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報告書

超深地層研究所計画,瑞浪超深地層研究所; 研究坑道におけるボーリングデータ集(12MI27号孔$$sim$$14MI51号孔)

黒岩 弘*; 川本 康司; 山田 信人; 笹尾 英嗣

JAEA-Data/Code 2015-003, 108 Pages, 2015/06

JAEA-Data-Code-2015-003.pdf:10.4MB
JAEA-Data-Code-2015-003-appendix(CD-ROM).zip:1150.87MB

日本原子力研究開発機構では、「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(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」および「深地層における工学技術の基盤の整備」を第1段階から第3段階までを通した全体目標として定め、「第1段階:地表からの調査予測研究段階」、「第2段階:研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階:研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる計画である。本報告書は、2012年度から2014年度にかけて、瑞浪超深地層研究所の研究坑道において実施した20本のボーリング調査の掘削仕様、各種データの取得結果を取りまとめたものである。

報告書

深度500m研究アクセス南坑道における先行ボーリング調査報告書(12MI32号孔)

川本 康司; 黒岩 弘; 山田 信人; 大貫 賢二; 大森 一秋; 竹内 竜史; 尾方 伸久; 大森 将樹; 渡辺 和彦

JAEA-Technology 2014-011, 92 Pages, 2014/07

JAEA-Technology-2014-011.pdf:24.65MB
JAEA-Technology-2014-011-appendix(DVD).zip:331.54MB

本報告書は、深度500m研究アクセス南坑道における先行ボーリング(12MI32号孔)の調査結果を取りまとめたものである。調査では、地質学的,水理学的,地球化学的データを取得するとともに、地下水水圧の初期状態および坑道掘削時の変化の把握を目的に水圧モニタリング装置を設置した。調査の結果、中粒から粗粒の等粒状組織を示す黒雲母花崗岩が分布し、岩級はCM$$sim$$B級である。断層角礫を伴う小規模断層が48.90mabh付近に認められたが、当初モデルで推定していたS200_13断層およびIF_SB3_13_3断層は認められなかった。割れ目密度は、40.00$$sim$$80.00mabh区間で大きい。孔内湧水は78.83mabhで最大600L/minであった。透水係数は、湧水の少ない区間で2.0E-9$$sim$$1.5E-08m/sec、割れ目が集中し湧水量が多い区間で1.1E-05$$sim$$1.6E-05m/secの範囲であった。地下水の水質は、Na, Clに富む水質であった。

報告書

深度500m研究アクセス北坑道における先行ボーリング調査報告書(12MI27号孔, 12MI33号孔)

露口 耕治; 黒岩 弘; 川本 康司; 山田 信人; 大貫 賢二; 岩月 輝希; 竹内 竜史; 尾方 伸久; 須藤 正大; 見掛 信一郎

JAEA-Technology 2013-044, 89 Pages, 2014/02

JAEA-Technology-2013-044.pdf:11.09MB
JAEA-Technology-2013-044-appendix(CD-ROM).zip:316.8MB

本報告書は、深度500m研究アクセス北坑道における先行ボーリング(12MI27号孔, 12MI33号孔)の調査結果を取りまとめたものである。調査では、地質学的,水理学的,地球化学的データを取得するとともに、12MI33号孔では第3段階の再冠水試験のための地下水の水圧・水質モニタリング装置を設置した。調査の結果、割れ目の少ない中粒から粗粒の等粒状組織を示す黒雲母花崗岩が分布し、岩級はCH$$sim$$B級である。また、12MI33号孔では当初モデルで推定していなかった断層ガウジを伴う小規模断層が認められた。主立坑断層に近い12MI27号孔での割れ目密度は、12MI33号孔に比べ大きくなる傾向がある。孔内湧水は両孔ともに少ない。透水係数は、非変質帯で湧水量が少ない区間で4.8E-10$$sim$$6.1E-09m/sec、非変質帯で湧水量が多い区間で1.1E-07$$sim$$2.7E-07m/secの範囲であった。地下水の水質は、Na, Clに富む水質であった。

論文

Backlight imaging tomography for gas-liquid two-phase flow in a helically coiled tube

村井 祐一*; 大岩 浩司; 佐々木 敏男*; 近藤 勝彦; 吉川 信治; 山本 富士夫*

Measurement Science and Technology, 16(7), p.1459 - 1468, 2005/07

 被引用回数:22 パーセンタイル:76.79(Engineering, Multidisciplinary)

ヘリカルコイル管内の空気-水二相流をバックライトを用いて断層撮影し、相分布と相関の干渉を明らかにした。内径20mmの管でみかけ流速6m/sまでの条件で測定を行った。遠心力の流況への影響が顕著なスラグ流を集中的に撮影した。互いに異なる角度で管外側に設置された6枚の鏡を用いて二相の構造を可視化した。線形後退投射アルゴリズムを用いて時間軸を加えた映像を生成して相分布を構築した。この断層撮影によって、高流速条件下での壁面被覆効果などの、ヘリカル管の新しい特徴をいくつか示すことができた。

論文

CT-Base visualization of gas-liquid two-phase flow in helically coiled tubes

大岩 浩司; 村井 祐一*; 佐々木 俊男*; 吉川 信治; 山本 富士夫*

Proceedings of 4th World Congress on Industrial Process Tomography, Vol.1, p.428 - 433, 2005/00

減り駆るコイル管内気液二相流を画像解析する6方向バックライトCT解析システムを構築した。実験結果より、コイルの遠心力によって生じる二次流れによって気体スラグ上壁部において重力に反して壁面を被う液膜の層が生じていることがわかった。また、この層は気液の流量から計算される見かけの平均速度が速い条件で現れることが明らかになった。

報告書

蒸発器ヘリカルコイル内気液二相流の多次元解析

村井 祐一*; 山本 富士夫*; 石川 正明*; 酒井 康丞*; 大岩 浩司*; 戸田 信一; 吉川 信治; 玉山 清志

JNC TY4400 2003-006, 75 Pages, 2003/06

JNC-TY4400-2003-006.pdf:12.95MB

高速増殖原型炉「もんじゅ」では、蒸発器と過熱器においてヘリカルコイル形伝熱管が利用される。ヘリカルコイル形伝熱管は、U形伝熱管に比べ構造的にコンパクトで、かつ、流動の急曲折部をもたないため流力振動の発生要因が少ないという利点を持つ。一方、ヘリカルコイル形では、その経路によって内部二相流に対する定常的な遠心力の大きさに分布がある。また、複数の伝熱ループが曲率半径と距離の異なる経路を通り、それらが同じ圧力差で駆動される点で、並列流路管での動特性に位相差を生じうる。これらの現象については、伝熱および圧力損失の多次元的特性を考慮した詳細な解析を進め、より高い性能安定性を保証するよう検討しなければならない。本研究では、ヘリカルコイル内二相流の可視化・画像解析システムを構築し、これらの課題解決に資するものとする。本研究の成果は以下にまとめられる。ヘリカルコイル流路実験装置を製作し、可視化実験による流動様式マップの作成、ならびにステレオ画像処理による界面構造の抽出を試みた。また、気泡流における数値シミュレーションを遂行した。以上の研究より、以下のことが分かった。

口頭

ナトリウム加熱による蒸気発生器の研究開発

大岩 浩司

no journal, , 

先行基礎工学研究として福井大学,北海道大学と共同で行っているナトリウム加熱による蒸気発生器に関する研究を行っている。福井大学との共同研究ではオイル加熱によりヘリカルコイル管内のドライアウト点の振動周期,振幅の流量に対する油温,流量の影響について計測を行った。その結果、流量が変化しても振動周期は変化しないことが明らかになった。北海道大学との共同研究では水-空気系でのヘリカルコイル管内スラグ流の三次元界面挙動をMCT(Multi-vision Computed Tomography:多投影可視光CT)及びUVP(Ultrasound Velocity Profiler:超音波流速分布計測)により計測した。その結果、伝熱管の傾斜や曲率によって界面の構造が変化する様子が明らかになった。総括としてヘリカルコイル型伝熱管での沸騰を支配する無次元数は非常に多く、実機条件へ外挿できる知見を得るためにはまだ同様の実験が多数必要であるが、本研究により伝熱管の内側で生じる沸騰についてヘリカルコイル型の伝熱管特有のドライアウト点の振動と物理的条件との関係の一端が明らかになった。またMCT, UVPによる計測により伝熱管内における気液の分布並びに速度を計測した。このような応用範囲の広い計測技術が確立されたことも成果の一つである。

口頭

ヘリカルコイル管内気液二相流のCT計測及び数値解析

大岩 浩司; 村井 祐一*; 吉川 信治

no journal, , 

高速増殖炉もんじゅではヘリカルコイル型蒸気発生器が用いられている。この蒸気発生器は伝熱管の曲率に起因する遠心加速度の作用で液相が伝熱管の壁面に押さえつけられる特徴を持つ。この現象は流体力学的な振動を誘発すると思われる急速な沸騰を抑制する効果があると考えられている。本研究では特に遠心性加速が流れを支配すると思われるスラグフローに着目し、非加熱実験における可視化CT計測及びCIP-Level set法による数値シミュレーションにより流体の遠心性加速の影響について調査した。その結果、遠心加速には伝熱管壁面に液相を保持する効果と二次流れにより壁面をカバーするように液相を広げる効果があることがわかった。

口頭

ヘリカルコイル型蒸気発生器の流動現象に関する研究

大岩 浩司

no journal, , 

本研究はヘリカルコイル型蒸気発生器内部の流動構造を(1)強制流動沸騰のドライアウト点振動の可視化実験,(2)スラグ流三次元界面構造のCT計測,(3)CIP-Level set法による流動解析により明らかにすることを目的としている、本研究により、伝熱管の内側で生じる沸騰について、ヘリカルコイル型の伝熱管特有のドライアウト点の振動と物理的条件との関係の一端が明らかになった。また、CT計測,CIP-Level set法による解析により遠心力による伝熱管内における気液の分布の影響について明らかになった。

口頭

CIP-Level set法によるヘリカルコイル管内気液二相流の三次元解析

大岩 浩司; 吉川 信治

no journal, , 

もんじゅのヘリカルコイル型蒸発器では管内気液二相流に作用する遠心力により複雑な二次流れが生じると思われる。本研究ではCIP-Level set法を用いた数値解析により遠心力の作用と流れ場との関係について明らかにする。

口頭

超深地層研究所計画; 地質・地質構造に関する調査研究

石橋 正祐紀; 川本 康司; 窪島 光志; 黒岩 弘; 笹尾 英嗣; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所計画では、地質構造の三次元分布の把握のための調査・評価の技術基盤の整備を目標の一つとして、「第1段階で構築したサイトスケールの地質構造モデルの妥当性の確認」、「坑道周辺に着目したブロックスケールの地質構造モデルの構築」、「坑道掘削時の地質調査手法・技術の整備」を課題として調査研究を進めている。2011年度は、研究坑道の掘削に伴う研究段階(第2段階)及び研究坑道を利用した調査研究段階(第3段階)として、壁面地質調査、物理探査及び調査範囲における地質・地質構造の三次元分布の把握を行い、サイトスケール及びブロックスケールの地質構造モデルの構築を実施した。本報告では、ブロックスケールの地質構造モデルの検討時に整理した深度300mステージの割れ目と透水性割れ目の地質学的特徴について提示する。

口頭

超深地層研究所計画; 深度500mにおける再冠水試験計画

岩月 輝希; 佐藤 稔紀; 竹内 竜史; 尾上 博則; 大貫 賢二; 三枝 博光; 長谷川 隆; 黒岩 弘; 露口 耕治; 池田 幸喜; et al.

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所において、坑道の閉鎖(埋戻し)後までの地質環境特性を理解するための調査解析技術の構築を目的として、研究坑道の再冠水試験を計画した。計画では、深度500m研究アクセス北坑道の一部に地下水湧水による冠水が可能な冠水坑道および周辺の観測用ボーリング孔を設け、地下水の水圧回復およびそれに伴う水質変化、埋戻し材、セメント材料と地下水の反応による水質変化、坑道周辺岩盤の応力再配分や損傷領域の変化を把握する予定である。また、予測解析により、坑道再冠水時の周辺の水圧応答、水質変化を推測しており、今後、再冠水試験で得られる知見に基づき解析手法の妥当性の確認、改良を行っていく。

口頭

超深地層研究所計画; 地質・地質構造に関する調査研究

笹尾 英嗣; 山田 信人; 黒岩 弘; 窪島 光志; 川本 康司; 石橋 正祐紀; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 村上 裕晃

no journal, , 

超深地層研究所計画では、地質構造の三次元分布の把握のための調査・評価の技術基盤の整備を目標の一つとして、「第1段階で構築したサイトスケールの地質構造モデルの妥当性の確認」、「坑道周辺に着目したブロックスケールの地質構造モデルの構築」、「坑道掘削時の地質調査手法・技術の整備」を課題として調査研究を進めている。2012年度は、研究坑道の掘削に伴う研究段階(第2段階)及び研究坑道を利用した調査研究段階(第3段階)として、壁面地質調査、物理探査及び調査範囲における地質・地質構造の三次元分布の把握を行い、サイトスケール及びブロックスケールの地質構造モデルの更新を実施した。本研究では、深度500m坑道での先行ボーリング調査及び坑道掘削時の調査に基づく地質構造モデルの検討結果と、坑道掘削時の地質調査手法・技術の整備のうち、逆VSP探査の結果を報告する。

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