところ、割れ目密度の増大とともに弾性波速度が低下することが明らかとなった。このことから、弾性波トモグラフィ調査と割れ目密度の検討により、掘削損傷領域を適切に評価できることが示された。

論文

Hydrogeomechanical investigation of an excavation damaged zone in the Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 津坂 仁和*; 野原 慎太郎*; 窪田 健二*; 常盤 哲也*; 近藤 桂二*; 稲垣 大介*

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2014/10

In a construction of a deep underground facility such as repository for high-level radioactive waste (HLW) disposal, significant changes in hydrogeomechanical properties around a gallery are expected. This zone is called an Excavation Damaged Zone (EDZ). For the safety of HLW disposal, it is necessary to investigate extent and hydrogeomechanical characteristics of an EDZ. In this research, the authors conducted in situ surveys such as seismic refraction survey, geological observation around a gallery, borehole television survey, and hydraulic tests in the Horonobe Underground Research Laboratory. From the results of those surveys, the authors concluded that the extent of the area with high-density of fractures and high hydraulic conductivity was estimated to be about 0.2 to 1.2 m into the gallery wall. The authors also compiled the information of the extent of an EDZ and hydrogeomechanical properties inside and outside of an EDZ as a conceptual model. Since the conceptual models provide the basic idea for determining flow and solute transport in an EDZ, the result of this research provides a useful data for a safety assessment of the HLW disposal.

論文

堆積岩地域における深部地下坑道周辺の割れ目の特徴

野原 慎太郎*; 中田 英二*; 末永 弘*; 田中 姿郎*; 窪田 健二*; 大山 隆弘*; 近藤 桂二

日本応用地質学会平成25年度研究発表会講演論文集, p.129 - 130, 2013/10

日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターにおける250m調査坑道内の西側調査坑道内において、坑道掘削から約1年11か月経過後に、水平方向のボーリングを6本(孔径66, 86mm、掘削長5.45$$sim$$7.83m)掘削した。掘削によって得られたコアには、浅部に複数のかみ合わせが良い割れ目が存在し、その深度は0.5m程度であった。また、一部粘土化した軟質部を含む破砕帯が確認され、その区間長は0.6から1.3m程度であった。ボアホールテレビカメラを用いて、ボーリング孔の孔壁観察を行って割れ目を同定した結果、最も多く割れ目が確認されたのは、破砕帯に位置する割れ目であり、全体の57%(N=97)を占める。また、深度0.5m以内に位置する割れ目は全体の18%(N=31)を占める。破砕帯に位置する割れ目は、走向がほぼEWで傾斜が70$$^{circ}$$Nの割れ目が卓越するのに対し、深度0.5m以内に位置する割れ目は、走向がN40E$$sim$$N62Eで傾斜が45$$^{circ}$$N, 80$$^{circ}$$N, 85$$^{circ}$$Sであり、坑壁に対して概ね平行な方向であった。この区間の割れ目はかみ合わせが概ね良好であることから、坑道掘削による割れ目開口の可能性が示唆される。

論文

物理探査法による掘削影響領域のモニタリング; 深度140m, 250m水平坑道の掘削時における調査

窪田 健二*; 近藤 桂二; 榊原 淳一*

社団法人物理探査学会第128回(平成25年度春季)学術講演会講演論文集, p.62 - 65, 2013/06

高レベル放射性廃棄物の地層処分の実施において、地下坑道の掘進に伴い生じる掘削影響領域を評価することは、処分の安全性を評価するうえで重要な課題の一つである。そこで、日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究施設に掘削された、深度140m及び250m坑道の掘削前後に物理探査(比抵抗トモグラフィ及び音響トモグラフィ)の繰り返し測定を行い、掘削影響領域の広がりに関する評価を行った。本講演では、その概要について発表する。

論文

A Study on flow field of purge gas for tritium transfer through breeder pebble bed in fusion blanket

関 洋治; 江里 幸一郎; 横山 堅二; 榎枝 幹男; 久保田 仁一*; 坂本 健作

Proceedings of 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2012/12

固体増殖方式の核融合炉ブランケットでは、チタン酸リチウム(Li$$_{2}TiO_{3}$$)の増殖材微小球を容器に充填し、増殖したトリチウムをヘリウム(He)パージガスによって回収するシステムを採用している。国際熱核融合実験炉の中性子環境下で総合的な機械機能試験が実施予定の固体増殖方式のテストブランケットモジュールや同方式を採用した原型炉のパージガス補器系統の設計において、微小球充填体内を通過するHeパージガスの圧力損失やその流動現象を予測するためのツールを確立することは重要である。本報では、増殖材微小球充填体に対して、幅広い流量域(0L/min - 100L/min)で圧力損失試験を行い、40L/min以下で一様な空隙率で構成された実験式と良い一致を得た。他方、微小球を境界条件として模擬した充填体内流動の数値解析を行い、実験との比較を行った。本数値シミュレーションでは、実験では得ることのできない充填体内の流動分布を得ることに成功した。本結果により充填容器壁近傍と充填体中央部の流速分布の違いを明らかにした。

論文

Actinide-handling experience for training and education of future expert under J-ACTINET

逢坂 正彦; 小無 健司*; 林 博和; Li, D.*; 本間 佳哉*; 山村 朝雄*; 佐藤 勇; 三輪 周平; 関本 俊*; 窪田 卓見*; et al.

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

将来アクチノイド研究・技術に従事することが期待される若手に向けたJ-ACTINET主催のサマースクールが成功裏に開催された。第1回のサマースクールは2009年8月茨城地区で開催され、2010年8月関西地区での開催が続いた。アクチノイド研究の入門コースとして、大学・大学院学生並びに若手研究者・エンジニアを対象として、実際のアクチノイド体験を主眼とした。3$$sim$$4日の短期間のスクールでアクチノイドの体験を行い、アクチノイドへの興味を引き出すために多くの努力が払われた。茨城地区でのサマースクールにおいてはアクチノイド取扱いの模擬体験が、また、関西地区でのサマースクールにおいては実際のアクチノイドを用いた実験が好評を博した。今後J-ACTINETサマースクールを毎年開催していく予定である。

論文

Volume phase transitions of pyly(acryloyl-L-proline methyl ester) gels in response to water-alcohol composition

廣木 章博*; 前川 康成; 吉田 勝; 窪田 健二*; 片貝 良一*

Polymer, 42(5), p.1863 - 1867, 2000/12

 被引用回数:39 パーセンタイル:19.64(Polymer Science)

温度応答性アクリロイル-L-プロリンメチルエステル(A-ProOMe)ゲルの体積相転移挙動を水とアルコールの混合溶媒系中で調べたところ、系中のアルコール成分の増加とともにゲルは、膨潤-収縮-再膨潤-再収縮と体積総変化を示すことがわかった。一方、温度応答性N-イソプロピルアクリルアミドゲルの場合、再収縮挙動は存在しないことが知られている。そこで、A-ProOMeゲルで観察された再収縮挙動の原因を明らかにするため、赤外分光法で解析を試みた。その結果、再収縮挙動は系中のアルコール成分の増加によって、水素結合性カルボニル基の割合が変化するため起こるとわかった。

報告書

地層処分システムにおけるシーリング研究(III)(概要)

青木 謙治*; 日比谷 啓介*; 塩釜 幸弘*; 戸井田 克*; 山本 拓治*; 吉田 宏*; 坂野 且典*; 久保田 翼*; 清水 保明*; 奥津 一夫*; et al.

PNC-TJ1100 94-001, 69 Pages, 1994/02

PNC-TJ1100-94-001.pdf:4.56MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、廃棄体の定置後、処分のために掘削した地下構造物を人工バリア材の一つである埋戻し材、プラグ材、グラウト材等により閉鎖し(以下「シーリング」と呼ぶ)、廃棄体の隔離性能を長期にわたって確保する必要がある。本年度の研究成果を以下に示す。1)ベントナイトを主材とし、最大粒径4mm程度のケイ砂を混合した材料の基礎的な物性(締固め特性、一軸圧縮強度、透水特性)を、その混合比を変化させて取得し、既存の知見と共に、ベントナイト系混合材料の諸物性を検討した。2)基本的な地下水挙動を把握するために、処分場を掘削し、埋戻し材(ベントナイト、砂)で埋戻す場合の地下水低下及び再冠水現象を広域及び処分坑道レベルのスケールで解析的に検討した。3)原位置におけるグラウト試験試験に関して、試験坑道のレイアウト、試験位置、試験項目、試験の具体的手順および試験工程の設計を行った。

口頭

深度140mの坑道掘削前後における比抵抗トモグラフィ及び音響トモグラフィの繰り返し測定

窪田 健二*; 鈴木 浩一*; 杉田 裕; 榊原 淳一*

no journal, , 

幌延深地層研究センターの地下施設において実施している電力中央研究所との共同研究の一つである坑道の掘削に伴い発生する掘削影響領域を対象とした調査研究の報告である。140m東側調査坑道において、調査坑道に平行となるボーリング孔を用い、比抵抗と音響の両手法によるトモグラフィ調査を実施し、坑道周囲に発生する掘削影響領域の把握を試みた。まず、比抵抗と岩石の飽和度,弾性波速度と岩石の飽和度との関係を室内試験により求めた。その結果、見かけ比抵抗値の変化及び弾性波の速度変化は飽和度の変化と考えられることから、トモグラフィ調査で捉えられた飽和度の変化は掘削影響領域を反映していると考えられる。これらトモグラフィ調査は、掘削影響領域を把握する際に有効な手法となることを示すことができた。

口頭

放射光を用いた電子強誘電体LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$における電荷秩序の研究

久保田 正人*; 早川 弘毅*; 大石 大輔*; 赤浜 祐士*; 吉井 賢資; 神戸 高志*; 池田 直*

no journal, , 

フォトンファクトリーの放射光を用いて、LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の電荷秩序状態の研究を行った。この系は、鉄イオンの3d電子が実空間上で特殊な配列をすることで強誘電性を発現する新規な強誘電物質であるが、電荷秩序状態の詳細と本質については不明な点が多い。本研究では単結晶試料を用い、鉄のK,L吸収端近傍において、試料に電流を流しながら室温近傍でX線回折実験を行った。電流密度及び電流方向などのパラメータを変化させることで、電荷秩序状態が変化したり消失したりする様子が観測された。現在解析を行っており、この系の強誘電性の起源である電荷秩序状態についての詳細を議論する予定である。

口頭

層状三角格子物質LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$における電荷秩序の非線形電場応答

早川 弘毅*; 久保田 正人*; 大石 大輔*; 赤浜 祐士*; 松尾 祥史*; 池田 直*; 神戸 高志*; 君塚 昇*; 吉井 賢資

no journal, , 

標記物質は、鉄イオンの電荷秩序によって330K以下で強誘電性を示す、新しいタイプの強誘電体である。本研究では、電荷秩序状態の詳細を調べるために、外部電場による電荷秩序状態の変化を、物性測定及び高エネルギー加速器研究機構の放射光を用いて調べた結果を報告する。試料に電場を印加すると、小さい電場の時には鉄電荷秩序のため電流は流れず抵抗は大きいが、ある閾値を超えると電流が急激に流れ抵抗が減少することが観測された。放射光を用いた軟X線回折からは、低電場ではc軸2倍周期の超格子が観測されるが、閾値以上の電場ではc軸方向の長周期構造は消失した。これらの結果は、LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の電荷秩序の起源にかかわる情報を含むと考えられるが、現在解析中であり、詳細は当日報告する。

口頭

Inelastic neutron scattering study on phonon spectra in dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥; 川北 至信; et al.

no journal, , 

最近、分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$において、リラクサー的な電荷応答を示す強誘電性が示唆されている。われわれはこの系に対し、チョッパー分光器を用いた中性子非弾性散乱測定を行い、広い波数ベクトル(Q)-エネルギー(E)空間でのフォノンの観測に、分子性導体では初めて成功した。測定では、音響フォノンと36meVまでの光学フォノンモードが明瞭に観測された。最もエネルギーの低い4.2meVのモードの強度は、グラス的強誘電が発現する温度$$T_{FE}$$=62K以下でゾーン境界において増加し、さらに反強磁性転移温度$$T_{rm N}$$=22K以下では、観測された全Q領域で大きくエンハンスされることが明らかになった。この結果は、4.2meVモードにより特徴づけられる格子ダイナミクスが、電荷・スピンの自由度と強く結合していることを示している。

口頭

Phonon modes in a molecular dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ studied by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥; 中島 健次

no journal, , 

最近、分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$がリラクサー的な電荷応答を示す新しいタイプの強誘電体の候補として報告された。この系は、$$T_c$$= 62K以下でグラス的な強誘電性を示し、さらに$$T_{rm N}$$=22K以下で長距離反強磁性秩序を示す。我々は、MLFのBL14に設置されたチョッパー分光器アマテラスを用いて、この系の中性子非弾性散乱測定を行った。温度の降下に伴い、18meVおよび21meV付近のフォノン強度は減少し、一方13.5meV近傍のモードの強度は増加する。すでに我々は、4.2meVをもつ2倍周期の光学モードが$$T_c$$以下でエンハンスされ、さらに$$T_{rm N}$$以下で抑制されることを見出しており、これは電荷およびスピンのダイナミクスと関連していると考えている。この結果とは対照的に、18meV付近の光学モードの強度は$$T_c$$以下で減少し、低温で一定になるという振る舞いをする。

口頭

Studies on phonon modes in a molecular dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥*; 中島 健次

no journal, , 

分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$において最近、リラクサー的な誘電応答が報告され、新しいタイプの強誘電体として注目を集めている。この系は、スピン1/2が局在するBEDT-TTFダイマー内の電荷の不均化によるグラス的な強誘電と、長距離反強磁性秩序がそれぞれ$$T_c$$=62K、$$T_{rm N}$$=22K以下で発現する。このような分子性物質では、低エネルギーのフォノンが電荷・スピンと同じエネルギー領域に存在するため電荷・スピンの自由度と強く結合することが期待される。そこでこの系のフォノンモードを観測するため、J-PARC MLFのチョッパー分光器アマテラスを用いて中性子非弾性散乱測定を行った。低エネルギーのモードについては、ソフト化は観測されていない一方で、$$T_c$$, $$T_{rm N}$$と関連した温度依存性を示した。本研究の結果は、この低エネルギーフォノンが電荷・スピンと強く結合していることを示唆している。

口頭

Phonon modes of $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ coupled with charge and spin studied by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥*; 中島 健次

no journal, , 

$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$は、$$T_c$$=62K以下でグラス的な強誘電、さらに$$T_{rm N}$$=22K以下で反強磁性秩序を示す、有機ダイマーモット絶縁体である。このような分子性導体では、低エネルギーフォノンが電荷・スピンと同じエネルギー領域に存在し、そのため格子が電荷及びスピン自由度と強く結合していることが期待される。我々は、電荷及びスピン自由度と結合したフォノンについて調べるため、J-PARCに設置されたチョッパー分光器アマテラスを用いて中性子非弾性散乱測定を行なった。この系は、最も低エネルギーの光学フォノンが4.2meVに現れる。このモードの強度を詳しく解析すると、高温から$$T_c$$に向かって温度が下がるにつれ強度は増加し、$$T_c$$以下で一定となり、$$T_{rm N}$$以下で急激に増加することがわかった。会議では、異なる波数ベクトル$$Q$$位置でのこの4.2meVモードの振る舞いについて報告し、電荷・スピン自由度との関連について議論する。

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