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論文

Hydrogen removal from hydrogenated diamond-like carbon films by exposure to photon and energetic atomic oxygen beams

横田 久美子*; 田川 雅人*; 松本 康司*; 古山 雄一*; 北村 晃*; 神田 一浩*; 戸出 真由美; 吉越 章隆; 寺岡 有殿

Protection of Materials and Structures from the Space Environment; Astrophysics and Space Science Proceedings, Vol.32, p.531 - 539, 2012/08

Stability of hydrogen in Diamond-like carbon (DLC) film under simulated space environment, i.e., hyperthermal atomic oxygen, vacuum ultraviolet (VUV) and soft X-ray exposures has been studied. Hydrogen in DLC was released by low-energy atomic oxygen beam exposure, whereas the gasification reaction of carbon atom needed collision energy above 3 eV. The desorption process in the deep region required a higher collision energy. The density of hydrogen decreased 11% by atomic oxygen exposure, and was independent of the collision energy. Photon exposure also releases hydrogen from DLC. High-energy photons in soft X-ray promote the hydrogen desorption even from deeper region with high efficiency. It was considered that soft X-ray could release bonded hydrogen which is not released by VUV or atomic oxygen exposures.

論文

Survivability of silicon-doped diamond-like carbon films in energetic atomic/molecular oxygen beam environments

田川 雅人*; 岸田 和博*; 横田 久美子*; 松本 康司*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; Zhang, J.*; Minton, T. K.*

Protection of Materials and Structures from the Space Environment; Astrophysics and Space Science Proceedings, Vol.32, p.547 - 555, 2012/08

Volatile products were measured from two types of diamond-like carbon films under the hyperthermal atomic oxygen (AO) beam bombardment. It was clearly observed that CO and CO$$_{2}$$ were formed at the conventional hydrogenated DLC surface by hyperthermal AO beam exposure. Desorption rates of CO and CO$$_{2}$$ are constant with AO fluence which reflects the constant erosion rate of the hydrogenated DLC. In contrast, Si-doped DLC shows decrease in amount of CO and CO$$_{2}$$ with increasing AO fluence. Oxidation of Si atoms at the DLC surface was detected by X-ray photoelectron spectroscopy. This is the evidence that SiO$$_{2}$$ film formed at the DLC surface could prevent AO reaction with C atoms in DLC which leads to loss of DLC. Since a self-healing capability can be expected on Si-doped DLC, metal doping is a promising technology for space application of DLC.

報告書

緩衝材の流出/侵入特性,3

松本 一浩; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2011-014, 26 Pages, 2011/06

JAEA-Research-2011-014.pdf:1.98MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア埋設後においては、緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象の一つとして、緩衝材の流出/侵入現象が考えられている。本報では、既往の研究において経験則に基づく侵入速さの指標として取扱ってきた$$sqrt{t}$$則の時間依存性について、長期間の侵入試験を行いその挙動を確認した。また、処分場の閉鎖性能の評価にあげられている課題を考慮し、埋め戻し材料仕様の侵入現象データについても一部取得した。

報告書

緩衝材の侵入現象モデルの適用性に関する検討,2

松本 一浩; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2010-058, 56 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-058.pdf:1.73MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象として、岩盤亀裂内への緩衝材の流出/侵入現象が考えられている。本報告では、既往の固相拡散理論に基づく侵入現象モデルの適用性を評価するために、飽和条件の自由膨潤挙動(一次元拡散挙動)の実験を行い、実験と侵入現象モデルの前提となる固相拡散理論との整合性について検証を行った。また、それらの結果に基づいて模擬亀裂内の侵入挙動についても評価を行った。さらに、本検討結果に関して専門家のレビューを踏まえ、今後の課題を明確にした。

論文

Synchrotron radiation photoelectron spectroscopy and near-edge X-ray absorption fine structure study on oxidative etching of diamond-like carbon films by hyperthermal atomic oxygen

田川 雅人*; 横田 久美子*; 北村 晃*; 松本 康司*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 神田 一浩*; 新部 正人*

Applied Surface Science, 256(24), p.7678 - 7683, 2010/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:49(Chemistry, Physical)

超熱原子状酸素ビームに曝した水素化ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜の表面構造変化を、ラザフォード後方散乱分光(RBS),放射光光電子分光(SR-PES),X線吸収端微細構造解析(NEXAFS)で調べた。DLC表面は酸化され、原子状酸素の高エネルギー衝突でエッチングされることがわかった。RBSとリアルタイム質量損失測定では原子状酸素強度とエッチング量は比例した。SR-PESでは酸化層はDLC膜の最表面に限られることがわかった。NEXAFSからはDLCのsp$$^{2}$$構造が選択的にエッチングされ、sp$$^{3}$$リッチ領域がDLC表面に残ることがわかった。DLC表面にsp$$^{3}$$リッチ領域が生成すると表面荒れが起こり、初期のDLC表面に比べてエロージョン収率が減少することがわかった。

報告書

緩衝材の侵入現象モデルの適用性に関する検討

松本 一浩; 棚井 憲治

JAEA-Research 2009-070, 47 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-070.pdf:21.27MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象として、緩衝材の流出/侵入現象が考えられている。本報では、侵入現象のモデル化において用いられている緩衝材の粘度についてデータの取得を行い、それらに基づいた粘度評価値の見直しにより、実験結果のシミュレーション解析を実施して侵入現象モデルの適用性の確認を行った。

報告書

緩衝材の浸食現象評価; ベントナイトコロイドの生成挙動

松本 一浩; 飯島 和毅; 棚井 憲治

JAEA-Research 2008-097, 64 Pages, 2009/02

JAEA-Research-2008-097.pdf:9.27MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、人工バリア材の一つである緩衝材には、放射性核種の移行遅延等の機能が期待されている。地層処分システムに対する地下水シナリオでは、オーバーパック破損後ガラス固化体の溶解に伴い放射性核種が溶出し、緩衝材中を移行することが想定されている。緩衝材外側に到達した核種は、緩衝材を起源として生成されるベントナイトコロイドに収着し、擬似コロイドを形成することによって、天然バリア中での核種の移行を助長することが考えられる。本研究では、緩衝材を起源とするベントナイトコロイドの生成挙動について、地下水の流れ場を模擬した系で緩衝材の浸食実験を行い、流速とコロイド生成量との関係を把握するとともに、緩衝材起源のコロイドの生成メカニズムについて考察した。

論文

X線CTスキャナによる亀裂内侵入ベントナイトの密度測定に関する適用性

松本 一浩*; 棚井 憲治

原子力バックエンド研究, 15(1), p.27 - 35, 2008/09

高レベル放射性廃棄物の地層処分では、廃棄体埋設後における人工バリアの長期健全性を評価するための評価手法の構築と、その評価手法の信頼性を高めることにより、安全評価における不確実性を低減させることが重要な課題である。本研究では、地層処分研究において懸念される事象の一つである緩衝材の岩盤亀裂中への侵入現象について、現象理解とより現実的な評価手法の構築に反映するために、X線CTスキャナを適用した模擬亀裂中におけるベントナイトの侵入密度測定を試み、その適用性を考察した。

報告書

A Study on extrusion behavior of buffer material into fractures using X-ray CT method

棚井 憲治; 松本 一浩*

JAEA-Research 2007-094, 11 Pages, 2008/02

JAEA-Research-2007-094.pdf:5.34MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリアシステムの一つである緩衝材は、地下水の浸潤により膨潤し、それによって周辺岩盤に存在する開口亀裂に侵入する。仮に亀裂への侵入が長期間に渡り継続される場合には、緩衝材密度の低下を招くことになり、低透水性,核種移行抑制機能及びコロイドろ過性などといった緩衝材に期待されている性能に悪影響を及ぼすことが懸念される。本研究では、岩盤亀裂中への緩衝材の侵入挙動を明らかにするために、X線CT測定を併用した侵入試験を行った。侵入試験については、亀裂中への侵入距離がベントナイト配合率や地下水のイオン強度に影響されることがわかった。X線CT測定に関しては、緩衝材の侵入挙動の把握、特に侵入モデルの開発の観点からも重要な役割を果たすものとなる。

論文

A Study of extrusion behaviour of buffer material into fractures

棚井 憲治; 松本 一浩*

Proceedings of 3rd International Meeting on Clays in Natural and Engineered Barriers for Radioactive Waste Confinement, p.57 - 64, 2008/00

高レベル放射性廃棄物の地層処分における緩衝材の候補材料であるベントナイトは、吸水により膨潤する性質を有し、この膨潤性によって緩衝材と周辺岩盤との隙間や周辺岩盤の割れ目などを充填する自己シール性が期待されている。一方で、この膨潤性によってベントナイトの割れ目への侵入が止まらずに緩衝材の密度が低下し、緩衝材自体の諸機能並びに人工バリアの構造力学的安定性に影響を及ぼすことが懸念される。また、割れ目へ侵入したベントナイトゲルが地下水の流れによって浸食される。このように岩盤の割れ目への侵入と割れ目へ侵入したベントナイトゲルの侵食を定量的に把握し、緩衝材の長期的な性能を評価する必要がある。本研究では、非破壊測定手法の一つであるX線CTを用いて亀裂内に侵入したベントナイトの密度分布の測定を行い、本手法の適用性について検討を行った。

報告書

緩衝材の性能保証項目にかかわる評価ツールの現状

棚井 憲治; 神徳 敬*; 菊池 広人*; 西村 繭果; 松本 一浩*; 青柳 茂男; 油井 三和

JAEA-Research 2006-035, 32 Pages, 2006/06

JAEA-Research-2006-035.pdf:3.46MB

国が策定する緩衝材にかかわる安全基準、指針等に資するため、廃棄体支持性,オーバーパックの保護、放射性核種の移行抑制、岩盤の保護という緩衝材の性能保証項目に対し、現状の評価方法を確認し、ツールの整備状況として一覧表形式でまとめた。また、一覧表に記載した評価ツール内容の具体例を示した。示している内容は、緩衝材の基本特性(緩衝材膨潤特性,力学特性,透水特性),緩衝材の変形・変質の長期挙動に関する現象(クリープ現象、緩衝材の流出、岩盤への侵入、緩衝材の変質に関する長期安定性)、緩衝材のガス透気回復挙動、コロイド影響評価、岩盤の力学的変形挙動であり、それぞれの項目で確認する具体的内容、評価方法(実験による確認により評価がなされるもの、実験式及びデータベースから推定されるもの、モデル計算より導出するもの)の種類、研究の概要及びその最新の結果を示した。

報告書

幌延深地層研究計画第2段階(平成17$$sim$$21年度)を対象とした工学技術の適用性検討に関する計画案

青柳 茂男; 油井 三和; 棚井 憲治; 川上 進; 藤田 朝雄; 谷口 直樹; 柴田 雅博; 小西 一寛; 西村 繭果; 菊池 広人*; et al.

JAEA-Review 2006-014, 61 Pages, 2006/03

JAEA-Review-2006-014.pdf:5.03MB

日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という)では、北海道の天塩郡幌延町にて、堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究計画は、平成17年度より、地下研究施設の建設に伴い、地上からの調査段階(第1段階)から坑道掘削時の調査研究段階(第2段階)へと移行していく。一方、原子力機構では、これまで工学技術の基盤技術開発として、「わ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」で示した一連の工学技術をベースとしつつ、幌延地区の地上からの調査段階で得られた地質環境条件を対象として工学技術の具体的な地質環境への適用性検討を行ってきた。今後は、工学技術の基盤技術開発として、幌延深地層研究計画の進捗に併せて、第2段階を通じた工学技術の具体的な地質環境への適用性検討を進め、それらの成果を体系的に整理し提示していく必要があると考える。よって、本報告書では、現時点の幌延の地下施設の建設工程及び「幌延深地層研究計画; 地下施設を利用した第2,第3段階における調査試験計画案」に基づき、幌延深地層研究計画の第2段階のうち、平成17年度から平成21年度までの5年間に焦点をあてた工学技術の適用性検討に関する研究計画を、個別研究課題ごとに整理し立案した。なお、本計画は、今後、幌延の地下施設の施工状況や最新の動向を踏まえ随時変更する可能性があるとともに、今後より詳細化していく必要がある。

論文

人工バリア及び岩盤の長期挙動に関する研究

青柳 茂男; 小田 好博; 笹本 広; 柴田 雅博; 棚井 憲治; 谷口 直樹; 西村 繭果; 藤崎 淳; 菊池 広人*; 松本 一浩*

放射性廃棄物安全研究年次計画(平成13年度$$sim$$平成17年度)研究成果報告集, p.179 - 203, 2006/03

具体的な地質環境条件を対象に人工バリアや地下施設に対して、長期予測モデルの検証等を行い、安全評価基準・指針類の策定及び安全評価モデル・データの信頼性向上に資することを目的として、(1)緩衝材の長期物理的・化学的安定性に関する研究,(2)オーバーパックの腐食挙動に関する研究,(3)ガス移行挙動に関する研究,(4)岩盤長期変形挙動に関する研究,(5)再冠水挙動に関する研究に関する現象モデル及びデータの検証を室内において実施した。これらの研究により、幌延の地下水条件や海水系地下水条件を対象としたデータの拡充や関係式の一般化,現象評価モデルの信頼性の向上を図った。さらには熱-水-応力-化学連成プロトタイプコードを構築した。

報告書

高イオン強度における圧縮ベントナイトに対する有機物の透過試験

飛塚 早智子; 菊池 広人*; 松本 一浩*; 飯島 和毅; 佐藤 治夫

JNC-TN8400 2005-019, 65 Pages, 2005/08

JNC-TN8400-2005-019.pdf:3.23MB

天然有機物の模擬物質として、ポリアクリル酸(平均分子量450,000)またはポリアクリル酸ナトリウム(平均分子量15,000)を用い、高イオン強度における圧縮ベントナイトに対する有機物の透過挙動を評価した。また、圧縮ベントナイトから溶出する有機物について調査した。乾燥密度1.2g/cm$$^{3}$$の圧縮ベントナイト(クニゲルV1、100%)に最長140日透過させたところ、高イオン強度では低イオン強度よりも一日あたりの透水量が多く、かつポリアクリル酸の濃度も高かった。分子量15,000の場合、高イオン強度では試験開始後52日目、低イオン強度では70日目にポリアクリル酸の破過が認められた。分子量450、000の場合はどちらの溶媒でも破過しなかった。イオン強度にかかわらず、圧縮ベントナイトによりフィルトレーションされる分子量の下限値は450,000より小さく、分子量15,000程度であっても分子構造を直線的に変化できるような有機物は、フィルトレーションされにくいと考えられる。また圧縮ベントナイトから溶出する有機炭素濃度は、低イオン強度において7.4-12.5mg・l$$^{-1}$$、高イオン強度において4.2-6.5mg・l$$^{-1}$$であると考えられる。

報告書

拡散モデルを用いた侵入現象による緩衝材密度変化の事例解析

松本 一浩*; 棚井 憲治; 菅野 毅*; 岩田 裕美子*

JNC-TN8400 2005-009, 40 Pages, 2005/06

JNC-TN8400-2005-009.pdf:2.5MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において,緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象として,緩衝材の流出/侵入挙動が考えられる。本報では,侵入現象のモデル化で用いている緩衝材の物性データに関する検討ならびに見直しを行い、モデルの評価精度の向上を図った。また、緩衝材の侵入現象に伴う長期的な密度変化に関して事例解析を実施し,侵入現象モデルの今後の課題を明確化した。

報告書

緩衝材の流出/侵入特性(II)-幌延地下水(HDB-6号孔)を用いた緩衝材の侵入特性評価-

松本 一浩*; 棚井 憲治

JNC-TN8400 2004-026, 41 Pages, 2005/02

JNC-TN8400-2004-026.pdf:0.81MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア埋設後においては、緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象の一つとして、緩衝材の流出挙動が考えられる。緩衝材の流出挙動は、岩盤亀裂中への侵入現象と、亀裂へ侵入したベントナイトゲルの地下水による浸食現象の二つの現象によるものと考えられており、この現象を実験により定量的に把握する必要がある。本報では、これまでに得られた侵入現象の降水・海水系地下水条件における挙動の把握を踏まえ、より現実的な地質環境条件下での挙動を把握するために、幌延深地層研究計画の一環として実施されている試錐調査で採取された実際の地下水(幌延地下水HDB-6号孔)を用いた挙動の把握を行った。また、侵入現象モデルの妥当性の検討および構築に資するため、非破壊検査技術を適用した侵入密度分布の把握を行った。浸食現象に関しては、緩衝材を起源とするベントナイトコロイドの生成量に関して、海水系地下水を模擬し、人工海水ならびに幌延地下水相当のイオン強度に調整したNaCl溶液を用い、挙動の把握を試みた。

報告書

緩衝材の流出/侵入特性

松本 一浩*; 棚井 憲治

JNC-TN8400 2003-035, 53 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-035.pdf:0.78MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア埋設後においては、緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象の一つとして、緩衝材の流出挙動が考えられる。緩衝材の流出挙動は、岩盤亀裂中への侵入現象と、亀裂へ侵入したベントナイトゲルの地下水による浸食現象の二つの現象によるものと考えられており、この現象を実験により定量的に把握する必要がある。本報では、侵入現象モデルの妥当性の検討および構築に資するため、海水系地下水を模擬した侵入現象に関するデータの拡充ならびに、非破壊検査技術を適用した現象のより詳細な把握を試みた。また、緩衝材を起源とするベントナイトコロイドの生成量に関して、定量的な把握を行った。

報告書

緩衝材の飽和透水特性-II -海水性地下水が緩衝材の透水性に及ぼす影響-

菊池 広人*; 棚井 憲治; 松本 一浩*; 上野 健一; 佐藤 治夫; 鐵 剛史*

JNC-TN8430 2003-002, 47 Pages, 2003/03

JNC-TN8430-2003-002.pdf:2.11MB

人工バリア、地下施設の設計および性能評価に資するため、圧縮ベントナイト本報告書においては、これまでに得られた成果を踏まえ、実際の地質環境下をれまでにデータがほとんど得られていない海水系地下水条件下における圧縮ベの水理特性を把握するため、熱(温度)や塩濃度の影響に関するデータを拡充に、これら関係式の一般化を行った。また、海水系地下水(人工海水で模擬)透水係数に及ぼす影響について報告する。試験の結果、透水係数は温度の上昇$$K$$=exp(-47.155+15.138rho$$_{b}$$-7.87ここで、$$K$$(m$2)は固有透過度、rho$$$_{b}$$(Mg/「第2次取りまとめ」までに取得された降水系データと海水系データを比較すに比べ、1 桁程度透水係数が大きくなった。また、乾燥密度が低密度から高密って、透水係数は降水系データに近づく傾向があることが分かった。この要因して、土壌学的に研究がなされている微細構造の変化が考えられることから、ナイト中のスメクタイト層間距離の測定を行ったが、顕著な変化は見られなかった。

報告書

X線CT法の適用性に関する検討

棚井 憲治; 松本 一浩*; 菊池 広人*

JNC-TN8430 2003-001, 20 Pages, 2003/03

JNC-TN8430-2003-001.pdf:1.96MB

高レベル放射性廃棄物地層処分に関する種々の実験は、ほとんどのものが閉じられた容器内に対象物を設置し、種々の物理量を間接的に各種センサーによって測定している。このような閉じられた系における測定手法が、ある意味ではメカニズム解明の限界の一因となっている。したがって、本課題を踏まえた新たな測定手法として、X線CT技術のような非破壊による現象の観察手法が必要不可欠である。本業務では、医療用のX線CTスキャナを用いて、緩衝材の候補材料であるベントナイトを対象として、ベントナイト中の水の移行挙動やガス移行挙動の観察の可否、さらにはこれら研究に必要となる基本データとして、ベントナイトの密度とCT値の関係に関するデータの取得を実施した。その結果、圧縮ベントナイトにおいても乾燥密度とCT値の間には正の相関関係が見られることがわかった。また、圧縮ベントナイト中における水の挙動に関しては、CT値の変化がよく捉えられるとともに、画像処理によって水の浸潤過程をよく表せることがわかった。ガス移行可視化試験においては、試験により得られたガス有効浸透率は、6$$times$$10$$^{-20}$$m$$^{2}$$程度であり、これまでの試験で得られたものと同程度の結果であったが、透気現象として2つのピークが見られるというこれまでの試験では見られなかった挙動が観察された。また、X線CTによるガス移行挙動 の観察に関しては、CT値及び撮影画像ともに顕著な変化は見られなかった。ガス移行可視化試験におけるこれらの問題点については、要因の絞込みあるいはその他付加的な方法の検討を行っていく予定である。

報告書

ベントナイト緩衝材の流出特性の評価 (II)

松本 一浩*; 棚井 憲治

JNC-TN8400 2003-006, 104 Pages, 2003/03

JNC-TN8400-2003-006.pdf:13.06MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア埋設後においては、緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象の一つとして、緩衝材の流出挙動が考えられる。緩衝材の流出挙動は、岩盤亀裂中への侵入現象と、亀裂へ侵入したベントナイトゲルの地下水による侵食現象の二つの現象によるものと考えられており、この現象を実験により定量的に把握する必要がある。前報では、緩衝材の流出挙動に関する基礎的な一部のデータ取得を行った。本報では、緩衝材の流出挙動をより詳細に把握するために、緩衝材流出挙動試験設備(BENTFLOW)を用い、ベントナイト供試体の仕様(乾燥密度、ケイ砂混合率)および亀裂幅、また亀裂内流速をパラメータとして実験を実施し、データの拡充を行った。

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