オールジャパンでとりくむ地層処分のいま,4; 処分場の設計と工学技術(その2)

本島 貴之*; 松井 裕哉; 川久保 政洋*; 小林 正人*; 市村 哲大*; 杉田 裕

日本原子力学会誌ATOMO, 64(3), p.163 - 167, 2022/03

https://doi.org/10.3327/jaesjb.64.3_163

日本原子力学会バックエンド(BE)部会では、日本における地層処分計画を進めるにあたり、原子力発電環境整備機構(NUMO),研究機関,大学などの関係機関が密に連携して、技術面の整備、必要となる技術基盤を体系的に構築している。BE部会は、地質環境,工学技術,安全評価の各分野における安全確保の考え方などの基本的な部分を含め、処分場建設に向けて進められている技術開発について、最新の知見も含めて紹介し、地層処分の技術開発の現状について総合的に理解を深めていただくための連載講座を開始している。本論文は、工学技術に関する連載講座であり、著者はプラグの部分について主に原子力機構の研究開発成果等を紹介した。

低強度・高地圧地山における大深度立坑支保設計手法の研究

本島 貴之*; 小池 真史*; 萩原 健司*; 青柳 和平

第46回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.208 - 213, 2019/01

大深度立坑掘削の標準工法であるショートステップ工法は、地山を緩ませずに断面を確保できる優れた工法である。ただし、国内に広く分布する堆積岩中への立坑構築を見据えた場合、特に低岩盤強度、初期地圧の異方性、もしくは高地圧といった不利な条件がある場合には覆工コンクリート応力が過大となることが想定される。本研究では支保への応力低減を目的としてショートステップ工法に二重支保・遅れ覆工の考え方を導入し、同手法の成立性について三次元逐次掘削解析にて検討を行うことで有効性を確認した。検証解析は日本原子力研究開発機構が実施している幌延深地層研究計画での原位置観測データを利用し、深度とともに地圧が増加するのに対し、岩盤強度が横ばいとなる厳しい条件下で実施した。

Three-dimensional visualization of methane concentration distribution in tunnels to increase underground safety

名合 牧人*; 本島 貴之*; 宮川 和也; 蟹江 俊仁*; 佐ノ木 哲*

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2017 (WTC 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/06

トンネルや地下空洞などの地下構造物を建設する際には、地盤から自然由来のメタンガスが発生し、爆発事故や酸欠事故などの災害が発生する場合がある。このため、安全・法令の両面からメタン等の可燃性ガスを計測管理することは重要である。しかし、従来の固定センサ等による計測では、ガス噴出箇所の面的・立体的分布の把握は難しいという問題があった。そのため、本研究では、レーザー距離計とレーザーメタンセンサを組み合わせ、空間内のメタン濃度分布と空間形状を同時に計測するシステムを開発した。計測したメタン濃度分布を可視化することで、メタンの噴出箇所を特定することができる。開発したシステムを用いて幌延深地層研究センターの地下350m調査坑道においてメタン濃度を計測した結果、従来の固定式センサでは見落とされていた比較的高濃度(数百ppm)のメタン濃度分布が明らかになった。このメタン濃度分布は、主要な断層分布と一致していることから、本研究で開発したシステムの有効性が確認できた。

Design and verification of support system for underground excavations under anisotropic stress conditions

本島 貴之*; 藤田 朝雄; 青柳 和平; 白瀬 光泰*; 名合 牧人*

Proceedings of 7th International Symposium on In-situ Rock Stress (RS 2016) (Internet), 9 Pages, 2016/05

This study addresses and demonstrates the economic support design scheme considering in-situ stress orientation and excavation direction, based on the work carried out in the Horonobe Underground Research Laboratory (URL) project. In the URL, the tunnel at the 350 m level is laid out in a loop. In construction of a loop tunnel in a rock mass under anisotropic in situ stress conditions, the in situ stress orientation and the excavation direction are expected to affect the convergence associated with the excavation-induced stress redistribution. This suggests that it is possible to achieve economic optimization by selecting a tunnel layout, in which only a small displacement and stress are allowed, based on in-situ stress orientation obtained from the surface investigation. Therefore, in this study, a comparison between the predicted convergence used for the support design and the measured convergence during excavation was conducted in order to verify the validity of the convergence predicted from the orientation and magnitude of the in-situ stress obtained from the surface based investigation. The comparison results indicated a positive correlation between the predicted and the measured convergence. These results suggest the validity and reliability of the in-situ stress obtained from the surface investigation and the support design using the in situ stress data.

幌延深地層研究センターの350m調査坑道における原位置岩盤の長期変形挙動の計測

櫻井 彰孝; 青柳 和平; 藤田 朝雄; 本島 貴之*

JAEA-Data/Code 2015-023, 46 Pages, 2016/02

JAEA-Data-Code-2015-023.pdf:48.03MB
JAEA-Data-Code-2015-023-appendix(CD-ROM).zip:48.51MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分では、人工バリアおよびその周辺の岩盤領域の環境の明確化の観点から、熱-水理-力学連成現象を長期的に検討し、地層処分システムの安全評価へ反映していく必要がある。また、処分施設では、廃棄体定置後の処分施設の埋戻し後も考慮した長期的な岩盤の安定性が求められるため、原位置岩盤の長期的な力学挙動を検討していくことが重要となる。これらの背景を踏まえ、本報告書では、処分孔周辺岩盤の長期的な力学挙動に関する計測データの取得を目的として、幌延深地層研究センターの350m調査坑道において処分孔を模擬した鉛直孔(テストピット)を無支保で掘削し、テストピット内およびその周辺岩盤の変形挙動を計測し、テストピット掘削に伴う周辺地山への影響や、無支保のテストピット内の長期的な変形挙動の評価に資するためのデータを取得した。なお、本報告書では、テストピットの掘削、地質観察結果、計測器の仕様・設置方法および、平成26年2月から平成27年9月までの計測結果をとりまとめ、巻末付録にデジタルデータを収録した。

Thickness-dependent magnetic properties and strain-induced orbital magnetic moment in SrRuO thin films

石上 啓介*; 吉松 公平*; 豊田 大介*; 滝沢 優*; 吉田 鉄平*; 芝田 悟朗*; 原野 貴幸*; 高橋 文雄*; 門野 利治*; Verma, V. K.*; et al.

Physical Review B, 92(6), p.064402_1 - 064402_5, 2015/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.064402

Thin films of the ferromagnetic metal SrRuO (SRO) show a varying easy magnetization axis depending on the epitaxial strain, and undergo a metal-to-insulator transition with decreasing film thickness. We have investigated the magnetic properties of SRO thin films with varying thicknesses fabricated on SrTiO(001) substrates by soft X-ray magnetic circular dichroism at the Ru M2,3 edge. Results have shown that, with decreasing film thickness, the film changes from ferromagnetic to nonmagnetic at around 3 monolayer thickness, consistent with previous magnetization and magneto-optical Kerr effect measurements. The orbital magnetic moment perpendicular to the film was found to be 0.1B/Ru, and remained nearly unchanged with decreasing film thickness while the spin magnetic moment decreases. A mechanism for the formation of the orbital magnetic moment is discussed based on the electronic structure of the compressively strained SRO film.

Production of Nb and Ta for chemical studies of element 105, Db, using the GARIS gas-jet system

Huang, M.*; 羽場 宏光*; 村上 昌史*; 浅井 雅人; 加治 大哉*; 金谷 淳平*; 笠松 良崇*; 菊永 英寿*; 菊谷 有希*; 小森 有希子*; et al.

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 304(2), p.845 - 849, 2015/05

https://doi.org/10.1007/s10967-014-3877-4

ガスジェット搬送法と理研ガス充填型反跳イオン分離装置(GARIS)を組み合わせて、105番元素Dbの化学研究に使用する放射性のNbおよびTa同位体の生成・利用技術を開発した。Dbの合成と同じエネルギーのFビームを用いて短寿命のNbおよびTaを合成し、GARISを用いて分離したあと、ガスジェット搬送法を用いて化学実験室に引き出した。GARISの磁場を変更し、反跳核のエネルギー減速箔およびシャッターを挿入するだけで、他の実験条件は何も変更せずに、Db用の化学実験装置にNbとTaを導入することに成功した。

初期地圧の異方性を有する岩盤における支保設計と計測結果に基づく妥当性検証について

本島 貴之*; 矢吹 義生*; 南出 賢司*; 名合 牧人*; 青柳 和平

トンネル工学報告集(CD-ROM), 24, p.I_10_1 - I_10_5, 2014/12

http://ci.nii.ac.jp/naid/40020361441

幌延深地層研究計画の一環として堆積軟岩中に周回状の大深度地下施設を建設するにあたり、事前に初期地圧の調査を行って、掘削方向と主応力の方向の関係に応じて支保パターンを変更する経済設計を試みている。さらに筆者らは、施工時において内空変位の計測を行って掘削方向と内空変位計測結果の関係を整理し、事前に調査を行った初期地圧測定結果が妥当であったかを念頭に、計測結果と予測解析結果との比較をおこなった。その結果、両者の間は正の相関が認められ、値の大小についても変形係数の設定値と実測値との差から想定される範囲に収まっていることが確認された。これらのことから、地上からの調査で実施した初期地圧の測定結果はほぼ妥当であるものと確認された。

Thickness-dependent ferromagnetic metal to paramagnetic insulator transition in LaSrMnO thin films studied by X-ray magnetic circular dichroism

芝田 悟朗*; 吉松 公平*; 坂井 延寿*; Singh, V. R.*; Verma, V.*; 石上 啓介*; 原野 貴幸*; 門野 利治*; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; et al.

Physical Review B, 89(23), p.235123_1 - 235123_5, 2014/06

AA2015-0419.pdf:0.33MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.235123

Metallic transition-metal oxides undergo a metal-to-insulator transition (MIT) as the film thickness decreases across a critical thickness of several monolayers (MLs), but its driving mechanism remains controversial. We have studied the thickness-dependent MIT of the ferromagnetic metal LaSrMnO by X-ray absorption spectroscopy and X-ray magnetic circular dichroism. The results suggest that the ferromagnetic phase gradually and most likely inhomogeneously turns into the paramagnetic phase and both phases abruptly become insulating at the critical thickness.

幌延深地層研究計画における原位置トレーサ試験結果の評価手法に関する検討(委託研究)

横田 秀晴; 天野 健治; 前川 恵輔; 國丸 貴紀; 苗村 由美*; 井尻 裕二*; 本島 貴之*; 鈴木 俊一*; 手島 和文*

JAEA-Research 2013-002, 281 Pages, 2013/06

JAEA-Research-2013-002.pdf:13.03MB

岩盤中の割れ目を対象とした原位置トレーサ試験結果を評価するうえで課題となる割れ目の不均質性やスケール効果の影響を明らかにするために、コンピュータ上でモデル化した2次元単一割れ目において孔間トレーサ試験のシミュレーションを実施し、得られた濃度破過曲線に対して1次元モデル及び2次元モデルで物質移行パラメータを同定することにより、モデルの適用性を検討した。分散長に着目すると、割れ目の透水性が均質・不均質にかかわらず、1次元モデルで同定された分散長が2次元モデルでの値よりある相関をもって過大に評価されることが明らかとなった。また、1次元モデルで同定された分散長は、不均質場全体に対して同定された値よりも、場合によっては過小あるいは過大に評価されることが示され、その変動は放射状流の影響や、不均質場を規定する相関長と孔間距離の関係に起因することが明らかとなった。これらの結果は、原位置試験実施時のより良い条件や孔配置を提案するとともに、試験結果を評価する際に不均質場の特性を考慮する必要があることを意味する。