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論文

Resin-injection testing and measurement of the shear displacement and aperture of excavation-damaged-zone fractures; A Case study of mudstone at the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan

青柳 和平; 石井 英一; Chen, Y.*; 石田 毅*

Rock Mechanics and Rock Engineering, 55(4), p.1855 - 1869, 2022/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:52.76(Engineering, Geological)

高レベル放射性廃棄物の安全評価では廃棄体から地下水に漏洩した放射性核種の長期的な移動を評価するために、処分場の坑道掘削により坑道周辺に形成される掘削損傷領域割れ目の長期定な透水性を推定する必要がある。本研究は幌延深地層研究センターの地下坑道において、掘削損傷領域割れ目のせん断誘発膨張が同割れ目の開口幅に与える影響を定量的に調べるために、同割れ目を予め樹脂注入より固化した状態で掘削・採取し、観察した。これまで、掘削損傷領域割れ目のせん断変位を詳細に計測した事例はなかったが、せん断誘発膨張が割れ目開口に与える影響を理解することは、坑道埋め戻し後の割れ目の長期的な透水性を評価する上で重要である。樹脂により固化された割れ目の拡大写真を用いて、割れ目のラフネス、せん断変位、および開口幅を詳細に計測した結果、せん断変位量と開口幅に相関性は認められず、割れ目形成後のせん断膨張は有意に生じていないことが示された。この結果は既存の経験則を用いたシミュレーションでも再現でき、深度350mのやや高い垂直応力がせん断誘発膨張を抑制していることが考えられた。垂直応力が大きく低下しない限りは、仮に割れ目がせん断しても、割れ目の開口幅が有意に増加する可能性は低いと考えられる。坑道埋め戻し後の掘削損傷領域割れ目のせん断膨張の可能性を検討する上で、原位置における樹脂注入試験と詳細な割れ目観察は有効な手法であることを示した。

論文

Coexistence of magnetoelectric and antiferroelectric-like orders in Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$

木村 健太*; 八木 直輝*; 長谷川 舜介*; 萩原 雅人; 三宅 厚志*; 徳永 将史*; Cao, H.*; 益田 隆嗣*; 木村 剛*

Inorganic Chemistry, 60(20), p.15078 - 15084, 2021/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:10.97(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

In materials showing a linear magnetoelectric (ME) effect, unconventional functionalities can be anticipated such as electric control of magnetism and nonreciprocal optical responses. Thus, the search of new linear ME materials is of interest in materials science. Here, using a recently proposed design principle of linear ME materials, which is based on the combination of local structural asymmetry and collinear antiferromagnetism, we demonstrate that an anion-deficient fluorite derivative Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$ is a new linear ME material. This is evidenced by the onset of magnetic-field-induced electric polarization in its collinear antiferromagnetic phase below $$T_{rm N}$$ = 24 K. Furthermore, we also find an antiferroelectric-like phase transition at $$T_{rm S}$$ = 55 K, which is attributable to an off-center displacement of magnetic Mn$$^{2+}$$ ions. The present study shows that Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$ is a rare material that exhibits both ME and antiferroelectric-like transitions. Thus, Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$ may provide an opportunity to investigate the physics associated with complicated interactions between magnetic (spin) and electric dipole degrees of freedom.

論文

A Fluorous phosphate for the effective extraction of Ln$$^{III}$$ from nitrate media; Comparison with a conventional organic phosphate

上田 祐生; 菊池 圭*; 徳永 紘平; 杉田 剛; 青柳 登; 田中 万也; 岡村 浩之

Solvent Extraction and Ion Exchange, 39(5-6), p.491 - 511, 2021/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Chemistry, Multidisciplinary)

本研究では、三価のランタノイドイオン(Ln)に関する新規フルオラス抽出剤(TFP)を開発し、その抽出分離能力を市販リン酸エステル抽出剤であるリン酸トリブチル(TBP)と比較した。興味深いことに、一般的に炭化水素のフルオロ化は抽出能力を低下させる傾向があるにもかかわらず、TFPはTBPよりも遙かに高いLn抽出および分離性能を発揮した。幾つかの分光的手法および抽出相の組成分析に基づいた微視的および巨視的なLnに関する配位環境の比較から、Ln-TFP錯体は水和水をほとんど有しないだけでなくフルオラス相中にはほとんど水分子が含まれていなかった。これらの結果は、フルオラス溶媒の強力な疎水性が、TFPのLnに対する高い抽出および分離性能をもたらしていることを示唆している。

報告書

幌延深地層研究センターにおける掘削損傷領域の可視化手法の検討,2 (共同研究)

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。

論文

Visualization of fractures induced around the gallery wall in Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; Chen, Y.*; 石井 英一; 櫻井 彰孝; 石田 毅*

Proceedings of 5th ISRM Young Scholars' Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future (YSRM 2019 and REIF 2019) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2019/12

本研究では、幌延深地層研究センターの350m調査坑道を対象として、坑道掘削時の割れ目の性状を検討することを目的とした。検討に際し、坑道周辺に約1mのボーリング孔を掘削し、低粘性な樹脂を注入し、割れ目を固定した。その後、オーバーコアリング試料を採取し、試料の観察を行った。結果として、坑道掘削により形成されたと推定される割れ目は、壁面から0.8mの範囲まで発達していた。また、割れ目は壁面から0.25mの範囲において連結しあっており、開口幅は最大で約1.0mmであることがわかった。これらの観察結果は、坑道周辺の掘削影響領域の割れ目形成プロセスの理解のための基礎情報として有用であるといえる。

報告書

幌延深地層研究センターにおける掘削損傷領域の可視化手法の検討(共同研究)

青柳 和平; Chen, Y.*; 櫻井 彰孝; 石井 英一; 石田 毅*

JAEA-Research 2017-014, 49 Pages, 2018/01

JAEA-Research-2017-014.pdf:16.29MB

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三次元的な可視化を行うことを目的として、幌延深地層研究センターの地下350mの調査坑道を対象として、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、紫外線照射下の観察により割れ目の連結性や開口幅の検討を行った。原位置における樹脂の注入に際しては、粘性が低く紫外線照射によって発光する樹脂を開発して坑道周辺岩盤へ圧入した。その結果、割れ目の状態を乱すことなく、坑道周辺に形成された割れ目へ樹脂を浸透させ、固定させることに成功した。さらに、割れ目への固定の後に、注入孔周辺をオーバーコアリングし、孔壁面及び得られたコア表面を紫外線照射下で観察した。観察の結果、割れ目は孔口から約0.9mの範囲まで発達していた。また、孔口から約0.3mまでは、複数本の割れ目が交差しており、開口幅は1-2mm程度であったのに対し、孔口から0.3-0.9mに分布する割れ目は単独で存在し、開口幅は1mmよりも小さいことがわかった。一方、ボアホールテレビューア観察では、孔口から0.2mまでの明瞭に開口した割れ目しか検出されていないことから、カメラの分解能の影響で開口幅の小さい割れ目を検出することが難しいため、割れ目の発達の範囲を過小評価する可能性があることがわかった。

論文

幌延深地層研究センターの350m調査坑道における掘削損傷領域の破壊様式の検討

青柳 和平; 石井 英一; 石田 毅*

Journal of MMIJ, 133(2), p.25 - 33, 2017/02

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道や立坑、斜坑といったアクセス坑道の掘削による応力再配分の影響により、坑道壁面周辺岩盤の水理・力学特性が顕著に変化する領域が生じる。このような領域を掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone, EDZ)と呼ぶ。EDZは廃棄体定置後の核種移行経路の一つになると想定されていることから、詳細な性状の把握が求められる。そこで、幌延深地層研究センターを対象として、ボアホール・テレビューア(borehole tereviewer, BTV)観察,コア観察および定期的な透水試験を実施して、EDZの水理・力学特性について検討した。その結果、壁面から0.2から1.0mの範囲まで、坑道掘削に起因して生じた引張割れ目が発達していたことから、EDZは坑道から0.2から1.0mの範囲まで発生したと推定される。これは、破壊様式を考慮した三次元有限要素解析にも整合的であった。坑道掘削直後の坑道周辺岩盤の透水試験の結果から、引張割れ目が発達した領域における透水係数は、その外側領域と比較して3から5オーダー高いものであることがわかった。しかし、その後の2年間は、坑道周辺岩盤の透水係数に顕著な変化は見られなかった。これらのことから、透水性の高いEDZは、坑道掘削により短期的に形成されたものと推定された。

論文

ケーブル・イン・コンジット導体ジョイントにおける超電導素線と銅スリーブ間の接触素線数と接触長分布に関する解析

中澤 忍*; 手島 翔太郎*; 荒井 大地*; 宮城 大輔*; 津田 理*; 濱島 高太郎*; 谷貝 剛*; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 高畑 一也*; et al.

低温工学, 46(8), p.474 - 480, 2011/08

大電流CIC導体サンプルを用いた特性試験において、導体の超伝導特性が設計時の予想より低下する結果が観測されている。この原因の一つとして、導体のジョイント部分の銅スリーブとケーブル間での不均一な接触抵抗による、定常状態での導体内の不均一電流分布が挙げられる。そこで、接触抵抗分布を評価するため、実際のCIC導体内部のケーブルを構成する素線の3次元配置を計測し、ジョイント部で銅スリーブとケーブル表面に現れる素線間の接触を定量的に評価した。素線と銅の間の接触長は素線によって大きく異なっており、抵抗分布が不均一となることがわかった。また、解析的に素線配置を求め、素線配置の計算方法の妥当性を示した。さらに、素線配置の計算のパラメータの一つである撚りピッチを調節することによる接触抵抗均一化の可能性を示すことができた。

報告書

JRR-4反射体要素黒鉛反射材の照射成長に関する調査

八木 理公; 堀口 洋徳; 横尾 健司; 大山 光樹; 楠 剛

JAEA-Technology 2008-072, 79 Pages, 2008/09

JAEA-Technology-2008-072.pdf:43.31MB

JRR-4において1体の反射体要素の溶接部に割れを確認した。調査の結果、反射体要素の割れの主たる要因は、要素内部の黒鉛反射材の膨張であり、膨張は高速中性子の低温照射によるものと考えられた。また、放射線透過試験の結果、割れを生じていない他の反射体要素についても黒鉛反射材が照射成長により膨張していることを確認した。JRR-4照射環境下における黒鉛IG-110の照射成長挙動を明確にするため、これまで使用してきた反射体要素を分解し、黒鉛反射材の外観観察及び寸法測定を行った。その結果、いずれの反射体要素においても黒鉛の寸法は高速中性子照射量の増大とともに大きくなることが確認できた。また、JRR-4環境下における照射成長係数(単位高速中性子照射量あたりの寸法変化率)は、高速中性子照射量2.5$$times$$10$$^{24}$$n/m$$^{2}$$以下において、最大7.13$$times$$10$$^{-25}$$%m$$^{2}$$/n,最低4.21$$times$$10$$^{-25}$$%m$$^{2}$$/n,平均5.71$$times$$10$$^{-25}$$%m$$^{2}$$/nであった。

論文

Development of optical fiber detector for measurement of fast neutron

八木 貴宏*; 三澤 毅*; Pyeon, C. H.*; 宇根崎 博信*; 代谷 誠治*; 川口 真一*; 岡嶋 成晃; 谷 和洋*

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors, Nuclear Power; A Sustainable Resource (PHYSOR 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/09

燃料板のギャップのような狭い空隙に中性子検出器を挿入して、リアル・タイムで高速中性子を測定するために、光ファイバーを用いた中性子検出器が開発されてきた。この検知器は、先端が中性子を検出する物質とZnS(Ag)のようなシンチレーターの混合体で覆われた光ファイバーから成る。高速中性子用の光ファイバー検出器には、中性子を検出する物質として、これまで$$^{232}$$Thが利用されてきた。これは、$$^{232}$$Thが高速中性子と核分裂反応を起こすことを利用している。しかし、$$^{232}$$Thが核燃料物質であることから、その使用場所が限定されてしまう。そこで、本研究では、$$^{232}$$Thを利用しないで高速中性子を測定することができる新たな光ファイバー検出器を開発し、その検知器特性を調べた。検出器特性を調べるために、D-T中性子発生装置のターゲット近傍の高速中性子束分布及び高速炉臨界実験装置における高速中性子束分布測定を行い、放射化法による結果と比較した。その結果、ZnS(Ag)を用いた新たな光ファイバー検知器による高速中性子束分布測定結果は放射化法で測定した結果と一致し、ZnS(Ag)を用いた光ファイバー検知器が高速中性子測定に有効であることがわかった。

論文

ステンレス鋼レーザ溶接部の負荷荷重下における高エネルギー放射光によるひずみ分布測定

松本 恵介*; 菖蒲 敬久; 秋庭 義明*; 八木 毅*; 山本 勝太*

材料, 57(7), p.654 - 659, 2008/07

The railway carbody structure for commuter and suburban services in Japan is often made of austenitic stainless steel, which is used in the form of the thin metal sheets by cold rolling. To observe the distribution, the strain scanning method by using high-energy synchrotron radiation was applied to the strain measurement of austenitic stainless steel. The transmission method was applied in order to observe internal weld zone. The specimen of lapped joint prepared by welding 2mm thick plates by laser weld method was used for measurement. The result by this measurement shows strain distribution in the weld zone successfully. In addition, the different tendency between the distribution of residual strain and that of strain under loading made be clear. The full width of half maximums, FWHM, of measurement shows a difference between the tendency of measured value of weld zone and that of base material.

論文

Measurement of strain distribution around weld zone for railway carbody structure using high-energy synchrotron radiation

松本 恵介*; 菖蒲 敬久; 秋庭 義明*; 八木 毅*; 山本 勝太*

Materials Science Forum, 571-572, p.321 - 326, 2008/00

The railway carbody structure for commuter and suburban services in Japan is often made of austenitic stainless steel, which is used as the thin metal sheets by cold rolling. To observe a strain distribution around weld zone, where is the critical area of the body structure strength, the strain scanning method by using high-energy synchrotron radiation was applied to the strain measurement of austenitic stainless steel. Two welded specimens at lapped splice were measured, one is 1.5 mm thick by spot welding joint, and another is 2.0 mm thick by laser welding joint. The sizes of gauge volume were a width of 2 or 3 mm and a height of 0.15 mm in this measurement. This measurement provides the strain distribution, which includes both residual strain and strain under loading. The result by this measurement shows strain distribution in the weld zone successfully. In addition, the different tendency to the distribution from residual strain and strain under loading made be clear.

論文

Second harmonic ICRF heating experiments in JT-60

藤井 常幸; 木村 晴行; 三枝 幹雄; 秋場 真人; 安東 俊郎; 安納 勝人; 青柳 哲雄; 荒川 喜代次; 安積 正史; 福田 武司; et al.

Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1988, Vol.1, p.605 - 610, 1989/00

JT-60における第2調波ICRF加熱実験結果について述べる。実験は、ダイバータ、リミタ、NBIとの複合加熱、ペレットとの組み合わせ等の条件で行われた。NBIとの複合加熱実験では、ICRFパワー印加で、強大なビーム加速が観測された。このとき、プラズマ蓄積エネルギーはICRFパワーに対して効率良く増大した。増加分のプラズマエネルギー閉じ込め時間は、210msに達し、この値は、NBIまたはICRF単独加熱時のそれに比べて、約3倍大きいものである。ICRF単独加熱では、アンテナ位相を制御して、イオン加熱特性の相違が調べられた。

口頭

高エネルギー放射光による鉄道車両用構体溶接部の疲労損傷評価

菖蒲 敬久; 松本 恵介*; 山本 勝太*; 八木 毅*; 沖野 友洋*

no journal, , 

鉄道車両における溶接部の疲労試験による損傷を残留ひずみと負荷時のひずみ分布の変化から評価するため、疲労試験前後のレーザ溶接継手試験片について、溶接部近傍のひずみ測定を行った。大型放射光施設(SPring-8)のビームラインBL02B1を用いて、溶接した2枚板に負荷をかけたときのひずみ分布を求めた結果、疲労試験前後では、溶接部内部の残留ひずみが変化していることが測定できた。一方で、荷重を負荷した測定では、溶接部近傍にき裂が発生していると考えられる結果が得られ、残留ひずみ分布の変化は、疲労破壊の起点位置に影響を与えていると考えられる。

口頭

JRR-4における12インチNTD-Si照射実験装置に関する詳細設計

渡邊 雅範; 八木 理公; 山本 和喜; 楠 剛

no journal, , 

最大12インチ径までの大口径NTD-Si(中性子核変換ドーピング)半導体の照射技術を開発するため、解析により得られた均一照射条件を確証するための照射実験装置をJRR-4に設置する。これまで実施した概念設計に、耐熱,耐圧及び耐震強度を考慮し、照射実験装置の形状及び材料の仕様並びにシリコンインゴットの仕様を決定した。これらの仕様を用いた核解析を行った結果、照射ホルダーの形状変更によりシリコン上下面からの中性子流入割合が減少したため、概念設計時に設定した天然ボロン含有率1.5wt%の熱中性子フィルタでは、シリコン中心に対する外周の$$^{30}$$Si中性子吸収反応率の比(O/C比)が均一照射条件の1.1以下を達成できないことから、天然ボロン含有率2wt%の熱中性子フィルタを採用することとした。

口頭

Irradiation growth of graphite in reflector elements of JRR-4

堀口 洋徳; 柴田 大受; 八木 理公; 横尾 健司; 大山 光樹; 楠 剛

no journal, , 

研究用原子炉JRR-4は、医療照射(ホウ素中性子捕捉療法),原子力技術者の教育訓練,放射化分析及びその他多くの研究に利用されている。黒鉛反射材を内包する反射体要素のアルミニウム被覆材の溶接部に割れが発見されたため、調査を行い、原因が黒鉛の照射によると推定される成長であることがわかった。他の反射体要素に対して放射線透過試験(RT)を行った結果、すべての黒鉛に成長を確認した。黒鉛の照射量と成長量の関係を明らかにするため、使用履歴の異なる13体の反射体要素を解体し、黒鉛反射材の寸法測定を行った。その結果、黒鉛の温度が200$$^{circ}$$C以下と推定されるJRR-4の使用環境では、黒鉛の成長は、高速中性子照射量の増加とともに大きくなることを明らかにし、黒鉛の寸法変化率を評価した。

口頭

JRR-4反射体要素における黒鉛反射材の照射成長,2; 黒鉛の照射成長に関する調査

横尾 健司; 八木 理公; 堀口 洋徳; 大山 光樹; 楠 剛

no journal, , 

研究炉JRR-4における黒鉛反射材の成長は中性子の照射による効果と推定した。JRR-4のような低温使用環境下における黒鉛IG-110の照射成長挙動を明確にするため、これまで使用してきた反射体要素を分解し、黒鉛反射材の寸法測定を行うことにより、照射成長と高速中性子照射量の関係について調査した。その結果、いずれの反射体要素においても、黒鉛反射材の幅は高速中性子照射量の増大とともに大きくなることが確認された。黒鉛反射材の寸法変化率は、被覆材ケース寸法以下では高速中性子照射量の増大とともに線形的に大きくなるが、ケース寸法を超えて全長が成長したものは黒鉛の寸法変化率と高速中性子照射量の関係にバラツキが多かった。この原因として、黒鉛反射材と被覆材ケースが接触することにより、黒鉛の寸法変化が抑制されたものと考えられる。

口頭

幌延深地層研究センターの350m調査坑道における掘削損傷領域の評価手法の検討

青柳 和平; 石井 英一; 石田 毅*

no journal, , 

本研究では、幌延深地層研究センターの深度350m調査坑道を対象として、掘削損傷領域(EDZ)の拡がりおよび破壊様式を予測する手法を検討した。原位置試験では、BTV観察および原位置透水試験を行い、坑道周辺岩盤の割れ目の分布状況や産状の分析、透水性の増大領域と掘削後の透水性の変化について検討を行った。結果として、壁面から約0.40mまでの範囲において、坑道掘削に伴う割れ目の発達が顕著であり、透水係数も割れ目の無い領域と比較して4$$sim$$5オーダー増大した。また、破壊様式を考慮した規準を設定した数値解析結果との比較から、坑道周辺のEDZは引張割れ目の不安定な発達により、坑道掘削時に瞬時に形成されたと推定された。

口頭

液中プラズマ法で作製したAuナノ粒子のCs吸着剤への応用検討

塚田 千恵; 吉田 光; 小川 智史*; 吉越 章隆; 八木 伸也*; 矢板 毅

no journal, , 

溶液中の放射性Cs$$^{+}$$を高密度・高効率に捕集可能な吸着剤として、液中プラズマ法で作製した清浄表面を持つAuナノ粒子に着目した。我々は、CsをAuナノ粒子表面に吸着させる、もしくは、L-システインをナノ粒子表面に吸着させた後にそのシステインとCsを相互作用させる、という捕集方法を考えた。後者の方法の試料に対する放射光XPSの結果から判断して、Auナノ粒子表面のシステインのCOOH基がCsと相互作用していると示唆された。

口頭

XPS analysis for Cs adsorbed on L-cysteine/Au nanoparticle

塚田 千恵*; 吉田 光; 小川 智史*; 吉越 章隆; 八木 伸也*; 矢板 毅

no journal, , 

福島において、土壌および水中の放射性Csの除染が求められている。バルクに比べて高い表面積密度を有することから金ナノ粒子(AuNPs)はCs吸着剤として魅力的である。液中プラズマによって作製したAuNPsは、ほぼ清浄性を保って分散する。そしてAuNPs上に高密度でLシステインが吸着することが知られており、Lシステイン中の-COO-とCs+イオンとの相互作用を利用した吸着が期待できる。本研究では、CsのAuNPsへの吸着を調べた。Cys/AuNPはNa1sピークが観測されたが、CsCl/Cys/AuNPでは観測されなかった。また、Cs 3$$d_{5/2}$$ピークは、Cys/AuNPには観測されず、CsCl/Cys/AuNPには観測された。これらの結果から、Cys/AuNP上のNa$$^{+}$$イオンは、CsCl水溶液中でCs+によって置き換わったと推定される。Cys/AuNPとCsCl/Cys/AuNPには、O 1sピークが観測された。ここで、CsCl/Cys/AuNPのピーク位置が、Cys/AuNPに比べてより高結合エネルギー側にあったので、Cs+によって置き換わったことによって-COO-の分極が増加したと推察される。

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