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論文

PHITSコードのトカマク型核融合試験装置への適用

助川 篤彦; 奥野 功一*; 川崎 弘光*

RIST News, (51), p.20 - 29, 2011/07

PHITS(Particle and Heavy Ion Transport code System)は、旧日本原子力研究所が開発した高エネルギー核反応モデル組込み核子中間子輸送コードNMTC/JAM Ver.2コードをもとに、高度情報科学技術研究機構,東北大学,原子力機構,高エネルギー加速器機構及びスウェーデンのチャルマース大学等により改良された重イオン輸送計算機能を含む、ほぼすべての粒子と重イオン(原子核)の物質中の輸送を計算する3次元モンテカルロシミュレーションコードである。計算結果のグラフ化や2次元のグラフィカルな出力を簡単に見ることができるのが特徴である。トカマク型核融合試験装置の放射線遮へい設計、装置メンテナンス、装置運転の健全性評価のためにコイルの発熱評価、施設内の装置周辺の半導体の放射線損傷評価が要求されるなか、従来の核データを使用するモンテカルロ計算では扱えないイベントごとの情報を記述するPHITS固有の機能を活かした解析方法の適用を進めている。現在、PHITSをトカマク型核融合試験装置・施設の遮へい設計・解析に適用しており、今回、PHITSユーザーとしての立場から、イベント情報を取り扱う半導体解析例を中心に適用例を紹介する。

報告書

地下水流動に対する地質環境の長期的変遷の影響に関する研究(委託研究)

今井 久*; 山下 亮*; 塩崎 功*; 浦野 和彦*; 笠 博義*; 丸山 能生*; 新里 忠史; 前川 恵輔

JAEA-Research 2009-001, 116 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2009-001.pdf:32.12MB

地層処分システムの長期挙動予測の信頼性を向上させるためには、隆起・侵食や気候・海水準変動等の天然現象の影響を考慮した地下水流動のモデル化が重要である。このため、(1)天然現象の影響を組み入れた地下水流動解析手法の高度化,(2)現実的な地質構造や涵養量などを反映した地下水流動解析に基づき、(3)地下水流動に影響を及ぼす天然現象の感度解析を行った。(1)地下水流動への地質環境の長期変遷の影響を連続的にモデル化するシステムを考案した結果、課題であったモデル形状が変化する際の解の不連続性を低減できることを確認した。(2)地層の応力状態の変化による過剰間隙水圧の発生には間隙率や有効応力に対応した透水係数の設定が重要であること、氷期の涵養量の影響は丘陵部や沿岸域で見られること、塩分の密度差の影響は沿岸域で見られ、地下深部への淡水の侵入を抑制することが判明した。(3)断層の2種類の形状について透水係数に関する感度解析を実施したが、設定した条件では深度約500mまでの影響は顕著でないことを示した。

報告書

余裕深度処分の概念調査; フィンランドとスウェーデンの事例より(委託研究)

鯉渕 浩人; 土肥 輝美; 中越 章雄*; 雨宮 清*

JAEA-Review 2008-035, 21 Pages, 2009/02

JAEA-Review-2008-035.pdf:1.28MB

我が国では、原子炉施設から発生する炉内構造物等廃棄物及び再処理施設,混合酸化物燃料加工施設から発生するTRU廃棄物の一部について、余裕深度処分を行うことが提案されている。現在、事業の実施に向けて安全規制を含めた制度の整備が行われているところである。これらの状況を踏まえ、安全な処分を実現するためには、既に余裕深度処分相当の廃棄物処分を実施している諸外国の事例が参考となる。したがって本報告書では、実施国の中でも埋設深度や処分対象廃棄物等が日本と類似しているフィンランドとスウェーデンを調査対象として、廃棄物の分類,処分の考え方,処分施設の構造等の調査結果に基づき、両国の余裕深度処分概念について以下のとおり報告する。フィンランドでは、放射性廃棄物の管理,処分方法は原子力エネルギー法や政府の方針により定められている。対象廃棄物は、原子力発電事業者によって、各々の発電所サイト内地下100m前後の岩盤空洞内において処分されている。スウェーデンでは原子力活動法により、原子力発電所の事業者が使用済燃料及び原子炉廃棄物の安全な取扱いと処分に対して責任を有している。対象廃棄物は、原子力発電事業者の共同出資により設立された会社を実施主体として、海底下約60mの岩盤空洞内に処分されている。上記のほか、両国の余裕深度処分相当以外の処分事業,関連法規制,資金計画,研究開発の概況なども本報告書にまとめている。

報告書

人工バリア性能確認に関する基盤情報取得方法の調査研究(II)

千々松 正和*; 福留 和人*; 浦野 和彦*; 今井 久*; 佐々木 肇*; 雨宮 清*

JNC-TJ8400 2004-027, 87 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2004-027.pdf:2.13MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては,処分場の閉鎖の判断情報を与えるものとして,人工バリアが所期の性能を確保することにより,処分場が要件を満たして機能しており,その結果,安全が担保されていることを示す必要がある。この安全担保を示す一つの手法として,人工バリアにおける実現象が予測される挙動範囲内にあることを示すことが考えられる。そこで,「人工バリア性能確認に関する基盤情報取得方法の調査研究(平成15年度)」(以下,平成15年度研究と呼ぶ)においては,性能確認における計測項目の抽出,計測技術の現状の調査,および計測技術の開発計画の立案を行った。継続となる本研究では,幌延などの地下研究施設を想定して,人工バリア性能等の基盤情報取得に関わる検討を行うとともに,情報取得に適用可能な計測手法の調査・開発を継続して行った。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(IV)-成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC-TJ8400 2004-015, 192 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2004-015.pdf:1.98MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES, Dtransu, phreeqcを用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発を実施した。(1)本研究では,熱-水-応力解析の安定化を目的として,THAMESにおいて8節点要素が使える様,解析コードの改良を行なった。(2)本研究では,物質移行解析モデルの高度化を目的として,Dtransuにおいてガス拡散計算機能を追加した。(3)本研究では,地球化学解析モデルの高度化を目的として,含水状態に応じた表面サイト密度変化の導入,C/S比に応じたCSH固相の変化の導入,速度論モデルにおける時間刻みの設定方法,層間水の分離方法について検討した。(4)本研究では,熱-水-応力-化学連成解析コードの構築として,Multi_phreeqc並列化処理機能の高度化,連成解析プラットホームCouplys連続処理機能の追加,物性・連成モジュールの拡張に関する検討を実施した。これらの成果に基づき,熱-水-応力-化学解析コードを構築として,リスタート機能の追加,エラー処理機能の追加,各モジュールの統合,検証を行った。(5)本研究では,連成解析結果のポスト処理ユーティリティーの整備として,図化処理支援機能の作成,地球化学解釈支援機能の作成を行った。

報告書

水理地質構造モデルの更新と地下水流動解析の実施

今井 久*; 塩崎 功*

JNC-TJ5440 2004-001, 80 Pages, 2004/11

JNC-TJ5440-2004-001.pdf:34.21MB

幌延深地層研究計画における調査対象地域の深部地質環境を理解するため,水理地質構造モデルの構築および地下施設建設に伴う深部地質環境への影響の予測を目的に,水理地質構造モデルを更新し,更新したモデルを用いた地下水流動解析を実施した。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(III) -成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC-TJ8400 2004-004, 625 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2004-004.pdf:7.37MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqcを用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1)本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,収束アルゴリズムの改良,脱ガス・ガス拡散,濃縮・希釈現象を取り扱うため,物質移行解析コードの改良を実施した。(2)本研究では,地球化学-物質移行モジュールにおいてイオン交換反応,表面錯体反応,反応速度モデルを取り扱えるようにした。(3)本研究では,緩衝材中での透水係数の変化がCa型化の度合い,緩衝材構成鉱物の溶解・沈殿による密度の変化,塩濃度などの関数として与えられるようにするため,既存の試験データを整理し,連成・物性モジュールを作成し,連成解析コードに導入した。また,物質移行-地球化学の高度化にともない検証解析を実施した。(4)本研究では,開発したTHMC解析コードの適用性を確認するため,HLWニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。これらの成果を踏まえ,今後の課題についてまとめた。

報告書

人工バリア性能確認に関する基盤情報取得方法の調査研究

千々松 正和*; 今井 久*; 佐々木 肇*; 茂呂 吉司*

JNC-TJ8400 2003-090, 116 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2003-090.pdf:3.43MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、処分場の閉鎖の判断情報を与えるものとして、人工バリアが所期の性能を確保し、処分場が要件を満たして機能しており、安全が担保されていることを示す必要がある。この安全担保を示す一つの手法として、人工バリアにおける実現象が予測される挙動範囲内にあることを示すことが考えられる。そこで、安全担保の観点から人工バリアおよびその周辺環境の変遷に関する情報取得方法について技術情報の調査研究および実現性の高い計測方法の提案を行うことを目的に本研究を行った。最初に安全担保のあり方およびロジックを考慮し、本研究で対象とする計測項目と部位を設定した。そして、それに基づき、現状の情報取得技術の調査を行うとともに、現状情報取得技術の地層処分環境への適用性について整理を行い、実現性の可否、研究課題等について取りまとめた。最後に、幌延深地層研究所における原位置試験への適用を鑑み、実現性の高い情報取得技術の開発計画案の策定を行った。

報告書

ニアフィールド連成挙動の解析評価研究

千々松 正和*; 今井 久*; 福留 和人*; 粥川 幸司*; 佐々木 肇*; 茂呂 吉司*

JNC-TJ8400 2003-089, 354 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2003-089.pdf:17.22MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった熱-水-応力連成挙動が発現すると考えられる。このような人工バリア内に発現する現象を精度よく評価することは、長期にわたる処分場の健全性評価の初期条件を与えるものとして重要な因子の一つと考えられる。国際共同研究(DECOVALEX)は人工バリア周辺における熱-水-応力連成現象の理解および評価モデルの検証の場として世界各国の機関が参画しているものであり、その場において解析コードの妥当性を評価するとともに、高度化を行なっていくことは有意義なことであると考えられる。そこで、DECOVALEXにおいて課題となっている問題に対し、検討を実施した。解析はTask1(FEBEX原位置試験の解析)、Task3 BMT1(ニアフィールドにおける連成挙動解析)、Task3 BMT2(亀裂評価に対するスケールアップに関する解析)に関して実施したので、その解析結果を報告する。また、スウェーデン・エスポ島で行なわれている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototype Repository Project)の連成解析評価も実施し、実測値との比較も行なった。

報告書

幌延深地層研究計画における地下水流動に関する研究

今井 久*; 福留 和人*; 粥川 幸司*; 佐々木 肇*; 千々松 正和*; 茂呂 吉司*

JNC-TJ5400 2003-009, 223 Pages, 2004/02

JNC-TJ5400-2003-009.pdf:59.94MB
JNC-TJ5400-2003-009(errata).pdf:0.08MB

幌延深地層研究計画における地下水流動に関する研究として、 -解析領域の設定および解析メッシュの作成 -これまでの調査データを用いた広域地下水流動系の評価 -立坑掘削に伴う地下水流動系への影響の予測 -調査計画への提案 を実施した。 解析領域の設定および解析メッシュの作成では、広域を対象として領域と立坑周辺に着目した領域の設定および解析メッシュデータを作成した。さらに解析結果と調査データを対比し幌延深地層研究対象領域内の広域地下水流動特性の評価をおこなった。立坑掘削影響の予測として、立坑掘削後20年を対象に、立坑内への湧水量、立坑内の塩分濃度変化、周辺の水位変化等を予測した。さらにこれら解析、予測結果から今後必要な調査、解析評価についての提案をした。

報告書

解析コードの妥当性評価のための地下水流動解析

間組*

JNC-TJ7440 2005-079, 70 Pages, 2003/07

JNC-TJ7440-2005-079.PDF:1.99MB

本報告書は地下水流動解析に関しての,現状での問題点を抽出することを目的として,文献情報等から得られる例題を対象とした地下水流動解析を実施した結果について取りまとめたものである。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(II); 概要報告書

石原 義尚*; 千々松 正和*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC-TJ8400 2003-033, 118 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-033.pdf:1.66MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqe60 を用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1) 本研究では,THAMES(熱-水-応力解析コード),Dtransu(物質移行解析コード),phreeqe60(地球化学解析コード)のプロセスを自動制御し,連成解析全体を管理する連成管理プログラム(COUPLYS)を開発した。(2) 本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,溶液濃度の受渡し,トータル濃度の受渡しに関する支援モジュールを作成した。更に,多元素を取り扱うことができるようにするため,物質移行解析コードの改良を実施した。(3) 本研究では,THMC 物性・連成モジュールとして,既存の実験データに基づき緩衝材の透水係数が,化学反応(鉱物の溶解・沈殿)による密度変化やNaCl 濃度に依存するモデルを作成した。連成管理プログラム(COUPLYS)にTHAMES,Dtransu,phreeqe60,物性・連成モジュールを搭載することにより,THMC 解析コードを構築し,感度解析を実施した。(4) 本研究では,開発したTHMC 解析コードの適用性を確認するため,HLW ニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(II)-成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC-TJ8400 2003-032, 237 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-032.pdf:2.5MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqe60 を用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1) 本研究では,THAMES(熱-水-応力解析コード),Dtransu(物質移行解析コード),phreeqe60(地球化学解析コード)のプロセスを自動制御し,連成解析全体を管理する連成管理プログラム(COUPLYS)を開発した。(2) 本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,溶液濃度の受渡し,トータル濃度の受渡しに関する支援モジュールを作成した。更に,多元素を取り扱うことができるようにするため,物質移行解析コードの改良を実施した。(3) 本研究では,THMC 物性・連成モジュールとして,既存の実験データに基づき緩衝材の透水係数が,化学反応(鉱物の溶解・沈殿)による密度変化やNaCl 濃度に依存するモデルを作成した。連成管理プログラム(COUPLYS)にTHAMES,Dtransu,phreeqe60,物性・連成モジュールを搭載することにより,THMC 解析コードを構築し,感度解析を実施した。(4) 本研究では,開発したTHMC 解析コードの適用性を確認するため,HLW ニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。

報告書

研究坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の亀裂伸展予測解析

茂呂 吉司*; 雨宮 清*

JNC-TJ7400 2005-051, 171 Pages, 2003/02

JNC-TJ7400-2005-051.pdf:13.35MB

亀裂進展解析コードFRACOD(FRACOM社開発)を用いて,超深地層研究所の坑道掘削を模擬した掘削影響解析を実施した。

報告書

実規模人工バリア試験の解析評価研究 概要

千々松 正和*; 雨宮 清*

JNC-TJ8400 2003-020, 53 Pages, 2003/01

JNC-TJ8400-2003-020.pdf:1.02MB

地層処分を確実に行なうためには、人工バリアの健全性を確保する必要がある。人工バリアの健全性において重要な要因の一つとなるのが緩衝材の施工技術であり、緩衝材が設計に基づいて施工されることが必要である。本研究では、緩衝材をブロックで施工した場合に考えられるブロック間や岩盤あるいはオーバーパックとの隙間の充填性に関する検討を実施することとし、隙間をベントナイトペレットで充填した際の充填性に関して検討を行う。検討対象は、ベントナイトペレット充填層の透水性および密度の経時変化、浸潤水が人工海水となった時の止水性等である また、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。これらの現象を理解、評価するためには、人工バリアを対象とした原位置での実規模試験の情報に基づき、適切なモデルを構築する必要がある。ここでは、スウェーデン・エスポ島で行なわれている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototype Repository Project)の連成解析評価を実施した。解析に際しては、所有の熱-水-応力連成解析コードに膨潤評価式の導入を試み、より信頼性の高いモデルの構築を行った。

報告書

実規模人工バリア試験の解析評価研究

千々松 正和*; 雨宮 清*

JNC-TJ8400 2003-019, 202 Pages, 2003/01

JNC-TJ8400-2003-019.pdf:4.56MB

地層処分を確実に行なうためには、人工バリアの健全性を確保する必要がある。人工バリアの健全性において重要な要因の一つとなるのが緩衝材の施工技術であり、緩衝材が設計に基づいて施工されることが必要である。本研究では、緩衝材をブロックで施工した場合に考えられるブロック間や岩盤あるいはオーバーパックとの隙間の充填性に関する検討を実施することとし、隙間をベントナイトペレットで充填した際の充填性に関して検討を行う。検討対象は、ベントナイトペレット充填層の透水性および密度の経時変化、浸潤水が人工海水となった時の止水性等であるまた、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。これらの現象を理解、評価するためには、人工バリアを対象とした原位置での実規模試験の情報に基づき、適切なモデルを構築する必要がある。ここでは、スウェーデン・エスポ島で行なわれている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototype Repository Project)の連成解析評価を実施した。解析に際しては、所有の熱-水-応力連成解析コードに膨潤評価式の導入を試み、より信頼性の高いモデルの構築を行った。

報告書

DECOVALEXにおける解析評価研究

千々松 正和*; 雨宮 清*

JNC-TJ8400 2003-010, 190 Pages, 2003/01

JNC-TJ8400-2003-010.pdf:26.58MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。このような人工バリア内に発現する現象を精度よく評価することは、長期にわたる処分場の健全性評価の初期条件を与えるものとして重要な因子の一つと考えられる。国際共同研究(DECOVALEX)は人工バリア周辺における熱-水-応力連成現象の理解および評価モデルの検証の場として世界各国の機関が参画しているものであり、その場において解析コードの妥当性を評価するとともに、高度化を行なっていくことは有意義なことであると考えられる。そこで、DECOVALEXにおいて課題となっている問題に対し、検討を実施した。解析はTask1(FEBEX 原位置試験の解析)、Task3 BMT1(ニアフィールドにおける連成挙動解析)、Task3 BMT2(亀裂評価に対するスケールアップに関する解析)に関して実施したので、その解析結果を報告する。

報告書

幌延深地層研究計画における地下水流動解析に関する検討

今井 久*; 前田 信行*; 山下 亮*; 塩崎 功*; 雨宮 清*; 千々松 正和*

JNC-TJ1400 2002-004, 357 Pages, 2002/03

JNC-TJ1400-2002-004.pdf:25.69MB

None

報告書

実規模原位置試験の連成挙動評価研究(概要)

千々松 正和*; 雨宮 清*; 山下 亮*

JNC-TJ8400 2002-024, 53 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-024.pdf:4.81MB

地層処分を確実に行なうためには、人工バリアの健全性を確保する必要がある。人工バリアの健全性において重要な要因の一つとなるのが緩衝材の施工技術であり、緩衝材が設計に基づいて施工されることが必要である。本研究では、緩衝材をブロックで施工した場合に考えられるブロック間や岩盤あるいはオーバーパックとの隙間の充填性に関する検討を実施することとし、隙間をベントナイトペレットで充填した際の充填性に関して検討を行う。検討対象は、ベントナイトペレット充填層の透水性および密度の経時変化、浸潤水が人工海水となった時の止水性等である。また、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。これらの現象を理解、評価するためには、人工バリアを対象とした原位置での実規模試験の情報に基づき、適切なモデルを構築する必要がある。ここでは、スウェーデン・エスポ島で行なわれている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototype Repository Project)の連成解析評価を実施した。

報告書

実規模原位置試験の連成挙動評価研究

千々松 正和*; 雨宮 清*; 山下 亮*

JNC-TJ8400 2002-023, 147 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-023.pdf:10.91MB

地層処分を確実に行なうためには、人工バリアの健全性を確保する必要がある。人工バリアの健全性において重要な要因の一つとなるのが緩衝材の施工技術であり、緩衝材が設計に基づいて施工されることが必要である。本研究では、緩衝材をブロックで施工した場合に考えられるブロック間や岩盤あるいはオーバーパックとの隙間の充填性に関する検討を実施することとし、隙間をベントナイトペレットで充填した際の充填性に関して検討を行う。検討対象は、ベントナイトペレット充填層の透水性および密度の経時変化、浸潤水が人工海水となった時の止水性等である。また、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。これらの現象を理解、評価するためには、人工バリアを対象とした原位置での実規模試験の情報に基づき、適切なモデルを構築する必要がある。ここでは、スウェーデン・エスポ島で行なわれている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototype Repository Project)の連成解析評価を実施した。

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