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Zhan, Y.*; 桑田 裕介*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 高田 孝
Experimental Thermal and Fluid Science, 120, p.110249_1 - 110249_12, 2021/01
Experiments were preformed to measure the mass and size of secondary droplets splashed during liquid jet impingement onto a horizontal solid surface. To explore the effects of liquid hydraulic properties, pure water, two aqueous solutions of glycerin, and two aqueous solutions of ethanol were used as the test solutions. Using the experimental data accumulated in this work, dimensionless correlation was developed for the splash ratio. Here, it was assumed that the mass of secondary droplets splashed per impact can be expressed as a function of the impact Weber number and the Ohnesorge number. The correlations for the Sauter mean diameter and the size distribution of secondary droplets were also proposed. It was shown that the size distribution of the secondary droplets can be fitted with the log-normal distribution. Two parameters determining the log-normal distribution profile were correlated by the impact Weber number.
畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 鵜山 雅夫*; 中岡 健一*; 深谷 正明*; 青柳 和平; 櫻井 彰孝; 棚井 憲治
JAEA-Research 2020-010, 142 Pages, 2020/11
JAEA-Research-2020-010.pdf:13.74MB
JAEA-Research-2020-010-appendix(DVD-ROM).zip:149.9MB
高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究においては、坑道掘削時に生じる掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone、以下EDZ)が主たる放射性核種の移行経路の一つとなる可能性が示唆されている。特に堆積岩では、坑道掘削中のみならず長期的なEDZ内外の割れ目の進展といった力学的な検討は、地層処分の安全評価上重要な情報となる坑道周辺の水理的な変化を捉えるという点においても重要であり、それを長期モニタリング可能な計測ツールの開発が待たれていた。本共同研究では、新第三紀堆積岩中に建設された幌延深地層研究所東立坑の深度370m付近の3本のボーリング孔内の合計9箇所に大林組が製作したモニタリングツールを設置した。モニタリングツールは、1箇所に岩盤の力学挙動計測用の「光式AEセンサー」、地下水挙動計測用の「光式間隙水圧センサーと光式温度センサー」が1式で構成されており、立坑対象深部の掘削中および掘削後におけるAE信号波形他各種計測データを取得・分析し、岩盤の破壊に起因するAE信号波形を選別することを目的に製作された。AE信号波形をはじめとした各種計測データを分析した結果、東立坑深部掘削および掘削後に周辺岩盤に発生もしくは進展したき裂などの短期/長期的なEDZに関する情報を把握することができた。今後、これらの分析データに基づいて解析評価を行うことにより、幌延深地層研究所深部の堆積岩におけるEDZの長期的な安定性評価に資する検討を行うことができると考えられる。
湯口 貴史*; 石橋 梢*; 坂田 周平*; 横山 立憲; 伊藤 大智*; 小北 康弘; 八木 公史*; 大野 剛*
Lithos, 372-373, p.105682_1 - 105682_9, 2020/11
被引用回数：0 パーセンタイル：100(Geochemistry & Geophysics)ジルコンのU-Pb年代とチタンの濃度を同一スポットで同時に分析することにより、その結晶化年代と結晶化温度がわかる。花崗岩中のジルコンの結晶化年代と結晶化温度を一組のデータとして取得できれば、花崗岩が固化する前のマグマの時間-温度経路を知ることができる。一方で、LA-ICP-MSによる分析で低濃度のチタンを定量することは難しい。本研究では、コリジョン-リアクションセルが搭載された四重極型ICP-MSを用いて、2つの手法により低濃度チタンの定量を試みた。この手法を黒部川花崗岩体(KRG),大崩山花崗岩体(OKG),土岐花崗岩体(TKG),遠野複合深成岩体(TPC)のジルコンに適用して分析したところ、既往研究と整合的なU-Pb年代およびチタン濃度を得た。KRG, OKG, TKG, TCPのジルコンの分析から得られた結晶化年代と結晶化温度から時間-温度経路を推定すると、試料採取されたそれぞれの場所においてジルコンが結晶化温度から急速冷却された時間-温度経路を特徴付けることができる。
丹羽 正和; 植木 忠正*; 星 博幸*; 杉崎 雄一*; 八木 公史*; 斗澤 皓正
地質学雑誌, 126(9), p.543 - 548, 2020/09
火山岩の形成年代の情報を得ることは、地層処分のサイト特性調査や安全評価などにおいて火山活動の影響を把握する上でも重要となる。K-Ar法は火山岩の形成年代を知るための代表的な放射年代測定法であるが、火山岩が変質していると、確度の高い年代値を得ることはしばしば困難となる。本研究では、中新世の西南日本の時計回り回転に係る重要な古地磁気学的情報を有している安山岩岩脈について、詳細な偏光顕微鏡観察と鉱物・化学分析により、著しい変質を被っておらず、岩脈貫入前のマグマ中で晶出したものと判断される鉱物を選定した。本論文は、それらの鉱物に対してK-Ar年代を実施し、岩脈の形成年代を推定した内容について報告したものである。
青柳 光裕; 内堀 昭寛; 高田 孝; Louie, D. L. Y.*; Clark, A. J.*
Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 6 Pages, 2020/08
原子炉安全解析コードMELCORの次世代ナトリウム冷却高速炉への適用性強化として、ナトリウム化学反応(NAC)パッケージの開発を実施している。本研究ではF7-1プール燃焼実験のベンチマーク解析を実施して、プール燃焼モデルの評価と、今後のモデル改良に向けた課題抽出を実施した。MELCOR解析の結果、ナトリウム供給中のプール燃焼率やプール温度、ガス温度等は、実験結果よりも低い結果が得られた。これはナトリウムプールから床への過剰な伝熱が原因であり、床の伝熱モデルを改良する必要性が示唆された。ナトリウム供給停止後は、実験ではプール表面の酸化物層の影響で燃焼率が抑制されたが、解析ではこの効果がモデル化されていないため、比較的高い燃焼率や温度が継続した。この結果より、酸化物によりプール燃焼の抑制するモデルも組込みが必要である。
内堀 昭寛; 青柳 光裕; 高田 孝; 大島 宏之
Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 7 Pages, 2020/08
ナトリウム(Na)冷却高速炉のシビアアクシデント時炉内/炉外事象を一貫して評価するマルチシナリオシミュレーションシステムSPECTRAを新たに開発した。本件では、炉外側の質点系圧縮性気相挙動解析モジュール及びNa-コンクリート相互作用モジュールの妥当性を基礎的な解析から個別に確認し、さらに原子炉容器及び1次冷却系配管からのナトリウム漏えいを想定とした解析を実施し、炉外側モジュール全体としての妥当性を確認した。
曽根原 正晃; 青柳 光裕; 内堀 昭寛; 高田 孝; 大島 宏之; Clark, A. J.*; Louie, D. L. Y.*
Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/08
ナトリウム燃焼における多次元効果の検証のために、原子力機構においてSNL T3ナトリウム燃焼試験をAQUA-SFおよびSPHINCSコードを用いて検証を行った。解析において、試験中の燃焼停止期間を模擬し、ナトリウム液滴径の最適化を行うことで、試験結果の再現を行った。その際、AQUA-SFにおけるBest estimateの液滴径は2.5mmとなり、ハイスピードカメラによる測定と矛盾しない結果を得ることができた。
坂下 耕一; 石井 直之; 木島 惇; 青柳 義孝; 萩原 正義; 福嶋 峰夫
JAEA-Testing 2020-003, 20 Pages, 2020/07
JAEA-Testing-2020-003.pdf:1.52MB
難燃性の有機系廃棄物(フッ素系合成潤滑油(フッ素油)等)を含む使用済み油(廃油)の処理技術として、水蒸気改質処理法の開発を実施している。この処理法は、有機物を過熱水蒸気で分解・ガス化し、ガス化した廃棄物を高温空気で分解することにより有機系廃棄物の減容・無機化を行う処理技術である。この処理法の主な特徴は、廃棄物のガス化プロセスより後段にウラン等がほとんど移行しないため、排ガス処理系から発生する廃液の処理やメンテナンス作業の簡素化が期待できることである。平成30年度にハロゲン, 溶媒及びウランを含む約1,500Lの廃油の処理試験を実施し、水蒸気改質試験装置の処理性能を評価した。今回実施した試験で得られた成果は以下のとおりである。(1)連続処理において、水蒸気改質処理試験装置の装置内温度は設計通りに制御した。(2)排ガス中のCO濃度及びNO
濃度は、規制値(100ppm及び250ppm)未満に制御した。(3)ガス化プロセスにおける廃油の重量減少率は99%以上を維持した。(4)フッ素油を安定的に連続処理するためには廃油中のフッ素油濃度を20wt%以下に制限する必要がある。
青柳 和平; 櫻井 彰孝; 宮良 信勝; 杉田 裕
JAEA-Research 2020-004, 68 Pages, 2020/06
JAEA-Research-2020-004.pdf:6.4MBJAEA-Research-2020-004-appendix1(DVD-ROM).zip:636.84MBJAEA-Research-2020-004-appendix2(DVD-ROM).zip:457.72MBJAEA-Research-2020-004-appendix3(DVD-ROM).zip:595.19MB
本報告書では、数km
数kmにわたる広大な範囲で施工される高レベル放射性廃棄物の地層処分場の建設の視点で、数十年にわたり長期的かつ効率的に坑道安定性をモニタリングする技術の検証を目的として、幌延深地層研究センターに設置した支保工応力計および岩盤応力計のデータを分析した。具体的には、幌延深地層研究センターの水平坑道および立坑掘削時の力学的安定性のモニタリングのために設置した光ファイバー式および従来型の電気式の計測器のデータ取得可能期間(耐久性)を分析し、長期的な岩盤および支保工のモニタリングに適した手法について検討した。結果として、幌延のような坑道掘削による変形は大きいが湧水は少ない環境においては、岩盤変位の計測には光ファイバー式の変位計の設置が適しており、コンクリート中に埋設されるコンクリート応力計や鋼製支保工応力計といった計測器については、従来型の電気式のものでも長期的な耐久性が見込めることを示した。さらに、断層部を対象とした計測では、350m東周回坑道の計測断面において、吹付けコンクリートおよび鋼製支保工応力が、ひび割れ等の発生により耐久性が損なわれる状態に相当する使用限界と定義された基準値を超過していた。しかしながら、現時点ではクラック発生等の変状は認められなかったことから、定期的な目視点検等を実施すべきであると提案した。それ以外の計測断面については、断層部付近において一部注意を要する値を逸脱する計測値はあったものの、施工時に壁面の崩落が著しかった領域や、立坑と水平坑道の取り付け部付近では、坑道は安定した構造を保っていると判断した。
青木 智幸*; 谷 卓也*; 坂井 一雄*; 古賀 快尚*; 青柳 和平; 石井 英一
JAEA-Research 2020-002, 83 Pages, 2020/06
JAEA-Research-2020-002.pdf:8.25MBJAEA-Research-2020-002-appendix(CD-ROM).zip:6.63MB
日本原子力開発研究機構は、新第三紀堆積軟岩を対象とした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を目的として、北海道天塩郡幌延町において幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究所周辺の地質は、珪藻質泥岩の声問層や珪質泥岩の稚内層で構成され、どちらも珪藻化石を多量に含んでいる。これらの岩石は高い空隙率と低い透水性を示すことから、多孔質弾性論に基づく岩盤挙動の検討が重要であると考えられる。しかしながら、幌延深地層研究所周辺に特徴的な珪藻質泥岩や硬質頁岩については、低透水性であるという岩石の特徴や試験時の制御が容易ではないこと等を要因に、多孔質弾性パラメータの測定実績は多いと言えない状況である。そこで、珪質泥岩(稚内層)を対象として、多孔質弾性パラメータの測定実績を蓄積し、既往の研究で示唆されている拘束圧に対する依存性を確認することを目的として、多孔質弾性パラメータを取得するための岩石三軸試験を実施した。その結果、多孔質弾性パラメータのうち、排水体積弾性係数は拘束圧の増加に伴い大きくなる関係性が確認された。一方、Biot-Wills係数およびSkemptonの間隙水圧係数は、拘束圧の増加に伴い小さくなる傾向が確認された。また、岩石供試体の葉理方向によって拘束圧依存の程度が若干異なることが示唆された。
青柳 光裕; 内堀 昭寛; 高田 孝; 大島 宏之
Transactions of the American Nuclear Society, 122(1), p.862 - 865, 2020/06
ナトリウム冷却高速炉における過酷事故を含む多様なシナリオでの炉内/炉外事象を一貫解析可能なツールとしてSPECTRAコードを開発している。本報ではSPECTRAコードの全体像および、ナトリウム燃焼モデルの概要と検証・妥当性評価について述べる。SPECTRAは炉内/炉内のそれぞれでの熱, 物質, 運動量輸送を計算する炉内・炉外基本モジュールをベースとして、両基本モジュールを連成させることで炉内・炉外事象を一貫して解析する。また炉内における溶融燃料挙動や、炉外でのナトリウム化学反応等の主要な個別現象はサブモジュールによって計算される。ナトリウム燃焼サブモジュールは、既存のナトリウム燃焼解析コードAQUA-SFおよびSPHINCSから物理モデルを抽出し、SPECTRAへ組み込まれている。検証では、既存コードによる結果と比較し、良好に一致することが確認されている。また基礎的な妥当性確認として、単一液滴落下実験(FDシリーズ)のベンチマーク解析を実施し、SPECTRAによる解析結果は落下速度や燃焼率について実験結果を良好に再現している。
ssbauer, infrared, and laser-induced luminescence for classifying rare-earth minerals enriched in iron-rich deposits青柳 登; Nguyen, T. T.*; 熊谷 友多; Nguyen, T. V.*; 中田 正美; 瀬川 優佳里; Nguyen, H. T.*; Le, B. T.*
ACS Omega (Internet), 5(13), p.7096 - 7105, 2020/04
被引用回数：0 パーセンタイル：100(Chemistry, Multidisciplinary)Rare-earth phosphates often appear as an accessory phase in igneous or metamorphic rocks; however, these rocks are composed of myriad chemical elements and nuclides that interfere with the qualitative or quantitative analyses of the rare-earth phosphates over a range of concentrations in the absence of a pretreatment. In addition, the limit of each analytical methodology constrains the approach as well as the usefulness of the results in geoscience applications. Here, we report the specific mineral characterization of rare-earth (RE)-containing ores from Yen Phu mine, Vietnam, using a range of state-of-the-art spectroscopic techniques in conjunction with microscopy: Mssbauer spectroscopy, infrared microspectroscopy, time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS), and scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy. Because the distribution of each element in the deposit differs, such combinatorial works are necessary and could lead to more plausible answers to questions surrounding the point of origin of rare-earth elements. The results of our Mssbauer spectroscopic analysis indicate that the three ores sampled at different locations all contain magnetite-like, hematite-like, and iron(III) salts other than hematite. In addition, we confirmed the presence of phosphate around the grain boundary in the magnetite-like mineral phase by infrared microspectroscopic analysis. The present analytical findings of trace amounts of europium(III) using TRLFS suggest that the europium ions generate identical luminescence spectra despite being embedded in three different matrices of iron minerals. This demonstration highlights the benefits of combinatorial spectroscopic analyses to gain insights into the effects of the environment of REs on their solid-state chemistry and shows the potential utility of TRLFS as a resource mining tool. Further applications of this approach in the analytical screening of rocks and minerals are feasible.
Zhan, Y.*; 桑田 裕介*; 丸山 清嵩*; 大川 富雄*; 榎木 光治*; 青柳 光裕; 高田 孝
Experimental Thermal and Fluid Science, 112, p.109953_1 - 109953_8, 2020/04
被引用回数：2 パーセンタイル：28.21(Thermodynamics)The breakup process of liquid jet was explored through visualization to develop a prediction model for liquid splash. Water, ethanol aqueous solution, and glycerin aqueous solution were used as the test liquids to explore the effects of surface tension and viscosity. Since the droplets were produced due to jet breakup, the impact frequency was zero just downstream of the nozzle and increased asymptotically with an increase in the distance from the nozzle. Thus, auxiliary correlations were developed for the minimum breakup length where the jet breakup is initiated, the maximum breakup length where the jet breakup is completed, the mean droplet size and the impact frequency. It was demonstrated that the impact frequencies calculated by the proposed model agree with the experimental data fairly well. For the application to coolant leakage in sodium-cooled fast reactors, a simple method to ensure conservative estimation of the impact frequency was also proposed.
中山 雅; 雑賀 敦; 木村 駿; 望月 陽人; 青柳 和平; 大野 宏和; 宮川 和也; 武田 匡樹; 早野 明; 松岡 稔幸; et al.
JAEA-Research 2019-013, 276 Pages, 2020/03
JAEA-Research-2019-013.pdf:18.72MB
幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施している地層処分技術に関する研究開発の計画である。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めている。原子力機構の第3期中長期計画では、本計画について、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証に重点的に取り組む。また、平成31年度末までに研究終了までの工程やその後の埋戻しについて決定する。」としている。本稿では、第3期中長期計画期間のうち、平成27年度から令和1年度までの地下施設での調査研究段階(第3段階)における調査研究のうち、原子力機構改革の中で必須の課題として抽出した(1)実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、(2)処分概念オプションの実証、(3)地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証、の3つの研究開発課題について実施した調査研究の成果を取りまとめた。
青柳 和平; Chen, Y.*; 石井 英一; 櫻井 彰孝; 宮良 信勝; 石田 毅*
JAEA-Research 2019-011, 50 Pages, 2020/03
JAEA-Research-2019-011.pdf:3.48MB
本研究では、坑道掘削により周辺岩盤に形成された掘削損傷領域の割れ目の可視化を行うことを目的とした。幌延深地層研究センターの地下350mに掘削した直径4mの試験坑道を対象として、紫外線照射により発光する蛍光剤を添加した樹脂を坑道周辺の岩盤に注入し、掘削損傷領域の割れ目を固定した。これにより、割れ目を可視化して観察することに成功した。注入孔周辺で試料を採取し、紫外線照射下で観察を行い、割れ目の連結性や開口幅を分析した。結果として、割れ目の最大発達範囲は、孔口から約0.9m、すなわち坑道壁面岩盤から約0.75mの範囲であった。また、孔口から0.4mまでの範囲では割れ目密度が高く、0.4m以深では割れ目の間隔が広くなることがわかった。さらに、割れ目の開口幅を測定した結果、孔口から近いほど割れ目の開口幅も大きいことがわかった。特に、孔口から0.3mまでの範囲では、樹脂が浸透した割れ目が多く観察され、開口幅が最大で1.02mmであった。一方、孔口から0.3m以深は、樹脂が浸透した割れ目が少なく、開口幅は最大で0.19mmであった。
八木 直人; 美田 豊; 菅田 信博
デコミッショニング技報, (61), p.2 - 11, 2020/03
日本原子力研究開発機構人形峠環境技術センターでは、ウラン探鉱,ウラン採鉱,ウラン製錬・転換及びウラン濃縮に係る研究開発を実施してきたが、当初の使命を終え、現在は研究開発に使用した施設の廃止措置及び廃止措置に係る研究開発を実施している。当センターの主要な3施設のうち、製錬転換施設・濃縮工学施設の2施設は、施設内の設備解体を実施中であり、ウラン濃縮原型プラントは、廃止措置計画認可申請手続きを行っているところである。本報告では、当センターの廃止措置の現状について概要を紹介する。
大石 知司*; 木村 ゆう*; 中島 清彦*; 渡邉 雅之; 青柳 登
Materials Sciences and Applications, 11(3), p.195 - 203, 2020/03
赤色ラテント顔料ジケトピロロピロール(Pig. Red 272: 272DPP)は、有機顔料として非常に重要な顔料である。本研究ではその高効率な合成法として272DPPをNMP(N-メチル-2-ピロリドン)溶媒中でマイクロウェーブ(MWs)を数秒照射することでDPPラテント顔料(272DPP-Boc)として86.2%の高収率で得ることに成功した。この顔料は、再結晶することで、赤色と黄色の二種類のラテント顔料結晶となり、その蛍光特性はこの二種類の結晶構造を反映した相違を示した。
青柳 光裕; 内堀 昭寛; 菊地 晋; 高田 孝; 大野 修司; 大島 宏之
日本機械学会論文集(インターネット), 86(883), p.19-00366_1 - 19-00366_8, 2020/03
ナトリウム(Na)冷却高速炉においては、冷却材Naの漏えいに伴うNa火災の発生が懸念されている。Na火災時の種々の影響を評価するため、原子力機構ではNa燃焼解析コードを開発している。本報では、Na火災事象における関連現象の重要度評価および重要現象に対する評価マトリクスの構築とともに、評価マトリクスに基づくNa燃焼解析コードAQUA-SFおよびSPHINCSの妥当性評価解析について述べる。妥当性評価解析は、Run-E1スプレイ燃焼実験に対して実施し、両解析コードによる圧力変化挙動は実験結果と良好な一致を示した。
丹生屋 純夫*; 畑 浩二*; 鵜山 雅夫*; 青柳 和平; 棚井 憲治
第47回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(インターネット), p.92 - 97, 2020/01
本研究では、岩盤割れ目中の気液二相流体の流動に伴い発生するAEの特徴を解明するため、一次元の水の流れをモデル化した細管路実験と、割れ目中における二次元の水の流れをモデル化した隙間平板実験を実施した。実験の結果、圧力脈動がAE発生に関係していること、管路径の寸法には影響しないことなどが分かった。また、振幅値, 持続時間, 周波数およびスペクトル等のAEパラメータを基に整理した結果、幌延深地層研究センターの地下施設で実施している長期AEモニタリングにおいて採用している、岩盤の振動に起因するAEとそれ以外のAEを弁別する指標の妥当性を示すことができた。
辻 正邦*; 沖原 光信*; 中島 均*; 齋藤 亮*; 青柳 和平; 佐藤 稔紀
第47回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(インターネット), p.266 - 271, 2020/01
地層処分のための工学技術として、坑道掘削時のグラウト技術(湧水抑制対策)の高度化開発が多く行われてきた。ただし、海水条件下を想定した物性取得や硬化のメカニズムを考慮した具体的な設計・施工方法は未確立である。このような状況を踏まえて、海水条件下における知見, 基本物性取得, 浸透特性取得, 研究レビューを実施したので、その概要について報告する。
