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論文

Radiocesium interaction with clay minerals; Theory and simulation advances Post-Fukushima

奥村 雅彦; Kerisit, S.*; Bourg, I. C.*; Lammers, L. N.*; 池田 隆司*; Sassi, M.*; Rosso, K. M.*; 町田 昌彦

Journal of Environmental Radioactivity, 189, p.135 - 145, 2018/09

 被引用回数:31 パーセンタイル:90.13(Environmental Sciences)

東京電力福島第一原子力発電所事故により、環境中に放出された放射性セシウムは土壌中の粘土鉱物に強く吸着されていることがわかっているが、その吸着メカニズムは今も解明されていない。本論文は、これまで蓄積された粘土鉱物による放射性セシウム吸着現象に関する実験結果と、最新のシミュレーション研究の進展をまとめたものである。論文では、実験結果についてまとめられ、それらの結果を基にした最新のシミュレーション研究によって明らかにされた、次のような研究結果について説明されている:(1)粘土鉱物表面におけるセシウム吸着のエネルギースケール、(2)実験では観測が難しい粘土鉱物エッジの原子レベル構造についての理解の進展、(3)粘土鉱物の水和した層間におけるセシウム吸着現象の詳細、(4)ほつれたエッジにおけるイオン半径と層間距離の関係と吸着の選択性、(5)層間におけるセシウムの深部への移動、(6)放射性セシウムの核崩壊の影響。さらに、これらの知見に基づいた除染による廃棄土壌の減容技術開発の可能性についても述べられている。

論文

Flowing fluid electric conductivity logging for a deep artesian well in fractured rock with regional flow

Doughty, C.*; Tsang, C.-F.*; 藪内 聡; 國丸 貴紀

Journal of Hydrology, 482, p.1 - 13, 2013/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:41.12(Engineering, Civil)

割れ目系岩盤を対象とした核種移行解析に必要な水理特性の不均質性に関する情報を取得し得る調査技術の一つに流体電気伝導度検層がある。流体電気伝導度検層は地下水流動を伴う割れ目がボーリング孔と交差する位置が推定できる調査であるが、さらに、同検層で得たデータを用いて割れ目の水理特性(透水量係数,塩分,水頭)を得る解析手法が報告されている。しかしながら、幌延地域のように堆積岩に発達する割れ目系岩盤に対してこのような解析が適用された例が少ないため、幌延深地層研究所の換気立坑先行ボーリング孔で実施した流体電気伝導度検層のデータを対象として解析を実施し、その適用性を検討した。解析の観点からデータは必ずしも十分とは言えず、一部取得されていない情報があったものの、検層区間内で認められた17箇所の透水性割れ目の水理特性を推定した。得られた結果は同ボーリング孔で実施した水理試験や揚水試料の電気伝導度の計測結果と整合するものである。

論文

Application of direct-fitting, mass integral, and multirate methods to analysis of flowing fluid electric conductivity logs from Horonobe, Japan

Doughty, C.*; Tsang, C.-F.*; 畑中 耕一郎; 藪内 聡; 操上 広志

Water Resources Research, 44(8), p.W08403_1 - W08403_11, 2008/08

流体電気伝導度検層を幌延の深層ボーリング孔において適用した。その結果、幌延に存在する塩水系地下水に対しては、淡水系の井戸水で孔内水を置換することにより、水理特性の解析に有効なデータが取得できることがわかった。

論文

Simple model representations of transport in a complex fracture and their effects on long-term predictions

Tsang, C.-F.*; Doughty, C.*; 内田 雅大

Water Resources Research, 44(8), p.W08445_1 - W08445_13, 2008/08

亀裂中の開口幅の不均質性,亀裂内の小亀裂,断層ガウジ,小亀裂に囲まれたブロック,健岩部などの要素を考慮したモデルを「現実的モデル」として構築し、粒子追跡法を用いて核種移行計算を行い、短期間の原位置トレーサー試験と自然の動水勾配(0.001)下での長期のトレーサーの破過曲線をモデル化し、得られた破過曲線を「真」と仮定した。通常性能評価で用いられる平行平板モデル(単一開口幅で、単一のマトリクスを考慮)と開口幅の不均質性追加したモデルで、自然の動水勾配下でのトレーサーの長期挙動について以下の2つのシミュレーションを行い、「真」の結果と比較した。(1)原位置トレーサー試験の破過曲線に対するフィッティングを行ったモデル,(2)室内実験で得られたパラメータを用いたモデル。その結果、(1)のモデルは「真」の破過曲線に対してピーク時間が10-100倍遅くピーク濃度を1/50-1/300過少評価し非保守的結果が得られた。また、(2)のモデルは「真」の破過曲線に対してピーク時間が1/50早く、ピーク濃度が50倍過大評価され保守的な結果が得られた。これらから、亀裂の内部構造を適切に考慮する必要があることが明らかとなった。

報告書

JNC-DOE collaborative program on mass transport; Characterization and predictive technologies; 2000-2001 annual report

Tsang, C.-F.*; 唐崎 建二*

JNC TY8400 2001-006, 224 Pages, 2001/07

JNC-TY8400-2001-006.pdf:6.92MB

JNC/DOE間の共同研究計画は、地層中への放射性廃棄物の処分において重要な役割を担っているプロセスを支配する基本的な物理及び化学特性についての理解を深めるとともに、不均質な地層中での核種移行や地層からの核種放出についての調査手法や予測手法を開発することを目的として策定されている。共同研究計画にしたがって、2000年度は以下の6つのタスクを実施した。1.水圧と地表面変位を用いた逆解析技術の開発 非定常の水圧変化とそれに起因する地表面変位の観測データを利用して逆解析を行ない、地層の透水係数分布を推定するアルゴリズムを開発した。この手法は、水圧変化に伴う、地表面変位の計測データを使用するのみであるので、解析に必要なデータを取得するために多くの試錐孔を使用する必要がなく経済的であり、また、地表面の変位と地下の空隙率の変化の関係を比較的容易に理解するのに適している。本手法をカリフォルニア州レイモンドサイトでの原位置試験に適用した結果、高透水性帯の存在が予測された。2.ランダム媒体中の水理・物質移行に関する平均化方程式の開発 不十分なフィールドデータを外挿する際に、そこでのパラメータはランダム分布のような統計分布に従うことが予め仮定される。本研究では、ランダム媒体中の水理・物質移行に関する平均化方程式の一般形の導出方法を提案した。一般形の導出には、統計問題におけるグリーン関数の存在の仮定、グリーン関数の一般的性質、透水係数、空隙率、流速に関するランダム場における基本情報を使用した。

報告書

JNC-DOE collaborative program on mass transport; characterization and predictive technologies 1999-2000 annual report

Tsang, C.-F.*; 唐崎 建二*

JNC TY8400 2000-007, 279 Pages, 2000/07

JNC-TY8400-2000-007.pdf:7.62MB

JNC/DOE間の共同研究計画は、地層中への放射性廃棄物の処分において重要な役割を担っているプロセスを支配する基本的な物理及び化学特性についての理解を深めるとともに、不均質な地層中での核種移行や地層からの核種放出についての調査手法や予測手法を開発することを目的として策定されている。共同研究計画にしたがって、本年度は以下の6つのタスクを実施した。1.階層構造的な亀裂性岩盤中の流れと物質移行についての検討 本タスクでは、階層構造を有する亀裂性岩盤のサイト特性調査を行なうにあたり、最小の本数の井戸のみしか利用できない場合を想定し、自然勾配トレーサ試験及び単一孔揚水試験をシミュレートし、階層構造を有する亀裂性岩盤のフラクタル次元がこれらの試験に与える影響について調べた。2.ロバストで高速に解を求めることができる逆解析手法の開発 詳細なサイト特性調査を行なう場合、多数の圧力試験を実施し、データを実測する必要がある。本タスクでは、このような状況において、数百、数千ものパラメータを同時に推定することができる逆解析アルゴリズムの開発を行ない、原位置試験サイトで実施された圧力干渉試験に適用することにより亀裂の存在及びその特性を予測した。また、別途実施したボアホール試験と物理探査データから予測結果を検証した。3.複雑な不均質性媒体中の流れのモデル化 亀裂性媒体中の流れのモデル化を行なう場合の最も一般的な仮定は、亀裂部とマトリクス部をそれぞれ連続体として取り扱うことである。また、亀裂部とマトリクス部との間の流れは平均的な圧力差により生じると仮定される。本タスクでは、このような仮定は、ランダムに発生させた不均質媒体中の流れの方程式を厳密に解くことにより検討した。4.簡単な亀裂システムにおける物質移行についての検討 本タスクでは、3つの亀裂からなるシステム中の流れと物質移動について、パイプモデルを使用した解析結果と亀裂を不均質性媒体として取り扱った場合の解析結果との比較を行なうことにより、モデルの単純化の妥当性に関する検討を行なった。また、亀裂中に存在する澱み領域が物質移動に与える影響について調べた。5.TILA-99のレビュー 本タスクでは、フィンランドの実施主体POSIVA OYにより取りまとめられた安全評価レポートTILA-99についてのレビューを実施した。レビューでは特に性能評価にお

口頭

Simulation of salt water intrusion

唐崎 建二*; 伊藤 一誠*; 前川 恵輔

no journal, , 

地層中を模擬した塩水浸入の室内実験をTOUGH2/EOS7コードによりモデル化した。実験とシミュレーションの結果を合わせることは、数値分散や実験条件の制御の問題から困難であることが明らかとなった。そこで、数値分散の影響を確認するために、淡水と塩水の遷移帯が広く生じることにより高い分散係数を有することが想定されるヘンリー問題のシミュレーションを行った。分散をモデル化せずに広い遷移帯を形成できるかどうかをみるために、正弦波形状の境界条件を設定したが、広い遷移帯を形成させることはできなかった。広い遷移帯が地層の不均質性と経時的な影響によって生じることは妥当であると思われるが、流速が非常に低い場、あるいは濃度勾配と逆方向に流れがある場において高い分散係数を用いることには注意を要する。

口頭

地層中の塩淡境界評価に関する一考察

前川 恵輔; 唐崎 建二*; 伊藤 一誠*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価で重要な地質環境条件を評価するための研究の一環として、塩水と淡水が混在する地層中での塩淡境界の挙動を把握するための数値解析に関する検討を行った。数値解析上の課題の検討として、数値分散の低減策である解析領域の細分割と数値分散の影響の程度を確認した。また、単純な条件下での実験との比較による解析コードの検証を行った。

口頭

Laboratory experiment of saltwater intrusion into freshwater aquifer

前川 恵輔; 唐崎 建二*; 高須 民男*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、地層中の地下水流動などの地質環境条件を実際の現象に即して適切に評価することが重要である。沿岸地域などでは、塩水と淡水が混在する地層中の地下水流動を把握する必要があることから、塩水と淡水の境界(塩淡境界)の挙動を評価するための実験的検討を行った。開発した実験装置は、水槽(幅0.5$$times$$高さ0.25$$times$$奥行0.1m)にガラスビーズ(粒径1mm)を充填し、淡水の流れが一定になるよう水槽の両端の水位差を維持したうえで、着色した食塩水を水槽中に浸透させ、形成された塩淡境界の形状を観察できるものである。この装置を用いて、水位差や塩分濃度を変えた条件での塩淡境界への影響を調べた。実験結果は、安全評価に必要となる水理・物質移行解析の信頼性の向上に資するものである。

口頭

keV領域ラミナー型多層膜回折格子の製作評価と可変偏角高分解能分光器への応用

小池 雅人; 石野 雅彦; 佐野 一雄*; 笹井 浩行*; 竹中 久貴*; 畑山 雅俊*; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*

no journal, , 

ホログラフィック法と反応性イオンビームエッチング法により作成されたラミナー型回折格子は面粗さが波長とほぼ同等のスケールとなる軟X線回折格子として適している。この回折格子面上に多層膜を蒸着し多層膜回折格子を作成した。米国ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)Advanced Light Source(ALS)などでの測定により8keVで38.1%、CoSiO$$_{2}$$多層膜を付加した場合、4keVで40.9%のきわめて高い回折効率が得られた。多層膜回折格子の一応用として放射光ビームラインに適した1$$sim$$8keVの領域を対象とする不等間隔溝多層膜平面回折格子を用いた高分解能可変偏角型分光器の設計について述べる。この分光器は結像凹面鏡(固定),多層膜平面回折格子(回転),多層膜平面鏡(移動,回転)の3点の光学素子から構成される(括弧内は波長走査に必要な運動を示す)。分解能と回折効率を実用上の限界まで高めるため1$$sim$$8keVの領域を3分割し、それぞれの領域で最適な多層膜,不等間隔溝様式を持つ3枚の多層膜回折格子を用いると仮定した。講演では高輝度放射光源に設置されたアンジュレータを光源とした場合の分解能,スループットの数値計算結果について報告する。

口頭

Laboratory experiments for seawater intrusion into freshwater aquifer with heterogeneity

前川 恵輔; 唐崎 建二*; 高須 民男*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、地下深部の地下水流動を適切に把握することが重要である。地下深部の地下水中への塩水の浸入挙動を把握するために、実験装置(小型MACRO)を作製した。2層不均質場において、動水勾配と塩分濃度を変えた条件下での塩淡境界の挙動を把握するための試験を実施した。その結果、単純な条件下での試験結果と数値解析結果が一致することを確認した。

口頭

Numerical simulation of saltwater intrusion experiment

唐崎 建二*; 前川 恵輔

no journal, , 

Henry問題と呼ばれる塩水浸入試験について、解析コードTOUGH2を用いてモデル化を行った。均質場に浸入する塩水くさびの形状は数値解析によって比較的よく再現できるが、2層不均質場では、上層の高透水性層に先行して浸入した塩水が、下層の低透水性層に浸透する状態をうまく再現することができない。この現象については、媒体中の不安定性あるいは不均質性を考慮した数値解析によって再現することができる。

口頭

遍歴的5f軌道電子応答型配位子フェナントロリンアミド(PTA)錯体の電子状態とそのイオン認識特性

矢板 毅; 鈴木 伸一; 小林 徹; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; Shuh, D.*; Anders, P.*; Guo, J.*

no journal, , 

遍歴的5f電子に応答する配位子フェナントロリンアミドは、5f電子を持つアクチノイドイオンに対しては高い親和性を示す一方で、4f系のランタノイドあるいは5f電子を持たないアクチノイドイオンに対する親和性は弱い。電子状態解析の結果、遍歴的なf軌道電子の存在が積極的な相互作用の促進に重要であることがわかった。

口頭

共鳴吸収法を用いたTa-181の双極子準位の分岐比測定

静間 俊行; Angell, C.; 羽島 良一; Ludewigt, B.*; Quiter, B. J.*; 小泉 光生

no journal, , 

準単色レーザーコンプトン$$gamma$$線ビームを用いて、Ta-181原子核の吸収法による共鳴散乱実験を行った。実験は米国デューク大学で行った。中心エネルギー2.28、2.75MeV、半値幅約4%の$$gamma$$線ビームを、Ta-181の吸収ターゲット及び散乱ターゲットに照射し、散乱ターゲットからの共鳴散乱$$gamma$$線を高純度ゲルマニウム検出器を用いて測定した。その結果、これまでの測定値と比べ、約3倍の散乱強度があることがわかった。また、共鳴準位から励起状態への分岐が、エネルギー2.28MeV領域では75%、2.75MeV領域では50%と大きな値であることを明らかにした。本講演では、実験手法及び結果について報告するとともに、準単色レーザーコンプトン$$gamma$$線ビームを用いた非破壊核種分析の今後の計画について紹介する。

口頭

共鳴吸収法を用いたPu-239の磁気双極子遷移強度の測定

静間 俊行; Angell, C.*; 羽島 良一; Ludewigt, B.*; Quiter, B. J.*; 小泉 光生

no journal, , 

準単色レーザーコンプトン$$gamma$$線ビームを用いた核物質の非破壊検知・測定技術開発の一環として、Pu-239原子核の共鳴散乱実験を行った。実験は米国デューク大学で行った。中心エネルギー2.14MeV、半値幅約4%の$$gamma$$線ビームを、Pu-239の吸収ターゲット及び散乱ターゲットに照射し、散乱ターゲットからの共鳴散乱$$gamma$$線を高純度ゲルマニウム検出器を用いて測定した。その結果、励起エネルギー2.12から2.19MeVの平均積分断面積として、13eV barnを得た。また、励起した準位から基底状態と第一励起状態へ脱励起する割合の合計は、全体の0.4であった。このことから、毎秒10$$^{13}$$の強度をもつレーザーコンプトン$$gamma$$線ビームを用いることにより、燃料集合体中のPu-239を、4時間で、3%の測定誤差で分析可能であることがわかった。本講演では、実験手法及び結果について報告するとともに、準単色レーザーコンプトン$$gamma$$線ビームを用いた非破壊核種分析の今後の計画について紹介する。(なお、本研究開発は「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」事業の一部である。)

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