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報告書

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$$sim$$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。

論文

電子スピン共鳴(ESR)法を用いた断層年代推定法

田中 桐葉*; 武藤 潤*; 長濱 裕幸*; 岡 壽崇

放射線化学(インターネット), (110), p.21 - 30, 2020/10

電子スピン共鳴(ESR)法を用いた断層年代推定法は、断層内物質に含まれる鉱物中の欠陥に捕獲された不対電子数をESR信号強度として検出し、地震前後でのESR信号強度の量的変化に基づいて断層活動年代を推定する手法である。しかし、この手法には、地震時の断層運動によりESR信号強度が0になるゼロセットと呼ばれる現象が前提としてある。これまでに、ESR信号強度のゼロセットを理解・実証するために、天然の断層破砕物の解析や断層運動を模擬した室内実験等が行われている。本稿では、断層運動によるESR信号のゼロセットに関する過去の研究をまとめ、現状と今後の課題について述べる。

論文

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

 被引用回数:5 パーセンタイル:35.99(Nuclear Science & Technology)

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。

論文

Measurement of thick target neutron yields at 0$$^{circ}$$ bombarded with 140, 250 and 350 MeV protons

岩元 洋介; 谷口 真吾*; 中尾 徳晶*; 糸賀 俊朗*; 八島 浩*; 中村 尚司*; 佐藤 大樹; 中根 佳弘; 中島 宏; 桐原 陽一*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 593(3), p.298 - 306, 2008/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:61.82(Instruments & Instrumentation)

陽子がフルストップする厚さのグラファイト,アルミニウム,鉄及び鉛に140, 250及び350MeVの陽子が入射したときに0度方向に放出される中性子のエネルギースペクトルを大阪大学核物理研究センターRCNPの中性子TOF室で測定を行った。中性子エネルギーは飛行時間法により導出し、10MeVから陽子入射エネルギーまでのスペクトルデータを得た。実験結果との比較のために、評価済み核データJENDL-HEとLA150,核内カスケードモデルISOBAR,LAHETを用いたモンテカルロ計算コードPHITS, MCNPXでシミュレーション計算を行った。250, 350MeV陽子入射のグラファイトターゲットの場合を除いて、すべての計算結果は実験データを全体的によく再現することがわかった。

口頭

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。

口頭

Effect of high-velocity friction on ESR signal in quartz

田中 桐葉*; 武藤 潤*; 高橋 美紀*; 岡 壽崇; 長濱 裕幸*

no journal, , 

電子スピン共鳴法(ESR)による断層年代測定は、最後に地震が発生した断層活動の年代を推定する方法である。この方法では、自然放射線によって生成した欠陥にトラップされた電子に由来するESRシグナルが、断層すべりによって消滅(ゼロ化)することを利用しており、高速摩擦試験によってこの現象を模擬可能である。しかし、今までの模擬実験で使用していたチタン合金が実験中に破損して混入すると、チタン合金が高誘電率のためにESR感度を低下させ、見かけ上のゼロ化が起きる可能性があることがわかった。そこで、低誘電率なアルミナ-シリカ化合物を利用することでこの問題を解決し、模擬実験により地表付近の地震性断層すべりによるゼロ化を検討した。石英のラジカルは断層すべり量が増加すると熱摩擦によって減少すると予想していたが、地表付近の地震性断層すべりによる結晶粒破壊によってラジカル量が増える可能性があることが初めてわかった。

口頭

Effect of seismic fault slips at various depths on the E$$_{1}^{'}$$ center in Quartz

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

no journal, , 

断層が最後に動いた年代を直接推定する方法として、電子スピン共鳴(ESR)法による断層年代測定法を開発している。この方法では、地震間期に自然放射線によって生成した欠陥にトラップされた電子に由来するESRシグナルが、断層すべりによって消滅(ゼロ化)されることを利用しているが、不完全なゼロ化は年代の過大評価の原因となるため、詳細な条件やメカニズムの解明が必要である。我々は高速摩擦実験を行い、さまざまな深さでの地震性断層スリップによる信号ゼロ化の可能性を検討した。その結果、断層の不均質性に由来する地震性断層すべりにともなう結晶粒破壊と摩擦加熱が複雑なゼロ化機構をもたらすと推察された。

口頭

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。

口頭

Potential for ESR signal zeroing of the E$$_1$$' 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$$_1$$'中心のESR信号強度は摩擦仕事率と相関があり、0.6$$sim$$0.9MW/m$$^2$$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1.0$$sim$$2.5MPa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$$_1$$'中心のESR信号強度は、摩擦仕事率0.96$$sim$$1.4MW/m$$^2$$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$$^2$$で260$$^{circ}$$C、1.0MW/m$$^2$$で600$$^{circ}$$C、そして1.6MW/m$$^2$$で480$$^{circ}$$Cであることが確認できた。E$$_1$$'中心は$$geqq$$300$$^{circ}$$C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$$^2$$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$$_1$$'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。

口頭

ESR法を用いた断層年代測定法に係る基礎研究; 高速摩擦実験から読み解く断層すべりに伴う捕獲電子の挙動

田中 桐葉

no journal, , 

地層処分場のサイト選定・設計において、断層活動に対する地質環境の長期安定性を評価することは重要である。本講演では、現在開発段階にある断層活動性評価手法の1つである、電子スピン共鳴(ESR)法を用いた断層年代測定法の原理および経済産業省資源エネルギー庁から受託した「令和5年度高レベル放射性廃棄物等の地層処分に関する技術開発事業(地質環境長期安定性総合評価技術開発)」で実施された本年代測定法に係る基礎研究の成果について報告する。

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