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論文

Assessment of the potential for criticality in the far field of a used nuclear fuel repository

Atz, M.*; Salazar, A.*; 平野 史生; Fratoni, M.*; Ahn, J.*

Annals of Nuclear Energy, 124, p.28 - 38, 2019/02

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

使用済燃料を地層処分する場合を想定して(使用済燃料の直接処分)、処分場の周辺岩盤で燃料成分が蓄積することによって臨界が起こる可能性を評価するための解析的検討を行った。岩盤中で臨界が起こる燃料成分の量の最小値を評価するための中性子輸送モデル(地下水飽和した球形の体系を想定して解析を実施)と、燃料成分の地下水中への溶出と岩盤中での移行を評価するための物質輸送モデルによる解析結果を組み合わせて評価を行った。その結果、燃料成分が岩盤中で蓄積する条件として保守的な条件を想定する場合では、臨界が起こる量が蓄積される状況も想定されるものの、処分場での使用済燃料の配置を工夫することで、こうした状況は起こりにくくなると考えられた。

論文

Hydrogen-based metabolism as an ancestral trait in lineages sibling to the Cyanobacteria

Carnevali, P. B. M.*; Schulz, F.*; Castelle, C. J.*; Kantor, R. S.*; Shih, P. M.*; Sharon, I.*; Santini, J.*; Olm, M. R.*; 天野 由記; Thomas, B. C.*; et al.

Nature Communications (Internet), 10, p.463_1 - 463_15, 2019/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:17.48(Multidisciplinary Sciences)

The metabolic platform in which microbial aerobic respiration evolved is tightly linked to the origins of Cyanobacteria (Oxyphotobacteria). Melainabacteria and Sericytochromatia, close phylogenetic neighbores to Oxyphotobacteria comprise both fermentative and aerobic representatives, or clades that are capablee of both. Here, we predict the metabolisms of Margulisbacteria from two distinct environments and Saganbacteria, and compare them to genomes of organisms from the related lineages. Melainabacteria BJ4A obtained from Mizunami site are potentially able to use O$$_{2}$$ and other terminal electron acceptors. The type C heme-copper oxygen reductase found in Melainabacteria BJ4A may be adapted to low O$$_{2}$$ levels, as expected for microaerophilic or anoxic environments such as the subsurface. Notably, Melainabacteria BJ4A seems to have a branched electron transport chain, with one branch leading to a cytochrome d ubiquinol oxidoreductase and the other one leading to the type C heme-copper oxygen reductase. Both these enzymes have high affinity for O$$_{2}$$, thus are adapted to low O$$_{2}$$ levels. These contemporary lineages have representatives with fermentative H$$_{2}$$-based metabolism, lineages capable of aerobic or anaerobic respiration, and lineages with both. Our findings support the idea that the ancestor of these lineages was an anaerobe in which fermentation and H$$_{2}$$ metabolism were central metabolic features.

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:3 パーセンタイル:25.55(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

Uncertainty analysis of far-field precipitation from used nuclear fuel

Salazar, A.*; Fratoni, M.*; Ahn, J.*; 平野 史生

Proceedings of 2017 International High-Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2017) (CD-ROM), p.600 - 607, 2017/04

The safety assessment of a geological repository for used nuclear fuel must ensure that future generations are shielded from radiation from fission products, in particular those released by re-criticality events. An investigation is required to understand whether or not criticality can actually be achieved. In fulfilling this end, this study assesses the uncertainty in the composition and total mass of precipitates forming in the far-field due to variation in transport parameters. The Latin Hypercube Sampling technique is employed to generate an accurate, random distribution of variables employed in the transport model and to assess the uncertainty of attaining a critical mass. The average characteristics of the damaged fuel from the Fukushima Daiichi reactor cores is used as the reference waste form. Results are compared to the minimum critical masses of previous studies to assess the criticality safety margin.

論文

Material composition effects on far-field deposition minimum critical mass

Atz, M.*; Liu, X.*; Fratoni, M.*; Ahn, J.*; 平野 史生

Proceedings of 2017 International High-Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2017) (CD-ROM), p.608 - 614, 2017/04

After nuclear waste is buried in a repository, hydrogeological processes can dissolve, transport, separate, and rearrange radionuclides inside or outside the repository. If fissile material becomes separated from neutron absorbers and precipitates in a far-field geologic formation, a critical mass may be formed. The scope of this study is to assess the impact of the spent fuel composition and host rock type on the risk of criticality in the far field. In particular, this study performs neutronics analysis in order to determine the minimum theoretical mass of fissile material needed to achieve criticality in a water-saturated far-field deposition under conservative conditions. Understanding of the effects of composition of spent fuels and host rock types enable discussion of the likelihood of far field criticality from LWR used fuel. In addition, this work makes recommendations on repository design and LWR fuel cycle management so as to minimize the risk of far-field criticality.

論文

Effects of random geometry on post-closure repository criticality safety

Liu, X.*; Fratoni, M.*; Ahn, J.*; 平野 史生

Proceedings of 2017 International High-Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2017) (CD-ROM), p.595 - 599, 2017/04

The present work aims to study the effect of random geometry on the long-term criticality safety. Preliminary considerations on uranium depositions in randomly fractured rocks have been obtained through an approximated analytical solution to calculate spherical fuel lumps with random locations. With stochastic and heterogeneous conditions applied, the present work examines the conservatives of the neutronic models for repository criticality safety assessment, and provides deeper understandings of the system. The major finding is that, when parameters are chosen to optimized the criticality, effective multiplication factor for systems with the random geometries can be well-bounded by the average case.

論文

Potential for microbial H$$_{2}$$ and metal transformations associated with novel bacteria and archaea in deep terrestrial subsurface sediments

Hernsdorf, A. W.*; 天野 由記; 宮川 和也; 伊勢 孝太郎; 鈴木 庸平*; Anantharaman, K.*; Probst, A. J.*; Burstein, D.*; Thomas, B. C.*; Banfield, J. F.*

ISME Journal, 11, p.1915 - 1929, 2017/03

AA2016-0002.pdf:2.21MB

 被引用回数:20 パーセンタイル:2.68(Ecology)

地層処分システムにおける微生物影響の可能性を評価するために、北海道の幌延深地層研究センター地下施設を利用して、堆積岩地下の生態系における微生物群集構造と代謝機能について調査を行った。全体として、微生物生態系は多様な系統群からなる微生物種で構成されており、その多くはこれまで培養されていない生物門に属していることが示された。大部分の微生物種は、酸化型[NiFe]ヒドロゲナーゼあるいはフェレドキシンをベースとする代謝経路を可能にする電子分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼを介して水素代謝をおこなうことが明らかになった。水素代謝と関連して、多くの微生物が炭素,窒素,鉄および硫黄を代謝することが推定された。特に、ANME-2dというメタン酸化を行う古細菌として知られている未培養微生物が、鉄関連の代謝反応を行う可能性が示唆された。得られた結果から、幌延堆積岩環境における微生物群集の生態学的概念モデルを推定した。

論文

A New view of the tree of life

Hug, L. A.*; Baker, B. J.*; Anantharaman, K.*; Brown, C. T.*; Probst, A. J.*; Castelle, C. J.*; Butterfield, C. N.*; Hernsdorf, A. W.*; 天野 由記; 伊勢 孝太郎; et al.

Nature Microbiology (Internet), 1(5), p.16048_1 - 16048_6, 2016/05

 被引用回数:387 パーセンタイル:0.02(Microbiology)

生命の系統樹は生物学において最も重要な中心テーマの一つである。遺伝子調査によると、莫大な数のブランチの存在が示唆されているが、フルスケールに近い系統樹でさえわかりにくいのが現状である。本研究では、これまでに報告されてきた配列情報に加えて、新たに取得した未培養生物のゲノム情報を用いて、バクテリア,アーキア,真核生物を含む系統樹を更新した。系統樹の描写は、全体的な概容とそれぞれの主要な系統における多様性のスナップショットの両方について行った。その結果、バクテリアの多様化の優勢性が示され、培養されていない生物種の重要性とともに主要な放射構造においてそれらの生物種の重要な進化が集中している現象が強調された。

論文

Conditions for criticality by uranium deposition in water-saturated geological formations

Liu, X.*; Ahn, J.*; 平野 史生

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(3), p.416 - 425, 2015/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.41(Nuclear Science & Technology)

The present study focuses on neutronic analysis to determine the criticality conditions for uranium depositions in geological formations resulting from geological disposal of damaged fuels from Fukushima Daiichi reactors. MCNP models are used to evaluate the neutron multiplication factor ($$k_{eff}$$) and critical mass for various combinations of host rock and geometries. It has been observed that the $$k_{eff}$$ of the deposition become greater with (1) smaller concentrations of neutron-absorbing materials in the host rock, (2) larger porosity of the host rock, (3) heterogeneous geometry of the deposition, and (4) greater mass of uranium in the deposition. The present study has revealed that the planar fracture geometry applied in the previous criticality safety assessment for geological disposal would not necessarily yield conservative results against the homogeneous uranium deposition.

論文

Repository criticality analysis for damaged fuels; Geometry effect in the modeling of uranium and plutonium deposition in geological formations

Liu, X.*; Ahn, J.*; 平野 史生

Proceedings of 14th International High-Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWMC 2013) (CD-ROM), p.527 - 534, 2013/04

本研究では溶融燃料を地層処分した場合の臨界安全性に注目し、MCNPモデルで仮定する地層中でのウランとプルトニウムの析出物の幾何学的形状の影響について検討した。東京電力福島第一原子力発電所の炉内溶融燃料を地層処分することを想定して、多様なパラメータに対して保守的な数値解析を実施した結果、臨界状態を生起させる系の条件の組合せが存在することが観察された。また、鉄を多く含む母岩の場合は臨界の可能性が顕著に低減できることが示された。

論文

Development of geologic repository models for design and decision making

村上 冶子*; Ahn, J.*

Proceedings of 16th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC-16) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/10

This paper presents a new radionuclide transport model for performance assessment and design of a geologic repository for high-level radioactive wastes. The model applies compartmentalization and a Markov-chain approach. A model space consists of an array of compartments, among which radionuclide transport is described by a transition probability matrix. While the model is similar to Eulerian methods, the advantages of this approach are considered in flexibility in including various types of transport processes by probabilistic interpretation. We demonstrate this model approach with a hypothetical repository assumed in porous rock formation. A three-dimensional, non-uniform groundwater flow field is generated numerically by the finite element method. The transition probability matrix is constructed based on the velocity field and hydraulic dispersion coefficients. The results show that this transport model can effectively show differences in repository performance due to the change of hydraulic properties in the domain for differing repository configurations and material degradation.

報告書

地層処分に有効な分離変換概念研究

池上 哲雄; Ahn, J.*

JAEA-Research 2006-045, 17 Pages, 2006/07

JAEA-Research-2006-045.pdf:1.55MB

地層処分との関係において、分離変換の対象核種と分離変換の程度に関する目標設定に資することを目的に、従来の高レベル廃棄物そのものの潜在的放射性毒性に代わり、処分場での長寿命核種の移行挙動を考慮した新たな指標である「環境影響」を導入して、PWRサイクル及びFBRサイクルについて評価を行った。評価にあたって必要となる長寿命核種の廃棄物固化体への初期装荷量は廃棄物処理(conditioning)モデルを用いて求めた。環境影響を評価すると同時に、処分場内での核種移行挙動にかかわる各種パラメータの不確かさが環境影響に及ぼす影響も評価した。その結果、分離変換の目標は次のように設定できると考えられる。(1)PWRサイクルの場合:本評価で想定した廃棄物への移行率:U:0.604%, Pu:0.297%に加え、$$^{237}$$Np, $$^{243}$$Am, ($$^{241}$$Pu)の移行率を1%以下に抑える。(2)FBRサイクルの場合:全アクチニドに対するサイクルシステムとしての回収率99.9%は適切な設定である。

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