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報告書

超深地層研究所計画における研究坑道での湧水量計測データ集; 2019年度

尾上 博則; 竹内 竜史

JAEA-Data/Code 2020-015, 22 Pages, 2020/11

JAEA-Data-Code-2020-015.pdf:2.3MB
JAEA-Data-Code-2020-015-appendix(DVD-ROM).zip:2.42MB

日本原子力研究開発機構では、「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(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる。超深地層研究所計画は、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」および「深地層における工学技術の基盤の整備」を第1段階から第3段階までを通した全体目標としている。研究坑道内に湧出する地下水については、超深地層研究所計画の「研究坑道の掘削を伴う研究段階(第2段階)」における岩盤の水理に関する調査研究の一環として計測体制が整備されて計測を開始し、「研究坑道を利用した研究段階(第3段階)」においても、湧水量計測を継続してきたが、2019年度末をもって超深地層研究所計画における研究開発を終了することに伴い、超深地層研究所計画における湧水量計測を終了する。本データ集は、2019年度に実施した研究坑道内での湧水量計測で取得したデータを取りまとめたものである。

論文

NpPd$$_5$$Al$$_2$$と関連物質の$$f$$電子状態; 価数の変化に伴う重い電子系超伝導

目時 直人

固体物理, 55(7), p.285 - 296, 2020/07

物質の電子状態を解明することは、「固体物理」の主要な研究テーマである。それは多極子や超伝導などの微視的な理解に欠かせない。希土類(4$$f$$)やアクチノイド(5$$f$$)は、電子数の増加とともに複雑さを増し、様々な相互作用が競合して多様な状態が出現する。多体$$f$$電子系の結晶場分裂はバンド幅より狭いため、(1)高分解能の実験が必要で、(2)遍歴的なCeやU化合物は本質的に明瞭なスペクトルを示さない。また、(3)国際規制物質NpやPuなど超アクチノイド元素の取り扱いは厳しく規制されている。そこで比較的局在性の強い物質や希土類関連物質の、中性子散乱実験による磁気励起の研究が有益である。本稿では重い電子系化合物NpPd$$_5$$Al$$_2$$と関連物質の$$f$$電子状態について述べる。

論文

Crystallization processes of quartz in a granitic magma; Cathodoluminescence zonation pattern controlled by temperature and titanium diffusivity

湯口 貴史*; 小北 康弘; 加藤 丈典*; 横田 倫太郎*; 笹尾 英嗣; 西山 忠男*

Journal of Asian Earth Sciences, 192, p.104289_1 - 104289_16, 2020/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Geosciences, Multidisciplinary)

本研究は、花崗岩質マグマから晶出した石英を用いて、石英の生成メカニズムや結晶化温度からマグマ溜りの冷却プロセスに関する熱的変遷を論じた。本研究では、中部日本の土岐花崗岩体に産出する石英に着目し、(1)石英粒子の形状や産状の情報、(2)石英の結晶内部構造を反映するカソードルミネッセンス(CL)パターン、及び(3)石英中のチタン濃度から算出した結晶化温度を取得することで、石英の連続的な成長様式に関する新知見を得た。土岐花崗岩体の石英は、複数のCLパターンに区分できる。それらのCLパターンの相違は、メルト(マグマ)の温度やメルト中のチタンの拡散性に依存する。石英のCLパターンと結晶化温度条件から、土岐花崗岩体を形成したマグマの冷却温度条件を詳細に区分した。本研究により、マグマ溜りの詳細な熱史の解明に石英を用いたアプローチの有用性が示された。

論文

Magnetically induced electric polarization in Ba$$_{3}$$Fe$$_{2}$$O$$_{5}$$Cl$$_{2}$$ with tunable direction in three dimensions

阿部 伸行*; 塩澤 俊介*; 松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 中尾 朗子*; 大原 高志; 徳永 祐介*; 有馬 孝尚*

Physical Review B, 101(18), p.180407_1 - 180407_5, 2020/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

The correlation between magnetism and electric polarization in a chiral insulating magnet Ba$$_{3}$$Fe$$_{2}$$O$$_{5}$$Cl$$_{2}$$ has been investigated. The temperature dependence of magnetic susceptibility shows an anomaly at 564 K, suggesting the onset of antiferromagnetic order of Fe$$^{3+}$$ moments. Electric polarization appears in a magnetic field below TN due to the spin-direction-dependent metal-ligand hybridization. The direction of the electric polarization can be controlled in three-dimensional space by changing the direction of an external magnetic field. This compound also shows an antiferromagnetic-to-weak-ferromagnetic transition accompanied by a structural phase transition at 140 K.

論文

Successive phase transitions in $$R_{3}$$Ir$$_{4}$$Sn$$_{13}$$ ($$R$$: La and Ce) investigated using neutron and X-ray diffraction

中里 晟也*; 岩佐 和晃*; 橋本 大輔*; 塩澤 真未*; 桑原 慶太郎*; 中尾 裕則*; 佐賀山 基*; 石角 元志*; 大原 高志; 中尾 朗子*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 30, p.011128_1 - 011128_6, 2020/03

Successive phase transitions of $$R_{3}$$Ir$$_{4}$$Sn$$_{13}$$ ($$R$$: La and Ce) were studied using neutron and X-ray diffraction techniques. A semimetal Ce$$_{3}$$Ir$$_{4}$$Sn$$_{13}$$ undergoes three phase transitions: an antiferromagnetic ordering characterized by a propagation vector $$q_{rm M}$$ = (1/2, 1/2, 2/5) below 0.6 K, a structural transformation with $$q_{rm S2}$$= (1/4, 1/4, 1/4) at 2.0 K, and another structural transformation with $$q_{rm S1}$$ = (1/2, 1/2, 0) above room temperature. La$$_{3}$$Ir$$_{4}$$Sn$$_{13}$$ was confirmed to be a superconductor below 2.5 K under the $$q_{rm S1}$$ = (1/2, 1/2, 0) structure that also appears above room temperature.

論文

Crystal structure and cation distribution of the X-type hexaferrite Sr$$_{2}$$Co$$_{2}$$Fe$$_{28}$$O$$_{46}$$

駒淵 舞*; 漆原 大典*; 浅香 透*; 福田 功一郎*; 大原 高志; 宗像 孝司*; 石川 喜久*

Journal of the Physical Society of Japan, 89(3), p.034601_1 - 034601_5, 2020/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

The crystal structure of an X-type hexaferrite Sr$$_{2}$$Co$$_{2}$$Fe$$_{28}$$O$$_{46}$$ was investigated by the X-ray and neutron diffraction methods for a single crystal. Sr$$_{2}$$Co$$_{2}$$Fe$$_{28}$$O$$_{46}$$ has the crystal structure described as a space group $$Roverline{3}m$$ ($$Z = 3$$) and its lattice constants are $$a$$ = 5.9165(2) ${AA}$; and $$c$$ = 84.1395(33) ${AA}$; at 843 K. Co ions are almost localized in the octahedral site ($$9d$$) in the middle of S$$^{*}$$S$$^{*}$$ blocks. In addition, the adjacent octahedral and tetrahedral sites to $$9d$$ site contain the significant number of Co$$^{2+}$$.

論文

Developments of nano-polycrystalline diamond anvil cells for neutron diffraction experiments

小松 一生*; Klotz, S.*; 中野 智志*; 町田 真一*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 山下 恵史朗*; 入舩 徹男*

High Pressure Research, 40(1), p.184 - 193, 2020/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.53(Physics, Multidisciplinary)

ナノ多結晶アンビルを用いた中性子回折実験のための新しい高圧セルを紹介する。このセルのデザインやオフライン圧力発生テスト,ガス圧媒体の装填方法が書かれている。その性能は、氷II相の約82GPaまでの中性子回折パターンによって図示されている。またこのセルを用いた常圧におけるFe$$_{3}$$O$$_{4}$$の単結晶中性子回折実験のテストを紹介し、現在の限界と将来の開発を示す。

論文

瑞浪超深地層研究所における地下500mまでを対象とした地震動観測結果とその分析

松井 裕哉; 渡辺 和彦*; 見掛 信一郎; 新美 勝之*; 小林 伸司*; 戸栗 智仁*

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.293 - 298, 2020/01

日本原子力研究開発機構は、地震による地下深部構造物への影響に着目し、瑞浪超深地層研究所の換気立坑を利用して、地表, 深度100m, 深度300m、および深度500m地点に地震観測システムを設置し、同一地震における深度方向の地震動変化を十数年間観測した。その結果、震源位置やマグニチュードの異なる十数個の地震に対する地上から地下500mまでの間の地震動観測記録を取得し、釜石鉱山での観測などの既往の研究と同様の深度方向の地震動変化に関する知見を得た。また、得られた地震動の波形データなどを用い、地震動のフーリエ振幅と位相差の深度分布を分析した所、直下型地震では理論値に近い結果になる一方、遠方の地震では理論値との乖離があることなどを確認した。

論文

Time-controlled synthesis of the 3D coordination polymer U(1,2,3-Hbtc)$$_{2}$$ followed by the formation of molecular poly-oxo cluster {$rm U$_{14}$$} containing hemimellitate uranium(IV)

Dufaye, M.*; Martin, N. P.*; Duval, S.*; Volkringer, C.*; 池田 篤史; Loiseau, T.*

RSC Advances (Internet), 9(40), p.22795 - 22804, 2019/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:35.76(Chemistry, Multidisciplinary)

4価ウラン(U(IV))のヘミメリット酸との配位化合物がアセトン+水溶媒中で2種類合成され、構造同定された。水分量を調整したアセトン溶媒中では、U(IV)の加水分解はゆっくりと起こり、その結果、{$rm U$_{12}$$}$ $や{$rm U$_{14}$$}$ $といった特異なポリオキソ-U(IV)クラスターが生成していることを確認した。

論文

Magnetic, thermal, and neutron diffraction studies of a coordination polymer; bis(glycolato)cobalt(II)

中根 僚宏*; 米山 翔太*; 兒玉 健*; 菊地 耕一*; 中尾 朗子*; 大原 高志; 東中 隆二*; 松田 達磨*; 青木 勇二*; 藤田 渉*

Dalton Transactions (Internet), 48(1), p.333 - 338, 2019/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:72.9(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

The two-dimensional quadratic lattice magnet, bis(glycolato)cobalt(II) ([Co(HOCH$$_{2}$$CO$$_{2}$$)$$_{2}$$]), showed anti-ferromagnetic ordering at 15.0 K and an abrupt increase in magnetisation at H = 22 600 Oe and 2 K, thereby acting as a metamagnet. Neutron diffraction studies suggested that the magnetic moment vectors of the Co(II) ions had an amplitude of 3.59 mB and were not aligned in a fully antiparallel fashion to those of their neighbours, which caused canting between the magnetic moment vectors in the sheet. The canting angle was determined to be 7.1deg. Canting induced net magnetisation in the sheet, but this magnetisation was cancelled between sheets. The magnetisations in the sheets were oriented parallel to the magnetic field at the critical magnetic field.

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究,2(共同研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2018-006, 57 Pages, 2018/10

JAEA-Research-2018-006.pdf:2.99MB

坑道周辺の岩盤は、長期的にはクリープや応力緩和などの力学的な時間依存性挙動を示すことが知られており、その挙動を把握・評価できる技術の構築が地層処分の技術的信頼性向上のための課題の一つとなっている。上記を踏まえ、岩盤の長期挙動を把握・評価できる技術の確立に資するため、年単位を超えるような岩石の長期クリープ試験や、高レベル放射性廃棄物の地層処分において想定される常温から100$$^{circ}$$C程度の高温条件下での岩石の長期挙動を把握するための技術の開発等を実施し、想定される様々な条件下での岩石の長期挙動現象の特徴やその程度に関する実験的評価を行うことを目的とした研究を、共同研究として2016年度から開始した。2017年度は、田下凝灰岩のクリープ試験のこれまでの経緯をまとめるとともに、長期と短期のクリープ試験結果を比較し凝灰岩のクリープの現象論や機構について考察した。また、種々の含水状態のもとで、載荷速度と水飽和度が岩石の強度に与える影響について検討するとともに、圧縮応力下での岩石の変形・破壊および時間依存性挙動を再現できるコンプライアンス可変型モデルを一軸引張応力下へ適用するために改良した。

論文

High oxide-ion conductivity in Si-deficient La$$_{9.565}$$(Si$$_{5.826}$$[]$$_{0.174}$$)O$$_{26}$$ apatite without interstitial oxygens due to the overbonded channel oxygens

藤井 孝太郎*; 八島 正知*; 日比野 圭祐*; 白岩 大裕*; 福田 功一郎*; 中山 享*; 石沢 伸夫*; 花島 隆泰*; 大原 高志

Journal of Materials Chemistry A, 6(23), p.10835 - 10846, 2018/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:29.53(Chemistry, Physical)

Apatite-type rare earth silicates are attractive materials with exhaust application such as solid-oxide fuel cells, due to its extremely high oxide-ion conductivity below 600$$^{circ}$$C. Interstitial (excess) oxygens have been believed to be responsible for the high conductivity in apatite-type materials. On the contrary, the present study clearly reveals the presence of Si vacancies [] in La-rich La$$_{9.565}$$(Si$$_{5.826}$$[]]$$_{0.174}$$)O$$_{26}$$ instead of the interstitial oxygens, by single-crystal neutron and X-ray diffraction analyses, density measurements and ${{it ab initio}}$ electronic calculations.

論文

Magnetic-ordering propagation vectors of terbium hexaboride revisited

岩佐 和晃*; 伊賀 文俊*; 茂吉 武人*; 中尾 朗子*; 大原 高志

Journal of the Physical Society of Japan, 87(6), p.064705_1 - 064705_5, 2018/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

The magnetic-ordered state of a single-crystal sample of TbB$$_{6}$$ has been studied with the high-precision neutron diffraction instrument SENJU installed at BL18 of the Materials and Life Science Facility in J-PARC. We observed new Bragg-reflection spots characterized by a propagation vector $$q_{rm M2}$$ = (1/4, 1/4, 0) below the N$'e$el temperature $$T_{rm N}$$ $$approx$$ 20 K, in addition to the $$q_{rm M1}$$ = (1/4, 1/4. 1/2) reported in the previous literatures. Because X-ray Thomson scattering measurements do not detect the $$q_{rm M2}$$ superlattice reflections at 13 K, $$q_{rm M2}$$ is a new magnetic-ordering propagation vector. The magnetic multi-q structure of TbB$$_{6}$$ is similar to that of CeB$$_{6}$$, whereas the ratio of the $$q_{rm M2}$$ amplitude to that of qM1 is smaller than in CeB$$_{6}$$. The combination of $$q_{rm M1}$$ and $$q_{rm M2}$$ is expected to assist the $$q_{rm L1}$$ = (1/2, 0, 0) lattice modulation.

論文

瑞浪超深地層研究所の紹介

尾上 博則

計算工学, 23(2), p.3751 - 3752, 2018/04

本稿は、日本原子力研究開発機構の東濃地科学センターが、岐阜県瑞浪市で進めている超深地層研究所計画で建設した瑞浪超深地層研究所の施設概要や研究環境、最新の研究開発内容を紹介するものである。

論文

九州北部に分布する結晶質岩内の割れ目の特徴と形成過程について

村上 裕晃; 芦澤 政臣*; 田中 和広*

応用地質, 59(1), p.2 - 12, 2018/04

結晶質岩地域における地下深部の透水性割れ目の特徴および形成と発達を把握することを目的とし、九州北部に分布する花崗閃緑岩からなる岩盤中に建設した地下施設を利用した地質調査を実施した。地下坑道における新鮮な花崗閃緑岩露頭において割れ目を観察し、割れ目の分布間隔、方向、変質、充填鉱物、湧水の有無の調査を行った。割れ目の頻度、方向および充填鉱物の特徴によると、花崗閃緑岩内の割れ目はA-Dおよび低角度(LA)の5つのグループに分類される。全割れ目に高温環境で形成される緑泥石および石英が充填していることから、全ての割れ目は岩体が高温であった冷却初期に形成されたと考えられる。Bグループの割れ目は最も多く湧水が認められ、現在の透水性割れ目として機能している。さらにBグループの割れ目の充填鉱物の組み合わせと産状から考察した結果、Bグループの割れ目は開口と閉塞が交互に生じたと示唆された。また、Bグループの割れ目は熱水の影響を示唆する赤色変質部を多く伴い、トレース長が長く、他のグループの割れ目を切る傾向があることから、割れ目の形成初期から現在までの長期にかけて重要な透水性割れ目として機能していたと考えられる。

論文

Mn$$_{2}$$VAl Heusler alloy thin films; Appearance of antiferromagnetism and exchange bias in a layered structure with Fe

土屋 朋生*; 小林 亮太*; 窪田 崇秀*; 斉藤 耕太郎*; 小野 寛太*; 大原 高志; 中尾 朗子*; 高梨 弘毅*

Journal of Physics D; Applied Physics, 51(6), p.065001_1 - 065001_7, 2018/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.71(Physics, Applied)

Mn$$_{2}$$VAl Heusler alloy films were epitaxially grown on MgO(100) single-crystal substrates by ultra-high-vacuum magnetron sputtering. A2- and L21-type Mn$$_{2}$$VAl order was controlled by the deposition temperature. A2-type Mn$$_{2}$$VAl films showed no spontaneous magnetization, while L21-type Mn$$_{2}$$VAl films showed ferrimagnetic behaviour with a maximum saturation magnetization of 220 emu/cm$$^{3}$$ at room temperature (RT). An antiferromagnetic reflection was observed with neutron diffraction at RT for an A2-type Mn$$_{2}$$VAl film deposited at 400$$^{circ}$$C. A bilayer sample of the antiferromagnetic A2-type Mn$$_{2}$$VAl and Fe showed an exchange bias of 120 Oe at 10 K.

論文

Quantum twin spectra in nanocrystalline silicon

松本 貴裕*; 大原 高志; 杉本 秀彦*; Bennington, S. M.*; 池田 進*

Physical Review Materials (Internet), 1(5), p.051601_1 - 051601_6, 2017/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

We identified twin split scattering spectra in hydrogen-terminated nanocrystalline silicon by using inelastic neutron scattering spectroscopy. A standard theoretical analysis based on the localized wave function of hydrogen in not sufficient to explain this duality. We show that this duality originates from the cooperative motion of hydrogen and silicon.

論文

Non-aqueous selective synthesis of orthosilicic acid and its oligomers

五十嵐 正安*; 松本 朋浩*; 八木橋 不二夫*; 山下 浩*; 大原 高志; 花島 隆泰*; 中尾 朗子*; 茂吉 武人*; 佐藤 一彦*; 島田 茂*

Nature Communications (Internet), 8, p.140_1 - 140_8, 2017/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.38(Multidisciplinary Sciences)

Orthosilicic acid (Si(OH)$$_{4}$$) and its small condensation compounds are among the most important silicon compounds but have never been isolated, despite the long history of intense research due to their instability. These compounds would be highly useful building blocks for advanced materials if they become available at high purity. We developed a simple procedure to selectively synthesize orthosilicic acid, its dimer, cyclic trimer, and tetramer, as well as appropriate conditions to stabilize these species, in organic solvents. Isolation of orthosilicic acid, the dimer and the cyclic tetramer as hydrogen-bonded crystals with tetrabutylammonium halides and of the cyclic trimer as solvent-containing crystals was achieved. The solid-state structures of these compounds were unambiguously clarified by single crystal X-ray diffraction analysis and also by neutron diffraction study for orthosilicic acid. Based on these results, we also succeeded in developing a more practical synthetic procedure for high concentrations of stable orthosilicic acid stably in organic solvents via a simple hydrolysis of tetraalkoxysilanes.

論文

Molecular gyrotops with a five-membered heteroaromatic ring; Synthesis, temperature-dependent orientation of dipolar rotors inside the crystal, and its birefringence change

増田 敏幸*; Arase, Junko*; 稲垣 佑亮*; 川幡 正俊*; 山口 健太郎*; 大原 高志; 中尾 朗子*; 門馬 洋行*; Kwon, E.*; 瀬高 渉*

Crystal Growth & Design, 16(8), p.4392 - 4401, 2016/08

 被引用回数:18 パーセンタイル:10.99(Chemistry, Multidisciplinary)

Three-dimensional arrays of dipolar rotors were constructed as single crystals of molecular gyrotops, which are macrocage molecules with a bridged dipolar rotor. In this study, we synthesized novel molecular gyrotops with a five-membered heteroring, i.e., furan-diyl, thiophenediyl, and selenophene-diyl, and investigated the temperature-dependent orientation and rotation of the dipolar rotors inside the crystal.

論文

Photonic crystals fabricated by block copolymerization-induced microphase separation

元川 竜平; 谷口 竜王*; 熊田 高之; 飯田 優羽*; 青柳 翔太*; 佐々木 祐亮*; 桑折 道済*; 岸川 圭希*

Macromolecules, 49(16), p.6041 - 6049, 2016/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:74.47(Polymer Science)

We present a method for fabricating photonic crystals (PCs) by polymerization-induced microphase separation of block copolymers (BCPs). Molecular weight of BCP for PCs is so large that it has been difficult for conventional solution casting and annealing methods to complete the microphase separation to form periodically-ordered submicron structures. Our method overcomes the difficulty by inducing the micro phase separation and transitions during the polymerization, when the molecular weight of the BCPs is small enough for the microphase separation and transitions. The microphase-separated structure is then enlarged while maintaining the self-similarity. We succeeded in fabricating PCs with reflection wavelength $$lambda$$m $$approx$$ 1000 nm and a full width at half maximum $$lambda$$ = 0.05 $$lambda$$m by living-radical bulk block-copolymerization of poly(methyl methacrylate)-block-polystyrene.

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