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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

幌延深地層研究計画における第2段階の調査研究計画; H20-21

岩月 輝希; 佐藤 治夫; 棚井 憲治; 稲垣 学; 澤田 淳; 新沼 寛明; 石井 英一; 前川 恵輔; 戸村 豪治; 真田 祐幸; et al.

JAEA-Research 2009-002, 156 Pages, 2009/05

JAEA-Research-2009-002.pdf:12.86MB

「高レベル放射性廃棄物の地層処分基盤研究開発に関する全体計画」及び研究技術開発の現状に基づいて既往の研究計画を更新し、幌延深地層研究計画第2段階における平成20$$sim$$21年度の具体的な研究計画を作成した。計画検討にあたっては、施設建設工程などの制約条件を踏まえたうえで、深地層の科学的研究,地層処分研究開発にかかわる研究技術開発(地質環境特性調査評価技術,地下施設建設に伴う地質環境変化の調査評価技術,深地層における工学技術,地層処分に必要な工学技術,安全評価技術など)の今後の実施計画として、ボーリング調査計画やモニタリング計画,工学試験などの計画検討を行ったうえで、各課題の現中期計画終了時の達成目標を明確化した。

報告書

分子動力学法による3価希土類元素塩化物のアルカリ塩化物融体中の混合挙動

沼倉 正彦; 矢板 毅; 塩飽 秀啓; 鈴木 伸一; 小林 徹*; 阿久津 和宏; Madden, P. A.*; 岡本 芳浩

JAEA-Research 2009-003, 26 Pages, 2009/04

JAEA-Research-2009-003.pdf:4.29MB

分子動力学法(MD)計算を利用し、LiCl-KCl共晶塩と3価希土類元素塩化物であるTbCl$$_3$$を用い、その混合挙動について調べた。また、Tb$$^{3+}$$は希土類元素の中ではそのイオン半径が中間的な元素であることから、イオン半径の違いによる構造への影響を理解するため、Tb$$^{3+}$$よりもイオン半径の大きいLa$$^{3+}$$、小さいY$$^{3+}$$を比較対象として用いた。単独塩融体では陽イオンのイオン半径の違いにより配位数が異なるが、LiCl-KCl共晶塩を混合させると、イオン半径の大きさに関係なく安定な6配位八面体構造に近づく傾向があることがわかった。さらに、LiCl及びKClによる混合効果について検討した結果、それらに違いがあることが明らかとなった。

報告書

幌延深地層研究センター換気立坑140m試錐座における初期応力測定

中村 隆浩; 真田 祐幸; 杉田 裕; 加藤 春實*

JAEA-Research 2009-004, 165 Pages, 2009/05

JAEA-Research-2009-004.pdf:32.33MB

原子力機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発として地下研究施設の建設を伴う幌延深地層研究計画を進めている。本報告は地下研究施設周辺の初期応力の把握とこれまで地上からの調査によって得られている初期応力結果の妥当性の確認を目的とし、換気立坑の深度140m小型試錐座において水圧破砕法・ブレイクアウト法を利用した初期応力測定を実施し、その結果について示したものである。2つの方法で実施した初期応力の主応力方向の分布・大きさとも、比較的良い一致が認められた。水平面内の最大主応力の値は、その深度の土被り圧にほぼ一致しているものの、既往の結果と比較するとわずかに小さな値であった。また、水平面内の最大主応力の方向については、既往の調査でほぼ東西方向であったが、今回の結果では、東西方向から反時計回りに25$$^{circ}$$, 43$$^{circ}$$の方向にある結果が得られた。これまでの傾向と異なる原因については、今後、声問層を対象とする深度140m水平坑道及び稚内層を対象とするさらに深い深度の水平坑道での初期応力測定データと比較検討し、明らかにしていく予定である。

報告書

TODGA($$N,N,N',N'$$-テトラオクチルジグリコールアミド)を用いるアクチノイド元素一括分離法の研究開発(受託研究)

佐々木 祐二; 須郷 由美; 鈴木 伸一; 北辻 章浩; 木村 貴海

JAEA-Research 2009-005, 24 Pages, 2009/05

JAEA-Research-2009-005.pdf:2.06MB

使用済燃料の革新的再処理プロセス(ARTIST)の化学分離ステップの一つとして、TODGAを用いてTRUを分離する条件を検討した。TODGAは3価及び4価のアクチノイドに強い親和性を持っておりPu(IV), Am(III), Cm(III)とランタノイドは硝酸溶液から効率的に抽出できる。NpとPuの原子価はアスコルビン酸を使って定量的にNp(IV), Pu(III)に還元でき、還元後はTODGAにより抽出できる。TRUの抽出後、有機相からの適切な逆抽出の条件を検討した。テトラメチルジグリコールアミド(TMDGA)はアクチノイドと水相で高い親和性を持つ。Np(IV), Pu(IV), Am(III)はTMDGAを溶解した0.2M HNO$$_{3}$$溶液で容易に逆抽出できることを確認した。以上の条件を用いて得られた分配比を使って、TRUとSrについての化学分離フローシートを作成した。TRUとSrの最適な分離条件を探り、水相,有機相の流速,ミキサセトラ抽出段数を決定した。これらの情報よりフローシート上の各分離段での金属濃度を計算し、分離後の各フラクションの金属酸化物量,発熱量,放射能量を求め、本抽出プロセスの有効性を議論した。

報告書

燃料デブリベッドの運動特性に関する基礎的研究; 平成19年度研究報告(共同研究)

守田 幸路*; 福田 研二*; 松元 達也*; 飛田 吉春; 鈴木 徹; 山野 秀将

JAEA-Research 2009-006, 51 Pages, 2009/05

JAEA-Research-2009-006.pdf:19.69MB

液体金属冷却型高速炉の事故後熱除去過程の評価では、崩壊熱を持つデブリベッドの冷却性を適切に評価することが重要となる。デブリベッドの冷却特性は、一般にデブリベッド内での冷却材の対流・沸騰及びデブリベッドの運動挙動に大きく依存する。そこで、本研究では、デブリベッドの運動特性を把握するため、模擬物資を用いた試験により、冷却材の沸騰によって駆動されるセルフレベリング特性に関する基礎的な研究を実施した。本試験では、デブリベッド内でのボイド分布を模擬するため水の減圧沸騰を採用するとともに、燃料デブリの模擬物質としてアルミナ粒子を用いデブリベッドを構成した。さらに、セルフレベリングが生じる条件に関して簡易モデルを提案し、試験結果と比較するとともに、実機条件への外挿性について考察した。また、安全解析コードで用いられている多相流モデルの妥当性を検証するため、デブリベッドの運動挙動にも関連する固液2相流の試験解析を行った。本検証研究では、固体粒子を伴う液柱のスロッシング挙動に関する試験解析を実施し、安全解析コードの基本的な妥当性を確認した。

報告書

我が国の超長期エネルギー需給展望に関する分析; 「2100年原子力ビジョン」のエネルギー需給推計について

立松 研二; 川崎 弘嗣; 根本 正博; 村上 正一

JAEA-Research 2009-007, 46 Pages, 2009/06

JAEA-Research-2009-007.pdf:3.96MB

「2100年原子力ビジョン」は、二酸化炭素排出削減とエネルギー安定供給の両立を実現するための具体的かつ定量的な解決策を示し、われわれの暮らしに密接している、エネルギー環境問題への国民議論を喚起することを目的に公表した。本報告書では、当ビジョンを作成する際の土台となった、我が国の2100年に至るエネルギー需給推計に関する分析作業の詳細を述べる。分析に際して、二酸化炭素排出削減及びエネルギー安定供給を念頭に、最終エネルギー消費量を推計し、そこから一次エネルギー供給量を算出した。その結果、一次エネルギー供給量に占める化石燃料の割合を約1/3に縮小する一方で、再生可能エネルギー及び原子力の割合は現在の15%から70%に拡大するシナリオを得た。2100年における二酸化炭素排出量は現在の10%に削減され、要因別削減量の半分が原子力であることが明らかになった。ここで示した将来のエネルギー需給像は一つのシナリオに過ぎないが、二酸化炭素排出削減とエネルギー安定供給の両立を目指した低炭素社会実現の可能性を示すものである。

報告書

高温ガス炉黒鉛構造物の設計用照射データの内外挿法による拡張; IG-110黒鉛構造物の設計用照射データの評価

國本 英治; 柴田 大受; 島崎 洋祐; 衛藤 基邦*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 丸山 忠司*; 奥 達雄*

JAEA-Research 2009-008, 28 Pages, 2009/06

JAEA-Research-2009-008.pdf:4.6MB

第4世代原子力システムの有力な候補の一つとして、超高温ガス炉(VHTR)が世界的に注目され研究開発が進められている。我が国では、日本原子力研究開発機構の試験研究炉である高温工学試験研究炉(HTTR)が運転中であり、高温ガス炉の実用化に向けた研究開発が進められている。高温ガス炉の炉内には黒鉛構造物が使用されるが、実用炉における使用条件はHTTRに比べてはるかに厳しいため、十分な照射データベースが整備されていない場合には照射データの拡充が必要である。一方、既存の照射データを活用し、合理的な内外挿方法を用いれば必要なデータベースを確保することができる。本報告書はHTTRで実績があり、VHTR用の主要銘柄であるIG-110黒鉛を対象に、寸法,熱伝導率,縦弾性係数,強度,熱膨張係数の照射効果と定常照射クリープ係数について、合理的な内外挿方法を示したものである。内外挿にあたっては、他銘柄の黒鉛の照射データを活用し、汎用的な方法を導出した。その結果、世界に先駆けてIG-110黒鉛の照射特性をVHTRの使用条件まで拡張することができ、設計に必要な図表を得ることができた。

報告書

液体窒素循環冷却装置の導入とマルチ結晶分光器への改造

塩飽 秀啓; 三井 隆也; 戸澤 一清*

JAEA-Research 2009-009, 60 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-009.pdf:26.27MB

BL11XU/SPring-8(原子力機構・専用ビームライン)では、ビームライン高度化の一環として、分光器に液体窒素循環冷却装置を導入するとともに、マルチ結晶交換システムを開発した。液体窒素冷却方法は、シリコン単結晶を液体窒素温度付近まで冷却することによって、シリコンの線膨張係数が小さくなり、また熱伝導率が大きくなる特性を利用するものである。BL11XUの研究のために、6-70keVの範囲で高輝度X線を得るためには、使用エネルギーによってSi(111)結晶とSi(311)結晶を使い分けるマルチ結晶交換システムを開発した。液体窒素循環による結晶の振動防止と液体窒素循環によるステージの過冷却防止措置も組み込んだ。その結果、これまで使用してきた人工合成ダイヤモンド結晶と比較して、14.4keVではおよそ7.4倍の強度を得ることができた。さらに、結晶交換と調整を、わずか5分以内で行うことができ、必要に応じていつでも結晶交換が可能となった。このマルチ結晶交換システムは上記の結晶だけではなく、色々な結晶にも応用でき大変有効である。

報告書

Development of common user data model for APOLLO3 and MARBLE and application to benchmark problems

横山 賢治

JAEA-Research 2009-010, 42 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-010.pdf:9.55MB

APOLLO3コードシステム及びMARBLEコードシステムのベンチマーク解析を目的とした共用ユーザデータモデル(Common User Data Model: CUDM)を開発した。CUDMは3次元デカルト(3-D XYZ)座標系で定義された炉心計算ベンチマーク問題を対象としている。このCUDMをベースとしてベンチマーク解析システムのプロトタイプ(CUDM-benchmark)を開発した。CUDMの適用性を評価するために、CUDM-benchmarkをT. Takeda, G. Chiba, I. Zmijarevicらによって提案されたベンチマーク問題に適用した。さらに、CUDM-benchmarkを使ってChibaベンチマーク問題に対してより詳細なベンチマーク解析を行った。この結果として、IDTソルバーとSNTソルバーはモンテカルロコードで得られた参照解とよく一致することがわかった。加えて、求積セット, $$S_n$$次数,メッシュサイズ等の違いからくるモデル効果を系統的に評価した。

報告書

CET performance at ROSA/LSTF tests; Twelve tests with core heat-up

鈴木 光弘; 中村 秀夫

JAEA-Research 2009-011, 155 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-011.pdf:31.62MB

本報は、ROSA/LSTFで実施した12実験の炉心出口温度計(CET)特性をまとめたものであるが、これには10件の小破断冷却材喪失事故(SBLOCA)模擬実験と2件の異常過渡模擬実験を含み、既に検討されたOECD/NEA ROSAプロジェクト実験6-1の結果に対する追加資料として作成したものである。すなわちこの内容は、PWRアクシデントマネジメント策にCETを利用するうえで必要な知識基盤を再検討し統合するため、2008年4月に新たに設置されたOECD/NEA WGAMAのタスクグループに対して準備され、提出された。これらの実験は、破断サイズや位置,1次系圧力,炉心出力,リフラックス水流下の有無及び運転員操作等の広範囲の実験条件を含む。各々の実験について炉心温度履歴に対応するCET温度特性を調べ、時間遅れや温度上昇の緩慢さに焦点を当てたCETの一般特性をまとめた。

報告書

中性子輸送計算システムCBGによる小林ベンチマーク問題の計算

千葉 豪

JAEA-Research 2009-012, 43 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-012.pdf:7.79MB

中性子輸送計算コードシステムCBGの中性子遮蔽問題への適用性を評価するため、遮蔽計算を想定して作成された中性子輸送ベンチマーク問題をCBGを用いて計算した。遮蔽体領域が完全吸収媒質の問題において、次数に上限がない角度求積セットを用いた場合では、適切な次数を設定することにより中性子束について参照解を20%以内で再現することを示した。また、遮蔽体領域が50%散乱の問題において、次数を詳細化したTri_DP$$_N$$T$$_N$$セットを用いることにより、中性子束について参照解を10%以内で再現することを示した。また、計算を効率化するための多段階Sn法を提案し、それを適用することで計算精度を保ちつつ計算時間を4分の1程度まで短縮することを示した。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分施設への低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,2; 低アルカリ性セメントに関する既往の知見の整理と基礎物性の把握(共同研究)

小林 保之; 山田 勉; 内藤 守正; 油井 三和; 中山 雅; 佐藤 治夫; 西田 孝弘*; 廣永 道彦*; 山本 武志*; 杉山 大輔*; et al.

JAEA-Research 2009-013, 70 Pages, 2009/06

JAEA-Research-2009-013.pdf:8.85MB

高レベル放射性廃棄物処分施設では、施設の建設及び操業中の安全性や作業性確保のため、支保工やグラウト等にセメント系材料を使用することが想定されている。低アルカリ性セメントは、処分システムの長期挙動評価において、高アルカリ性に起因する不確実性を低減させることを目的に開発されているものである。本報告では、既報「高レベル放射性廃棄物処分施設への低アルカリ性セメントの適用性に関する研究(その1)」にて整理したセメント系材料の要求機能をもとに、国内外で開発されている各種低アルカリ性セメント及びコンクリートの諸物性に関する評価の現状調査,適用部位を考慮した低アルカリ性コンクリートの配合検討を行い、今後の課題を抽出した。その結果、初期物性,硬化体物性について各種低アルカリ性セメントは普通ポルトランドセメントとほぼ同等であり、耐溶出性に優れていることが確認された。配合検討では、原子力機構にて開発したHFSCは適切な配合を選定することで、吹付け及び覆工コンクリートへ適用可能との見通しが得られた。今後の課題としては、地下水組成が水和物の溶出特性に与える影響の解明,硬化体からの浸出水のpHの測定方法の精査,鉄筋など鋼材を用いた場合の腐食挙動の評価等が挙げられた。

報告書

分配モデルを用いたRaの核種移行評価

吉田 泰*; 吉川 英樹

JAEA-Research 2009-014, 18 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-014.pdf:1.06MB

RaとCa交換反応を定量的に評価するために、元素分配係数を用いた分配モデルが構築された。分配モデルとは、この元素分配係数を用い、固液のRa量を算出するものである。分配モデルによりRaの固液の存在量を評価するには、方解石表面の反応に寄与する層の数を知る必要がある。この層数が方解石を用いた元素の交換実験により21$$pm$$13層と評価されている。この反応層数を用いた分配モデルにより、2000年レポートで設定されている間隙水条件に対して分配係数(Kcp)を算出するとともに、4n+2系列核種の緩衝材外側境界面,岩盤100m地点及び断層800m地点における核種移行率について計算を行った。各間隙水に対するRa交換反応を評価した分配係数は、Raのベントナイトに対して得られた分配係数(Kd)より小さい値となった。Raのベントナイトに対する分配係数はすべての取り込み反応の影響を反映しており、したがって、Kd$$>$$Kcpは妥当な結果であると考えられる。$$^{226}$$Raの核種移行パラメータに分配モデルを考慮した場合、濃度上限を設定する溶解度を考慮しないことと同じとなり、また、$$^{226}$$Raの半減期が1600年と短いことから、放射平衡による親化学種の影響を受ける傾向を示すようになる。

報告書

ホウ素中性子捕捉療法のためのICP発光分光分析法による血液中ホウ素濃度分析

堀口 洋徳; 山本 和喜; 岸 敏明; 大竹 真一*; 熊田 博明*

JAEA-Research 2009-015, 38 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-015.pdf:7.61MB

研究炉JRR-4では、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の臨床研究を行っている。その症例数は、悪性脳腫瘍だけでなく頭頸部癌や皮膚癌に対する適用の拡大により増加しており、1日に多数のBNCTを効率よく行うことが要求されている。BNCTは、患者に投与されたホウ素化合物中のホウ素($$^{10}$$B)と熱中性子との捕獲反応を利用しており、患者に付与する線量を決定するためには、血液中のホウ素濃度の測定が重要となる。現在は、即発$$gamma$$線分析(PGA)が血液中のホウ素濃度測定に用いられているが、原子炉を用いたPGAでは、1日に3回以上のBNCTに対応することができない。原子炉の運転に依存しない高精度な測定が必要であり、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES)を用いた測定法の検討を行った。ICP-AESのホウ素標準試料にBSHを用いることにより、複雑な前処理を必要としない、安定した測定が可能となった。PGAを基準として求めた補正係数を用いることにより、目標精度である5%を満足した。これにより、1日に多数のBNCTに対応できる迅速な血液中のホウ素濃度測定法を確立した。

報告書

地層処分施設における多連設坑道の設計手法に関する検討,2

林 克彦; 小林 保之; 平本 正行*; 水谷 和彦*; 森田 篤*

JAEA-Research 2009-016, 127 Pages, 2009/08

JAEA-Research-2009-016.pdf:5.23MB

本検討では「FEM弾塑性解析手法の信頼性向上に関する検討」として、平成19年度に課題として挙げた「多連設坑道モデルでの適切な解析領域の設定」と「簡略化モデルにおけるピラー全幅が塑性化した場合のFEM弾塑性解析の留意点」について検討した。また、「坑道の安定性向上に関する検討」として「支保工及び補助工法による塑性領域抑制効果」についても検討した。その結果、FEM弾塑性解析における多連設坑道モデルの解析領域は、側方領域3W$$sim$$5W(Wは坑道群幅)、底面領域は3W$$sim$$4W程度が適切であることが判明した。ピラーで塑性領域が干渉し合うような場合には、ピラーに作用する荷重を適切に評価できないことが判明した。このため、ピラー全域が塑性化するようなことがないように坑道間隔を十分に取る必要があると考えられた。また、支保工効果については、支保工の設置時期,剛性により塑性領域抑制効果が異なることを確認した。ピラーの力学特性改良を目的とした補助工法は、塑性領域の抑制効果が大きいことを確認した。

報告書

高速炉冷却系配管における流れの剥離現象に関する基礎研究; 高レイノルズ数領域におけるマルチエルボ内複雑流動構造の解明(先行基礎工学研究に関する平成19年度共同研究報告書)

結城 和久*; 橋爪 秀利*; 中西 繁之*; 相澤 康介; 山野 秀将

JAEA-Research 2009-017, 55 Pages, 2009/08

JAEA-Research-2009-017.pdf:16.5MB

東北大学では、コールドレグ配管で発生する非定常流動メカニズムを明らかにし、さらにスケール効果を調べるため、実機の1/15縮尺試験と1/7縮尺試験が実施される。1/15縮尺試験については、平成19年度は2段エルボ体系で試験を行った。Re数は43000であり、エルボへの流入条件は完全発達乱流である。まず、全体的な流動構造として、第1エルボの内側で剥離が発生し、第2エルボでは1つの旋回流が形成されることが確認された。また、第1エルボ剥離域の終端部近傍で発生した非定常な流動が成長しながら下流方向に輸送され、第2エルボの管中央部に流入していることを指摘した。一方、1/7試験装置は作動流体が水であり、平成19年度は大流量条件を達成するための試験装置の設計と各コンポーネントの製作を実施した。原子力機構では、実機設計の成立性評価に向けて解析評価手法の開発を進めている。平成19年度は商用熱流動解析コードFLUENTを用いて1/15縮尺流動試験解析を実施し、可視化試験結果と流速分布の傾向はおおむね一致していることが示された。

報告書

Fundamental study on flow characteristics of disrupted core pool at a low energy level (Joint research)

守田 幸路*; Ryu, P.*; 松元 達也*; 福田 研二*; 飛田 吉春; 山野 秀将; 佐藤 一憲

JAEA-Research 2009-018, 52 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-018.pdf:46.46MB

液体金属高速炉の低エネルギー損傷炉心における炉心物質の流動性をモデル化するため、固体粒子が支配的な多相流の運動挙動について研究を行った。ダム堰崩壊実験及び気泡可視化実験の2つのシリーズの実験を行うとともに、実験の数値シミュレーションにより高速炉安全解析コードSIMMER-IIIの流体力学モデルについて検証した。実験解析から、SIMMER-IIIは粒子ジャミングモデルのモデルパラメータの調整によって固体粒子間の相互作用の多相流挙動への影響をある程度模擬できることがわかった。広範な流れ条件において固体粒子間の相互作用を適切に表すためには、より一般化されたモデルを用いてSIMMER-IIIを改良する必要がある。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 平野 享; 松井 裕哉

JAEA-Research 2009-020, 36 Pages, 2009/08

JAEA-Research-2009-020.pdf:9.18MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分では長期にわたる坑道の安定性評価が必要となる。そこで岩盤の長期挙動を予測評価する手法の研究を行ってきた。本報告書は、平成20年度の研究成果をとりまとめたものである。第1章では研究と背景を概括した。第2章では田下凝灰岩の長期クリープ試験結果について報告した。試験結果は、クリープ歪はわずかずつであるが連続して増え、一方、クリープ歪速度は経過時間の-0.9乗に比例して減少することが示された。これらの挙動は、短期クリープ試験で把握される一次クリープと類似のものであった。第3章では、一般化応力緩和試験を行うための制御プログラムを拡張し、これまで実施できなかった条件での一般化応力緩和試験を土岐花崗岩に対して行い、既に得られている土岐花崗岩の時間依存性挙動モデルのパラメータが、新たな条件でも妥当な値であることを確認した。第4章では、時間依存性挙動モデル(拡張コンプライアンス可変型構成方程式)のパラメータ取得方法を総括した。パラメータ取得における問題点とパラメータの信頼性向上の考え方、さらに、工学的な応用に必要と考えられる時間依存性挙動を踏まえた岩盤分類の概念を示した。

報告書

1/1.8縮尺液面部分モデルによる原子炉容器内ガス巻込み特性の評価; 原子炉起動時を対象とした低液位ガス巻込み特性の評価

江連 俊樹; 木村 暢之; 飛田 昭; 宮越 博幸; 上出 英樹

JAEA-Research 2009-021, 44 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-021.pdf:22.4MB

高速炉サイクル実用化研究開発において、炉容器をコンパクト化したナトリウム冷却高速炉の開発を行っている。コンパクト化の結果、炉容器自由液面からのカバーガスの巻込み(ガス巻込み)が発生する可能性があり、その抑制が重要課題となっている。これまでの研究では、1/1.8縮尺の部分セクターモデル試験装置(部分モデル試験装置)により、設計妥当性を確認する試験を実施し、原子炉定格運転条件ではガス巻込みが抑制される見通しが得られている。一方で、原子炉起動時及び停止操作時にはナトリウム液位が低い条件での運転が想定され、これらの条件においてもガス巻込みが抑制可能か確認する必要がある。本研究では、実機起動時及び停止時に想定される低液位の運転条件を対象としたガス巻込み評価を行った。部分モデル試験装置を用いて、実機起動時運転相当条件を含めた低液位条件下でのガス巻込み発生条件を定量化し、D/Pを2重化することにより発生を防止できることを確認した。

報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成19年度

草野 友宏; 野原 壯; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 花室 孝広; 齋藤 龍郎; 安江 健一; 丹羽 正和; 島田 耕史; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2009-022, 47 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-022.pdf:48.94MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸に位置する欧米諸国に比べて、地震や火山活動等が活発である。地層処分においては、まず安定な地質環境を選んだうえで、そこに適切な多重バリアシステムを構築することが、安全確保の基本的な考え方である。このため、地質環境の長期安定性に関する研究においては、地層処分の場としての地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある地震・断層活動,火山活動,隆起・侵食,気候・海水準変動等の天然現象に着目して、それらの有無や程度が文献から明らかでない場合に適用する調査技術や、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・解析手法にかかわる研究開発を進めている。平成19年度においては、我が国の地質環境において地層処分システムの成立性に重大な影響を及ぼす現象の存在や、過去の変動の履歴を確認するための調査技術として、以下の項目について調査・研究を行った。地震・断層活動については、破砕帯の分布,活動履歴,活動性の調査技術の整備を行った。火山活動については、熱履歴や地下深部のマグマ・高温流体などを調査する技術の開発を行った。隆起・侵食/気候・海水準変動については、河成段丘を用いた隆起速度を調査する技術,地形変化をモデル化する技術,地殻変動や気候変動を考慮した地下水流動解析手法などの開発を行った。

報告書

加速器駆動未臨界システム用加速器における許容ビームトリップ頻度の評価と現状との比較

武井 早憲; 西原 健司; 辻本 和文; 古川 和朗*; 矢野 喜治*; 小川 雄二郎*; 大井川 宏之

JAEA-Research 2009-023, 114 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-023.pdf:8.86MB

大強度陽子ビームなどを加速する加速器では、経験的にビームトリップ事象が頻繁に発生することが知られており、加速器駆動未臨界システム(ADS)の構造物に熱疲労損傷を生じる可能性がある。このビームトリップ事象がADS未臨界炉部に与える影響を調べるため、熱過渡解析を実施した。その結果、許容ビームトリップ頻度はビームトリップ時間に依存し、年間$$50sim2times10^{4}$$回となった。次に、ADS用大強度加速器で生じるビームトリップ頻度を減らす方法を検討するため、許容ビームトリップ頻度と現状の加速器運転データから推定されるビームトリップ頻度を比較した。その結果、現状の加速器の技術レベルにおいても、既に停止時間が10秒以下のビームトリップ頻度は許容値を満足していた。また、停止時間が5分を超えるビームトリップ頻度は、熱応力条件を満足するために、30分の1程度に減少させれば良いことがわかった。

報告書

加速器駆動未臨界システムの安全性検討;異常事象の検討と事故事象の安全解析

菅原 隆徳; 西原 健司; 辻本 和文; 倉田 有司; 大井川 宏之

JAEA-Research 2009-024, 83 Pages, 2009/09

JAEA-Research-2009-024.pdf:21.99MB

加速器駆動未臨界システム(ADS)は、未臨界状態で外部中性子源により運転されることから、一般的な臨界炉に比べて安全性が高いとされている。本検討では、ADSで起こりうる異常な事象を系統的に整理し、炉心損傷の可能性が考えられる事象について詳細な安全解析を実施することで、ADSが炉心損傷事故の可能性を包含していないかどうか検討した。レベル1 PSAの結果に基づいて異常な事象を整理し、その結果を踏まえて安全解析を行った結果、対象としたすべての事象で炉心損傷は起こらず、再臨界事故も起こらない結果が得られた。基準外事象においては、クリープ破断による炉心損傷の可能性が考えられるものの、その発生頻度は極めて低く、対象としたADSは炉心損傷及び損傷に伴う再臨界の可能性が非常に低いシステムであるといえる。

報告書

金属燃料高速炉の炉心・燃料設計に関する研究,3; 2007-2008年度共同研究報告書

岡野 靖; 小林 登*; 小川 隆; 大木 繁夫; 永沼 正行; 大久保 努; 水野 朋保; 尾形 孝成*; 植田 伸幸*; 西村 聡*

JAEA-Research 2009-025, 105 Pages, 2009/10

JAEA-Research-2009-025.pdf:10.45MB

ナトリウム冷却金属燃料炉心はMOX燃料炉心に比較して、重金属密度が高く、そのため中性子スペクトルが硬く、中性子経済が良好であるという特性を持っている。これらの特性を活かした金属燃料炉心の設計を目指し、金属燃料仕様を幅広く検討し、ナトリウムボイド反応度や炉心圧損などの設計条件を柔軟に持たせて、高増殖,コンパクト,低インベントリ,低ボイド反応度などの種々の炉心概念を検討することを目的として、電力中央研究所と日本原子力研究開発機構との共同研究「金属燃料高速炉の炉心燃料設計に関する研究(3)」を平成19年度$$sim$$平成20年度にかけて実施することとなった。本報では本共同研究の成果として、(1)金属燃料仕様の設計範囲に関する検討,(2)高増殖炉心の設計検討,(3)高速増殖炉サイクル実用化研究で設計された金属燃料炉心の安全性に関する検討について実施した結果を示す。

報告書

コンパクト化したナトリウム冷却炉の温度成層化現象に関する実験研究; 切込みつきUISの影響と温度勾配緩和方策

木村 暢之; 林 謙二; 飛田 昭; 上出 英樹; 三宅 康洋*

JAEA-Research 2009-026, 160 Pages, 2009/10

JAEA-Research-2009-026.pdf:15.97MB

ナトリウム炉の炉容器をコンパクト化するため、コラム型の切込みつき炉心上部機構(UIS)を採用した。原子炉スクラム時には、炉上部プレナムの下層に低温のナトリウムが偏在する温度成層化現象が発生する。上述のUIS構造では、UISの内部を炉心からの冷却材が通過するとともに、UIS切込みにより非対称で局所的に速い流れが生じることから、本構造が温度成層化現象に与える影響を評価しておく必要がある。そこで、1/10縮尺炉容器上部プレナム試験装置を用いて、UIS切込みの影響評価を行うとともに、原子炉スクラム後の炉心出口流量,温度、及び構造形状をパラメータとした試験を実施し、温度成層化現象への影響を評価した。Ri数を実機と同程度とした基本条件において、UIS切込みを通過する流れが成層界面に衝突し、界面下部を剥ぎ取るため、成層界面を通る鉛直方向温度勾配が他の領域に比べ急峻になることがわかった。また、スクラム後の炉心出口流速、スクラム前後の温度差が成層界面高さや厚さ、及び上昇速度に与える影響を明らかにした。また、炉内構造物の形状をパラメータとした試験により、成層界面の温度変動を低減させる方策を検討した。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための理論的研究(委託研究)

市川 康明*; Choi, J. H.*; 平野 享; 松井 裕哉

JAEA-Research 2009-027, 48 Pages, 2009/10

JAEA-Research-2009-027.pdf:3.75MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分では長期に渡る坑道の安定性評価が必要となる。そこで岩盤の長期挙動を予測評価する手法の研究を行ってきた。本報告書は、平成20年度の研究成果をとりまとめたものである。第1章では研究内容と背景を概括した。第2章では、結晶質岩石の微視レベルの破壊機構に深くかかわる各鉱物の圧縮応力下の化学反応による溶解現象を確認するため、石英単結晶供試体を用いた圧縮試験を試み、溶解及び再沈殿した石英表面の形状を共焦点レーザー走査型顕微鏡で観察し、各種条件下での溶解速度を算定した。なお、本試験はpH調整済の閉鎖溶液中と、pH調整済の溶液が流下する開放溶液中での2種類を実施した。次に、花崗岩の長期挙動として認められるクリープ現象や応力緩和現象の原因が微視的な亀裂伝播であることは明らかであるが、微視的な亀裂の伝播の基本メカニズムは不明である。そこで第3章では、第2章で扱った現象と同様の力学・化学連成現象が、ケイ酸塩鉱物中に存在する微視的な亀裂の先端の応力集中により起こるものと考え、これを踏まえて巨視的現象のメカニズムを解析するための理論を展開した。

報告書

ウラン廃棄物の余裕深度処分概念の検討,5

中谷 隆良; 石戸谷 公英; 船橋 英之; 佐々木 良一*; 黒沢 満*

JAEA-Research 2009-028, 47 Pages, 2009/10

JAEA-Research-2009-028.pdf:13.29MB

本検討は、「低レベル放射性廃棄物埋設に関する安全規制の基本的考え方(中間報告)」(平成19年7月、原子力安全委員会)に示された3区分のシナリオ分類のうち、「変動シナリオ」について検討し、予察的な被ばく線量評価を実施したものである。評価モデルを構築するにあたり、「評価シナリオ」及び「変動パラメータ」は、将来起こると予見される事象である"気候変動及び造構運動に伴う処分システムの物理的・化学的変化"を、"核種の処分施設からの放出係数","天然バリアの分配係数","地下水流速"及び"移行経路の距離"に単純化して整理し、設定した。この結果、最大被ばく線量は、対象としたすべての評価ケースにおいて、変動シナリオの「めやす(参考とする)値」である300$$mu$$Sv/yを下回ることを確認した。

報告書

レーザーブレークダウン発光分光法によるウランスペクトルの測定(受託研究)

赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 大場 正規; 宮部 昌文; 音部 治幹; 若井田 育夫

JAEA-Research 2009-029, 49 Pages, 2009/10

JAEA-Research-2009-029.pdf:4.33MB

核燃料物質中に含まれる不純物の分析にレーザーブレークダウン発光分析法を適用するために、母材であり、複雑で密度の高い発光スペクトルを示す天然ウランのブレークダウンスペクトルを測定し、250nm$$sim$$750nmのスペクトルの全容を明らかにした。測定したスペクトルの中から、ブレークダウン分光分析に利用可能と考えられる代表的な単独スペクトルとして、原子スペクトル165本,一価のイオンスペクトル381本を抽出し、スペクトル強度と波長の較正を行った。さらに、これらのスペクトルの同定を行い、エネルギー準位,振動子強度,遷移確率等を明らかにし、ウランのスペクトル中に混在して現れる不純物のスペクトルを分別評価するために不可欠な基礎データとしてまとめた。

報告書

Benchmark calculation of APOLLO2 and SLAROM-UF in a fast reactor lattice

羽様 平

JAEA-Research 2009-030, 61 Pages, 2009/10

JAEA-Research-2009-030.pdf:6.68MB

格子計算コードAPOLLO2とSLAROM-UFの性能比較を高速炉燃料の無限ピンセル体系について実施した。参照解レベルの計算では、両コードによる無限増倍率計算結果は、連続エネルギーモンテカルロ計算による参照値と50pcm以内で一致した。しかしながら、反応率については反応の種類やエネルギー範囲によって有意な誤差が現れた。両コードに共通する問題点としては$$^{239}$$Puの非分離共鳴領域での誤差が挙げられる。第2の参照解レベルの計算としてエネルギー群数を欧州の解析システムで使用されているECCO1968群に統一した計算を両コードで実施した。無限増倍率の参照値からの差異は100pcm以内であり、重核種の断面積に数%の誤差が現れる。標準レベルの計算では、各コード標準のライブラリを用いた場合に加え、ライブラリの作成方法をAPOLLO2の手法に統一した場合も評価した。同一手法のライブラリを用いた場合、無限増倍率の参照値からの差異は両コードともに300pcm以上となった。SLAROM-UFの標準ライブラリを使用した場合は、標準レベルの計算の中では最も精度がよい。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤力学に関する調査研究); MIZ-1号孔における岩盤力学調査

平野 享; 中間 茂雄; 山田 淳夫*; 瀬野 康弘*; 佐藤 稔紀*

JAEA-Research 2009-031, 58 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-031.pdf:17.43MB

超深地層研究所計画の地上からの調査予測研究段階では深層ボーリング孔(MIZ-1号孔)による岩盤力学的な深部地質環境の把握とそれに基づく地質環境モデルの構築が課題の一つである。本報告書は2004年度に行ったMIZ-1号孔における岩盤力学調査の結果をとりまとめたものである。ボーリングコアを用いた室内試験では見かけ比重=2.62,一軸圧縮強度=173MPa等を示し、研究所用地の土岐花崗岩が正馬様用地の土岐花崗岩と似ていることを示した。また、ボーリングコアを用いた初期応力測定ではボーリング時の応力解放ひずみが微小のためDSCAを除いて信頼できる結果が得られなかった。DSCAの結果と水圧破砕法による初期応力測定では最大主応力がおおむね水平でNW-SE方向にあると示された。水平面内の主応力と鉛直応力の大小関係を比較すると、おおむね深度400mより浅いところでは逆断層型、深度600mより深いところでは正断層・横ずれ断層型の環境であった。以上を踏まえて、既往の地質構造モデルを基本に本調査の結果を解釈した地質構造モデルを作成した。

報告書

幌延深地層研究計画; 平成20年度調査研究成果報告

中山 雅; 佐野 満昭; 真田 祐幸; 杉田 裕

JAEA-Research 2009-032, 68 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-032.pdf:30.99MB

幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」,「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」,「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施しており、平成20年度は第2段階の4年目にあたる。平成20年度は、「幌延深地層研究計画平成20年度調査研究計画」に従って、「地層科学研究」では、地質環境調査技術開発,地質環境モニタリング技術開発,深地層における工学的技術の基礎の開発,地質環境の長期安定性に関する研究を、「地層処分研究開発」では、人工バリアなどの工学技術の検証,設計手法の適用性確認,安全評価モデルの高度化及び安全評価手法の適用性確認、という研究を実施した。本報告書はそれらを取りまとめたものである。幌延深地層研究計画の成果は、原子力機構における他の研究開発拠点での成果と合わせて一連の地層処分技術として、処分事業や安全規制に適宜反映していく。

報告書

核変換システムの核設計精度検討とMA装荷実験の効果

菅原 隆徳; 佐々 敏信; 大井川 宏之; 辻本 和文; 西原 健司

JAEA-Research 2009-033, 102 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-033.pdf:10.36MB

マイナーアクチノイド(MA)の核変換システムについて、核設計精度の現状の把握とMAを用いた臨界実験の効果を定量的に議論することを目的に、高速炉(FR)と加速器駆動未臨界システム(ADS)について、JENDL-3.3とその共分散データに基づく解析検討を実施した。核設計精度については、MAを大量に含むADSの場合でも目標精度に近い値を与えることがわかった。一方、他の核データライブラリを用いた場合の実効増倍率をJENDL-3.3による値と比べたところ、JENDL-3.3の共分散で求めた核データ起因誤差を大きく超える相違が認められた。したがって、JENDL-3.3の共分散データを用いると、核設計精度を一部、過小評価している可能性があることがわかった。MAを用いた臨界実験の効果については、J-PARC第II期計画で建設が検討されている核変換物理実験施設(TEF-P)での実験を想定し、核データ起因誤差が縮小できるかどうかを検討した。その結果、TEF-PでMA燃料を用い、さまざまな実験を行うことで、核データ起因誤差が減少することを定量的に確認した。また、ボイド反応度やドップラー反応度に対するMA核種の核データに起因する誤差を改善するには、kgオーダーのMAを用いてスペクトル場及び組成を模擬することが重要であることがわかった。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分の安全性の評価; 地層処分システムの不確かさに対する確率論的解析手法の試適用(受託研究)

武田 聖司; 山口 徹治; 長澤 寛和; 渡邊 正敏; 関岡 靖司; 神崎 裕; 佐々木 利久; 落合 透; 宗像 雅広; 田中 忠夫; et al.

JAEA-Research 2009-034, 239 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-034.pdf:33.52MB

地層処分の安全評価では、安全性を評価すべき時間枠が極めて長く、また、評価すべき処分システムの空間スケールが数km以上にわたることによる不確かさの把握が重要である。こうした処分システムの時間的及び空間的広がりに起因した不確かさは、その成因に着目すると、処分システムの構成要素(材料)の本質的な不均質性,構成要素で発生する現象の理解不足や予測の不確かさ,測定手法や工学技術の不完全さなどが考えられる。これらの不確かさは、研究開発の進展によりある程度低減あるいは定量化が可能である。本評価では、これらの不確かさを考慮して、高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全性に関し、決定論的手法及びモンテカルロ法に基づいた確率論的手法を用いた解析を行った。おもに、人工バリアにかかわるシナリオ,モデル及びパラメータの不確かさが被ばく線量評価に与える影響を推定する方法を示し、その不確かさ影響解析を実施するとともに、得られた解析結果から今後も研究課題とすべき重要なモデルやパラメータを抽出した。

報告書

幌延深地層研究計画における低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,2(委託研究)

中山 雅; 小林 保之; 松田 武*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 竹田 宣典*

JAEA-Research 2009-035, 70 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-035.pdf:11.27MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設では、坑道の空洞安定性などの観点から、支保工,覆工などにセメント系材料の使用が想定されている。セメント系材料が、地下水と接触することで地下水のpHが12$$sim$$13程度に上昇することが考えられ、人工バリア材料や天然バリアを変質させ、処分システムの長期性能に影響を及ぼす可能性がある。このような影響を低減することを目的として、原子力機構ではポゾラン反応を利用した低アルカリ性セメント(HFSC)の開発を進めており、幌延深地層研究計画において、HFSCを地下施設建設工事に実際に使用する原位置施工試験を計画している。平成19年度は、HFSC中の鉄筋腐食挙動の評価,HFSCを用いたコンクリート材料のpH低下挙動の把握及びこれまでの知見の整理を実施した。6年間の海洋暴露試験結果からHFSCを用いた鉄筋コンクリートの腐食ひび割れの発生時期を評価した結果、HFSCを用いた鉄筋コンクリートでは鉄筋径を適切に選定することで最大150年程度はひび割れが発生しないことが示唆された。pH低下挙動については、蒸留水への長期浸漬供試体の分析を実施し、pHが緩やかに低下する傾向であることを確認した。また、これまでに得られた知見を整理し、実施工における品質管理手法を取りまとめた。

報告書

幌延深地層研究計画における低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,3(委託研究)

中山 雅; 小林 保之; 野口 聡; 三浦 律彦*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 人見 尚*

JAEA-Research 2009-036, 49 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-036.pdf:20.34MB

幌延深地層研究計画では、坑道の一部において低アルカリ性セメント(HFSC)を用いたコンクリートの施工性確認試験(原位置試験)の実施を計画しており、それまでにHFSCが実工事での施工に耐えうる性能を持つことを確認しておく必要がある。平成20年度は、HFSCを立坑の支保工に適用するための覆工コンクリートとしての配合選定,pH低下挙動の把握及び幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用についての検討を実施した。HFSCを用いた覆工コンクリートの配合選定においては、補強繊維であるポリプロピレン短繊維を使用した場合と使用しない場合について、高強度配合と一般強度配合の合計4種類の配合を検討し、推奨配合を選定した。幌延の地下施設建設においては、型枠の脱型などで36時間での極初期強度が要求されるが、HFSC424と高性能AE減水剤の組合せで、要求性能を満足できることを確認した。pH低下挙動については、HFSC226, 325, 424, 523及び吹付け配合のHFSC424に対して、材齢3年または6年における浸漬水のpHの測定及び固相,液相の組成について分析評価した。その結果、pHは11.3程度であり、緩やかに低下する傾向を示した。幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用については、HFSC424に対して、溶脱試験を実施した。3日ごとの溶液交換を30回繰り返し、固相及び液相の分析を行った。その結果、HFSC424は、OPCに比べ溶脱量が小さく、溶脱範囲は1/4程度に留まる結果を得た。

報告書

高レベル及びTRU廃棄物地層処分の性能評価のためのJAEA熱力学データベース; コバルト及びニッケルの熱力学データ選定

北村 暁; 桐島 陽*; 斉藤 拓巳*; 澁谷 早苗*; 杤山 修*; 油井 三和

JAEA-Research 2009-037, 91 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-037.pdf:4.04MB

高レベル放射性廃棄物及びTRU廃棄物の地層処分の性能評価に用いるための熱力学データベースの整備の一環として、コバルト及びニッケルの熱力学データ選定を実施した。コバルトについては、熱力学データが報告されている文献の調査を広範囲に行うとともに、各化学種の熱力学データの選定のために文献の詳細なレビューを行った。ニッケルについては、経済協力開発機構原子力機関(OECD/NEA)が公開している熱力学データベースの内容を精査したうえで、最新の文献調査を行うとともに、各化学種の熱力学データの選定を行った。地層処分における地下水条件のもとで存在の可能性がある化学種でありながら、これらの調査でそのデータが欠落しているものについては、ニッケルとコバルトは化学挙動が類似していると考えられることを利用して、熱力学データを推定してデータベースの補完を行った。

報告書

広域地下水流動解析モデルの水理パラメータの不確実性評価手法の検討

酒井 隆太郎; 宗像 雅広; 大岡 政雄*; 亀谷 裕志*

JAEA-Research 2009-038, 38 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-038.pdf:8.87MB

放射性廃棄物地層処分の安全評価では、長期にわたる広域地下水流動の評価方法とその不確実性について検討しておくことが重要である。不確実性評価の研究の一環として、本研究では、広域地下水流動解析モデルに重要な水理パラメータである透水係数の不確実性について取り扱った。透水係数の試験結果を左右する要因としては、亀裂,間隙率などの材料特性や動水勾配,水質,温度など試験条件が挙げられ、長期的な地質・地下水環境変化を考慮したモデルでは、隆起・侵食による拘束圧変化からの亀裂の発生、低動水勾配下における動水勾配の変化によって、透水係数が1桁以上変化する可能性があることがわかった。また、海面変化による塩水/淡水交換を模擬した室内透水試験結果から、水質変化によっては、透水係数が初期値の0.6倍程度変化する可能性がある結果を得た。すなわち、長期的な地質・地下水環境の変化モデルでは、透水係数の時間変化を取り込むことで不確実性を軽減できるものと考えられる。

報告書

鉄-ベントナイト反応にかかわる実験的検討; 室温における10年程度の試験後試料の分析結果

笹本 広; 陶山 忠宏

JAEA-Research 2009-039, 22 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-039.pdf:7.94MB

鉄とベントナイト(スメクタイト)の相互作用にかかわる知見を拡充するため、約10年間、室温で、蒸留水を用いて鉄粉とクニピアFを重量比1の条件で静置されていた試験試料を対象に、試験後の固相分析を行い、スメクタイトの変質の有無を調査した。主な結果を以下にまとめる。(1)試験後のベントナイトは、鉄との相互作用に伴い、灰緑色あるいは灰黒色に変色した。また試験溶液のpH, Ehは、試験前に比べて、アルカリ性,還元性に変化した(pH11.5程度,Eh -284mV vs.SHE)。(2)試験後固相(灰緑色及び灰黒色試料)のXRD分析,SEM及びTEM観察の結果、スメクタイトの変質を示唆する傾向は認められず、試験前のNa型スメクタイトが残存していると推定された。(3)これまでに考えられている鉄共存下におけるスメクタイトの変質メカニズムを参照しつつ、今回の分析結果について考察し、スメクタイトに著しい変化が生じなかった要因を検討した。また、試験後溶液の分析結果をもとに、変質生成物の安定性にかかわる熱力学的な検討を試みた。

報告書

下北海域における海洋放射能予測コードの整備

小林 卓也; 外川 織彦; 伊藤 集通; 乙坂 重嘉; 川村 英之; 林 圭佐*; 島 茂樹*; 中山 智治*; 印 貞治*

JAEA-Research 2009-040, 63 Pages, 2009/12

JAEA-Research-2009-040.pdf:12.19MB

使用済燃料再処理施設の平常運転時には、施設から少量の放射性核種が海洋へ計画的に放出される。このため、再処理施設の平常時に海洋へ放出される放射性核種に起因する環境影響を把握することは、施設に対する周辺住民の理解・安心の醸成に貢献するうえで重要なことである。そこで筆者らは、再処理施設から六ヶ所村沖合の下北海域へ放出される放射性核種の移行を予測することを目的として、それまでの日本原子力研究開発機構での研究成果を当該海域に適合させるために、気候値を使用した海水循環予測コードの整備、及び海水中放射性核種移行予測コードの整備を行った。これに併せて、下北海域において沈降粒子特性データを実測し、海水中放射性核種移行予測コードに用いるパラメータを検討した。本報告書は、平成15年度から20年度までに実施した下北沖海域を研究対象海域とした研究成果から、特に重要と思われる成果についてまとめたものである。

報告書

高転換型革新的水冷却炉(HC-FLWR)の使用済燃料特性の検討

深谷 裕司; 中野 佳洋; 大久保 努

JAEA-Research 2009-041, 86 Pages, 2009/12

JAEA-Research-2009-041.pdf:9.52MB

本研究は、新概念の炉型である高転換型革新的水冷却炉(HC-FLWR)の使用済燃料特性を検討することを目的としている。使用済燃料特性の検討結果は、その輸送や再処理等の取扱いにおける安全管理を考えるうえで不可欠である。一般的に、使用済燃料特性の検討には線源評価コードORIGENが広く使われており、本研究においてもORIGENによる解析を行って評価した。また、HC-FLWR用ORIGENライブラリはSWATコード改訂版によって作成した。そして、崩壊熱と放射能について冷却期間が2年と4年の場合について他の炉型に対し比較することにより検討した。その結果、HC-FLWRの使用済燃料のFP核種による崩壊熱と放射能は燃焼度45GWd/tの軽水炉やフルMOX軽水炉と同等であることがわかった。また、アクチニド核種からの崩壊熱・放射能については、Pu装荷量が多いことと軽水炉取り出しの$$^{242}$$Puの多いPu組成を使用条件と想定しているため、他の炉型と比較して大きくなることがわかった。一方、Pu組成の劣化の程度に関しては、HC-FLWRはフルMOX軽水炉よりも硬いスペクトルを持つために、Pu組成の劣化の程度が低いことがわかった。

報告書

Draft of standard for graphite core components in High Temperature Gas-cooled Reactor

柴田 大受; 衛藤 基邦*; 國本 英治*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 奥 達雄*; 丸山 忠司*

JAEA-Research 2009-042, 119 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-042.pdf:26.28MB

高温工学試験研究炉(HTTR)の黒鉛構造物の設計にあたっては日本原子力研究開発機構で独自に定めた黒鉛構造設計方針等が適用されたが、実用高温ガス炉のための標準化した規格体系は整備されていない。そこで著者らは、黒鉛構造物の規格化のために必要な技術的課題を検討し、資料として取りまとめた。その内容は日本原子力学会「高温ガス炉黒鉛構造物規格化のための調査検討」特別専門委員会において議論され、高温ガス炉黒鉛構造物規格原案として取りまとめられた。本規格原案は、黒鉛構造物の安全機能と交換性の観点から、黒鉛構造物を3種類のクラス(クラスA, B及びC)とし、それぞれのクラスの構造物について、設計規格,材料・製品規格,供用期間中検査・維持基準について定めた世界で初めて高温ガス炉黒鉛構造物の規格の考え方を提示したものである。

報告書

水素ガス原位置測定による断層破砕帯調査手法の検討

黒澤 英樹; 石丸 恒存; 島田 耕史; 丹羽 正和; 小坂 英輝*; 斉藤 聡*; 二ノ宮 淳

JAEA-Research 2009-043, 144 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-043-01.pdf:8.09MB
JAEA-Research-2009-043-02.pdf:46.22MB

地震・断層活動は、高レベル放射性廃棄物の地層処分における地質環境の長期安定性を考慮するうえで重要な自然現象の一つである。最近、断層の活動性評価や、断層活動に伴う破断,変形などの影響範囲の把握を目的とした地球化学的調査手法の一つとして、市販の携帯型水素ガス濃度検知器を使って測定する手法が考案された。本研究では、この手法の実用化を図るため、検知器の設置方法や、大気中の水蒸気や測定孔の掘削に伴う擾乱などが測定値に与える影響について検討した。さらに、断層破砕帯における事例研究として、山崎断層帯を対象に広域的な水素ガスの原位置測定を行った。その結果、山崎断層帯沿い及びその延長上にある微小地震密集域に位置する破砕帯や割れ目から高濃度の水素ガスの放出が検知され、一方で、それらから大きく離れた位置にある破砕帯や割れ目からは高濃度の水素ガスの継続的な放出は認められなかった。以上から、本研究で用いた水素ガスの濃度測定法は、地中から放出される水素ガス濃度の原位置測定を広範囲かつ短期間で実施するのに有効な手法であることが確認された。

報告書

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成20年度成果報告(共同研究)

中司 昇; 畑中 耕一郎; 佐藤 治夫; 杉田 裕; 中山 雅; 宮原 重憲; 朝野 英一*; 斉藤 雅彦*; 須山 泰宏*; 林 秀郎*; et al.

JAEA-Research 2009-044, 53 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-044.pdf:9.03MB

経済産業省資源エネルギー庁の委託事業である、「地層処分実規模設備整備事業」は、国民全般の高レベル放射性廃棄物地層処分への理解を深めることを目的に、実規模・実物を基本として(実際の放射性廃棄物は使用しない)、地層処分概念とその工学的な実現性や長期挙動までを実感・体感・理解できる地上設備と深地層研究施設等における地下設備の整備を行うものであり、平成20年度は原子力環境整備促進・資金管理センターが受託した。原子力機構(当時、核燃料サイクル開発機構)と原子力環境整備促進・資金管理センターは、平成17年4月28日に、「放射性廃棄物の処理,処分等の研究開発に関する協力協定書」(以下、「協定書」という)を締結していることから、この協定書に基づき、上記事業を共同で実施するために、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について、共同研究契約を締結した。本報告は、上記の共同研究契約にかかわる平成20年度の成果について述べたものである。具体的成果としては、当該事業の全体計画を策定するとともに、ブロック方式での緩衝材定置試験設備の一部を製作した。また、幌延深地層研究センターの敷地内において、実物大の緩衝材ブロック及びオーバーパックの展示を開始した。

報告書

1次ナトリウム純化系プラギングユニット戻り配管合流部の熱過渡損傷評価

矢田 浩基; 月森 和之; 前田 純一*

JAEA-Research 2009-045, 64 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-045.pdf:10.61MB
JAEA-Research-2009-045(errata).pdf:11.48MB

もんじゅ定格出力運転中において、1次ナトリウム純化系プラギング計電磁ポンプが停止し、1次ナトリウム純化系内のナトリウム流動が停止した場合、原子炉が運転状態のままでプラギング計電磁ポンプを再起動すると、系内に停滞している低温ナトリウムが押し出された後、高温のナトリウムが流入することで配管合流部ミキシングティの構造不連続部に熱過渡による応力が発生する。本件は、プラギング計電磁ポンプがトリップし、その後、原子炉を停止することなく、電磁ポンプを再起動した場合のプラギング計戻り配管合流部ミキシングティ部分の熱過渡解析を実施し、構造不連続部に発生する応力を求め、損傷を概略評価することを目的とする。電磁ポンプトリップ後を初期状態として、再起動後のナトリウムの温度変化を保守的に簡便に仮定して、熱伝導解析を行い、その結果に基づいて応力解析を実施した。解析のパラメータとしては、電磁ポンプ再起動後の流量の多少、ポンプ再起動時の予熱の有無などを考慮し、応力的に厳しい部位について疲労許容繰返し数を評価した。その結果、疲労損傷は高温側と低温側の温度差に大きく依存し、予熱による損傷の緩和効果が大きいこと、また、予熱を考慮しない最も厳しいケースでも今回の保守的な条件設定にもかかわらず、400回以上の熱過渡荷重の繰返しが許容されることがわかった。

報告書

TRU廃棄物の処理・処分技術に関する研究開発; 平成20年度報告

亀井 玄人; 本田 明; 三原 守弘; 小田 治恵; 村上 裕; 増田 賢太; 山口 耕平; 松田 節郎; 市毛 悟; 高橋 邦明; et al.

JAEA-Research 2009-046, 80 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-046.pdf:9.1MB

TRU廃棄物の地層処分研究開発については国の全体基本計画に基づき、併置処分の評価にかかわる信頼性向上,ジェネリックな評価基盤の拡充及び幅広い地質環境に柔軟に対応するための代替技術開発が進められている。原子力機構においても処理,処分の両面で全体基本計画のなかの分担課題に取り組んでいる。本年報は平成20年度のそれらの進捗を記すもので、具体的課題としては、(1)ニアフィールドの構造力学評価(構造力学評価モデルの開発・整備,岩盤クリープモデルの導入及び検証計算,処分施設の長期的な変形挙動解析),(2)性能評価(核種移行データ取得・整備,セメント変質,高アルカリ性環境における緩衝材及び岩盤の長期化学挙動,硝酸塩影響)、及び(3)代替技術(硝酸塩分解技術)である。

報告書

数値解析手法による乾式除染性能評価に関する研究(共同研究)

百武 徹*; 武藤 明徳*; 笹倉 万里子*; 箕輪 弘嗣*; 鈴木 和彦*; 横山 薫; 高橋 信雄; 綱嶋 康倫; 江間 晃; 杉杖 典岳

JAEA-Research 2009-047, 92 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-047.pdf:5.13MB

核燃料施設の廃止措置では、放射性廃棄物の発生量を極力少なくすることや、解体作業時の被曝線量を低減することを目的として、一般的に、系統での除染や解体後の除染が行われている。人形峠環境技術センターでは、おもに、ウラン化合物により金属表面が汚染した機器を対象とした系統除染として「七フッ化ヨウ素(IF$$_{7}$$)を用いた乾式除染」を適用している。「七フッ化ヨウ素を用いた乾式除染」は、金属表面に付着したウラン化合物と七フッ化ヨウ素の化学反応により除染を行う技術であるが、このような、除染ガスを用いた乾式除染技術に関しては、除染の進展メカニズムや除染レベルなどの除染性能に関する基礎研究は、必ずしも十分に行われておらず、これらの研究を実施し、乾式除染技術として一般化することが求められている。このため、本研究では、人形峠環境技術センターで実施している、七フッ化ヨウ素ガスを用いた乾式除染データを活用し、乾式除染の基礎的メカニズムのモデル化を行うことを目的として、数値解析手法による乾式除染性能評価を実施した。

報告書

Die AMEMIYA-Sonde; Theoretischer Hitergrund

Belitz, H. J.*; Althausen, B.*; 上原 和也; 雨宮 宏*

JAEA-Research 2009-048, 21 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-048.pdf:4.87MB

本プローブはトカマク周辺プラズマ(SOL)の正イオンの温度を測定するために開発されたものである。周辺プラズマではイオン温度は通常電子温度より高いのでプローブ前面のプリシースを考慮する必要がなくイオンはプローブに熱速度で到来すると考えてよい。プローブは円筒型で軸は磁場に平行に置くものとする。重要なパラメータはプローブの長さLと半径aの比L/aと半径と($$pi$$/4)$$^{1/2}$$$$<$$$$rho$$$$>$$ ($$<$$$$rho$$$$>$$:イオンの平均ラーマ半径)の比$$kappa$$である。円筒の側面,端面へのイオン電流強度は二重積分で表され$$kappa$$の大きい場合には解析的な表式で表される。2本の異なる長さの円筒電極を磁場に平行に置く時互いの電流差から$$kappa$$が得られそこからイオン温度が決定される。終わりにJFT-2MとTextorトカマクへの幾つかの適用例について示す。

報告書

Momentum transfer during Landau damping and radio frequency current drive

上原 和也

JAEA-Research 2009-049, 11 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-049.pdf:3.64MB

高周波によって駆動される電流駆動はランダウ減衰の過程を通して波から共鳴粒子に運動量が変換されるものと見なすことができる。従来の電流駆動理論は、準線形拡散から、多くの振動を平均したFokker-Planck方程式に基づいて分布関数のずれを求めたもので、運動量変換については触れられていなかった。本論文では、運動量の変換をよく知られたランダウ減衰のモデルによって評価し、電子に働く等価的な力による電子の加速と粒子間の衝突との競合から電流値を定式化した。電流を生じる変形された分布関数も簡単な衝突項を含んだボルツマン方程式から定式化している。

報告書

幌延深地層研究計画におけるひずみ軟化挙動と物性の深度依存性を考慮した三次元立坑逐次掘削解析

真田 祐幸; 松井 裕哉; 小川 豊和*; 木ノ村 幸士*; 青木 智幸*; 山本 卓也*

JAEA-Research 2009-050, 57 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-050.pdf:8.14MB

坑道を掘削したことにより坑道周辺岩盤に生じる掘削影響を把握することは、地層処分における性能評価並びに処分坑道に設置するプラグの設計をするうえで必要不可欠な情報である。幌延深地層研究計画における地上からの調査において、当該地域の珪質岩は坑道掘削時にひずみの局所化による破壊面の形成が起こりうる可能性が高いことや岩盤物性が深度依存性を有することがわかっている。そのため、地下施設の建設時に想定される掘削影響を把握するために、先に示した物性の深度依存性や実際の施工方法を忠実に再現した三次元でのひずみ軟化立坑逐次掘削解析を行った。その結果、声問層と稚内層の境界領域で、ひずみ軟化による坑道周辺に著しい損傷が生じることが推定された。また、坑道掘削に伴う応力変化から諸物性値の変化を推察したところ、遷移帯を除いた稚内層では掘削影響は発生しないが、その他の領域では60cmから120cm程度の掘削影響領域が発生し、その物性変化の程度は弾性波速度で2割,弾性係数で約3割,透水係数で約1オーダーであることがわかった。

報告書

Na冷却高速炉における大口径配管の流力振動評価に関する研究; エルボ下流の流速変動場に対するエルボ曲率の影響

小野 綾子; 木村 暢之; 上出 英樹; 飛田 昭

JAEA-Research 2009-051, 30 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-051.pdf:6.22MB

現在、設計が進められている次世代型ナトリウム冷却高速炉JSFRでは、経済性の観点から、1次冷却系を2ループにする方式が採用されている。そのため、従来型の高速炉よりも1ループあたりの冷却材流量が増加し、ホットレグ配管は内径1270mmに対し、流速が9m/sを超える設計となっている。このときのレイノルズ数は4.2$$times$$10$$^{7}$$となる。さらに、炉容器をコンパクト化するために、ホットレグ配管の一部にショートエルボを採用しており、エルボ部において流動励起振動が発生し、配管系の健全性に影響を与えることがないことを確認する必要性が指摘されている。このような、JSFRの配管系の健全性を検証するために、エルボ部で発生する流動励起振動の発生メカニズムを把握する必要がある。流動励起振動は配管内で発生する圧力変動が加振力になることから、現象把握に向けてエルボを含む配管内の流速変動と圧力変動の関連をつかむことが重要となる。そこで、本研究では、ホットレグ配管の1/8スケールモデルを用いた水流動試験を行った。試験では、ショートエルボ,ロングエルボを用い、速度変動にエルボの曲率比が与える影響について検討した。速度分布測定には、瞬時の2次元速度分布を得ることが可能な粒子画像流速計測法を用いた。2種類のエルボについて、非定常的な二次流れの流況やエルボ腹側の剥離の流況を捉えることに成功し、剥離域の再付着点において配管側面に沿う二次流れが剥離域近傍の流動に作用する構造を明らかにした。

報告書

アブレーションされたランタノイド原子の共鳴吸収分光,2; 酸化セリウムから生成されたプルームの膨脹ダイナミクス(受託研究)

宮部 昌文; 大場 正規; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 若井田 育夫

JAEA-Research 2009-052, 30 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-052.pdf:3.5MB

低除染TRU燃料の非破壊・遠隔分析技術開発における同位体分析条件の最適化を目的として、レーザーアブレーションにより生成したプルームの飛行特性を測定した。酸化セリウム試料をパワー密度0.1GW/cm$$^{2}$$のNd:YAGレーザーの2倍高調波(532nm)でアブレーションし、プルームのフロー速度や膨張速度を共鳴吸収分光法により調べた。鉛直速度の測定には光学的TOF法、水平速度の測定にはドップラー分裂法をそれぞれ用いた。その結果、(1)真空中の原子プルームが鉛直速度3.5km/sの単一成分から成るのに対し、イオンプルームは原子プルームより早く、4.7km/sと9.3km/sの2成分から成ることや,(2)異なる量子状態の粒子でも、これらの各成分の速度はほとんど変わらないこと,(3)水平速度は鉛直速度より約20%遅いこと,(4)希ガス中のプルームの膨張はドラッグモデルに従って減速されること,(5)同位体識別が可能な実験条件(He圧力0.6kPa,経過時間4$$mu$$s)では、膨脹はほぼ停止し電離度も低下すること、などがわかった。

報告書

広域地下水流動研究で掘削されたボーリング孔コアの磁化率測定

長谷川 健

JAEA-Research 2009-053, 29 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-053.pdf:2.88MB

日本原子力研究開発機構では、平成4年度から「高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究」の一つである「地層科学研究」の一環として、広域地下水流動研究を岐阜県土岐市の東濃地科学センターで実施してきた(ボーリング調査等のデータ取得作業は平成16年度末をもって終了している)。広域地下水流動研究は、地下水にかかわる諸現象を理解するための地質構造,地下水の水理及び地球化学などに関する調査研究を実施し、地質構造,地下水の水理及び地球化学的性質を調査・解析・評価する技術を開発することを目的としている。東濃地科学センターでは、センター周辺の約40km四方の領域を対象に空中磁気探査を実施した。通常、磁気探査データを解析・解釈するためには、調査対象地域の岩石の磁化率に関するデータが必要不可欠であることから、広域地下水流動研究で掘削されたボーリング孔コアの磁化率の測定を行った。その結果、土岐花崗岩の磁化率の分布は、鉛直方向にも水平方向にも非常に不均一であり、その差は2桁以上に及ぶことが明らかになった。

報告書

磁気異常の「静穏域」における空中磁気探査の適用例

長谷川 健

JAEA-Research 2009-054, 53 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-054.pdf:8.45MB

日本原子力研究開発機構では、平成4年度から広域地下水流動研究を岐阜県土岐市の東濃地科学センターで実施してきた。広域地下水流動研究は、地下水にかかわる諸現象を理解するための地質構造,地下水の水理及び地球化学などに関する調査研究を実施し、地質構造,地下水の水理及び地球化学的性質を調査・解析・評価する技術を開発することを目的としており、平成9年度にセンター周辺の約40km四方の領域を対象に空中磁気調査を計画・実施した。この調査結果をもとに、航空機の飛行高度の補正に新たな手法を適用しデータの再処理を行うとともに、この調査結果の解釈の一助とするために土岐花崗岩コアの磁化率の測定及びそれに基づいた磁気異常のモデル解析を実施した。その結果、領家帯に代表される磁気異常の「静穏域」においても、低空で高密度な測線を配置することにより、空中磁気調査で岩体の広がりや大きさに関するデータを取得できる可能性があることが示された。また、今回の調査から、土岐花崗岩の一部が磁鉄鉱系花崗岩とチタン鉄鉱系花崗岩の境界付近の磁化率を有していることが明らかになり、土岐花崗岩の高磁化率を有する部分の3次元的分布を明らかにすることができた。これらの結果より、東濃地域に代表されるような「磁気の静穏帯」においても、地質構造調査手法の一つとして空中磁気調査が有効な手段であることが確認できた。

報告書

深部地質環境の調査解析技術の体系化に関する研究; 平成20年度(委託研究)

小島 圭二*; 大西 有三*; 渡辺 邦夫*; 西垣 誠*; 登坂 博行*; 嶋田 純*; 青木 謙治*; 杤山 修*; 吉田 英一*; 尾方 伸久; et al.

JAEA-Research 2009-055, 145 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-055.pdf:55.53MB

本研究では、地表から地下深部にいたる地質環境を把握するための調査・解析技術の体系化を目標に、(1)「第2次取りまとめに基づく深部地質環境の調査・解析技術の実用化に向けた課題に関する研究」,(2)「調査・解析手法の高度化・体系化に関する研究」を実施して次のような成果を得た。(1)に関しては、今年度は特に処分技術,地質環境の分野の課題について、具体的な試験・調査と計測・解析を実施した。また、その成果を踏まえて、安全評価の分野も加えた中間分野の研究課題を抽出し、ニアフィールド(NF)コンセプトの再構築に関する具体的な項目を検討した。(2)に関しては、日本原子力研究開発機構の調査研究計画の中から抽出された課題に基づき、調査・解析の高度化・実用化の研究開発の観点から、従来から実施している基礎的な要素技術の研究・開発の成果を取り込み、より具体的な現場の技術課題に資する研究を実施して、実用化に向けた研究・開発をより進展させた。また、これらの調査研究の進展とあわせて、今年度は、平成21年度に予定されている本委員会が実施してきた研究開発の「総括報告書の取りまとめ」の方向性について検討した。

報告書

地層処分施設における多連設坑道の設計手法に関する検討,3

林 克彦; 岸 裕和; 小林 保之*; 武部 篤治*; 藤山 哲雄*; 平本 正行*; 水谷 和彦*; 森田 篤*

JAEA-Research 2009-056, 86 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-056.pdf:9.96MB

地層処分施設における多連設坑道設計の詳細化・実用化を図ることを目的として、数値解析に用いる構成則の影響に関する解析的検討、及び3次元モデルによる応力解放率に関する解析的検討を実施した。これらの解析的検討を通じて、多連設坑道の詳細設計時には、対象岩盤がひずみ軟化挙動を示すかどうかを確認し、解析に用いる構成則を適切に選定することが重要であること、及び2次元解析時において、坑道ごとに異なる応力解放率を設定する必要はなく、すべての坑道に対して同値の応力解放率を設定してよいことの2点を結論付けた。

報告書

ROSA-V/LSTF vessel top head LOCA tests SB-PV-07 and SB-PV-08 with break sizes of 1.0 and 0.1% and operator recovery actions for core cooling

鈴木 光弘; 竹田 武司; 中村 秀夫

JAEA-Research 2009-057, 188 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-057.pdf:16.46MB

加圧水型原子炉(PWR)頂部の小破断冷却材喪失事故を模擬し、高圧注入系(HPI)不作動時のアクシデントマネジメント策の効果を調べるため、ROSA-V計画の大型非定常試験装置を用いて一連の破断サイズパラメータ実験(SB-PV-07, SB-PV-08)を実施した。本報では、破断サイズ1.0$$sim$$0.1%(コールドレグ破断相当)における頂部破断LOCA事象の特徴的現象、すなわち破断口蒸気流出と頂部水位の関係,1次系保有水量と炉心露出の関係,炉心過熱を検出する炉心出口温度計(CET)の特性及び炉心と出口部の3次元蒸気流れ等を明らかにした。炉心ボイルオフ過程で623KへのCET温度上昇により開始した1.0%破断実験のHPI回復操作と、0.1%破断実験の蒸気発生器減圧操作とは、ともに炉心冷却を直ちに回復する効果を示した。

報告書

岩石の強度回復特性・一般化応力緩和挙動に関する研究,3

林 克彦; 岸 裕和; 小林 保之*; 武部 篤治*; 大久保 誠介*

JAEA-Research 2009-058, 106 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-058.pdf:18.82MB

本研究では、昨年に引続き今後の定量化に向け、「強度回復特性」「一般応力緩和挙動」「引張特性」について、稚内層硬質頁岩のコア試料をもとに実験的な検討を行い、データの蓄積と分析を行った。その結果、強度回復特性については時間依存性があることがわかった。一般化応力緩和挙動については排水条件が挙動に影響していることが判明した。さらに引張特性については一軸引張応力下での完全応力-歪曲線の取得に成功し、わずかではあるが、残留強度を示すことを確認した。また、本年度得られた一軸引張強度はこれまでに得られた圧裂引張強度の最小値と同程度であった。

報告書

幌延地下水を用いたベントナイト-地下水反応試験; バッチ試験の結果とモデル化

磯貝 武司*; 笹本 広

JAEA-Research 2009-059, 28 Pages, 2010/02

JAEA-Research-2009-059.pdf:5.47MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価において、緩衝材中の間隙水化学は、核種の移行挙動やオーバーパックの腐食挙動を評価するうえで重要である。本報では、間隙水化学モデルの実際の地質環境を対象とした適用性検討の一環として、幌延における深地層の研究施設計画で得られた地下水を用いたベントナイト-水反応試験を行い、データを取得した。また、第2次取りまとめで用いられた化学平衡論に基づく間隙水化学モデルによる解析結果との比較を行い、モデルの適用性について考察した。

報告書

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のためのデータ取得・解析,3

下茂 道人*; 熊本 創*; 伊東 章*; 唐崎 建二*; 澤田 淳; 小田 好博; 佐藤 久

JAEA-Research 2009-060, 70 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-060.pdf:14.26MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。本研究では、亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行データを室内試験により拡充するとともに、試料採取方法及びトレーサー試験方法の検討を行った。さらに、水理地質構造モデルの不確実性を把握,低減するための方法論を体系的に整理して取りまとめた。室内試験では、稚内層の岩石コアから人工の平行平板亀裂を有する試料を作成して、これを対象とした透水試験並びに非収着性トレーサー試験を実施し、既往の試験結果と同様の傾向が示された。試料採取方法,トレーサー試験方法の検討では、ワイヤーソー切断技術に着目し、課題等を整理した。堆積岩が分布する広域的なスケールでの地下水流動場の評価検討については、水圧データ以外のデータを用いて、水理地質構造モデルや境界条件などを推定する方法や、データの有効性について取りまとめた。

報告書

高転換型革新的水冷却炉(HC-FLWR)炉心に関する研究

中野 佳洋; 深谷 裕司; 秋江 拓志; 石川 信行; 大久保 努; 内川 貞夫

JAEA-Research 2009-061, 92 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-061.pdf:9.5MB

革新的水冷却炉(FLWR)を構成する二つの炉心概念、高転換型炉(HC-FLWR)と低減速軽水炉(RMWR)炉のうち、HC-FLWRについて、代表炉心設計,HC-FLWRからRMWRへの移行炉心設計,マイナーアクチニド(MA)リサイクル炉心設計,導入効果の検討を行った。代表炉心設計では、燃料棒直径1.12cm,核分裂性Pu(Puf)富化度10.75%, MOX長85.5cm,取出燃焼度52GWd/t, Puf残存比0.84の炉心を設計した。移行炉心設計では、集合体内の富化度分布調節と燃料交換パターンの工夫により、集合体内及び炉心内の出力分布を平坦化できることを明らかにした。MAリサイクル炉心設計では負のボイド反応度係数を維持しながら取出燃焼度55GWd/tが得られる炉心を設計し、MA添加がボイド反応度係数に寄与する炉物理的メカニズムを、厳密摂動論を用いて明らかにした。導入効果の検討に関しては、本研究で得られた代表炉心設計の結果を踏まえて、より一般的な枠組みで、将来の軽水炉でのプルトニウム有効利用について考察し高転換軽水炉導入のメリットとそのポテンシャルを明らかにした。

報告書

安全評価のための長期ガラス溶解速度パラメータの不確かさに関する検討(受託研究)

関岡 靖司*; 武田 聖司; 木村 英雄

JAEA-Research 2009-062, 68 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-062.pdf:3.62MB

ガラス溶解速度は、固化体近傍の溶存シリカ濃度が飽和した環境における速度であって、化学親和力に依存しない現象が寄与した極めて遅い速度で進行すると考えられている。その溶解機構の最近の研究では、ガラス溶解のモデルにより溶解速度が時間経過に従い減少する可能性の説明がなされてきているものの、必ずしも処分環境下においてその現象の合理的な理解に到達していない現状である。そこで、本研究では、ガラス溶解速度のモデルとして、既往の安全評価に用いられている「時間に依存しない一定の溶解速度モデル」に加えて、「ガラス溶解速度の時間減少モデル」のそれぞれのモデルについて、ガラス溶解速度の代表値及びパラメータ不確かさを検討した。両者のモデルの代表値及びパラメータ不確かさの推定は、収集した文献データから分析した試験条件とガラス溶解速度との関係をもとに、仮想的な処分環境を仮定し絞り込んだホウ素浸出量のデータの統計分析により行った。その結果、溶解速度一定モデルでは、ガラス溶解速度が4E-3g/m$$^{2}$$/dayを中心に3桁程度で変動するとの結果となり、また、時間減少モデルでは、ガラス溶解速度は1000年程度までに1E-5$$sim$$1E-4g/m$$^{2}$$/dayオーダーの範囲内を緩やかな減少傾向で表現され、その値は溶解速度一定モデルの最小値よりも1桁低い値となった。これは、両者のモデルの違いによって、ガラス溶解速度に大きな差が生じる可能性があることを意味する。

報告書

余裕深度処分における基本・変動シナリオにかかわる検討・評価

菅谷 敏克; 曽根 智之; 中谷 隆良; 石戸谷 公英; 船橋 英之; 佐々木 良一*; 下田 紗音子*; 黒沢 満*

JAEA-Research 2009-063, 80 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-063.pdf:8.35MB

本検討は、余裕深度処分対象廃棄物を処分するために必要となる情報を整備する一環として、「低レベル放射性廃棄物埋設に関する安全規制の基本的考え方(中間報告)」(平成19年7月、原子力安全委員会)に基づき日本原子力学会にて策定された「日本原子力学会標準余裕深度処分の安全評価手法:2008」等を参考に、3区分のシナリオのうち「基本シナリオ」及び「変動シナリオ」について、評価シナリオを設定した。さらに、設定したシナリオについて被ばく線量評価が可能な解析ツールを整備するとともに、設定したシナリオについて予備的な線量評価を実施した。評価の結果、最大被ばく線量は基本シナリオ及び変動シナリオのそれぞれのめやすを下回ることを確認した。(基本シナリオ10$$mu$$Sv/y:変動シナリオ300$$mu$$Sv/y)

報告書

余裕深度処分における人為・稀頻度事象シナリオにかかわる検討・評価

中谷 隆良; 石戸谷 公英; 船橋 英之; 菅谷 敏克; 曽根 智之; 嶋田 秀充*; 中居 邦浩*

JAEA-Research 2009-064, 104 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-064.pdf:14.45MB

本検討は、余裕深度処分対象廃棄物を処分するために必要となる情報を整備する一環として、「低レベル放射性廃棄物埋設に関する安全規制の基本的考え方(中間報告)」(平成19年7月、原子力安全委員会)に基づき日本原子力学会にて策定された「日本原子力学会標準余裕深度処分の安全評価手法:2008」等を参考に、3区分のシナリオのうち「人為・稀頻度事象シナリオ」について、評価シナリオを設定した。さらに、設定したシナリオについて被ばく線量評価が可能な解析ツールを整備するとともに、設定したシナリオについて予備的な線量評価を実施した。評価の結果、対象とした評価シナリオのうち、掘削影響領域(EDZ)からの井戸水飲用シナリオが最も高い被ばく線量を示した。本シナリオは、保守的に評価した場合の被ばく線量の上限を評価するという観点から、EDZからの井戸水を直接飲用に用いることを想定したシナリオであった。評価結果は10mSv/yを超えたものの、人為・稀頻度事象シナリオのめやす線量である10mSv/y$$sim$$100mSv/yの上限を超過しなかった。

報告書

ニアフィールドの長期力学連成解析手法の構築,2

齋藤 雄也; 棚井 憲治; 高治 一彦*; 重野 善政*; 下河内 隆文*

JAEA-Research 2009-065, 76 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-065.pdf:23.92MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア設計や安全評価においては、緩衝材の長期力学的挙動に影響を及ぼす事象を適切に評価することが重要となる。原子力機構では、ニアフィールドにおける長期的な力学的相互作用を評価するために、人工バリア,処分坑道,周辺岩盤を含む3次元有限要素解析モデルを用いて、オーバーパックの自重沈下,腐食膨張及び岩盤クリープ挙動を考慮することができる連成解析手法を構築した。また、コンクリート支保の劣化挙動モデルを解析プログラムに導入し、動作確認及び妥当性の検証を実施した。本稿では、これまでの検討で残された課題である、(1)埋め戻し材の力学パラメータの取得及び構成モデルの検討,(2)コンクリート支保劣化モデルの3次元プロトタイプへの導入,(3)3次元有限要素解析モデルにおける解析メッシュの分割粗さ及び時間刻みの影響について検討した。(1)では、埋め戻し材を対象とした圧密試験を実施し、供試体成型圧に近い圧密降伏応力を有すること、緩衝材と同様に除荷・再載荷過程においてヒステリシスを示すことが確認された。(2)においては、コンクリート支保劣化がニアフィールド全体の力学挙動に大きな影響を及ぼすことを確認した。(3)においては、3次元有限要素解析においてメッシュ分割粗さが解析結果(特に岩盤の応力分布)に影響を有することが確認された。

報告書

高pH化した海水系地下水環境における炭素鋼の局部腐食進展挙動

谷口 直樹; 鈴木 宏幸*; 内藤 守正

JAEA-Research 2009-066, 18 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-066.pdf:7.96MB

炭素鋼は高pH環境において不動態化し、条件によっては孔食,すきま腐食などの局部腐食を受けることが知られている。一般に局部腐食の進展速度は全面腐食の場合よりも大きく、炭素鋼オーバーパックに局部腐食が生じた場合には短期破損をもたらす可能性がある。孔食・すきま腐食は塩化物イオンに代表される不動態皮膜破壊型の化学種の共存下において発生することが知られている。処分環境では、海水系地下水のような塩化物イオンを含む地下水が人工バリア周辺に施工されるコンクリート構造物中のセメント材料と地下水が接触してそのpHが上昇し、炭素鋼オーバーパックに孔食やすきま腐食をもたらす場合などが想定される。本研究では海水系地下水の一例として幌延の模擬地下水を用い、コンクリートと接触させて高pH化させた条件で孔食,すきま腐食の進展挙動を調べた。その結果、孔食係数(最大腐食深さと平均腐食深さの比)は中性$$sim$$アルカリ性環境や種々の天然水環境で得られた過去のデータの範囲内にあることが確認された。実験データの極値統計解析によりオーバーパックにおける最大腐食深さを推定した結果、推定値はいずれの条件でも従来の孔食・すきま腐食進展に関する経験モデルにより算出される値を超えないことがわかった。

報告書

アンモニア水溶液及びアンモニウムイオンを含む地下水中における純銅の応力腐食割れ挙動

谷口 直樹; 川崎 学; 内藤 守正

JAEA-Research 2009-067, 29 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-067.pdf:8.68MB

応力腐食割れは一般に割れを伴わない腐食に比較して進展速度が大きく、腐食しろによって貫通を防ぐことは困難である。したがって、オーバーパック材料として銅を適用する場合には応力腐食割れの生起可能性や生起条件を明らかにする必要がある。銅及び銅合金はアンモニアを含む環境において、条件によっては応力腐食割れに対して感受性を示すことが知られている。本研究では、アンモニア溶液中及びアンモニウムイオンを含む地下水を用い、酸化性条件において無酸素銅の低歪速度試験(SSRT)を実施し、応力腐食割れ感受性を検討した。その結果、0.05M及び0.1MのNH$$_{4}$$OH水溶液中では大気平衡における自然電位条件で割れの発生は認められなかった。アンモニウムイオンを含む幌延の地下水条件では-144mV vs. SCEにおいて脆性的な破面と亀裂が観察された。亀裂の形態は粒界割れのほか、浅い粒内割れ、粒界割れから枝分かれした粒内割れが観察された。これらの条件では表面及び亀裂内部において強く密着した腐食生成物が観察されており、変色皮膜破壊機構による応力腐食割れが示唆された。幌延地下水が飽和した緩衝材中では、最大応力,破断伸びなど機械的特性はシリコンオイル中と同程度であり、試験片表面にも応力腐食割れに起因する明瞭な割れは認められなかった。

報告書

炭酸塩水溶液及び人工海水における炭素鋼の腐食挙動に及ぼす材料中不純物元素の影響

谷口 直樹; 鈴木 宏幸*; 内藤 守正

JAEA-Research 2009-068, 31 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-068.pdf:5.08MB

腐食現象は材料と環境の相互作用であり、地層処分環境における炭素鋼オーバーパックの腐食挙動は環境因子の影響だけでなく、材料因子による影響を受ける可能性がある。本研究では炭素鋼中に一般的に含まれる主要な不純物であるC, Si, Mn, P, Sに着目し、炭酸塩水溶液と人工海水を用いて、これらの元素が電気化学的挙動と低酸素濃度下での腐食速度に及ぼす影響を調べた。その結果は以下のようにまとめられる。(1)0.01M炭酸塩(pH10)溶液中での不動態化電流,不動態保持電流に及ぼす不純物元素の影響は小さいことが確認された。(2)Si濃度が比較的高い0.73%と0.97%の条件では不動態皮膜の破壊やアノード溶解の促進が観察された。(3)0.01M炭酸塩(pH10)溶液の飽和した緩衝材共存下では不動態化せず、アノード分極挙動への不純物元素の影響も小さいことが確認された。(4)人工海水中,低酸素濃度下での腐食速度は不純物元素濃度が大きいほど腐食速度は大きくなる傾向があり、P, Mnによる影響が比較的大きくなった。(5)Si, Mn, Pの添加による腐食速度増加はカソード反応である水素発生反応の促進によるものと推察された。

報告書

地層処分安全評価のための現象論的収着・拡散モデル/データベースの開発; ベントナイト系プロトタイプモデル/データベースの構築

舘 幸男; 四辻 健治; 陶山 忠宏; Ochs, M.*; 油井 三和

JAEA-Research 2009-069, 83 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-069.pdf:14.56MB

地層処分安全評価に資することを目的とした、ベントナイト/モンモリロナイトを対象とした統合収着・拡散モデル及びデータベースのプロトタイプ(ISD2009)を構築した。熱力学的収着モデルは、1サイト表面錯体(拡散層)モデルと1サイトイオン交換モデルを組合せた比較的単純なモデルを適用し、表面化学及び核種収着に関するモデルパラメータを、pH,塩濃度,炭酸等の主要な環境条件の依存性を含む信頼性の高い既往文献データに基づき、一貫性のある方法で構築した。さらに、均質な間隙構造と電気二重層に基づく拡散モデル,収着モデルとの統合化モデルを構築し、圧縮モンモリロナイト中の塩濃度や炭酸影響を含む信頼性の高い収着・拡散データへ適用することで検証を行った。収着/拡散/統合モデルのそれぞれにおいて、随伴鉱物の溶解反応等を含むベントナイト間隙水化学モデルを考慮しつつ、モンモリロナイト系で構築したモデル/パラメータをベントナイト系へ適用し、その妥当性を確認した。ここで検討対象としたCs, Np(V), Ni, Am等の核種に対する一連のモデル/パラメータを、ISD2009データベース/評価ツールとして構築し、今後の安全評価における活用法を提示した。

報告書

緩衝材の侵入現象モデルの適用性に関する検討

松本 一浩; 棚井 憲治

JAEA-Research 2009-070, 47 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-070.pdf:21.27MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、緩衝材の物理的安定性に影響を及ぼす事象として、緩衝材の流出/侵入現象が考えられている。本報では、侵入現象のモデル化において用いられている緩衝材の粘度についてデータの取得を行い、それらに基づいた粘度評価値の見直しにより、実験結果のシミュレーション解析を実施して侵入現象モデルの適用性の確認を行った。

報告書

岩石亀裂中でのコロイドに助長された核種移行に関する解析検討

久野 義夫; 笹本 広

JAEA-Research 2009-071, 65 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-071.pdf:4.73MB

岩石亀裂中での核種移行に及ぼすコロイドの影響を評価するために、地下水中に存在するコロイドの特性を考慮した感度解析を実施した。核種の移動性のコロイドへの分配係数Kd$$_{m}$$(m$$^{3}$$/kg)とコロイドの濃度M(kg/m$$^{3}$$)が重要なパラメータであり、これらの積(Kd$$_{m}$$ M)がコロイドの核種移行への影響を示す指標となる。Kd$$_{m}$$M$$>$$1の条件のときに、コロイドによる核種移行の助長が顕在化する。さらに、亀裂表面でのコロイドのろ過効果を考慮して、コロイドの移行挙動を解析した。コロイドのろ過係数$$lambda$$(1/m)が大きいほど、亀裂でろ過されるコロイドは増加する傾向にある。時間とともに、ろ過されたコロイドに収着した核種が増加し、また移動性の核種が減少することにより、核種の流出曲線はピークを形成した。亀裂中での移動可能な核種の濃度を低下させる効果により、ろ過されたコロイドへの核種の分配は核種移行に顕在的な影響を及ぼす可能性がある。

報告書

地質環境の長期安定性に関する研究,年度報告書; 平成20年度

草野 友宏; 浅森 浩一; 黒澤 英樹; 谷川 晋一; 二ノ宮 淳; 根木 健之; 花室 孝広; 安江 健一; 山田 国見; 石丸 恒存; et al.

JAEA-Research 2009-072, 72 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-072.pdf:11.27MB

我が国は変動帯に位置しており、安定大陸に位置する欧米諸国に比べて、地震や火山活動などが活発である。地層処分においては、まず安定な地質環境を選んだうえで、そこに適切な多重バリアシステムを構築することが、安全確保の基本的な考え方である。このため、地質環境の長期安定性に関する研究においては、地層処分の場としての地質環境に重要な変化をもたらす可能性のある地震・断層活動,火山活動,隆起・侵食,気候・海水準変動などの天然現象に着目して、それらの有無や程度が文献から明らかでない場合に適用する調査技術や、それらが地質環境に及ぼす影響を評価するための調査技術・解析手法にかかわる研究開発を進めている。平成20年度は、以下の項目について調査・研究を行った。地震・断層活動については、断層の発達履歴や活動性に関する調査技術の整備,断層帯における影響評価モデルの開発に関する事例調査を実施した。火山・地熱活動については、第四紀の火山・地熱活動(特に低温領域の熱履歴)や地下深部のマグマ・高温流体などの基礎的な探査技術の適用性を検討した。隆起・侵食/気候・海水準変動については、古地形・古気候を復元する調査技術の整備や地形変化をシミュレートする技術の開発を行った。地質環境の長期安定性にかかわる総合評価研究については、地殻変動及び気候変動などを考慮した地下水流動解析手法の開発を進めた。

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