地質環境の長期安定性に関する研究 年度報告書(令和5年度)

丹羽 正和; 島田 耕史; 末岡 茂; 石原 隆仙; 箱岩 寛晶; 浅森 浩一; 村上 理; 福田 将眞; 小北 康弘; 鏡味 沙耶; et al.

JAEA-Research 2024-013, 65 Pages, 2024/11

JAEA-Research-2024-013.pdf:4.22MB

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5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。

Thermal stability of retained austenite with heterogeneous composition and size in austempered Fe-2Mn-1.5Si-0.4C alloy

渡邊 未来*; 宮本 吾郎*; Zhang, Y.*; 諸岡 聡; Harjo, S.; 小林 康浩*; 古原 忠*

ISIJ International, 64(9), p.1464 - 1476, 2024/07

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2024-044

The mechanical properties of TRIP steels depend on heterogeneities of chemical composition and grain size in the retained structure, although these heterogeneities have not been characterized in detail. Therefore, in this study, we quantitatively investigate the inhomogeneous carbon concentration and grain size distribution, and its effects on the thermal stability of the retained in Fe-2Mn-1.5Si-0.4C (mass%) TRIP steel using FE-EPMA, EBSD, Mssbauer spectroscopy, and in-situ neutron diffraction during bainitic transformation at 673 K. In-situ neutron diffraction experiments detects high-carbon evolving during bainite transformation, in addition to the original , and the time variation of the volume fraction of highcarbon agrees well with the fraction of retained at room temperature. Williamson-Hall analysis based on peak width suggests that heterogeneity of carbon content exists even within the high-carbon . Compositional analysis using FE-EPMA and three-dimensional atom probe directly revealed that fine filmy was highly enriched with carbon compared to larger blocky , and the carbon content in blocky decreases with increasing blocky size. DICTRA simulation qualitatively reproduces the size dependency of carbon enrichment into . It was also found that tends to be retained at higher carbon content and smaller grain size since the smaller grain size directly improves thermal stability and the smaller size further contributes to the thermal stability via enhanced carbon enrichment.

Recent status of the cryogenic sample environment at the MLF, J-PARC

石角 元志*; 高橋 竜太*; 山内 康弘*; 中村 雅俊*; 石丸 宙*; 山内 沙羅*; 河村 聖子; 吉良 弘*; 坂口 佳史*; 渡辺 真朗; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 41, p.011010_1 - 011010_7, 2024/05

https://doi.org/10.7566/JPSCP.41.011010

Recent status of cryogenic sample environment equipment at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) has been reported. We have reviewed the specifications and performance of cryogenic sample environment equipment and a newly installed Gifford-McMahon (GM) cryofurnace, which are mainly managed by the Cryogenic and Magnet group in the sample environment team at the MLF. Moreover, the recent maintenance and update of each piece of equipment, the improved temperature-control function, and the expansion of the usable beamline of the cryogenic sample environment equipment are described.

Crystallization processes of quartz in a granitic magma; Implications for the magma chamber processes of Okueyama granite, Kyushu, Japan

湯口 貴史*; 加藤 丈典*; 小北 康弘; 渡邊 みのり*; 山嵜 勇人*; 加藤 あすか*; 伊藤 大智*; 横山 立憲; 坂田 周平*; 大野 剛*

Journal of Asian Earth Sciences, 265, p.106091_1 - 106091_13, 2024/04

https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2024.106091

Cathodoluminescence (CL) characterization combined with titanium concentration of quartz crystals in granite is a prevalent tool for deciphering the crystal growth of quartz in granitic magmas. The CL pattern yields to the internal structure, and the titanium concentration allows crystallization temperature determination based on TitaniQ geothermometry. This study is conducted using two approaches, 1) observations of quartz crystals based on thin sections and 2) observations based on multiple sections of separated quartz, revealing to obtain both the overall characteristics of quartz crystals within a magma chamber and the 3D internal structure and growth characteristics of quartz grains. Petrological restrictions such as zircon in quartz deduced from thin-section observations permit suitable geothermometer use and appropriate TiO activity estimation, and thus, accurate quartz crystallization temperature determination. The difference in CL characteristics and crystallization temperature among the lithofacies in granite contributes to clarifying the spatiotemporal magma chamber processes.

J-PARC RCS主電磁石電源制御系の更新

渡辺 泰広; 柳橋 孝則; 小松崎 誠*

Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1024 - 1028, 2023/10

https://www-linac.kek.jp/mirror/www.pasj.jp/web_publish/pasj2022/proceedings/PDF/FRP0/FRP043.pdf

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、繰り返し周波数25Hzで400MeVから3GeVまで加速する速い繰り返しのシンクロトロンである。RCSの主電磁石は、偏向電磁石1系統、四極電磁石7系統から構成されており、それぞれ独立した共振回路を用いて、25Hzの正弦波交流パターンに直流電流を重畳しながら励磁される。現在運用している電磁石電源の電流制御システムは、RCSのビーム調整開始から延べ15年にわたり大きなトラブルもなく運用されてきたが、使用部品の一部が生産中止となるなど予備品の製作が困難となっていることから、電流制御システムの更新を検討している。本論文では、新たに開発したRCS主電磁石電源の電流制御システムについて報告する。本制御システムは、1台の電源を制御するために必要な機能を1つの制御ユニットに集約して電源に内蔵することにより、制御システムの大幅な簡素化を実現している。

Demonstration of a kicker impedance reduction scheme with diode stack and resistors by operating the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex

菖蒲田 義博; 原田 寛之; Saha, P. K.; 高柳 智弘; 田村 文彦; 富樫 智人; 渡辺 泰広; 山本 風海; 山本 昌亘

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 26(5), p.053501_1 - 053501_45, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevAccelBeams.26.053501

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の3GeVシンクロトロン(RCS)では、ビームを出射させるキッカー電磁石のインピーダンスがビームの不安定性を励起することが理論的に予測されてきた。しかしながら、物質・生命科学実験施設に供給されるビームは大きいエミッタンスを持つので、1MWの大強度ビームであっても適切なマシーンパラメタを選べば、ビームの不安定化を抑制することができる。一方で、メインリングに供給されるビームは、小さいエミッタンスを持つので、キッカーのインピーダンスの低減が必須である。そこで、ダイオードと抵抗器を用いたデバイスを使うキッカーインピーダンスを抑制する方式を提案し、その抑制効果を実証した。しかし、J-PARC RCSは25Hzの繰り返し周波数で連続動作させる必要があり、実用化のためには、耐熱性の高い特殊なダイオードを開発する必要があった。この課題を解決するため、本研究において連続運転に耐えうる抵抗付きダイオードを開発した。これにより小さいエミッタンスを持つ大強度のビームの不安定性も抑制できることを実証することができた。またシミュレーションにより、この方式で少なくとも5MWのビーム運転にも利用できることを明らかにした。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和4年度)

笹尾 英嗣; 石丸 恒存; 丹羽 正和; 島田 顕臣; 島田 耕史; 渡邊 隆広; 末岡 茂; 横山 立憲; 藤田 奈津子; 小北 康弘; et al.

JAEA-Review 2022-022, 29 Pages, 2022/09

JAEA-Review-2022-022.pdf:0.97MB

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4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。

最先端の研究開発 理化学研究所ほか,2; 第一原理シミュレーションで挑む核燃焼プラズマ閉じ込めの物理

渡邉 智彦*; 井戸村 泰宏; 藤堂 泰*; 本多 充*

日本原子力学会誌ATOMO, 64(3), p.152 - 156, 2022/03

https://doi.org/10.3327/jaesjb.64.3_152

磁場閉じ込め核融合の科学的実証に向けたITER実験で想定される核燃焼プラズマの閉じ込め性能予測においては、粒子,運動量,熱の輸送を担う物理過程の理解が重要である。スーパーコンピュータ「富岳」を用いた第一原理シミュレーションにより、重水素・三重水素プラズマにおけるマルチスケール乱流が関わる複合輸送過程や、電磁揺動による高エネルギー粒子輸送に対する運動論効果などの物理機構が明らかとなった。核燃焼プラズマの性能予測に資する第一原理シミュレーションについて、さらなる研究開発を進めている。

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和3年度)

石丸 恒存; 國分 陽子; 島田 耕史; 島田 顕臣; 丹羽 正和; 渡邊 隆広; 末岡 茂; 横山 立憲; 藤田 奈津子; 小北 康弘; et al.

JAEA-Review 2021-012, 48 Pages, 2021/08

JAEA-Review-2021-012.pdf:1.64MB

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年度令和3年度)における令和3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、地層処分事業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。

Deexcitation dynamics of muonic atoms revealed by high-precision spectroscopy of electronic X rays

奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I. H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.

Physical Review Letters, 127(5), p.053001_1 - 053001_7, 2021/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.053001

超伝導遷移エッジ型センサーマイクロカロリメーターを用いて、鉄のミュー原子から放出される電子X線を観測した。FWHMでの5.2eVのエネルギー分解能により、電子特性およびX線の非対称の広いプロファイルを約6keVの超衛星線線とともに観察することができた。このスペクトルは、電子のサイドフィードを伴う、負ミュオンと殻電子による核電荷の時間依存スクリーニングを反映している。シミュレーションによると、このデータは電子殻および殻の正孔生成と、ミュオンカスケードプロセス中のそれらの時間発展を明確に示している。