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報告書

幌延深地層研究計画における地下施設での調査研究段階; (第3段階: 必須の課題2015-2019年度)研究成果報告書

中山 雅; 雑賀 敦; 木村 駿; 望月 陽人; 青柳 和平; 大野 宏和; 宮川 和也; 武田 匡樹; 早野 明; 松岡 稔幸; et al.

JAEA-Research 2019-013, 276 Pages, 2020/03

JAEA-Research-2019-013.pdf:18.72MB

幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施している地層処分技術に関する研究開発の計画である。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めている。原子力機構の第3期中長期計画では、本計画について、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証に重点的に取り組む。また、平成31年度末までに研究終了までの工程やその後の埋戻しについて決定する。」としている。本稿では、第3期中長期計画期間のうち、平成27年度から令和1年度までの地下施設での調査研究段階(第3段階)における調査研究のうち、原子力機構改革の中で必須の課題として抽出した(1)実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、(2)処分概念オプションの実証、(3)地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証、の3つの研究開発課題について実施した調査研究の成果を取りまとめた。

論文

Universality and structural implications of the Boson peak in Proteins

中川 洋; 城地 保昌*; 北尾 彰朗*; 山室 修*; 片岡 幹雄*

Biophysical Journal, 117(2), p.229 - 238, 2019/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Biophysics)

蛋白質の柔らかさや固さは、環境に影響を受けるダイナミクスに反映される。蛋白質の低エネルギー振動スペクトルの特徴の一つである、ボソンピークは、低温や乾燥状態における蛋白質構造の固さの指標となる。この論文では、中性子非弾性散乱と分子シミュレーションによって、ボソンピークと体積についての水和,温度,圧力効果を調べた。水和,加圧,低温はボソンピークを高エネルギー側にシフトさせ、強度が小さくなり、またキャビティが小さくなった。しかし、このような効果は水和蛋白質にはあまり見られなかった。体積の減少は固さの増加を意味し、これがボソンピークシフトの起源である。ボソンピークはキャビティ体積で予測できる。この予測は、強い準弾性散乱のために実験的にはボソンピークが見分けられない場合に、非干渉性中性子散乱スペクトルにおける準弾性散乱の寄与を見積もるのに効果的である。

論文

長期的な地形変化と気候変動による地下水流動状態の変動性評価手法の構築

尾上 博則; 小坂 寛*; 松岡 稔幸; 小松 哲也; 竹内 竜史; 岩月 輝希; 安江 健一

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 26(1), p.3 - 14, 2019/06

高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価は、処分施設閉鎖後、数万年以上に及ぶ時間スケールを対象として実施される。そのため、長期的な自然現象による影響を考慮した地下水の流速や移行時間といった地下水流動状態の長期変動性の評価技術の整備は重要な技術開発課題である。本研究では、長期的な自然現象のうち隆起・侵食による地形変化や気候変動に着目し、それらに対する地下水流動状態の変動性を、複数の定常解析結果に基づく変動係数で評価可能な手法を構築した。岐阜県東濃地域を事例とした評価手法の適用性検討の結果、過去100万年間の地形変化や涵養量の変化による影響を受けにくい地下水の滞留域を三次元的な空間分布として推定した。本評価手法を適用することで、地層処分事業の評価対象領域において、地形変化や気候変動に対する地下水流動状態の変動性が小さい領域を定量的かつ空間的に明示することができる。さらに、岐阜県東濃地域における事例検討結果を踏まえて、外挿法を用いた地下水流動状態の変動性の将来予測の基本的な考え方を整理するとともに、将来予測手法の適用可能な時間スケールについて考察した。

論文

Smooth self-energy in the exact-diagonalization-based dynamical mean-field theory; Intermediate-representation filtering approach

永井 佑紀; 品岡 寛*

Journal of the Physical Society of Japan, 88(6), p.064004_1 - 064004_5, 2019/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.9(Physics, Multidisciplinary)

核燃料物質であるウラン化合物や高温超伝導体である銅酸化物高温超伝導体などの強相関電子系における物性を評価するためには、動的平均場理論などの高精度なシミュレーション手法の開発が必須である。近年、機械学習関連手法の一つであるスパースモデリングを用いることで、シミュレーションにおいて保持すべき情報量が実際の数値計算の情報よりもはるかに少ないことが示されている。本論文では、このスパースモデリングの手法を厳密対角化を用いた動的平均場理論へと適用することにより、限られたシステムサイズから滑らかな自己エネルギーを計算する方法を提案する。なお、上記課題の解決にあたり、スパースモデリングによって得られる新しい基底を用いてグリーン関数を表現することによって、限られた基底の数で自己エネルギーを展開することに成功し、動的平均場理論の収束性とシステムサイズ依存性をコントロールすることに成功した。この手法の開発により、核燃料物質をはじめとする強相関電子系のシミュレーションの精度コントロールが可能となると期待できる。これらの結果は、広く原子力分野のためのシミュレーション技術開発に資する成果である。

論文

Ultra-high temperature creep rupture and transient burst strength of ODS steel claddings

矢野 康英; 関尾 佳弘; 丹野 敬嗣; 加藤 章一; 井上 利彦; 岡 弘; 大塚 智史; 古川 智弘; 上羽 智之; 皆藤 威二; et al.

Journal of Nuclear Materials, 516, p.347 - 353, 2019/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

一般的に耐熱マルテンサイト鋼の高温でのクリープ強度はオーステナイト鋼に比較し劣ることが知られているが、超高温である1000$$^{circ}$$Cにおける9Cr-ODS鋼被覆管のクリープ強度は、耐熱用オーステナイトステンレス鋼と比較しても卓越強度を示すことが明らかになった。1000$$^{circ}$$Cでのクリープ強度は、650から850$$^{circ}$$Cのデータを使用し定式化し、予想した破断強度よりも高いものであった。この優れた強度は、9Cr-ODS鋼の母相が$$alpha$$から$$gamma$$相に相変態することに起因すると考えられる。また、9Cr-ODS鋼被覆管の急速加熱バースト強度も、一般的な11Cr-耐熱マルテンサイト鋼であるPNC-FMS被覆管に比較し高い傾向であった。累積損傷和(CDF)を使用し解析することにより、ある程度の精度をもって、過渡時や事故時の9Cr-ODS鋼及びPNC-FMS被覆管の寿命予測が可能となることを示すことができた。

論文

Nowcast and forecast of galactic cosmic ray (GCR) and solar energetic particle (SEP) fluxes in magnetosphere and ionosphere; Extension of WASAVIES to earth orbit

佐藤 達彦; 片岡 龍峰*; 塩田 大幸*; 久保 勇樹*; 石井 守*; 保田 浩志*; 三宅 晶子*; 三好 由純*; 上野 遥*; 永松 愛子*

Journal of Space Weather and Space Climate (Internet), 9, p.A9_1 - A9_11, 2019/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.76(Astronomy & Astrophysics)

巨大な太陽フレア発生時における宇宙飛行士のリアルタイム被ばく線量評価モデルの開発は、宇宙放射線防護研究で最も挑戦的なトピックの1つである。そこで、原子力機構では、科学研究費補助金(科研費)新学術領域PSTEPの枠組みで、国内の研究機関や大学と協力して、航空機被ばく警報システムWASAVIESを地球衛星軌道に拡張したWASAVIES-EOを開発した。WASAVIES-EOは、任意の地球衛星軌道上における巨大太陽フレア時の銀河宇宙線及び太陽高エネルギー粒子をリアルタイムで推定することができる。また、国際宇宙ステーション(ISS)の乗組員の実効線量当量も計算可能であり、その計算精度は、POSE衛星で測定した陽子フラックス及びISS内で測定した吸収線量により検証した。

論文

$$^{239}$$Pu nuclear magnetic resonance in the candidate topological insulator PuB$$_4$$

Dioguardi, A. P.*; 安岡 弘志*; Thomas, S. M.*; 酒井 宏典; Cary, S. K.*; Kozimor, S. A.*; Albrecht-Schmitt, T. E.*; Choi, H. C.*; Zhu, J.-X.*; Thompson, J. D.*; et al.

Physical Review B, 99(3), p.035104_1 - 035104_6, 2019/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

正方晶プルトニウムボロン化合物PuB$$_{4}$$の単結晶、および粉末試料を用いて、$$^{239}$$Pu核核磁気共鳴(NMR)実験を行なった。この化合物は、最近になって強相関電子系のトポロジカル絶縁体候補物質と考えられている。$$^{239}$$Pu核NMRスペクトルは、結晶内Pu位置の局所対称性を反映したものとなっており、NMRシフトとNMR緩和率の温度依存性は、エネルギーギャップをもつ非磁性状態にあることが示唆された。これは、密度汎関数理論計算結果とも矛盾しない。実際に観測された巨視的なギャップ状態は、本化合物がトポロジカル絶縁体候補であることを支持している。

論文

How can we derive hydration water dynamics with incoherent neutron scattering and molecular dynamics simulation?

中川 洋; 片岡 幹雄*

Biophysics and Physicobiology (Internet), 16, p.213 - 219, 2019/00

非干渉性中性子散乱はピコ~ナノ秒スケールの蛋白質ダイナミクスを調べる便利な実験手法のひとつである。この時間スケールでは、蛋白質ダイナミクスは水和と強くカップルしていて、動力学転移として観測される。非干渉性中性子散乱は水素原子の非干渉性散乱断面機が大きいため、水素原子のダイナミクスに敏感である。したがって、水和蛋白質の中性子非干渉性散乱は水和水を含めた蛋白質についての全体的なダイナミクスの情報を与える。水和水ダイナミクスを分離することは、水和に関連した蛋白質ダイナミクスを理解するために重要である。軽水・重水の交換は蛋白質と水和水のダイナミクスを分離して観測するための中性子非干渉性散乱実験において有効な方法である。中性子散乱はバンホッフ時空間相関関数と直接関係していて、分子シミュレーションによって定量的に計算できる。水和水の拡散と水素結合ダイナミクスは分子シミュレーションによって解析できる。動力学転移は水和によって生じるため、非干渉性中性子散乱データを解釈するためには、水和に関連したタンパク質ダイナミクスにおける動的なカップリングのメカニズムを解析するのに分子シミュレーションは便利である。本研究では、我々は非干渉性中性子散乱における軽水・重水の交換の手法としての利点と、蛋白質と水和水を研究するツールとして非干渉性中性子散乱と分子シミュレーションの互換性を示す。

論文

Effect of nitrogen concentration on nano-structure and high-temperature strength of 9Cr-ODS steel

岡 弘; 丹野 敬嗣; 大塚 智史; 矢野 康英; 皆藤 威二

Nuclear Materials and Energy (Internet), 16, p.230 - 237, 2018/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

In determining the nitrogen concentration specifications, nano-structure and high-temperature strength of 9Cr-ODS steel have been investigated as a function of the nitrogen content with the aim of obtaining technical knowledge that makes the specification reasonable. The hardness and tensile strength showed degradation with increasing nitrogen content. For a microstructure, the decrement of residual ferrite phase was confirmed. Since the nitrogen is an austenite stabilizer, the increment of nitrogen enhanced an alpha to $$gamma$$ transformation, resulted in the decrease of the residual ferrite phase. It is considered that the reduction of the strength is due to the decrease of the residual ferrite phase.

論文

Model calculation of Cr dissolution behavior of ODS ferritic steel in high-temperature flowing sodium environment

大塚 智史; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 矢野 康英; 加藤 章一; 古川 智弘; 皆藤 威二

Journal of Nuclear Materials, 505, p.44 - 53, 2018/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

高温流動Na中での燃料被覆管からのCr溶出挙動に及ぼす各種試験パラメータ(Na中溶存Cr濃度、試験温度、軸方向温度勾配、Na流速)の影響を系統的に把握するための計算モデルを構築し、数値計算を行った。Cr溶出挙動が液体Na中の溶存Cr濃度の微量の変化に大きく影響される計算結果を得た。Na中のCr濃度は、Na冷却高速炉(SFR)内における燃料被覆管からのCr溶出挙動の予測・制御のため、注目すべき重要なパラメータであると考えられる。Na中溶存Cr濃度を0.07wtppmmとした場合の本モデル計算で得たODS鋼被覆管肉厚方向のCr濃度プロファイルは、BOR-60照射試験データとよく一致した。

論文

Real time and automatic analysis program for WASAVIES; Warning system for aviation exposure to solar energetic particles

佐藤 達彦; 片岡 龍峰*; 塩田 大幸*; 久保 勇樹*; 石井 守*; 保田 浩志*; 三宅 晶子*; Park, I.*; 三好 由純*

Space Weather, 16(7), p.924 - 936, 2018/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:18.62(Astronomy & Astrophysics)

本研究では、航空機被ばく警報システムWASAVIESを改良し、太陽フレア時の航空機乗務員被ばく線量をリアルタイムで評価可能とした。具体的には、地上中性子モニタ計数率とGOES衛星により計測した高エネルギー陽子フラックスを5分毎にダウンロードし、そのデータを自動解析してWASAVIES物理モデルで必要となる4つのパラメータを決定することにより、世界各地での宇宙線被ばく線量の現況評価とその時間変化を予測するプログラムを開発した。改良したWASAVIESの性能は、21世紀に発生した3つの大きな太陽フレアイベントを解析することにより検証した。その結果、WASAVIESのリアルタイム線量評価結果は十分な精度を有するものの、その予報精度はイベント毎に大きく異なることが分かった。WASAVIESの結果は、近日中に情報通信機構の公開サーバーから発信される予定である。

論文

原子力材料評価のための最新ナノミクロ分析技術の新展開,2; 中性子回折法による材料強度研究

諸岡 聡; 鈴木 裕士

日本原子力学会誌, 60(5), p.289 - 293, 2018/05

中性子回折法は、中性子線の優れた透過能を活かすことで、数センチメートルオーダーの材料深部の応力・ひずみを非破壊で測定できる唯一の測定技術であり、種々の機械構造物の製品開発や機械設計、材料開発や既存材料の信頼性評価に大きく貢献できる。本講座では、中性子回折法による応力・ひずみ測定技術の原理および工学回折装置の特徴について述べるとともに、その応用例として、溶接部の残留応力測定、およびステンレス鋼の変形挙動その場観察について紹介する。

論文

Electronic structure and magnetic properties of the half-metallic ferrimagnet Mn$$_{2}$$VAl probed by soft X-ray spectroscopies

永井 浩大*; 藤原 秀紀*; 荒谷 秀和*; 藤岡 修平*; 右衛門佐 寛*; 中谷 泰博*; 木須 孝幸*; 関山 明*; 黒田 文彬*; 藤井 将*; et al.

Physical Review B, 97(3), p.035143_1 - 035143_8, 2018/01

AA2017-0644.pdf:1.01MB

 被引用回数:3 パーセンタイル:80.26(Materials Science, Multidisciplinary)

フェリ磁性体Mn$$_{2}$$VAl単結晶の電子構造を軟X線吸収磁気円二色性(XMCD)、軟X線共鳴非弾性散乱(RIX)によって調べた。全ての構成元素のXMCD信号を観測した。Mn L$$_{2,3}$$ XMCDの結果は、密度汎関数理論を基にしたスペクトル計算により再現でき、Mn 3$$d$$状態の遍歴的性質が明らかとなった。V L$$_{2,3}$$XMCDの結果はイオンモデル計算によって定性的に説明され、V 3$$d$$電子はかなり局在的である。この描像は、V L$$_{3}$$ RIXSで明らかとなった局所的な$$dd$$遷移と矛盾しない。

論文

Pressure studies on the antiferromagnetic Kondo semiconductor Ce(Ru$$_{1-x}$$Rh$$_x$$)$$_2$$Al$$_{10}$$ (x = 0,0.1)

谷田 博司*; 北川 健太郎*; 立岩 尚之; 世良 正文*; 西岡 孝*

Physical Review B, 96(23), p.235131_1 - 235131_7, 2017/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.75(Materials Science, Multidisciplinary)

近藤半導体Ce(Ru$$_{1-x}$$Rh$$_x$$)$$_2$$Al$$_{10}$$(x=0 and 0.1)の圧力誘起型反強磁性-常磁性転移についての実験研究を行った。高圧下電気抵抗測定の結果、異常な反強磁性状態の形成に関して、$$c$$-$$f$$混成は必要条件ではないことが明らかにされた。さらに高圧下磁化測定も行われた。磁気的特性に関する圧力効果と、x=0とx=1の電子状態の違いが議論された。

論文

Prediction method of improved residual stress distribution by shot peening using large scale analysis method

生島 一樹*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(3), p.NT87_1 - NT87_5, 2017/11

In this work, an analysis system that can analyze the modification of the residual stress distribution by peening is proposed based on IEFEM. In the proposed analysis system, IEFEM is extended to consider the dynamic effect to analyze the dynamic phenomenon with an impulsive load. The impulsive load due to the collision of shots is modeled as an equivalent load model. The equivalent load model is integrated with IEFEM considering the dynamic effect to calculate spatially and temporally random load in dynamic analyses. Using the proposed analysis system, the residual stress distribution modification by shot peening in a multi-pass welded pipe joint is predicted. The residual stress distributions obtained by the analysis are compared with those measured by X-ray diffraction (XRD), and the effect of the number of shot collisions on the change in residual stress distribution is discussed.

論文

中性子準弾性散乱による配列依存的なDNA分子の揺らぎ

中川 洋; 片岡 幹雄*

四季, 36, P. 6, 2017/09

二重らせん構造を持つDNA分子の曲がりやすさの程度は塩基配列によって異なるということを中性子準弾性散乱によって実証し、これまでの計算機などによる予測を実証したことを報告する。

論文

Emergent Weyl fermion excitations in TaP explored by $$^{181}$$Ta quadrupole resonance

安岡 弘志; 久保 徹郎*; 岸本 恭来*; Kasinathan, D.*; Schmidt, M.*; Yan, B.*; Zhang, Y.*; 籐 秀樹*; Felser, C.*; Mackenzie, A. P.*; et al.

Physical Review Letters, 118(23), p.236403_1 - 236403_6, 2017/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:21.35(Physics, Multidisciplinary)

$$^{181}$$Ta四重極共鳴(NQR)法を用いてワイル半金属TaPの微視的磁気特性を調べた。核スピン$$I$$=7/2のTa核におけるエネルギー準位の四極子分裂間の遷移に基づく3つのゼロ磁場NQR信号を見出した。四重極結合定数$$nu_Q$$= 19.250MHz、および電場勾配の非対称パラメータ$$eta$$= 0.423は理論計算とよく一致する。磁気励起を調べるために、$$f_2$$線($$pm 5/2 leftrightarrow pm 3/2$$遷移)のスピン格子緩和率($$1/T_1T$$)の温度依存性を測定した。異なる緩和プロセスを有する2つの領域が存在することを見出した。$$T$$*$$approx$$30K以上においては、温度に依存する軌道超微細結合とワイルノードによる磁気励起に起因する($$1/T_1T)propto T^2$$の振る舞いが見出された。$$T$$*の下では、緩和は、($$1/T_1T$$)=定数のKorringaプロセスによって主に支配されるが、我々の実験データを再現するためには$$T^{-1/2}$$の依存性を含まなければならない。我々は、Ta-NQRがバルクワイルlフェルミオンとそれらの励起のための新規プローブであることを示す。

論文

Study on shot peened residual stress distribution under cyclic loading by numerical analysis

生島 一樹*; 木谷 悠二*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

溶接学会論文集(インターネット), 35(2), p.75s - 79s, 2017/06

In this research, to investigate the effect of shot peening on operation, an analysis method to predict the behavior of stress distribution on shot peening was proposed. In the proposed system, the load distribution on the collision of shots was modeled, and it was integrated with the dynamic analysis method based on the Idealized explicit FEM (IEFEM). The thermal elastic plastic analysis method using IEFEM was applied to the analysis of residual stress distribution of multi-pass welded pipe joint. The computed residual stress distribution was compared with the measured residual stress distribution using X-ray diffraction (XRD). As a result, it was shown that the both welding residual stress distribution agree well with each other. Considering the computed welding residual stress distribution, the modification of stress distribution due to shot peening was predicted by the proposed analysis system.

論文

Protective effects of hot spring water drinking and radon inhalation on ethanol-induced gastric mucosal injury in mice

恵谷 玲央*; 片岡 隆浩*; 神崎 訓枝*; 迫田 晃弘; 田中 裕史; 石森 有; 光延 文裕*; 田口 勇仁*; 山岡 聖典*

Journal of Radiation Research, 58(5), p.614 - 625, 2017/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:80.9(Biology)

ラドン($$^{222}$$Rn)ガスを用いたラドン療法は、ラドンガスの吸入とラドンを含む水の摂取の2種類の治療に分類される。温泉水の短期または長期の摂取は胃粘膜血流を増加させ、温泉水治療が慢性胃炎および胃潰瘍の治療に有効であることはわかっているが、粘膜障害に対するラドンの正確な影響やそのメカニズムは不明である。本研究では、マウスのエタノール誘導胃粘膜障害に対する温泉水摂取およびラドン吸入の抑制効果を検討した。マウスを用いて、ラドン2000Bq/m$$^{3}$$を24時間吸入、または温泉水を2週間摂取させた。水中$$^{222}$$Rn濃度は、663Bq/l(供給開始時)から100Bq/l(供給終了時)の範囲にあった。その後、マウスに3種類の濃度のエタノールを経口投与させた。粘膜障害の指標である潰瘍指数(UI)は、エタノールの投与量に依存して増加した。しかし、ラドン吸入または温泉水による処理は、エタノールによるUIの上昇を抑制した。ラドン処理群と無処理対照群では抗酸化酵素の有意差は認められなかったが、ラドンまたは温泉水で事前処理したマウスの胃の過酸化脂質レベルは有意に低かった。これらの結果は、温泉水摂取とラドン吸入がエタノール誘導胃粘膜障害を抑制することを示唆している。

論文

Measurements of radon activity concentration in mouse tissues and organs

石森 有; 田中 裕史; 迫田 晃弘; 片岡 隆浩*; 山岡 聖典*; 光延 文裕*

Radiation and Environmental Biophysics, 56(2), p.161 - 165, 2017/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:80.9(Biology)

吸入ラドンの体内動態を検討するため、約1MBq/m$$^{3}$$のラドンに曝露されたマウスの組織・臓器におけるラドン濃度を測定した。血液中のラドン濃度は液体シンチレーションカウンタで、組織・臓器は井戸型高純度半導体ゲルマニウム検出器で測定した。ラドン1MBq/m$$^{3}$$に曝露されたとき、血液中濃度の飽和値は0.410$$pm$$0.016Bq/gであった。分配係数は、肝臓で0.74$$pm$$0.19、筋肉で0.46$$pm$$0.13、脂肪組織で9.09$$pm$$0.49、その他臓器で0.22$$pm$$0.04であった。ラドンの体内動態モデルで上記結果を再現することにより、血液-空気間の分配係数は0.414と評価した。ラドン曝露中の血液中濃度の時間変動も評価した。また、本研究と先行研究の結果を詳細に比較検討した。

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