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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2年度)

石丸 恒存; 尾方 伸久; 島田 耕史; 國分 陽子; 丹羽 正和; 浅森 浩一; 渡邊 隆広; 末岡 茂; 小松 哲也; 横山 立憲; et al.

JAEA-Review 2020-010, 46 Pages, 2020/07

JAEA-Review-2020-010.pdf:1.89MB

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3期中長期目標期間(平成27年度$$sim$$令和3年度)における令和2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、「地質環境の長期安定性に関する研究」基本計画-第3期中長期計画に基づき、これまでの研究開発成果、関係研究機関の動向や大学等で行われている最新の研究成果、実施主体や規制機関のニーズ等を考慮した。研究の実施にあたっては、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針等の検討・策定に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

機能性ポリマーの相転移現象に基づく無廃棄物型レアメタルリサイクル技術

塚原 剛彦*; 佐賀 要*; 鈴木 英哉*; 松村 達郎

クリーンテクノロジー, 29(12), p.4 - 7, 2019/12

レアメタルは不可欠な資源として重要であり、安定した供給が課題となっている。そのため、リサイクル技術の開発が進められている。しかし、既存の方法はコストや廃棄物、火災爆発の危険性などの問題があり、飛躍的な展開は望めないことから、これまでの分離概念にとらわれない開発が求められている。温度応答性ポリマーポリ-N-イソプロピルアクリルアミド(PolyNIPAAm)と疎水性抽出剤を応用し、温度変化のみで水溶液中で金属錯体を内包したポリマーゲルの生成と再溶解を可逆的に制御が可能であることを見出し、これをレアメタルの分離回収へ適用することを検討した。この相転移現象を利用した水系抽出法は、有機溶媒や固体吸着材を一切用いず、煩雑な固液分離も行うことなく、適切な抽出剤を投入して38$$^{circ}$$C程度に暖めるだけで、廃液中から金属イオンを直接回収することが可能である。本稿で紹介した希土類イオンのみならず、白金族元素やアクチノイド元素(ウラン, アメリシウム, キュリウム等)の分離回収にも成功している。抽出から逆抽出までの全工程が水系で完結し、繰り返し利用も可能であるため、環境負荷低減に資する新しい分離法として期待される。

報告書

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成24年度成果報告(共同研究)

中司 昇; 佐藤 治夫; 棚井 憲治; 中山 雅; 澤田 純之*; 朝野 英一*; 斉藤 雅彦*; 吉野 修*; 塚原 成樹*; 菱岡 宗介*; et al.

JAEA-Research 2013-034, 70 Pages, 2014/01

JAEA-Research-2013-034.pdf:9.11MB

原子力機構と原環センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について共同研究契約を締結した。本共同研究は深地層研究所(仮称)計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約に関わる平成24年度の成果についてまとめたものである。具体的成果としては、平成20年度に策定した全体計画に基づき、緩衝材定置試験設備や、実物大の緩衝材及びオーバーパック(模擬)の展示を継続するとともに、ブロック式緩衝材定置試験設備の自動運転用ソフトウェアを製作した。また、緩衝材の浸潤試験を継続した。

報告書

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成23年度成果報告(共同研究)

中司 昇; 佐藤 治夫; 棚井 憲治; 杉田 裕; 中山 雅; 澤田 純之*; 新沼 寛明*; 朝野 英一*; 斉藤 雅彦*; 吉野 修*; et al.

JAEA-Research 2013-027, 34 Pages, 2013/11

JAEA-Research-2013-027.pdf:5.84MB

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について共同研究契約を締結した。本共同研究は深地層研究所(仮称)計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約にかかわる平成23年度の成果についてまとめたものである。具体的成果としては、平成20年度に策定した全体計画に基づき、ブロック式緩衝材定置試験設備の一部を製作した。また、製作済みの緩衝材定置試験設備や実物大の緩衝材ブロック等の公開を継続するとともに、緩衝材可視化試験を実施した。

論文

Diagnostics system of JT-60U

杉江 達夫; 波多江 仰紀; 小出 芳彦; 藤田 隆明; 草間 義紀; 西谷 健夫; 諫山 明彦; 佐藤 正泰; 篠原 孝司; 朝倉 伸幸; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.482 - 511, 2002/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:96.97(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uの計測診断システムは、約50の計測装置から構成されている。近年、プラズマパラメータの半径方向の分布計測が精度よく行なわれるようになった結果、プラズマの内部構造が明らかになった。また、ミリ波反射計/電子サイクロトロン放射計測により、電子密度/電子温度揺動の測定が行なわれ、プラズマ閉じ込めに関する理解が進展した。さらに、電子温度,中性子発生率,放射パワー,電子温度勾配等の実時間制御実験が、関係する計測装置のデータを利用して行なわれた。これらの計測,及び実時間制御を駆使することにより、高性能プラズマを実現することができた。次期核融合実験炉用計測装置としては、炭酸ガスレーザ干渉計/偏光計,及び協同トムソン散乱計測装置を開発している。

論文

Improvement of Thomson scattering system using SBS phase conjugation mirrors in JT-60U

波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 塚原 美光

Proceedings of 29th European Physical Society Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, 4 Pages, 2002/00

誘導ブリルアン散乱(SBS)を用いた位相共役鏡を既存のYAGレーザトムソン散乱装置に応用し、同装置の測定性能の向上を図った。すなわち、YAGレーザ装置に位相共役鏡を組込み、レーザ増幅器で誘起される波面の乱れを補正しダブルパス増幅を行った結果、YAGレーザの性能は[エネルギー:1.7J,繰り返し:30Hz,平均出力:51W]から[4.1J,50Hz,205W]となり、レーザ性能を著しく向上することができた。一方、SBS位相共役鏡は一般の全反射鏡と異なり精密な光学調整を必要とせず、比較的簡単な位置合わせを行うだけで反射光が入射光と全く同じ光路を逆進する。この性質を利用し位相共役鏡をJT-60U 装置に取り付けることにより、プラズマ中でレーザ光を往復させ散乱光量を約2倍にする原理実証試験を行った。

論文

Giant monopole resonances in deformed nuclei

伊藤 正俊*; 坂口 治隆*; 石川 貴嗣*; 川畑 貴裕*; 村上 哲也*; 竹田 浩之*; 瀧 伴子*; 塚原 直彦*; 内田 誠*; 安田 裕介*; et al.

Nuclear Physics A, 687(1-2), p.52c - 57c, 2001/04

400MeV$$alpha$$粒子非弾性散乱を超前方で測定した。ターゲットは$$^{144}$$Sm,$$^{148}$$Sm,$$^{150}$$Sm,$$^{152}$$Sm,$$^{154}$$Smを用いた。巨大単極子共鳴を観測した。15MeVの励起エネルギーに現れるピークは2成分から構成されることがわかった。巨大単極子共鳴の巾については$$^{154}$$Smでは$$^{144}$$Smのものについて1.7倍程度大きくなっていることがわかった。

論文

Thin ice target for $$^{16}$$O (p,p') experiment

川畑 貴裕*; 秋宗 秀俊*; 藤村 寿子*; 藤田 浩彦*; 藤田 佳孝*; 藤原 守; 原 圭吾*; 畑中 吉治*; 細野 和彦*; 石川 貴嗣*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 459(1-2), p.171 - 176, 2001/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:22.31(Instruments & Instrumentation)

「まど」なとの氷ターゲットの作成法を記述している。29.7mg/cm$$^{2}$$の氷ターゲットが液体チッソ温度にまで冷まされて磁気スペクトロメータで使用された。$$^{16}$$O (p,p')反応が陽子エネルギー392MeVでこのターゲットを用いて測定された。

論文

Neutral particle analysis in Mev energy range and relative role of He$$^{+}$$ and C$$^{5+}$$ ions in fast proton neutralization in ICRF and combined ICRF/NBI-heated JT-60U plasmas

Afanassiev, V. I.*; 草間 義紀; 根本 正博; 近藤 貴; Petrov, S. Y.*; Kozlovskij, S. S.*; 佐藤 稔; 森岡 篤彦; 塚原 美光; 西谷 健夫; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 39(10), p.1509 - 1524, 1997/10

 被引用回数:19 パーセンタイル:41.73(Physics, Fluids & Plasmas)

ロシア・ヨッフェ研究所との協力でJT-60Uに導入したアルファ粒子分析器を用いて、以下のことが明らかとなった。(1)検出器の水素粒子に対するエネルギー分解能及び中性子に対する検出感度は較正結果とほぼ一致した。(2)ヘリウムプラズマにおいては、ICRF加熱で生成される高速プロトンの中性子過程は、0.4MeV以下ではHe$$^{+}$$、0.6MeV以上ではC$$^{5+}$$との荷電交換が主である。(3)ICRFとNBIを用いた複合加熱時にビームの入射位置を変えると、He$$^{+}$$とC$$^{5+}$$の平均自由行程の違いから高速プロトンの中性化への寄与が変化し、中性粒子スペクトルに差が生じる。その他、ICRF加熱パワーを変えた場合及びプラズマ密度を変えた場合についても、高速プロトンの中性化におけるHe$$^{+}$$とC$$^{5+}$$の役割について述べる。

論文

Neutral particle analyzer with energy range up to 4MeV for both alpha particles and protons

草間 義紀; 根本 正博; Afanassiev, V. I.*; Kozlovskij, S. S.*; Petrov, S. Y.*; 佐藤 稔; 森岡 篤彦; 塚原 美光; A.I.Kislyakov*; M.P.Petrov*; et al.

Fusion Engineering and Design, 34-35, p.531 - 534, 1997/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:41.63(Nuclear Science & Technology)

原研とロシア・ヨッフェ研究所との協力により、中性粒子分析器の測定エネルギー範囲の拡大と中性子ノイズの低減に成功した。粒子種を分離するために通常は磁場と同方向に印加する電場の方向を逆転した運転方法の採用とその方向に検出器列を新たに配置したことにより、2MeVに制限されていた陽子に対するエネルギー範囲を4MeVに拡大した。また、中性子ノイズの低減により負イオン源NBIで生成される0.5MeVのイオンを精度良く測定するため、各検出器のエネルギー範囲に適したシンチレータの厚さを選んだ。10$$mu$$mに統一していた厚さを、最も薄いもので2$$mu$$mとしたことにより、中性子に対する感度を1桁以上低減できた。サイクロトロン等を用いた較正及びJT-60Uにおける中性水素粒子のエネルギー分布測によって、本分析器の性能を確認した。

報告書

アルファ粒子分析装置制御・データ収集ソフトウェアの開発

佐藤 稔; 根本 正博; 佐々木 弘*; 塚原 美光; S.Y.Petrov*; Afanassiev, V. I.*; Kozlovskij, S. S.*; 草間 義紀

JAERI-Tech 95-026, 77 Pages, 1995/03

JAERI-Tech-95-026.pdf:2.19MB

JT-60Uプラズマ中の高エネルギーイオンの挙動を解明するため、アルファ粒子分析装置が取り付けられた。この装置の主要機器であるアルファ粒子分析器は、ロシア・ヨッフェ物理工学研究所より導入されたものである。装置の運転状態をモニターしながら、JT-60Uの放電シーケンスに従って装置を制御したり、計測データを収集するという複雑な機能を持つソフウェアを開発した。このソフトウェアはCAMACシステムに組み込まれたマイクロコンピューターで使用される。放電シーケンスと切り離したオフラインモード及び放電シーケンスに従ったオンラインモードで、本ソフトウェアの様々な機能を確認した。分析装置はこのソフトウェアを用いて順調に運転され、貴重なデータを提供している。

論文

Charge-exchange neutral particle measurement of MeV energy range on JT-60U

草間 義紀; 根本 正博; 佐藤 稔; 塚原 美光; 飛田 健次; 竹内 浩; S.Petrov*; Afanassiev, V. I.*; Kozlovskij, S. S.*; A.Kislyakov*; et al.

Review of Scientific Instruments, 66(1), p.339 - 341, 1995/01

 被引用回数:16 パーセンタイル:22.45(Instruments & Instrumentation)

JT-60Uにおいてアルファ粒子等のMeV領域のイオンの閉じ込めに関する研究を行うため、これらの粒子を測定する荷電交換中性粒子分析器をロシア・ヨッフェ研究所と協力して開発し、JT-60Uに設置した。当論文では、この分析器の特性と性能、較正実験結果、JT-60Uにおける配置と初期運転の結果について述べる。分析器のエネルギー範囲はアルファ粒子に対して0.5~4MeV、検出器数は8である。検出器はCsI(Tl)シンチレータと光電子増倍管を組み合わせたものである。この分析器の大きな特徴は、中性子及び$$gamma$$線のノイズを除去するため、データ収集系に波高分析を取り入れた点である。波高分析システムを有効に用いるため、サイクロトロン、アルファ粒子線源を用いて粒子のパルス波高のエネルギー依存性等を詳細に調べ、この波高分析システムの有用性をJT-60Uの重水素実験で確認した。

論文

Measurement of atomic hydrogen fluxes in MeV-energy range in ICRF-heated JT-60U plasmas

Afanassiev, V. I.*; 草間 義紀; 根本 正博; 西谷 健夫; S.Petrov*; Kozlovskij, S. S.*; 佐藤 稔; 森岡 篤彦; 塚原 美光; 近藤 貴; et al.

Europhysics Conference Abstracts, 19C(2), p.57 - 60, 1995/00

ヨッフェ研究所との協力で準備したアルファ粒子分析器により、ICRF加熱時に発生するMeV領域の高速水素粒子を測定した。(1)検出器の特性:中性子/$$gamma$$線に対する検出感度及び水素粒子に対するエネルギー分解能は較正結果とほぼ一致した。(2)イオンテイル温度:2倍~5倍までの高調波加熱で形成されるテイル温度は、4倍までは次数とともに上昇し、5倍で減少した。この傾向は、フォッカー・プランクコードによる計算結果と一致した。(3)ICRFパワー依存性:5MW程度で、測定した粒子束(0.3~1MeV)、テイルの蓄積エネルギーは飽和した。よりエネルギーの高いイオンによるパワー収束と加速されたイオンの損失が示唆される。テイル温度の電子密度依存性、テイル温度の減衰についても述べる。

報告書

Direct measurement of MeV-range atomic hydrogen using a charge-exchange neutral particle analyzer in ICRF-heated JT-60U plasmas

草間 義紀; Afanassiev, V. I.*; S.Y.Petrov*; 根本 正博; 木村 晴行; 森岡 篤彦; 佐藤 稔; 塚原 美光; 三枝 幹雄; 近藤 貴; et al.

JAERI-Research 94-036, 9 Pages, 1994/10

JAERI-Research-94-036.pdf:0.51MB

JT-60Uにおいてアルファ粒子等のMeV領域のイオンの閉じ込めに関する研究を行うため、ロシア・ヨッフェ研究所と協力して荷電交換中性粒子分析器を開発し、JT-60Uに設置した。当報告書は、この分析器を用いて得られた最初の測定結果について述べる。重水素ビームとイオンサイクロトロン周波数(ICRF)波を用いた加熱実験で、ICRF波で加速されてできるMeV領域の水素原子(H°)の測定を行った。検出器には、H°の他に中性子及びガンマ線がノイズとして受かった。これらのノイズと粒子信号を分離することを目的にデータ収集系に導入した波高分析(PHA)システムによって、中性子及びガンマ線によるノイズとH°の信号を分離することに成功した。H°のピークの部分のカウント数を足し合わせることによって、H°粒子束の時間変化を容易に得ることができた。

論文

Application of the two-electron transfer reaction to helium ion density and energy distribution measurements in JT-60

飛田 健次; 草間 義紀; 中村 博雄; 伊藤 孝雄; 塚原 美光; 根本 正博; 久保 博孝; 竹内 浩; 栗山 正明; 松岡 守; et al.

Nuclear Fusion, 31(5), p.956 - 960, 1991/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:61.9(Physics, Fluids & Plasmas)

二電子移行反応を利用して、JT-60プラズマ中に含まれる熱および熱外領域のヘリウムイオンの検出を試みた。この方法によって、ヘリウムイオン密度とそのエネルギー分布が測定された。得られた密度およびエネルギー分布は、他のプラズマ診断法または理論とつじつまが合った。この結果は、核融合プラズマ中のヘリウム灰の検出法としての二電子移行反応法の適用性を示す。

論文

Confined alpha particle diagnostics in JT-60U

草間 義紀; 飛田 健次; 伊藤 孝雄; 根本 正博; 塚原 美光; 竹内 浩

Review of Scientific Instruments, 61(10), p.3220 - 3222, 1990/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:55.93(Instruments & Instrumentation)

核融合炉級トカマクにおいてはアルファ粒子の閉じ込め特性に関する研究が重要である。高エネルギー診断用ビームを用いた二重荷電交換法はアルファ粒子診断法として最も信頼性の高いものと考えられている。JT-60Uではアルファ粒子の挙動を研究するため、アルファ粒子生成実験が予定されている。診断用ヘリウムビームを用いたアルファ粒子測定が計画されており、そのためのアルファ粒子束とスペクトルが評価された。このヘリウムビームを用いることにより1.8MeVまでのアルファ粒子の測定が期待でき、そのスペクトルからアルファ粒子の閉じ込めに関する知見が得られる見通しである。今日のトカマクでアルファ粒子測定法を確立することは、次期装置における測定法を確立するうえで極めて重要である。本論文では、次期装置におけるアルファ粒子測定についても言及する。

論文

A Parasitic effect in neutral particle diagnostic using a helium probing beam

飛田 健次; 草間 義紀; 伊藤 孝雄; 根本 正博; 竹内 浩; 塚原 美光

Japanese Journal of Applied Physics, 29(4), p.760 - 764, 1990/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.71(Physics, Applied)

環境磁気閉じ込め装置の能動的中性粒子計測において、プラズマ周辺に捕捉されたプローブビームのドリフト運動に寄与するある寄生的な現象が、測定の障害となりうることが判明した。本論文は、JT-60の測定を例にとり、この寄生効果の物理的描像を記述する。この寄生効果は、粒子検出系の視野がダイバータのような高リサイクリング領域を通る系で起こり、その発現はプラズマ表面の安全係数に依る。我々の解釈の妥当性及び寄生効果を避ける方法についても述べる。

論文

Measurements of neutral beam stopping for hydrogen and helium in JT-60 plasma

飛田 健次; 伊藤 孝雄; 逆井 章; 草間 義紀; 小原 祥裕; 塚原 美光; 根本 正博; 河野 康則; 久保 博孝; 竹内 浩; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 32(6), p.429 - 441, 1990/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:52.8(Physics, Fluids & Plasmas)

水素及びヘリウムビームのシャインスルーを測定した。測定に用いられた水素ビームは、フルエネルギー140keV、ビーム成分比7%(140keV):32%(70keV):61%(47keV)であり、3$$times$$$$^{13}$$cm$$^{-3}$$以上の電子密度を持つプラズマに対するシャインスルーは、H(IS)の断面積から計算した値より小さかった。電子密度(3.1-5.0)$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-3}$$、実効電荷数1.6-2.5のとき、ストッピング断面積を20%増加させると、シャインスルーの測定値を説明できた。この結果は、水素ビームのストッピング過程に多重励起を考慮すべきであることを示す。測定から求めた多重励起による断面積の増分は、Janevらが計算から求めた値と矛盾しない。また、160~190keVのヘリウムビームのストッピングには、多重励起の影響が見られなかった。

論文

Ion temperature measurements on JT-60 using He beam scattering

竹内 浩; 飛田 健次; 草間 義紀; 根本 正博; 伊藤 孝雄; 塚原 美光; JT-60チーム

Review of Scientific Instruments, 59(8), p.1652 - 1657, 1988/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:17.36(Instruments & Instrumentation)

プラズマ中の不純物を用いたドップラー巾分光計測よりプラズマ中のイオン温度を求める方式が最近の大型トカマクで良く用いられている。この方式は不純物イオンとプラズマイオンとの熱平衡を仮定して求めるものである。また、その測定精度は不純物イオンの量に大きく依存する。そのため、JT-60ではこれらの欠点を解析するためにラザフォード散乱を基本とした能動粒子計測法を開発した。

論文

能動粒子線小角散乱測定装置の較正およびJT-60への適用

飛田 健次; 草間 義紀; 根本 正博; 竹内 浩; 伊藤 孝雄; 塚原 美光; 蔀 守正; 渡邊 和弘; 小原 祥裕

核融合研究, 59(SPECIAL ISSUE), p.139 - 156, 1988/00

JT-60の中心イオン温度計測のために、製作し稼動している能動粒子線小角散乱装置(能動的荷電交換粒子計測)の設計の考え方、Heイオン源の開発項目、等並びにこの小角散乱装置をJT-60に応用する際必要となる較正実験結果とJT-60の中心温度測定例について記述した。

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