地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(令和5年度)

丹羽 正和; 島田 耕史; 末岡 茂; 石原 隆仙; 箱岩 寛晶; 浅森 浩一; 村上 理; 福田 将眞; 小北 康弘; 鏡味 沙耶; et al.

JAEA-Research 2024-013, 65 Pages, 2024/11

JAEA-Research-2024-013.pdf:4.22MB

本報告書では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第4期中長期目標期間(令和4年度令和10年度)における令和5年度に実施した研究開発に係る成果を取りまとめたものである。第4期中長期目標期間における研究の実施にあたっては、地層処分事業における概要・精密調査や国の安全規制に対し研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を進めている。本報告書では、それぞれの研究分野に係る科学的・技術的背景を解説するとともに、主な研究成果等について取りまとめた。

Current numbers of qubits and their uses

市川 翼*; 箱嶋 秀昭*; 乾 幸地*; 伊藤 康介*; 松田 亮*; 御手洗 光祐*; 宮本 幸一*; 水上 渉*; 水田 郁*; 森 俊夫*; et al.

Nature Reviews Physics (Internet), 6(6), p.345 - 347, 2024/06

https://doi.org/10.1038/s42254-024-00725-0

Access to quantum computers has been democratized by the availability of cloud services from commercial providers, but the numbers of qubits users can exploit have remained modest, limited by noise and errors. What are these qubits used for and what can we expect next?

九州前弧域におけるS波偏向異方性の推定

小川 大輝; 平塚 晋也; 浅森 浩一; 島田 耕史; 丹羽 正和

物理探査, 77, p.15 - 23, 2024/00

https://doi.org/10.3124/segj.77.15

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、火山性熱水や非火山性のスラブ起源水の移動経路を地表からの調査を通じて把握することは、処分システムの閉じ込め機能喪失の回避に資する。九州地方の前弧域に位置する宮崎平野及びその周辺には長大な活断層等がほとんど分布せず地下水の顕著な湧出も知られていない。一方で、地震波速度構造や比抵抗構造から、フィリピン海スラブの脱水に起因する流体が上昇することで形成された流体賦存域の存在が地殻内において示唆される。また一部の地下水には、地下深部から上昇するスラブ起源水との関連性が報告されている。こうした九州前弧域の地殻内流体の流入経路となり得る地殻内のクラックの存在や性状について検討するため、当該地域の観測点で取得された震源の深さが20km以浅の地震の波形に対し、S波スプリッティング解析を適用した。九州前孤域のうち内陸部においては、速いS波の振動方向が震源メカニズム解に基づく最大水平圧縮応力軸の方向と整合的であることから、S波偏向異方性が地殻応力場にしたがって配向したクラックの存在に主に起因していることが示唆される。一方で日向灘沿岸域では、地殻応力の方向とは異なる北北東-南南西北東-南西方向または北北西-南南東北西-南東方向に卓越する。また、各震源と観測点間の平均的な異方性強度も算出した。その結果、霧島火山東方の観測点TAKAZAで取得された地震データからは5.67.0%の大きな異方性強度を示す地震波線が少数認められ、それらが火山性熱水の流入経路を反映している可能性が挙げられる。しかし日向灘沿岸域については、各観測点により取得された異方性強度は全て5%を下回ることから、震源から観測点まで連続した流体移動経路を示唆する波線は得られていないと判断される。

Present status of J-PARC MUSE

下村 浩一郎*; 幸田 章宏*; Pant, A. D.*; 名取 寛顕*; 藤森 寛*; 梅垣 いづみ*; 中村 惇平*; 反保 元伸*; 河村 成肇*; 手島 菜月*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012033_1 - 012033_5, 2023/03

https://doi.org/10.1088/1742-6596/2462/1/012033

At J-PARC MUSE, since the SR2017 conference and up to FY2022, there have been several new developments at the facility, including the completion of a new experimental area S2 at the surface muon beamline S-line and the first muon beam extraction to the H1 area in the H-line, mainly to carry out high-statistics fundamental physics experiments. Several new studies are also underway, such as applying negative muon non-destructive elemental analysis to the analysis of samples returned from the asteroid Ryugu in the D2 area of the D-line. This paper reports on the latest status of MUSE.

S波スプリッティング解析を用いたスラブ起源流体の移行経路推定の試み

平塚 晋也; 浅森 浩一; 雑賀 敦

JAEA-Research 2022-002, 38 Pages, 2022/06

JAEA-Research-2022-002.pdf:4.49MB

日本列島の下に沈み込むスラブから脱水して上昇してくる深部流体は、高温かつ炭酸化学種に富むなどの特徴を有することから、その特徴や分布、地表への移行経路を把握することは高レベル放射性廃棄物の地層処分における調査・評価においても重要である。これらスラブ起源流体の移行経路としては、クラックが高密度に分布する領域が考えられ、こうした領域は周囲に比べてより強い地震波速度の異方性を示すと予想される。異方性媒質に入射したS波は、振動する方向によって異なる速度で伝播するS波偏向異方性を示すため、互いに直交する方向に振動し、異なる速度で伝播する2つの波に分裂するS波スプリッティング現象が生じる。本報告書では、まず、S波スプリッティング解析の原理について詳しく説明する。次に、和歌山県田辺市本宮町周辺を事例対象として、S波スプリッティング解析を行った結果を示す。最後に、先行研究による温泉水及び遊離ガス中に含まれるヘリウム同位体比(He/He)の分布や、本宮地域を横断する測線に沿って行われた二次元比抵抗構造解析の結果との比較に基づき、スラブ起源流体の移行経路の推定を試みた。検討の結果、温泉水及び遊離ガス中に含まれるヘリウム同位体比(He/He)が高く、スラブ起源流体が上昇してきている可能性が高いとみなされる場合は、2つの波に分裂したS波の到達時間差(dt)も大きな値を示す傾向にあることが明らかとなった。また、二次元比抵抗構造解析の結果との比較によれば、高比抵抗領域においては、dtは小さい値を示す。それに対し、低比抵抗領域においては、dtは大きな値を示しており、本宮地域に対してスラブ起源流体は西側の深部から上昇してくるとする先行研究による解釈と調和的であることが分かった。

Numerical experiment for processing noisy magnetotelluric data based on independence of signal sources and continuity of response functions

小川 大輝; 浅森 浩一; 上田 匠*

Proceedings of 14th SEGJ International Symposium (Internet), p.51 - 54, 2021/11

https://doi.org/10.1190/segj2021-014.1

In the magnetotelluric (MT) method, observed data consist of the sum of several types of signals. The technique of blind source separation (BSS) has been utilized to suppress the effect of artificial noises on MT response functions. When reconstructing the noise-reduced observed data by means of BSS, it is crucial to eliminate the specific components which correspond to noise. Yet improper subtraction of values from separated signals can lead to the loss of useful values of the natural signal or missing a large amount of noise-affected values, which may result in failure in deriving the true MT responses. This study proposes a novel algorithm that utilizes frequency-domain independent component analysis (FDICA). The observed data were classified into the XY and YX modes and the components of the reference magnetic field were appended to respective modes so that both the assumed source signal and the mixed signal have same number of components. The MT response functions, which are represented as the ratio of horizontal electric to magnetic field components, are substantially constant over the relatively short period of time. Moreover, the MT response functions vary smoothly in the frequency domain. An evaluation index with respect to these two characteristics of the natural signal was introduced when determining which values to subtract prior to the reconstruction of the observed data. We verify the performance of noise suppression by applying the proposed method to a set of MT time series affected by synthetic strong noise over the whole observation time.

Spin excitations of the =1/2 one-dimensional Ising-like antiferromagnet BaCoVO in transverse magnetic fields

奥谷 顕*; 大西 弘明; 木村 尚次郎*; 竹内 徹也*; 木田 孝則*; 森 道康; 三宅 厚志*; 徳永 将史*; 金道 浩一*; 萩原 政幸*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(4), p.044704_1 - 044704_9, 2021/04

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.044704

The high-field multifrequency electron spin resonance (ESR), the magnetization, and the specific heat of single crystals of BaCoVO (a quasi-one-dimensional Ising-like antiferromagnet with ) were measured in two different transverse magnetic fields: and . A softening of the lowest ESR mode was observed near the saturation field of the magnetization around 40 T in , whereas it occurs around 10 T in , far below the saturation field. These observations were reproduced by numerical calculations using the density-matrix renormalization group methods, including the staggered magnetic fields induced by a uniform external magnetic field and the interchain magnetic exchange interaction. We found that the directional dependence of the lowest mode originates mainly from the remarkable angular dependence of the induced magnetic field. The interchain interaction is also quantitatively important for reproducing the experimental results. The directional dependence of the lowest mode is demonstrated by the particle-hole excitation of spinons using the Jordan-Wigner transformation.

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和2年度)

石丸 恒存; 尾方 伸久; 島田 耕史; 國分 陽子; 丹羽 正和; 浅森 浩一; 渡邊 隆広; 末岡 茂; 小松 哲也; 横山 立憲; et al.

JAEA-Review 2020-010, 46 Pages, 2020/07

JAEA-Review-2020-010.pdf:1.89MB

本計画書では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第3期中長期目標期間(平成27年度令和3年度)における令和2年度の研究開発計画を取りまとめた。本計画の策定にあたっては、「地質環境の長期安定性に関する研究」基本計画-第3期中長期計画に基づき、これまでの研究開発成果、関係研究機関の動向や大学等で行われている最新の研究成果、実施主体や規制機関のニーズ等を考慮した。研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を推進する。

Study of quasielastic barrier distributions as a step towards the synthesis of superheavy elements with hot fusion reactions

田中 泰貴*; 森田 浩介*; 森本 幸司*; 加治 大哉*; 羽場 宏光*; Boll, R. A.*; Brewer, N. T.*; Van Cleve, S.*; Dean, D. J.*; 石澤 倫*; et al.

Physical Review Letters, 124(5), p.052502_1 - 052502_6, 2020/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.052502

The excitation functions for quasielastic scattering of Ne+Cm, Mg+Cm, Ca+U are measured using a gas-filled recoil ion separator The quasielastic barrier distributions are extracted for these systems and are compared with coupled-channel calculations. The results indicate that the barrier distribution is affected dominantly by deformation of the actinide target nuclei, but also by vibrational or rotational excitations of the projectile nuclei, as well as neutron transfer processes before capture. From a comparison between the experimental barrier distributions and the evaporation residue cross sections for Sg (Z=106), Hs (108), Cn (112), and Lv (116), it is suggested that the hot fusion reactions take advantage of a compact collision, where the projectile approaches along the short axis of a prolately deformed nucleus. A new method is proposed to estimate the optimum incident energy to synthesize unknown superheavy nuclei using the barrier distribution.

地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(平成30年度)

石丸 恒存; 尾方 伸久; 花室 孝広; 島田 顕臣; 國分 陽子; 浅森 浩一; 丹羽 正和; 島田 耕史; 渡邊 隆広; 雑賀 敦; et al.

JAEA-Research 2019-006, 66 Pages, 2019/11

JAEA-Research-2019-006.pdf:4.39MB

本報は、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第3期中長期目標期間(平成27年度令和3年度)における平成30年度に実施した研究開発に係る成果を取りまとめたものである。第3期中長期目標期間における研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に研究成果を適宜反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで進めている。本報告では、それぞれの研究分野に係る科学的・技術的背景を解説するとともに、主な研究成果及び今後の課題等について述べる。