地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(令和6年度)

浅森 浩一; 末岡 茂; 小林 智晴; 西山 成哲; 田中 桐葉; 村上 理; 福田 将眞; 小形 学; 内田 真緒; 小松 哲也; et al.

JAEA-Research 2025-007, 99 Pages, 2025/10

JAEA-Research-2025-007.pdf:12.36MB

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6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。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和5年度)

丹羽 正和; 島田 耕史; 末岡 茂; 藤田 奈津子; 横山 立憲; 小北 康弘; 福田 将眞; 中嶋 徹; 鏡味 沙耶; 小形 学; et al.

JAEA-Review 2023-017, 27 Pages, 2023/10

JAEA-Review-2023-017.pdf:0.94MB

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、これまでの研究開発成果や大学等で行われている最新の研究成果に加え、地層処分事業実施主体や規制機関等の動向を考慮した。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推進する。

Measurement of angular dependent neutron production from thick target bombarded with 140-MeV protons

岩元 洋介; 佐藤 大樹; 萩原 雅之*; 岩瀬 宏*; 桐原 陽一*; 八島 浩*; 中根 佳弘; 中島 宏; 中村 尚司*; 民井 淳*; et al.

Nuclear Technology, 168(2), p.340 - 344, 2009/11

https://doi.org/10.13182/NT09-A9205

陽子・重イオン線によるがん治療施設や加速器によるホウ素中性子捕捉療法施設の中性子遮蔽詳細設計では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSをはじめ各種のモンテカルロ輸送計算コードがよく用いられている。これら設計計算コードを高い信頼度で使用するためには、これらの計算コードの精度検証が必要である。そこで、実験データが少ない0度及び90度方向、並びに実験施設の制約から実験データが全くない180度方向の厚いターゲットからの中性子生成の角度・エネルギー分布のデータを、大阪大学核物理研究センターRCNPのサイクロトロンに設置された飛行時間法のコースで測定を行った。入射陽子のエネルギーは140MeVであり、ターゲットは炭素,アルミニウム,鉄及び鉛である。PHITSコード単独及び評価済核データとの併用時の計算結果は、0度及び90度の実験結果に対して鉛ターゲットを除いてよく一致した。

Host rock thermal properties on behavior of trapped charges during coseismic fault slip

田中 桐葉; 大橋 聖和*; 武藤 潤*; 岡 壽崇

no journal, , 

断層の電子スピン共鳴(ESR)年代測定は、鉱物中の捕獲電子が最新の地震時に起きた断層すべりで完全に放出された(ゼロイング)と仮定して、最新断層活動年代を推定する開発段階の手法である。しかし、地震時の断層すべりに伴う捕獲電子の挙動は十分に理解されていない。これまでの研究によると、摩擦発熱はゼロイングを引き起こす重要な要因とされている。本研究では、摩擦発熱に関連する母岩の熱的特性が地震性の断層すべりの捕獲電子の挙動に及ぼす影響について検討した。岩石の熱特性の影響を調べるため、ムライト(HVF I)とチタン合金(HVF II)の円筒供試体を用いた2種類の高速摩擦実験を人工石英粉末に対して行った。HVF IとIIでは、単位面積あたりの摩擦仕事率の大きさが異なるように実験条件を設定した。石英の代表的な捕捉電荷の数の変化と関連するメカニズムを調べるため、出発物質と模擬断層ガウジに対して、ESR測定と粒子特性評価を行った。結果として、すべての摩擦実験で捕獲電子が生成された。HVF IとIIでは、摩擦仕事率の範囲が異なるにもかかわらず、捕獲電子の生成量は摩擦仕事率の増加とともに単調に減少し、同程度の値になった。一方、摩擦仕事率の範囲を問わず、捕獲電子の生成量は実験中に試料表面で観察された最高到達温度が高くなるにつれて減少した。ムライトとチタン合金の熱伝導率はそれぞれ4.2W/m/Kと7.5W/m/Kである。したがって、ムライトはチタン合金よりも熱を保持しやすい。このことは、HVF IIよりもHVF Iの方が、摩擦発熱により捕獲電子をより効果的に放出することができ、その結果、上述したような生成量の減少をもたらしたことを示している。本研究は、母岩の熱的特性が摩擦発熱に伴う捕獲電子への影響、すなわち、ゼロイングを支配する重要な要素になり得ることを示唆している。

Effect of seismic fault slip on a charge trapping center in quartz

田中 桐葉*; 武藤 潤*; 高橋 美紀*; Jayawickrama, E. G.*; 佐々木 理*; 岡 壽崇; 長濱 裕幸*

no journal, , 

電子スピン共鳴(ESR)法を用いて、断層が最後に動いた年代を直接推定する手法(断層年代測定法)を開発している。本手法では、地震が起きていない期間に自然放射線によって生成した欠陥に捕捉された電子のESR信号が、断層のスリップによって消滅することを利用している。断層スリップによる消滅の詳細な条件やメカニズムの解明のため、高速摩擦実験を行ったところ、断層の不均質性に由来する地震性断層スリップによる結晶粒破壊やスリップ時の摩擦加熱が、複雑なESR信号の消滅の原因であると推察された。

Supporting the surface charging mechanism of seismic-electromagnetic phenomena by the direct measurements of the electron and hole trapping centers

田中 桐葉*; 長濱 裕幸*; 武藤 潤*; 岡 壽崇; 矢部 康男*

no journal, , 

地震に先行する電磁気現象の観測は地震予測に利用できると考えられているが、電磁気現象の発現メカニズムの詳細は不明である。本研究では、電子スピン共鳴法を用いて電子・正孔捕獲中心の濃度を調べたところ、石英砂中の破砕が電磁気現象における表面帯電を引き起こす可能性があることがわかった。

Potential for ESR signal zeroing of the E' center by experimental fault slips

田中 桐葉; 大橋 聖和*; 武藤 潤*; 岡 壽崇

no journal, , 

電子スピン共鳴(ESR)法を用いた断層活動年代測定法は、断層内物質中の石英の電荷捕獲中心が地震に伴う断層すべりにより完全消滅したこと(ESR信号のゼロイング)を前提としている。しかし、ゼロイングと断層パラメータの関係については、ほとんど理解されていない。過去に行われた高速摩擦実験では、石英中のE'中心のESR信号強度は摩擦仕事率と相関があり、0.60.9MW/mの仕事率で減少し始めることが示唆されている。しかし、より大きな仕事率でゼロイングが起こることを確認するためのデータが不足していた。そこで、すべり速度1m/s、変位量10m、垂直応力1.02.5MPaでの高速摩擦実験を模擬石英ガウジに対して行い、実験前後のガウジに対してESR測定を行った。E'中心のESR信号強度は、摩擦仕事率0.961.4MW/mでは、仕事率の増大とともに減少した。摩擦面近傍の最高温度は0.96MW/mで260C、1.0MW/mで600C、そして1.6MW/mで480Cであることが確認できた。E'中心は300Cで熱的に不安定になり、それ以上の温度ではより不安定になる。したがって、仕事率増大とともに摩擦熱が大きくなり、ESR信号強度は減少したと考えられる。先行研究の結果を踏まえてESR信号と摩擦仕事率の関係を考察すると、摩擦仕事率が0.6から1.4MW/mの範囲では、仕事率の増大とともにESR信号強度は減少することが明示された。E'中心のESR信号のゼロイングが起こるためには、少なくとも地表から100m以上の深さの地震断層すべりが必要であると考えられる。

石英中ESR信号の露頭表面からの深さ依存性

田中 桐葉; 小形 学; 塚原 柚子; 西山 成哲

no journal, , 

第四紀堆積物の電子スピン共鳴(ESR)年代測定は、堆積物の最新堆積年代を直接決定できる可能性を持つ手法である。この方法は、ESR法によって検出される堆積物中の石英に含まれる欠陥に捕獲された電子(捕獲電子)が、侵食・運搬・堆積過程で太陽光照射によって解放され(光ブリーチ)、その後、堆積物は埋没し、捕獲電子が蓄積されることを前提とする。捕獲電子数は被曝線量に依存するため、埋没後から現在までに蓄積された捕獲電子数を測定することで、その期間の総被曝線量が得られ、その値を1年間あたりの被曝線量で除することで、堆積年代を推定することができる。埋没後、太陽光にさらされた堆積物の堆積年代は過小評価されるため、ESR年代測定に使用することは避けなければならない。そのため、露光されていないと考えられている、露頭表面から走向方向深さ5cm以上に埋没している堆積物が慣例的に年代測定には使用されている。しかし、その深度は明確に実証されているわけではなく、年代測定を実施するその都度、確認されているわけでもない。したがって、露頭表層における捕獲電子に対する太陽光曝露の影響を明らかにすることは重要である。本研究では、石川県七尾市の標高30-33mに位置する段丘堆積物から、直径4cm、長さ35cmのポリ塩化ビニル管を用いてシルト質風成ロームとシルト-細粒海成砂を採取した。ローム・海成砂試料をそれぞれ3個と7個に切断し、各試料から抽出した石英にESR測定を行った。ローム試料では、E'中心のESR信号強度は露頭表面からの深さに関係なく一定であった。一方、深さ20cmと30cmのAl中心とTi中心のESR信号強度は、深さ10cmでのESR信号強度よりも大きかった。海成砂試料では、深さ3-14cmと33cmのすべての捕獲電子のESR信号強度にはほとんど違いはなく、深さ20-30cmでのESR信号強度よりも大きかった。今後は、人工光曝実験から深さに対するESR信号強度の変化を調べ、本研究結果の妥当性を予定である。

Preliminary results of ESR dating for the Quaternary fault in the Toikanbetsu fault zone, Hokkaido, Japan

田中 桐葉; 田村 友識

no journal, , 

最近の研究にて、北海道パンケルペシュペ川西岸付近で、問寒別断層帯に泥炭層と砂層を剪断する逆断層が新たに発見された。泥炭の放射性炭素年代測定の結果、最も新しいものは約45 kaに堆積したことが示され、断層が50 ka以降に活動していた可能性があることが示唆された。しかし、この値は年代測定法の検出限界に近い値であった。そこで、第四紀に活動した断層の活動年代を推定することができると期待されているESR年代測定の適用を試みている。泥炭層と砂層の境界付近に発達した4つの断層ガウジから採取された試料を粒径 m、51-120 m、120-250 mに分級し、室温と77K下でのESR測定を実施した。これらの試料のESRスペクトルからは、石英(E'中心とアルミニウム中心)と泥炭(有機ラジカル)に由来すると思われる複数のESR信号が検出された。本発表では、問寒別断層帯で発達した断層ガウジから検出されたESR信号について議論する。さらに、ESR年代測定を適用した予備的な結果についても示す予定である。