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報告書

幌延沿岸域を対象とした地下水流動評価のためのモデル化・解析(受託研究)

前川 恵輔; 三枝 博光; 稲葉 薫*; 下河内 隆文*

JAEA-Research 2010-001, 238 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-001.pdf:30.2MB

高レベル放射性廃棄物等の地層処分システムの設計・安全評価を行ううえで重要な地質環境の調査評価技術のうち、沿岸域を対象とした地下水流動を評価するための手法については、これまでに調査事例が限られており、調査評価手法に関する知見の充実が求められている。本件では、深地層の研究施設計画等の成果に基づき、幌延地域の沿岸域を事例とした地下水流動評価のためのモデル化・解析に関して、以下の各項目を通じて、取得される知見,ノウハウを知識ベースとして蓄積・整理した。(1)深地層の研究施設計画における地下水流動評価の作業フローの、沿岸域を含めた場合の適用性の検討、及び必要に応じた拡張・更新,(2)幌延地域の沿岸域における既存の調査試験結果に基づく地下水流動の把握,(2-1)地下水中の塩分濃度分布の推定,(2-2)モデル化・解析作業におけるノウハウ・判断根拠等の情報の抽出・整理。本件によって、我が国の多様な地質環境への対応を想定した地層処分システムの設計・安全評価を行ううえで必要となる地下水流動評価手法に関する知見の拡充を行った。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤力学に関する調査研究); 深度100mにおける岩盤力学ボーリング調査

平野 享; 中間 茂雄; 山田 淳夫*; 瀬野 康弘*; 佐藤 稔紀*

JAEA-Research 2010-002, 48 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-002.pdf:5.92MB

超深地層研究所計画の第2段階では「研究坑道の掘削を伴う調査・研究による地質環境モデルの構築」が成果目標の一つとして設定されており、そのための調査研究の一環として本調査を実施した。土岐夾炭累層に設けた深度100mの研究坑道からボーリング孔を掘削し、被覆層の力学的な地質環境(岩石の物理・力学的特性,岩盤初期応力)を把握した。その結果、岩石の物理・力学的特性はMIZ-1号孔の調査結果と同程度の値が示され、第1段階の調査で深度100mの物理・力学的特性がおおむね予測されていることを確認した。また、初期応力状態は、最大主応力の方向が、MIZ-1号孔の調査において土岐夾炭累層の下位に位置する土岐花崗岩で認められた方向と類似しており、また、広域ひずみ場とも調和していた。しかし、応力値は土岐花崗岩での値に外挿して得られるものとは異なり、土岐夾炭累層と土岐花崗岩の境界において初期応力が不連続的に変化する(応力のデカップリングが生じている)ものと考えられた。

報告書

フェムト秒レーザーをアブレーションに用いたダブルパルスブレークダウン発光分光におけるGdプラズマの発光特性に大気プラズマが与える影響(受託研究)

丸山 庸一郎; 大場 正規; 赤岡 克昭; 宮部 昌文; 若井田 育夫

JAEA-Research 2010-003, 19 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-003.pdf:2.47MB

低除染TRU燃料の非破壊・遠隔分析技術開発における元素組成・不純物分析法の高感度化を目的として、フェムト秒レーザーをアブレーションに用いたダブルパルスブレークダウン発光分光法の基礎特性を調べ、アブレーションプラズマと大気プラズマとの空間的な位置関係に関する最適な発光条件を明らかにした。測定試料にウランを摸擬した金属Gdを用い、発光強度のアブレーションレーザー集光位置,大気プラズマの試料表面からの生成位置,大気プラズマとアブレーションプラズマの相対位置等の依存性を測定し、最適な条件を見いだした結果、従来のシングルパルスによる発光法に比べ、最大約200倍高い発光強度を得た。さらに、大気プラズマを生成する再加熱レーザーのパルスエネルギー依存性から、本法によってスペクトル幅の広がりを抑えながら高い発光強度が得られることも明らかにした。

報告書

カルシウムを添加したウランのレーザーブレークダウン発光分光; 時間分解分光(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 2010-004, 13 Pages, 2010/05

JAEA-Research-2010-004.pdf:1.42MB

低除染TRU燃料の迅速なその場分析を遠隔で実現することを目的として、レーザーブレークダウン発光分光(LIBS)法をウラン酸化物試料に適用し、不純物スペクトルの出現特性を取得した。不純物として発光スペクトルの簡単なカルシウムを選定し、酸化ウラン中に微量の酸化カルシウムを添加した試料における発光スペクトルの時間分解測定を行い、強度,励起温度等の特性を明らかにした。その結果、ウランスペクトルに対して安定した強度のカルシウムスペクトルを得るためには、レーザー照射後4$$mu$$s以上経過したスペクトルを観測することが最適であることがわかった。

報告書

超深地層研究所計画における岩盤力学に関する調査研究,年度報告書; 2008年度

平野 享; 瀬野 康弘*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-005, 41 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-005.pdf:3.11MB

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及び深地層における工学技術の基盤の整備を目標として、日本原子力研究開発機構が岐阜県瑞浪市において実施している研究プロジェクトである。プロジェクトは、現在、研究坑道の掘削を伴う研究段階(第2段階)にある。第2段階の調査研究においては、「研究坑道の掘削を伴う調査・研究による地質環境モデルの構築」及び「研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」が成果目標の一つとして設定されており、調査の種類や量と個別目標や課題に対する理解度や精度との関係を実例で把握し、調査の有効性の評価,サイトスケールで作成された第1段階の地質環境モデルの妥当性評価,ブロックスケールの同モデルの構築等を行うものとしている。その中で、岩盤力学に関する調査研究では、おおむね深度100m間隔で岩盤力学ボーリング調査を実施し、適宜、坑内での変位・ひずみ計測などの調査を実施し、これらを通じて上記目標や課題を達成するものとした。本報告は、以上に述べた調査研究の一環として、2008年度に実施した岩盤力学に関する調査研究成果をとりまとめたものである。

報告書

研究所設置地区における高密度電気探査,3

中村 隆浩; 真田 祐幸; 杉田 裕; 手島 稔*; 笠置 敏郎*; 岸本 宗丸*; 出口 知敬*; 幕内 歩*

JAEA-Research 2010-006, 68 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-006.pdf:33.19MB

本報告書は、日本原子力研究開発機構が北海道天塩郡幌延町で進めている幌延深地層研究計画の地質環境モニタリング技術の開発として、坑道掘削に伴う地下水挙動の変化を捉える目的で、高密度電気探査を実施し、その結果をまとめたものである。本調査は今回が第3回目の調査であり、研究所設置地区に設定した2本の測線について、2極法の電気探査を実施した。その結果、比抵抗の断面分布は、地表近傍が20$$Omega$$$$cdot$$m前後と高く、深くなるにつれおおむね2$$Omega$$$$cdot$$m程度と低くなり、既存調査結果と整合する結果が得られた。また、比抵抗モデルと水質モデルを比較した結果、比抵抗値が塩分濃度を反映していることが確認できた。昨年度の電気探査結果と比較した結果、見掛比抵抗の値及び分布傾向については、大きな差異は認められず、再現性の高い良好なデータが取得できたと考える。また、このことより、立坑掘削による地下水挙動への影響は現時点では認められない結果が得られた。

報告書

SG水側熱流動評価コードの開発及び不安定流動解析

吉川 龍志; 大島 宏之

JAEA-Research 2010-007, 44 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-007.pdf:1.33MB

次世代高速増殖炉実用化研究開発において検討されている直管型蒸気発生器の成立性評価のため、信頼性があり現実的な評価が可能な解析手法の確立が必要である。本研究では、蒸気発生器水側伝熱管内熱流動を対象とした解析コードを開発した。数値解析手法については、ドリフトフラックスモデルに対して半陰解法を採用し、空間差分はスタガード格子を用いた。入口プレナムに流入する水の総流量,温度、及び出口プレナム圧力を境界条件として与えて、解析を実施した。水/蒸気の物性導関数を直接的に水/蒸気関数から求めて、その精度及び連続性を確保した。開発した解析コードの精度を検証するために、二つパラレルチャンネルにおける不安定流動試験解析を実施した。パラレルチャンネルにおける流量振動及び流動安定境界の予測機能を確認した。感度解析も行い、各パラメータの振動周期及び安定境界への影響度を定量的に分析した。今後の実験から得られる最適なドリフト速度相関式及び二相流摩擦損失増倍係数相関式を加えることにより、さらに高精度の予測性能を得ることが期待できる。

報告書

MOX燃料棒とウラン燃料棒を併用した革新的水冷却炉増殖型燃料集合体の概念検討

内川 貞夫; 中野 佳洋; 大久保 努

JAEA-Research 2010-008, 30 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-008.pdf:1.54MB

革新的水冷却炉(FLWR)は、発電炉としての経験・実績が豊富な軽水炉技術に立脚したBWRタイプの水冷却高速炉であり、同一炉心構成のもとで燃料集合体の仕様を変更することにより、将来の核燃料サイクル環境の変化に対応した柔軟かつ高度なプルトニウム利用を目指している。第1ステップでは、軽水炉サイクルインフラを活用したプルトニウムの集中利用を、第2ステップでは、MOX燃料再処理等の高速炉サイクルインフラを利用した増殖による持続的なプルトニウムの多重リサイクル利用を実現する。本研究では、プルサーマル利用により確立される軽水炉燃料サイクル技術に立脚し、FLWRの第1ステップにおいて転換比を1.0近傍まで高めて効率的なプルトニウム利用を実現する燃料集合体概念として、MOX燃料棒とUO$$_2$$燃料棒を集合体内で非均質(アイランド型)に配置した設計概念(FLWR/MIX)を構築し、その成立性を検討した。

報告書

大口径配管エルボ部における流動剥離現象に関する基礎研究; 平成19年度研究報告

岩本 幸治*; 十河 基介*; 相澤 康介; 中西 繁之*; 山野 秀将

JAEA-Research 2010-009, 58 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-009.pdf:31.02MB

ナトリウム冷却大型高速炉の1次系大口径配管の設計検討に資するためにホットレグを模擬した1/10縮尺試験装置による実験を行い、また同一条件に対する数値解析を行った。圧力測定により、本装置ではレイノルズ数50000以上で圧力損失が従来からの実験式、つまり曲がり管内の境界層が乱流になっている場合の圧力損失に一致することが示された。可視化試験により、曲がり角45$$^{circ}$$付近を始点、エルボ出口から管内径の0.3倍だけ下流を終点とする領域にはく離域が存在することがわかった。また、エルボ出口部でのはく離域の周方向幅が管内径の0.17倍になることも明らかにした。さらに管軸方向速度のFFT解析を実施し、エルボ下流において速度せん断層付近ではストロハル数にして約1.0(3.2Hz)、曲がりの内側に発生するはく離域及びその下流では約0.5(同1.6Hz)の振動が発生することを示した。非定常解析を実施して、可視化試験結果の流況をおおむね捉えていることを確認した。

報告書

酸化鉄吸着剤によるMo分離要素技術開発(受託研究)

菊池 孝浩; 星 陽崇; 朝倉 俊英; 森田 泰治; 木村 貴海; Dodbiba, G.*; 藤田 豊久*

JAEA-Research 2010-010, 45 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-010.pdf:1.31MB

高レベル放射性廃棄物に含まれるMoは、ガラス固化体への溶解度が低く、ガラス固化体発生本数を増大させる一つの因子となっている。本報では、おもに酸化鉄系の吸着剤(Fe吸着剤)を中心に鉄・鉛複合酸化物(Fe-Pb吸着剤),酸化コバルト,酸化マンガン,アルミナ,酸化ジルコニウム等の金属酸化物吸着剤による硝酸中でのMoの吸着特性を調べた結果を報告する。3M硝酸中でFe-Pb吸着剤は約80%が、酸化マンガンは約55%が溶出した。試験をしたすべての吸着剤で、硝酸濃度の増加とともにMoに対する分配比は低下したが、ヘマタイト構造のFe吸着剤及び非晶質の含水酸化ジルコニウムは、3M硝酸中においても高いMo吸着能を示した。一方、アルミナや酸化コバルトの3M硝酸中でMoに対する分配比は低かった。Fe吸着剤は、Mo以外の主なFP, U及びTRUはほとんど吸着せず、Moと相互分離できることが示唆された。吸着したMoの一部は吸着剤に残存するものの、シュウ酸で溶離することで、繰り返し使用が可能であることがわかった。また、吸着等温式及び総括物質移動係数から破過挙動の推定が可能となり、吸着剤粒径が破過挙動に影響を及ぼし、小粒径化することでMo処理量が増大することがわかった。

報告書

3次元応力場同定手法の高度化に関する研究(委託研究)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂昭*; 平野 享; 丹野 剛男; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-011, 35 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-011.pdf:4.42MB

坑道掘削において3次元場における岩盤の初期応力を精度よく把握するには、広範囲の地質条件の不確定要素や不均一性などを扱わずに済む、坑道位置での調査が望ましい。しかしながら、地層処分の場合のように数平方kmスケールの地下構造物を建設するとなると、坑道位置での多数の調査を行うことは経済的に困難と考えられる。そこで、限られた数のボーリング孔の掘削による調査結果を用いて、任意地点の初期応力を予測する手法の開発が課題とされた。本報告書は、この課題の解決を目的として2004年度から2006年度まで、核燃料サイクル開発機構(現;日本原子力研究開発機構)が社団法人資源・素材学会に委託した「3次元応力場同定手法の高度化に関する研究」について成果をとりまとめたものである。本委託研究では初期応力評価の例題として東濃地域を取り上げた。はじめに数km$$times$$数kmの領域の数値モデルを作成し、その領域内で実施した初期応力測定結果を拘束条件とする逆解析を行った。逆解析により領域内の広域応力・広域ひずみが得られ、これを用いた順解析は同領域内の任意地点の初期応力の平均的状態をおおむね予測していることを確認した。

報告書

鉛ビスマス冷却加速器駆動システムを用いた核変換技術の成立性検討

辻本 和文; 西原 健司; 武井 早憲; 菅原 隆徳; 倉田 有司; 斎藤 滋; 大林 寛生; 佐々 敏信; 菊地 賢司*; 手塚 正雄; et al.

JAEA-Research 2010-012, 59 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-012.pdf:2.0MB

加速器駆動システム(ADS)において核破砕ターゲット及び冷却材として用いられる鉛ビスマス共晶合金(LBE)に関する研究やビーム窓候補材料に対する照射試験等により新たに得られたデータや知見に基づき、ADS概念の再構築を行い、その成立性を検討した。炉心の核・熱設計では、燃料被覆管候補材である改良9Cr-1Mo鋼のLBE中での最高使用温度の目安値を550$$^{circ}$$Cと設定し、熱出力800MWを維持するのに必要なビーム電流を可能な限り低減する概念を構築した。この炉心概念について、1サイクル600日の運転期間中の燃料被覆管及びビーム窓の健全性評価を行った。その結果、温度及び腐食並びに未照射条件での構造強度について、高い成立性を有することを確認した。材料特性に対する照射影響に関しては、既存データからの類推等により実機ADSの使用条件下においては影響がそれほど大きくはないことを示したが、今後の実験データのさらなる拡充が必要であり、その結果によっては運転サイクルの短縮等の対処が必要となる。ADSの安全性に関する検討では、レベル1PSA(確率論的安全評価)及び基準外事象の過渡解析を行い、炉心損傷及び損傷に伴う再臨界の可能性が非常に低いことを明らかにした。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤力学に関する調査研究)深度200mにおける岩盤力学ボーリング調査

平野 享; 瀬野 康弘*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-013, 51 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-013.pdf:42.02MB

超深地層研究所計画の第2段階では「研究坑道の掘削を伴う調査・研究による地質環境モデルの構築」が目標の一つとして設定されており、そのための調査研究の一環として本調査を実施した。深度200mの研究坑道から土岐花崗岩にボーリング孔を掘削し、研究坑道周辺の土岐花崗岩の物理・力学的特性,岩盤初期応力を把握した。その結果、岩石の物理・力学的特性はMIZ-1号孔の調査結果と同程度であると認められた。また、岩盤初期応力は、最大主応力$$sigma$$1の方向がおおむね水平でNW-SE方向、その値は10.6MPaと認められ、SHに換算するとMIZ-1号孔の調査で予測された深度200mにおけるSHの方向や値とおおむね一致した。以上のことから、第1段階のMIZ-1号孔の調査は、深度200mにおいて有効であったと考えられる。そのほか深度200$$sim$$400mの掘削ずりから取得した物理・力学的特性と合わせて検討した結果、特性に認められるばらつきの割合は同一深度で約20%、深度方向で約40%であり、岩盤の不均一性の現われであると考えられた。

報告書

東濃地域に設置された電磁ACROSSの研究開発の概要

中島 崇裕; 國友 孝洋; 熊澤 峰夫*; 長尾 大道*

JAEA-Research 2010-014, 66 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-014.pdf:3.11MB

結晶質岩工学技術開発グループで行っている工学技術に関する研究として、「研究坑道の施工対策技術の開発」においては、研究坑道周辺の地質環境の時間的変化を把握することや、「安全性を確保する技術」においてはコンクリートライニングの健全性を評価できる技術が必要であると考えられる。これらとは独立に、地震研究をその目的とした陸域地下構造フロンティア研究プロジェクトの一環として研究開発されたACROSS(Accurately Controlled Routinely Operated Signal Systemの頭文字をとったもの)は、そこで培われた技術(信号の送受信技術並びにデータの解析技術)は非常に汎用性に富むものである。そこで超深地層研究所計画における工学技術の一環として、坑道掘削による坑道周辺の地質環境の時間的変化や研究坑道の健全性の監視技術として利用可能かどうかについて2007年度から3年間を目途に検討を進めている。これまでに瑞浪超深地層研究所周辺の新規観測点の設置と、データ収集・解析が継続中である。本報告書は、常時観測システムであるACROSSのうち、電磁波を用いた研究開発において得られた成果のうち、主として技術的な要件をまとめたものである。

報告書

Information basis for developing comprehensive waste management system; US-Japan Joint Nuclear Energy Action Plan Waste Management Working Group Phase I report (Joint research)

油井 三和; 石川 博久; 渡邊 厚夫*; 吉野 恭司*; 梅木 博之; 日置 一雅; 内藤 守正; 瀬尾 俊弘; 牧野 仁史; 小田 治恵; et al.

JAEA-Research 2010-015, 106 Pages, 2010/05

JAEA-Research-2010-015.pdf:13.58MB

本報告書は日米原子力エネルギー共同行動計画廃棄物管理ワーキンググループのフェーズIの活動をまとめたものである。このワーキンググループでは、日米両国間の既存の技術基盤を集約するとともに、今後の協力内容を共同で策定することに主眼を置いている。第一に、両国における核燃料サイクルに関する政策的及び規制の枠組みを概観するとともに、さまざまな先進燃料サイクルシナリオの調査を行い、これらを取りまとめた。第二に、廃棄物管理及び処分システムの最適化について議論を行った。さまざまな区分の廃棄物を対象とした処分システム概念のレビューを行うとともに、最適化において検討すべき要因について議論を行った。これらの作業を通じ、最適化に関する潜在的な協力可能分野と活動の抽出を行った。

報告書

新規抽出剤・吸着剤によるTRU・FP分離の要素技術開発; Cs・Sr分離技術開発(受託研究)

星 陽崇; 菊池 孝浩; 朝倉 俊英; 森田 泰治; 木村 貴海

JAEA-Research 2010-016, 70 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-016.pdf:2.31MB

使用済核燃料の再処理で発生する高レベル廃液から発熱性のCs及びSrを、抽出剤含浸吸着剤を用いて選択的に分離回収する方法を研究した。カリックスクラウン誘導体を用いるCs吸着剤は、Csに対して極めて高い選択性を示し、Csを選択的に分離回収できることが明らかになった。$$gamma$$線に対する耐久性も高く、想定される線量ではほとんど動的飽和吸着容量が減少しないことがわかった。一方、クラウンエーテル誘導体を用いるSr吸着剤は、Ba及びTcが挙動をともにするものの、Srに対して高い選択性を示し、高濃度硝酸溶液からSrを選択的に分離回収できることが明らかになった。$$gamma$$線の照射により動的飽和吸着容量が減少し、想定される線量では約30%低下した。NUCEFに貯蔵された実HLLWを使用して、Cs分離試験及びSr分離試験をカラム法で実施した。コールド試験で得られた結果と同様に、良好な分離結果が得られた。最後に、想定される分離スキームに従ったフロー試験を実施し、Cs及びSrは効果的に他のFP元素から分離回収された。本分離手法は、高濃度硝酸溶液から選択的にCs及びSrを分離するためには、非常に有望であることが示された。

報告書

幌延深地層研究センター東立坑140m小型試錐座における水圧破砕法による初期地圧の評価

中村 隆浩; 真田 祐幸; 杉田 裕; 加藤 春實*

JAEA-Research 2010-017, 105 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-017.pdf:8.26MB

幌延深地層研究センターの地下施設周辺岩盤の応力場を把握するため、東立坑の深度140mの小型試錐座において3本のボーリング孔を掘削し、水圧破砕法により初期地圧の評価を試みた。水圧破砕試験の結果、ボーリング孔軸を含む縦き裂はどこにも生じなかった。これは、当該岩盤に天然き裂が多く含まれていることが一つの原因と考えられた。応力状態が測定位置によらず一様であると仮定し、き裂面の法線応力と初期地圧の関係から初期地圧状態を評価した。主応力はいずれも鉛直方向あるいは水平方向から30度程度傾いた結果が得られた。

報告書

超深地層研究所計画; 岩盤の水理に関する調査研究(2008年度)報告書

竹内 竜史; 三枝 博光; 大山 卓也; 毛屋 博道; 佐藤 敦也; 小坂 寛; 武田 匡樹; 大丸 修二; 竹内 真司

JAEA-Research 2010-018, 133 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-018.pdf:28.5MB

独立行政法人日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「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段階からなる約20年の計画である。現在は、第2段階における調査研究として、「研究坑道の掘削を伴う調査研究による地質環境モデルの構築及び研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」を段階目標の1つとして調査研究を進めている。本報告書は、2008年度に実施した岩盤の水理に関する調査研究の成果を取りまとめたものである。主な内容としては、研究坑道掘削に伴う地下水流動状況の変化の把握を目的として継続的に実施した水圧モニタリング,湧水量計測の結果を示すとともに、地下水涵養量推定手法の開発を目的とした表層水理観測の結果を示した。また、地下水圧モニタリングなどで得られた情報を用いて、サイトスケール及びブロックスケールの水理地質構造モデルの妥当性確認及びその更新にかかわる方法論を整備することを目的としたモデルの構築及び解析結果を示すとともに、研究坑道の設計・施工への迅速な情報提供を目的としたモデル化・解析技術として、GEOMASSシステムの有用性を示した。

報告書

核融合原型炉SlimCSの概念設計

飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.

JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MB
JAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB

発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m$$^{2}$$とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。

報告書

塩淡境界部における塩濃度分布の移流・分散及び密度流解析

小田 好博; 綿引 孝宜*; 佐藤 久; 澤田 淳

JAEA-Research 2010-020, 23 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-020.pdf:2.49MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムの評価において、地下水の挙動を適切に把握することは非常に重要である。塩水系地下水の分布を原位置で把握するためには多大な調査が必要となるため、多くは解析コードによって評価されるが、塩水系地下水と淡水系地下水が存在する場合、密度流が発生し、移流・分散と連成させた複雑な解析が必要とされる。この解析コードの検証については、これまでも室内試験との比較を通じて積極的に行われてきたが、室内試験で得られるデータの定量性が低かったために、解析コードの比較・検証も定性的にならざるを得なかった。今回、小型MACRO試験装置を用いた塩水楔試験において、塩淡境界(遷移帯)の塩濃度分布等について定量的データが得られたことから、密度流と移流・分散を連成して解析可能なDtransu2D$$cdot$$ELを用いて解析を行い、比較を行った。その結果、塩水楔の先端位置に関しては比較的良い一致が見られたが、上端位置については過大評価の傾向が見られた。また遷移帯の幅については試験結果では先端側から上端側に向かい大から小になるのに対し、解析では逆に小から大になる傾向が見られた。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 割れ目ネットワークモデルを用いた突発湧水に着目した地盤リスクマネジメントに関する研究

尾上 博則; 三枝 博光; 本島 貴之*; 井尻 裕二*; 大津 宏康*

JAEA-Research 2010-021, 73 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-021.pdf:6.1MB

深部岩盤中に地下施設を建設するうえでは、事前調査によって突発湧水が建設コストや工程などに与える影響を評価することが重要である。本研究では、超深地層研究所計画で建設が進められている研究坑道を事例として、割れ目ネットワークモデルと金融工学理論を統合した突発湧水のリスク評価手法を構築した。構築したリスク評価手法を用いて、調査の進展に伴う突発湧水リスクの変化の定量的評価を行った。その結果、突発湧水リスクの特性の把握、並びに突発湧水リスクを効果的に低減させるために有効な調査方法を示すことができた。さらに、乖離量という概念を用いて、本リスク評価手法の建設プロジェクトの事後評価への適用可能性を示すことができた。

報告書

高速炉構造用SUS316の高温高サイクル疲労特性

加藤 章一; 古川 智弘; 吉田 英一

JAEA-Research 2010-022, 37 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-022.pdf:7.57MB特願 2005-087548   公報

高速炉プラントの機器,配管において、温度が異なる冷却材の合流部では、高温と低温の流体混合に伴い不規則な温度ゆらぎ(サーマルストライピング)による繰返し熱応力が発生する。疲労損傷を引き起こす熱応力の繰返し数は、供用期間中に1億から10億サイクル程度に及ぶとされている。これまでに国内外でひずみ制御によるギガサイクルレベルまでの試験報告は皆無に等しく、この高サイクル域における疲労損傷機構や疲労寿命の評価を実験的に把握しておくことが重要である。本報告は、次期高速炉の構造材料である高速炉構造用SUS316(316FR)の高温高サイクル疲労線図の策定や破損機構の検討に資することを目的に取得した最大10億サイクルのひずみ制御型高サイクル疲労試験の結果についてとりまとめたものである。

報告書

地殻変動の累積量推定モデルの開発(受託研究)

長澤 寛和; 武田 聖司; 木村 英雄

JAEA-Research 2010-023, 44 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-023.pdf:3.43MB

地層処分の安全評価において、地震・断層活動や火山・マグマ活動等の地質関連事象による処分システムへの力学的影響(地殻変動)を評価するためのモデルが必要である。そのため、地震等に伴う瞬間的な動き(一時的な動き)とそれ以外の日常的な動き(通常の動き)を積算することにより地殻変動を定量化するモデル(地殻変動の累積量推定モデル)の予察的検討を行った。本報告では、通常の動きの導出方法,地殻変動の累積量推定モデルの定式化、並びに地殻変動の累積量推定モデルを東北地方に試験的に適用した結果を示す。東北地方の経度方向の速度の空間分布は、通常の動きの傾向とほぼ一致する結果が得られた。

報告書

亀裂性岩石の物質輸送特性に対する高アルカリ性間隙水の影響解析方法,1; 単一亀裂

本田 明; 山口 耕平*; 稲垣 学; 小田 治恵

JAEA-Research 2010-024, 44 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-024.pdf:13.43MB

亀裂性媒体と見なせる岩石を対象として、1枚の亀裂の物質輸送特性に対するアルカリ性地下水の影響を解析する方法について検討を行った。モデルの考え方や亀裂の状況に応じて、物質輸送場の設定がフレキシブルに行えるように、汎用技術計算ソフトウエアMathematicaを用いて種々の物質輸送場を発生させ、その場を対象として、2次元化学/物質輸送連成解析コードPHREEQC-TRANSにより解析を行うことにより、多様な場の設定に対応して高pH間隙水による岩盤の変質とそれに伴う物質輸送特性変化を評価する方法を考案した。

報告書

ベントナイト系材料の標準的室内試験法構築に向けての試験法の現状調査と試験による検討; 日本原子力研究開発機構/電力中央研究所共同研究報告書(共同研究)

棚井 憲治; 菊池 広人; 中村 邦彦*; 田中 幸久*; 廣永 道彦*

JAEA-Research 2010-025, 186 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-025.pdf:9.01MB

低レベル放射性廃棄物処分, TRU廃棄物並びに高レベル放射性廃棄物の地層処分では、施設の構成要素の一つとしてベントナイト系材料が用いられる。ベントナイト系材料に求められている特性としては、低透水性,膨潤性などがあり、ほとんどの場合、室内試験結果により評価されている。ところが、乾燥密度などの指標が同一でも、ベントナイトの室内試験結果には幅があるため、施工時の特性評価には不確実性が存在する。さらに施工時の不確実性は、長期的な特性評価の不確実性を増大させる可能性がある。一方、ベントナイトの室内試験法の中には規格化又は標準化されていないものがあり、そのことが、室内試験によるベントナイトの特性評価の不確実性の原因の一つである可能性がある。そのため、標準的なベントナイトの室内試験法の設定が望まれている。そこで、本研究では、ベントナイト系材料の試験で得られる物性値の不確実性の要因分析を実施し、試験における問題点や留意事項を取りまとめた。

報告書

第2次TRUレポートでの緩衝材/セメント系人工バリアシステムの化学反応/物質輸送連成解析における二次鉱物の安定性とモンモリロナイトの変質速度との関係の逆転について

本田 明; 山口 耕平*; 小田 治恵

JAEA-Research 2010-026, 19 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-026.pdf:1.07MB

第2次TRUレポートにおけるセメント系材料及びベントナイト緩衝材からなる人工バリアシステムの化学反応/物質輸送連成解析において、緩衝材の変質が、安定二次鉱物ケースより準安定二次鉱物ケースの方が著しいという結果が得られた。この結果は、「安定二次鉱物の方が、準安定二次鉱物より、溶質の濃度を低く制御すると考えられ、モンモリロナイトの飽和指数を低く制御するものであり、安定二次鉱物ケースの方が、準安定二次鉱物ケースよりモンモリロナイトの変質速度が大きい」という一般的な考え方と逆の傾向であった。この「逆の傾向」を示した理由を把握するため、上記化学反応/物質輸送連成解析から化学反応部分のみを取り出し、物質収支の把握しやすい閉鎖された回分式の系で化学反応計算を実施した。その結果、モンモリロナイトの飽和指数(S.I.)が、準安定二次鉱物ケースの方が小さく保たれたため、準安定二次鉱物ケースの方が、より著しく変質するという結果になったと考えられる。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分にかかわる天然現象影響に関する研究

川村 淳; 牧野 仁史; 笹尾 英嗣; 新里 忠史; 安江 健一; 浅森 浩一; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 大澤 英昭; 江橋 健; et al.

JAEA-Research 2010-027, 85 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-027.pdf:9.37MB

日本原子力研究開発機構は、天然現象についてより現実的な影響評価を実施するための技術を整備しておくことという目的のために、高レベル放射性廃棄物地層処分への天然現象(地震・断層活動,火山・地熱活動,隆起・侵食/沈降・堆積及び気候・海水準変動)の影響を評価するための作業フレームを整備・高度化した。本報告では、作業フレームに則り、上記に挙げた天然現象に対して地質環境条件と天然現象の特性との関係の定量化及び処分環境における性能評価パラメータと地質環境条件との関係の定量化に関する情報整理を実施した。また、天然現象影響に関する研究を対象として、知識マネージメントの検討手法の一つである討論ダイヤグラムを用いた検討を試行し、今後の課題の抽出も試みた。その結果、天然現象とそれに起因する地質環境条件の変化については、既存の現象や現在の地質環境条件をモダンアナログとして用いるとともに地史の情報を組合せることにより、作業フレームに基づく統一的な情報整理の手法が適用可能であり、より適切なシナリオの選択が可能となる見通しを得た。また、討論ダイヤグラムの試行により、安全評価において重要な天然現象研究や地質環境に関するデータや知見などについて、その過不足も含めて効率的に課題点が抽出できる見通しを得た。

報告書

マイナーアクチニド添加炉心の核特性評価; BFS-69, BFS-66-2臨界実験の解析

羽様 平; 佐藤 若英*

JAEA-Research 2010-028, 101 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-028.pdf:2.97MB

ロシアの物理エネルギー研究所との共同研究「多量のNpを種々の臨界集合体に添加したときの炉物理特性の変化に関する研究」の第2報としてBFS-69体系及びBFS-66-2体系に関する実験情報と解析結果をまとめた。実験では各体系においてNp装荷(約8kg)の有無が異なる2種類の炉心について臨界性,Naボイド反応度,制御棒価値,反応率比などの核特性が測定されている。原子力機構の標準的な高速炉解析手法に4種類(JENDL-3.2, JENDL-3.3, JENDL/AC-2008, ENDF/B-VII)の核データを適用した。臨界性の解析結果はBFS-69体系について過大評価する傾向があり、JENDL-3.3とJENDL/AC-2008で顕著である。過大評価が小さいENDF/B-VIIとの差異はおもにNaの平均散乱角余弦(1MeV付近)にある。Naボイド反応度の解析結果にはJENDLの3種類の結果に同様なずれがある。ENDF/B-VIIとの差異は、おもにNaの散乱関連の断面積(1MeV付近)と$$^{239}$$Puの核分裂断面積(1keV付近)にある。Naボイド反応度,制御棒価値,反応率比の測定値はNpの装荷により有意な変化が確認されている。解析値はその変化を実験誤差内で再現しており、Np装荷による解析精度の悪化はないといえる。

報告書

FLWRのMOX燃料ふるまい予測のためのFEMAXI-6コードの検証

山路 哲史; 鈴木 元衛; 大久保 努

JAEA-Research 2010-029, 54 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-029.pdf:3.07MB

本研究では、FEMAXI-6コードの軽水炉MOX燃料ふるまい予測に伴う不確実性と特に重要となるパラメータを明らかにした。検証には、ハルデン炉の照射データ(IFA-597.4 rod-10, rod-11, and IFA-514 rod-1)を用いた。取出燃焼度は最大で約40GWd/tMOX(IFA-514 rod-1)であった。検証の結果、FPガス放出率の予測誤差が特に大きく、そのほかにペレットのリロケーションモデル,焼きしまりスエリングモデルの影響が大きく、これらが燃料中心温度の予測結果に及ぼす影響が定量的に明らかになった。FEMAXI-6中のFPガス放出モデルは一般的なUO$$_{2}$$燃料の照射経験から構築され、パラメータが経験的に最適化されている。MOX燃料からのFPガス放出メカニズムはUO$$_{2}$$燃料のそれと基本的には同様と考えられるが、MOX燃料についてこれらのパラメータの最適化を検討する必要がある。そのためには、多くの照射データが必要となるが、その際、急激な変動を繰り返す出力履歴で照射された場合は、ペレットのリロケーション変化が大きな影響因子と考えられ、それを考慮する必要がある。

報告書

鉄共存下でのベントナイトの変質にかかわる実験的研究

笹本 広; 石井 智子*; 佐藤 久夫*; 九石 正美

JAEA-Research 2010-030, 64 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-030.pdf:15.41MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムにおいて、オーバーパック(鉄)と緩衝材(ベントナイト)の相互作用による緩衝材変質への影響を評価することが必要である。本研究では、鉄共存下におけるベントナイト(スメクタイト)の変質にかかわる現象理解の向上を図るため、鉄-ベントナイト反応にかかわる室内試験を行った。試験にあたっては、文献調査により、既往の知見を整理し、変質に影響を与える主要因を抽出し、それらをパラメータとした室内試験を実施した。その結果、懸濁系で顕著な変質が生じる条件,変質生成物として推定される鉱物,懸濁系と圧縮系での変質挙動の違い等が明らかになった。

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現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 引間 亮一; 平野 享*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-031, 45 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-031.pdf:1.22MB

岩石や岩盤は、クリープや応力緩和のような時間依存性挙動を示すことが知られている。高レベル放射性廃棄物の地層処分時においては、建設時及び操業時は言うまでもなく、坑道埋め戻し後も千年程度の長期に渡る坑道の安定性の評価が要求される。このため、長期に渡る岩石や岩盤の時間依存性挙動を把握することは、そのような坑道の長期安定性を評価するうえで重要な課題である。そこで、岩石や岩盤の時間依存性挙動を、精密な試験や観察・計測から直接的に検討する手法(現象論的方法)で解明し、岩盤構造物の長期挙動予測評価手法を開発する研究を行ってきた。本報告書は、2009年度に実施した研究をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。つぎに第2章では、1997年度から継続している田下凝灰岩のクリープ試験結果について報告した。つづいて第3章では、非線形粘弾性論をよりどころとして、岩石や岩盤の時間依存性挙動を表現するコンプライアンス可変型構成方程式とそのパラメータの取得法について総括した。また、2008年度までに得られた試験結果を踏まえて、土岐花崗岩の時間依存性挙動と中間温度(40$$^{circ}$$C$$sim$$80$$^{circ}$$C)での稲田花崗岩の時間依存性挙動に関する所見を述べた。最後に第4章では、拡張したコンプライアンス可変型構成方程式を用いた有限要素解析により、土岐花崗岩の長期挙動に関する予察的検討を行った。最後に、数値解析結果に基づいて原位置試験計画に関する所見を述べた。

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,2(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; 秦 はるひ; 杉杖 典岳

JAEA-Research 2010-032, 32 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-032.pdf:1.72MB

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、解体作業時の被ばく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等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、本報告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、数値解析手法により、除染対象となる六フッ化ウランの金属表面付着現象に関する解析結果を報告する。

報告書

Volume measurement system for plutonium nitrate solution and its uncertainty to be used for nuclear materials accountancy proved by demonstration over fifteen years

細馬 隆

JAEA-Research 2010-033, 47 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-033.pdf:3.45MB

日本原子力研究開発機構のプルトニウム転換技術開発施設では、浸漬管を持つ計量槽に貯蔵された硝酸プルトニウム溶液の高精度液量測定システムを15年以上にわたり開発・実証してきた。実証運転中の校正試験の結果から、現実的に達成・維持が可能な測定の不確かさ(1$$sigma$$)は0.1%(系統的性質)及び0.15%(偶然)未満であることを証明した。これは国際的に認知されている現在の値の半分であった。また、測定した溶液密度と分析によって求めた溶液密度の差(1$$sigma$$)は0.002g$$cdot$$cm$$^{-3}$$未満であることを証明した。これらの不確かさは、計量槽の長期間の使用の影響を含んでいる。測定システムは、高精度の差圧変換器と校正用重錘型圧力計,定期的零点調整のためのシーケンス制御弁,圧力変動減衰のためのダンパー及び測定バイアスを補正するための手順等から構成される。本シーケンスはまた、汚染を発生させずに安全に保守作業を行うためにも有効であった。差圧変換器の寿命は15年以上と評価された。この資料では、液量及びプルトニウム重量測定の原理及び枢要点,測定バイアスと補正,高精度の圧力測定システム,保守及び診断,運転経験、及び測定の不確かさの評価について紹介する。

報告書

緩衝材中の化学影響評価に向けた熱-水-応力-化学連成解析モデルの開発

木村 誠*; 九石 正美; 藤田 朝雄; 中間 茂雄; 鈴木 英明

JAEA-Research 2010-034, 131 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-034.pdf:16.23MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、廃棄体定置後から緩衝材が再冠水に至るまでの過渡的な期間にニアフィールドで形成される塩濃縮・析出現象をはじめとする緩衝材中の化学影響に重きを置いた熱-水-応力-化学連成解析モデルの高度化を進めている。本報告では、(1)モデルで考慮されている連成事象の理論・法則や制約条件を整理,(2)米国で開発が進められている気液二相流を考慮した連成解析コードとの比較解析を通じた解析モデルの適用性を確認,(3)これまで実施してきた塩濃縮試験結果を整理とこの試験に対応した解析モデルの適用による検証解析,(4)仮想的地質環境におけるニアフィールドのガラス固化体からの崩壊熱の発生や地下水の浸潤に伴うニアフィールドへの本解析モデルの適用、を実施した。これらのことより、開発・高度化を進めているモデルにより崩壊熱の発生に伴う地下水の浸潤過程において、緩衝材内が不飽和状態にある期間内にはオーバーパックと緩衝材の境界で塩類が濃縮・析出し、長期的には濃縮塩類が溶解・逸散するというシナリオに整合する傾向を示すとともに、本モデルの適用性を確認した。

報告書

Groundwater/porewater hydrochemistry at Horonobe URL: Data Freeze I; Preliminary data quality evaluation for boreholes HDB-9, 10 and 11

國丸 貴紀; 太田 久仁雄; Alexander, W. R.*; 山本 肇*

JAEA-Research 2010-035, 109 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-035.pdf:2.53MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における品質マネジメントシステムは、サイト特性調査の初期段階から必要とされる重要なツールの一つであり、その整備・適用によって効果的・効率的に調査・評価が可能となり、さらには調査・評価結果の信頼性が確保できると考えられる。幌延深地層研究計画では地上からの地質環境の調査・評価に適用可能な品質マネジメントシステムの整備を進めている。具体的には、国外のサイト特性調査で構築された地下水水質データの品質保証の手法に加え、間隙水水質データに適用できる品質評価手法を新たに提案し、この手法も用いて地上からのボーリング調査(HDB-9$$sim$$11孔)において取得した地下水・間隙水水質データの品質評価を実施した。この結果、掘削水による地下水・間隙水の汚染,採水時の時系列的な水質データの欠損,コア試料の酸化など、水質データの品質低下の原因が明らかになった。また、地下水の地球化学特性の品質評価において、今後、取得すべき情報や改善すべき項目などが明確にされた。

報告書

カルシウムを添加したウランのレーザーブレークダウン発光分光分析; レーザー光強度依存性(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 2010-036, 14 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-036.pdf:2.18MB

低除染TRU燃料の非破壊・遠隔分析技術開発における組成・不純物分析の最適化を目的として、レーザーブレークダウン発光分光法(LIBS)を酸化カルシウムを不純物として含有するウラン酸化物試料に適用し、発光スペクトルの出現特性を測定した。ブレークダウンレーザーの強度をパラメータとしたアブレーション量の評価や時間分解分光測定から、プラズマ励起温度,スペクトル幅,スペクトル強度に及ぼすレーザー強度の依存性を求めた結果、レーザー強度が5mJ未満の場合はプラズマ温度による影響が大きく、5mJ以上ではアブレーション量による影響が支配的であることを見いだした。安定した強度で十分幅の狭いスペクトルを得るためには、5mJのレーザー光強度で試料を照射すればよいことがわかった。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 長期揚水試験計画策定のための水理地質構造のモデル化・地下水流動解析

小坂 寛; 三枝 博光; 尾上 博則; 竹内 竜史

JAEA-Research 2010-037, 42 Pages, 2011/01

JAEA-Research-2010-037.pdf:16.27MB

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。超深地層研究所計画では、断層の水理特性を把握することを目的として、2010年度に研究坑道から掘削するボーリング孔を利用した長期揚水試験を計画している。本研究では、長期揚水試験における揚水区間の選定や揚水期間の設定などの試験計画策定に資することを目的として、長期揚水試験を模擬した水理地質構造のモデル化及び地下水流動解析を実施した。このモデル化・解析においては、揚水区間,揚水期間、及び揚水量に着目した感度解析を行い、これらの違いによる水圧観測孔における水圧応答傾向の変化の程度を確認した。結果として、断層を境とする揚水区間の違いにより、水圧観測孔での水圧応答は異なる傾向を示すことが明らかとなった。一方、揚水期間の違い(2週間及び4週間)により、水圧観測孔での水圧応答傾向に顕著な差は見られなかった。また、揚水期間の違いによる各ボーリング孔における最大水頭低下量の変化は、大きいところでも20%程度であり、揚水期間の違いが水圧観測孔での水圧応答に与える影響は小さいことが明らかとなった。これらの結果に基づき、長期揚水試験における揚水区間や揚水期間などの提言を行った。

報告書

HTTRにおける高温連続運転(HP-11); 試験結果の概要

高松 邦吉; 植田 祥平; 角田 淳弥; 後藤 実; 濱本 真平; 栃尾 大輔; 中川 繁昭

JAEA-Research 2010-038, 59 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-038.pdf:4.6MB

高温ガス炉とこれによる水素製造技術の研究開発は、総合科学技術会議が「地球温暖化対策技術」として選定した「水素エネルギーシステム技術」を確立するとともに、原子力委員会が同じ目的で定めた「地球温暖化対策に貢献する原子力の革新的技術開発ロードマップ」のうち、原子力の核熱利用の実現を目指す「原子力による革新的水素製造技術」を確立するもので、2020年頃に原子力水素製造実用システムの原型を提示することを目指している。そこで、第1期中期計画では、HTTRを用いて高温ガス炉の技術基盤の確立を目指した研究開発を推進している。平成19年度には、定格運転にて30日間の連続運転を実施した。今回は、高温試験運転にて50日間の連続運転を行い、炉心の燃焼特性,ヘリウムの純度管理,高温機器の性能,炉内構造物等の健全性等に関するデータを取得・評価するとともに、熱化学水素製造等の熱源として利用可能であることを実証した。また、得られたデータを評価し、我が国の開発した高温ガス炉用燃料が世界最高の品質であることを、高温のガスを製造・輸送する技術の核となる炉内構造物や中間熱交換器の性能が優れ、高温の核熱を利用系に長期間安定して供給できること、及び実用炉における1年程度の長期運転を安定して行えることを実証した。

報告書

超深地層研究所計画; 地質・地質構造に関する調査研究(2008年度)報告書

鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 程塚 保行; 田上 雅彦; 石田 英明; 早野 明; 栗原 新; 湯口 貴史

JAEA-Research 2010-039, 131 Pages, 2011/01

JAEA-Research-2010-039.pdf:25.36MB

地層処分研究開発部門東濃地科学ユニットでは、「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」,「第2段階」及び「第3段階」からなる約20年の計画であり、現在は、第2段階における調査研究を進めている。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」及び「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定め、そのうち第2段階では、「研究坑道の掘削を伴う調査研究による地質環境モデルの構築及び研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」を段階目標の一つとして調査研究を進めている。本報告書は、第2段階目標に基づき、2008年度に実施した地質・地質構造に関する調査研究の成果を取りまとめたものである。

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試験手法の検討と解析(共同研究)

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 2010-040, 57 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-040.pdf:5.12MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムの性能評価において、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。本件では岩石基質(マトリクス)部の間隙率が高くかつ亀裂が発達しており、多孔質媒体と亀裂性媒体の双方の特徴を併せ持った性質を有する堆積岩について、亀裂を含む岩石ブロック試料の採取方法の具体的な手順、及び対象とする亀裂の抽出,観察,原位置での試験方法,ブロック試料の固定化方法などについて、具体的な方法を整理した。さらにブロック状の岩石試料の採取前後で実施する原位置試験と、ブロック試料採取後に実施する透水・トレーサー試験の方法を検討した。ま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のために、異なる性質のデータを複合的に用い、順解析と逆解析を組合せた水理地質構造モデルの不確実性について検討し、これらのデータの有効性について取りまとめた。

報告書

研削により測定した50cmスケール岩体中の天然亀裂の形状と開口幅の分布に関する研究

鐵 桂一*; 澤田 淳

JAEA-Research 2010-041, 24 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-041.pdf:4.3MB
JAEA-Research-2010-041-appendix(CD-ROM).zip:18.12MB

本研究では、天然の単一亀裂を含む50cmスケール花崗岩の平面研削を繰り返して得られた岩石内亀裂の画像データを元に、亀裂の開口幅を計測した。開口幅の計測は、ガウジなどの亀裂内の充填物を含まない空隙のみを対象とした。これより、50cmスケールの天然岩石亀裂の亀裂表面間の幅で表される亀裂幅と、開口幅の諸特性値を取得することができた。また、亀裂幅が小さい箇所ほど充填物の比が大きく、開口幅が閉塞しやすい傾向があった。これにより亀裂の開口部によるチャンネル構造は、亀裂幅に比べ局所化することがわかった。

報告書

IRPhEPハンドブックのデータを用いたMOZART臨界実験解析

千葉 豪

JAEA-Research 2010-042, 92 Pages, 2010/12

JAEA-Research-2010-042.pdf:2.4MB

IRPhEPハンドブックに記載されている実験データに基づいて、MOZART臨界実験解析をJENDL-4.0を用いて行った。それぞれの核特性に対する解析結果は以下のようになった。臨界性のC/E値として、小型炉心のMZAでは0.9981、中型のMZBでは1.0006を得た。炉中心反応率比における計算値と実験値の差は、F25/F49, C28/F49については1%以下、F28/F25, F40/F49, F41/F49については4%以下であった。Naボイド反応度は、非漏洩項が支配的なデータに対しては計算値は10%程度の過大評価となった。また、漏洩項の寄与が大きいデータでは、炉心領域のボイド反応度については漏洩項で規格化した絶対差は最大でも10%弱となった。物質反応度価値は、Puについては計算値が5%程度の過大評価となった。また、U, SSについては、計算値と実験値の差異は10%以下であった。制御棒反応度価値については、計算値が2%から5%程度の過大評価となった。反応率分布は、炉心領域では計算値と実験値はよく一致したが、しきい値反応についてはブランケット領域で系統的な過小評価が観察された。

報告書

クラックテンソルによる瑞浪超深地層研究所研究坑道の掘削影響予測解析; 2009年度

松井 裕哉; 丹野 剛男; 平野 享*; 郷家 光男*; 熊坂 博夫*; 多田 浩幸*; 石井 卓*

JAEA-Research 2010-043, 87 Pages, 2010/12

JAEA-Research-2010-043.pdf:3.99MB

予察的解析の妥当性評価を目的として、壁面観察結果に基づきクラックテンソルを算定し、地中変位計測と比較して、その妥当性を評価し、立坑内から実施したパイロットボーリング調査や地表からの調査段階で設定したクラックテンソルの比較を行った。(1)2004年度の予察的解析で設定されたクラックテンソルを用いた換気立坑の深度350mの変形解析値は地中変位計測値よりも小さい値を示した。一方、壁面観察結果から設定されたクラックテンソルを用いた換気立坑の深度350mの変形解析の結果、計算された最大値は計測値に近い値を示した。(2)これは、2004年度の評価で十分考慮できていない非常に連続性の高いNE系の割れ目の情報が新たに考慮されたためである。換気立坑より掘削したパイロットボーリング調査結果に基づきクラックテンソルを求めて両者と比較した結果、パイロットボーリング調査で把握された割れ目の方向分布は壁面観察の方向分布と近いこと、求められたクラックテンソルは両者の中間に位置することがわかった。(3)パイロットボーリングデータにおける深度350mと深度500m間の割れ目の統計量の関係より深度500mにおけるクラックテンソルを推定した。推定されたクラックテンソルを用いて深度500mにおける換気立坑と水平展開坑道の変形解析を行った結果、2004年度の結果よりも岩盤のヤング率は低減し、支保工に作用する応力は増加した。

報告書

「地質環境の長期安定性に関する研究」第1期中期計画期間(平成17年度$$sim$$平成21年度)報告書(H22レポート)

草野 友宏; 浅森 浩一; 黒澤 英樹; 國分 陽子; 谷川 晋一; 根木 健之; 花室 孝広; 安江 健一; 山崎 誠子; 山田 国見; et al.

JAEA-Research 2010-044, 153 Pages, 2011/01

JAEA-Research-2010-044.pdf:12.53MB

本報は、深地層の科学的研究のうち、「地質環境の長期安定性に関する研究」について、第1期中期計画期間の5か年(2005年度$$sim$$2009年度)に実施した研究開発にかかわる成果を取りまとめたものである。第1期中期計画では、最終処分事業の概要調査や安全審査基本指針などの検討・策定に研究成果を反映できるよう、(1)概要調査などに必要となる、自然現象に関する過去の記録や現在の状況を調査するための体系的な技術の整備(調査技術の開発・体系化)、(2)変動シナリオを考慮した安全評価の基盤となる、将来の自然現象に伴う地質環境の変化を予測・評価するための手法の整備(長期予測・影響評価モデルの開発)のほか、(3)最先端の分析装置などを用いた放射年代測定や鍵層の高分解能同定法などによる編年技術の高度化(年代測定技術の開発)を進めてきた。本報では、それぞれの研究分野にかかわる科学的・技術的背景を解説するとともに、設定した研究課題に対してこれまでに実施してきた内容,主な研究成果及び今後の課題などについて述べる。

報告書

高速炉燃料集合体内発熱分布に対する$$gamma$$線輸送効果の評価

千葉 豪

JAEA-Research 2010-045, 24 Pages, 2011/01

JAEA-Research-2010-045.pdf:1.34MB

$$gamma$$線の輸送計算により、高速炉燃料集合体の発熱分布に対する$$gamma$$線の輸送効果を定量的に評価した。計算には、最新の評価済み核データファイルJENDL-4.0に基づく$$gamma$$断面積ライブラリUFGLIB.J40と、原子力機構で開発中の放射線輸送計算コードシステムCBGを用いた。「もんじゅ」燃料集合体モデルを用いた検討の結果、$$gamma$$線の輸送を考慮することにより燃料ピンの発熱が1.35%程度低下することを示した。また、この$$gamma$$線輸送効果の不確かさを評価したところ、0.25%を得た。さらに、燃料集合体のラッパ管内の領域の発熱割合は、$$gamma$$線の輸送を考慮することにより0.5%程度減少することを示した。

報告書

Feasibility study on mass production of (n,$$gamma$$)$$^{99}$$Mo

Jun, B. J.; 谷本 政隆; 木村 明博; 堀 直彦; 出雲 寛互; 土谷 邦彦

JAEA-Research 2010-046, 103 Pages, 2011/01

JAEA-Research-2010-046.pdf:2.63MB

現在、世界において医療診断用$$^{99}$$Moは不足しており、$$^{99}$$Mo製造のためのいろいろな研究開発がその有効性のために行われている。(n,$$gamma$$)$$^{99}$$Mo方法は重大な不足を解決する唯一の方法であるが、$$^{99m}$$Tcの抽出において追加費用が必要だけでなく、比放射能が低い。一方、(n,$$gamma$$)$$^{99}$$Mo方法の追加費用を減らすための技術は既に利用できる。特に、日本と韓国では、すべての$$^{99}$$Moを遠隔地から輸入していたが、(n,$$gamma$$)$$^{99}$$Mo方法による製造コストは近隣諸国での利用により利益は特に大きくなる。本報告書は、$$^{99}$$Moの需要と供給,他の製造方法に対する競争力及び$$^{99}$$Moの生産能力,コスト,使用の便宜,その不足を克服するための技術などの必要条件における世界的かつ地域的現状の観点から、(n,$$gamma$$)による$$^{99}$$Mo大量製造の実現性について研究した。

報告書

極低速蒸気流での飛沫同伴率相関式の導出

吉田 一雄

JAEA-Research 2010-047, 15 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-047.pdf:1.01MB

原子力施設の事故解析において飛沫同伴現象は、炉心の冷却あるいは気液界面からの放射性物質の気相部への移行を評価するうえで重要な現象の一つである。発電用原子炉施設で想定される冷却材喪失事故での炉心下部からの再冠水時に生成する飛沫による冷却、あるいは、沸騰水型原子炉の格納容器破損時のサプレッションプールでの減圧沸騰に伴う飛沫同伴現象による放射性物質の移行解析のためには、飛沫同伴の機構論的な分析に基づく汎用性の高い飛沫同伴率相関式としてKataoka-Ishii式が提案されている。これに対して、核燃料施設の放射性物質を含む水溶液を内蔵する貯槽等での冷却機能喪失よる沸騰現象は、原子炉施設での沸騰現象に比べ極めて緩やかで発生する蒸気流速も小さい。このため、放射性物質の気相部への移行評価にはKataoka-Ishii式をそのまま適用できない。そこでKataoka-Ishii式の導出過程を参考に、極めて蒸気流速の遅い領域(Stokes領域)での飛沫同伴現象の特徴を考慮して、これに適用可能な相関式を解析的に導出した。さらに新たに導出した相関式と既存の実験データとの比較も試みた。

報告書

岩芯を用いた応力測定と掘削振動計測による掘削影響領域の評価に関する基礎的研究(共同研究)

及川 寧己*; 相馬 宣和*; 當舎 利行*; 松井 裕哉; 平野 享*; 丹野 剛男; 引間 亮一

JAEA-Research 2010-048, 45 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-048.pdf:7.68MB

地下深部で掘削した坑道の周辺では、岩盤に加わる力の変化や発破の影響などで新たな亀裂が発生し、岩盤の性質が変化する。この性質が変化した領域を「掘削影響領域」と呼んでいる。掘削影響領域の範囲や性質の変化は、処分場の性能評価や地下施設の設計に大きな影響を及ぼすため、その調査や評価が必要となっている。しかし、現状の掘削影響領域の調査では、実際の坑道において、専用機器等を用いた大がかりな調査を行うことから、多大な時間とコストを費やしている。そこで、掘削影響領域を簡便かつ安価に調査するための手法の開発を目的として、ボーリング掘削のみで得られる情報(本研究では、ボーリングによって採取した岩芯及びボーリング時の振動)を最大限に活用する手法の開発に必要な基礎的研究を行った。本報告書は、2008年度$$sim$$2009年度の2年間で実施した共同研究の成果をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。次に第2章では、原子力機構の瑞浪超深地層研究所、深度200mボーリング横坑で行われたボーリング掘削で採取された岩芯を用いてAcoustic Emission/Deformation Rate Analysis法(AE/DRA法)により周辺岩盤の応力状態の把握を試みた。続いて第3章では、瑞浪超深地層研究所、深度200mボーリング横坑で行われたボーリング掘削振動を取得し、弾性波伝搬速度推定法と反射イメージング法により空洞周辺の地質構造評価を試みた結果を報告した。

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21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 2010-049, 282 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-049.pdf:29.88MB

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、継続実施するとともに、これまでの研究成果の取りまとめを行った。(1)に関しては、処分技術,地質環境,安全評価の各分野の課題について、具体的な試験・調査と計測・解析を実施するとともに、これまでの成果を取りまとめた。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て、ニアフィールド(NF)コンセプトの再構築に関する具体的検討と、これまでの成果の取りまとめを行った。(2)に関しては、日本原子力研究開発機構(JAEA)の調査研究計画の中から抽出された課題に基づき、調査・解析技術の高度化・実用化の研究開発の観点から、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進展するとともに、これまでの成果を取りまとめた。これらの調査研究の進展とあわせて、平成21年度は、これまでに委員会で実施してきた研究開発の「総括報告書」の取りまとめを行った。

報告書

ウラン廃棄物の余裕深度処分概念の検討,6

中谷 隆良; 石戸谷 公英; 船橋 英之; 佐々木 良一*; 黒沢 満*

JAEA-Research 2010-050, 104 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-050.pdf:2.03MB

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、「人為・稀頻度事象シナリオ」について評価シナリオを検討し、予察的な被ばく線量評価を実施したものである。評価シナリオを構築するにあたり、原子力安全委員会の審議資料等の既往文献を参考に、ボーリングコア観察、隆起・侵食等を考慮し、評価パラメータを設定した。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、人為・稀頻度事象シナリオの「めやす(参考とする)値」である10mSv/y$$sim$$100mSv/yを下回ることを確認した。

報告書

BWR4/Mark-Iプラントのヨウ素化学挙動を考慮した格納容器内ソースターム評価に係わる検討

石川 淳; 森山 清史

JAEA-Research 2010-051, 42 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-051.pdf:1.36MB

シビアアクシデント晩期では、事故初期段階において圧力抑制プール水中に溶解していたヨウ素が放射線場での化学反応によりガス状ヨウ素として雰囲気に再放出される可能性がある。本検討では、ガス状ヨウ素の再放出によるソースタームへの影響を把握することを目的に、シビアアクシデント解析コードTHALES2とヨウ素化学解析コードKicheの連携解析手法を整備した。次に、本手法を用いてBWR4/Mark-Iプラントの代表的な4つの事故終息シナリオを対象に格納容器内環境の検討とソースターム評価を実施し、ヨウ素化学反応のソースタームへの影響について検討した。これより、シビアアクシデント晩期のガス状ヨウ素の雰囲気への再放出は、事故シーケンスの違いによる影響は小さいが、pHの影響を大きく受けること、雰囲気へのI$$_{2}$$の再放出割合(対初期炉内内蔵量)は、pH=5/7/9でそれぞれ10$$^{-2}$$から10$$^{-1}$$、10$$^{-3}$$及び10$$^{-5}$$程度となり、pHが低いほど再放出割合が増加する結果となった。

報告書

Development of mechanistic sorption model and treatment of uncertainties for Ni sorption on montmorillonite/bentonite

Ochs, M.*; 舘 幸男; Ganter, C.*; 陶山 忠宏; 油井 三和

JAEA-Research 2010-052, 59 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-052.pdf:1.1MB

地層処分性能評価における信頼性の高いパラメータ設定に資するため、原子力機構では、ベントナイト系を対象として、統合された収着・拡散モデル(ISDモデル)及びデータベースの開発を進めている。この現象論的モデル/データベース開発の主要な目的は、収着・拡散パラメータの整合的な説明と予測,不確実性評価のためのツールを提供することである。本報告は、Niのモンモリロナイト/ベントナイトへの収着を例として、モデル概念や表面化学種の選定を含む熱力学的収着モデルの開発、並びに不確実性の取り扱いに焦点をあてる。熱力学的収着モデルの不確実性の定量化のため、(1)最適化手法と統計的手法から計算される熱力学収着モデルパラメータの不確実性,(2)収着分配係数のモデル化結果と実測データとの直接的な比較により評価される包括的な誤差の2つの異なった手法を検討、両者の比較を行った。ISDモデル/データベース開発におけるモデルの不確実性の定量化法としては、後者の包括的誤差評価が、現時点での最良の手法と評価された。

報告書

Deduced soft-rotator model Hamiltonian parameters and collective properties of medium-to-heavy even-even nuclei

国枝 賢; 千葉 敏; 柴田 恵一; 市原 晃; 岩本 修; 岩本 信之; 深堀 智生; Sukhovitskij, E.*

JAEA-Research 2010-053, 59 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-053.pdf:1.24MB

質量数56から238までの中重核領域における63種の偶-偶核に対して軟回転体模型ハミルトニアンパラメータを導出した。パラメータの値は、軟回転体模型による離散励起レベル構造の解析及びチャネル結合光学模型による陽子非散乱微分断面積の解析を同時に行って推定した。得られた実効的な四重極及び八重極変形の値は測定値に基づく結果と比べて大きな矛盾がなく、重核の基底変形パラメータは原子核質量モデルによる理論計算結果と比較的よく一致した。このレポートでは核種ごとに完全なハミルトニアンパラメータセットを示す。原子核の中性子数や陽子数が異なるごとにパラメータの値が不規則に変化するケースが多々見られたが、主要なパラメータ間には明らかな相関が見られた。

報告書

ウラン鉱山跡措置におけるリスクコミュニケーション手法の研究,2(共同研究)

田中 勝*; 五福 明夫*; 石坂 薫*; 時澤 孝之; 佐藤 和彦; 古賀 修

JAEA-Research 2010-054, 76 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-054.pdf:4.46MB

本研究は、地域社会の意識等に基づいてウラン鉱山の跡措置におけるRC手法を構築するために、(1)大学生によるリスクコミュニケーション資料の作成とその効果の検証,(2)産業廃棄物の最終処分、及び鉱山跡措置の最終処分についてアンケート調査を行い、市民のリスク認知や信頼感の状況を把握することを目的とする。

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系材料の適用性; 140m調査坑道における原位置吹付け施工試験

中山 雅; 佐藤 治夫; 杉田 裕; 野口 聡

JAEA-Research 2010-055, 25 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-055.pdf:2.08MB

地層処分施設は、地下300m以深に建設されることから、坑道の空洞安定性確保や掘削に伴う湧水量の抑制のため、セメント系材料を用いた支保工が検討されている。従来の地下構造物に一般的に用いられるセメント系材料であるOPCはセメント硬化体の細孔溶液中に含まれるアルカリ成分により、pHが12-13程度の高アルカリ性を呈する。地層処分施設においては、上記の高アルカリ成分が地下水に溶出した場合、人工バリア及び天然バリアの性能に影響を与える可能性がある。このような影響を低減するために、原子力機構では、HFSCを開発し、化学的特性,施工性などについて検討を実施してきた。現在までの検討結果から、HFSCが幌延URLの設計基準強度を上まわる強度発現が可能であること、OPCと同等の施工性を有することが示されたので、幌延URLの坑道において、吹付け施工試験を実施した。その結果、HFSCはOPCと同等もしくは良好な施工性を示し、地下坑道への適用性が確認された。これまで、低アルカリ性セメントを用いた小規模な吹付け施工試験は海外で例があるものの、今回実施した幌延の地下施設での原位置試験のように、低アルカリ性セメントを実際の坑道の工事に使用した本格的な施工は世界初である。

報告書

沿岸域における自然現象を把握するための調査・解析手法にかかわる既存情報の収集・整理

中安 昭夫; 新里 忠史; 安江 健一; 道家 涼介; 重廣 道子*; 田中 竹延*; 青木 道範*; 関谷 亜矢子*

JAEA-Research 2010-056, 116 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-056.pdf:28.28MB

本研究では、隆起速度,沈降速度,侵食速度,堆積速度,気候・海水準変動にかかわる調査・解析手法、並びに酸素同位対比曲線・海水準変動曲線の作成手法に関する既存情報を収集・整理し、それら手法の適用条件を整理することにより、沿岸域における自然現象の調査・解析手法の選定手順を知識として整理するための基礎情報を取りまとめた。その結果に基づいて、沿岸域において自然現象を把握するために適用可能もしくは適切と考えられる調査手法を検討した。その結果、侵食速度にかかわる手法では海成段丘面の侵食速度と周辺地域における侵食過程のシミュレーションが重要であることがわかった。気候変動については、湖沼堆積物が主な調査対象であり、海水準変動については、海成段丘面の調査と音波探査などの結果から隆起・沈降-海水準変動曲線並びに古地理図を作成する検討手順が適切と考えられる。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分施設における坑道支保工に用いるセメント系材料の低減化技術に関する研究(共同研究)

林 克彦; 野口 聡; 岸 裕和; 小林 保之*; 中間 茂雄; 藤田 朝雄; 内藤 守正; 多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 郷家 光男*; et al.

JAEA-Research 2010-057, 101 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-057.pdf:7.47MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設において支保工やグラウトに用いられるセメント系材料は、地下水に溶出し高アルカリ環境を生じさせる。このような高アルカリ環境は、緩衝材や埋め戻し材に使用されるベントナイトや周辺岩盤に変質を生じさせ、処分システムの長期的な性能の確保に不確実性を増大させる結果になることが懸念されている。本研究は、セメント系材料の高アルカリ影響に対するセメント量の低減化の観点から、処分システムの長期的な性能に配慮した材料を主体とする支保構造の技術的成立性について、原子力機構及び清水建設の双方が所有する知見を最大限に活用し、検討・評価するものである。それに基づき、将来の高レベル放射性廃棄物処分施設への適用に向けた実現可能性について課題を取りまとめた。

報告書

緩衝材の侵入現象モデルの適用性に関する検討,2

松本 一浩; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2010-058, 56 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-058.pdf:1.73MB

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、岩盤亀裂内への緩衝材の流出/侵入現象が考えられている。本報告では、既往の固相拡散理論に基づく侵入現象モデルの適用性を評価するために、飽和条件の自由膨潤挙動(一次元拡散挙動)の実験を行い、実験と侵入現象モデルの前提となる固相拡散理論との整合性について検証を行った。また、それらの結果に基づいて模擬亀裂内の侵入挙動についても評価を行った。さらに、本検討結果に関して専門家のレビューを踏まえ、今後の課題を明確にした。

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,4

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 2010-059, 92 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-059.pdf:3.71MB

本検討では、坑道の掘削順序の影響に関する解析的検討、及び昨年度の追加として幌延の岩石試験で得られたひずみ軟化データを反映した解析検討を実施した。掘削順序の影響に関する解析的検討では、2次元モデルによる検討の範囲であるが、ある程度離隔を持った坑道掘削を先行して行い、後ほど坑道間の坑道掘削を行う方法が望ましいこと、ただし使用する掘削機械や実施工レイアウトなどを参考に、より現実的かつ詳細な検討が必要であることを示した。またひずみ軟化データを反映した解析検討では、幌延の岩石試験で得られた実測データを参考にしたモデルを適用することで、より信頼性の高いEDZを示すことができた。さらに、既往の多連設坑道の設計手法に関する検討から、設計実務への適用を指向した設計手法の体系化(案)を作成した。

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21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 2010-060, 50 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-060.pdf:6.7MB

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「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。本共同研究は深地層研究所(仮称)計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約にかかわる平成21年度の成果についてまとめたものである。平成21年度は、平成20年度に策定した全体計画に基づき、ブロック式緩衝材定置試験設備の一部及び人工バリア可視化試験装置を製作した。また、幌延深地層研究センターのPR施設(ゆめ地創館)の隣接地において、試験及び展示を行うための設備建屋を建設し、仮設建屋に展示していた実物大の緩衝材ブロック及びオーバーパックを移設した。

報告書

Study on calculation methods for the effective delayed neutron fraction

Irwanto, D.*; 千葉 豪; 長家 康展; 小原 徹*

JAEA-Research 2010-061, 28 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-061.pdf:1.1MB

実効遅発中性子割合$$beta_{eff}$$は原子炉の動的な振る舞いを支配する重要なパラメータの一つである。これまでに、幾つかのモンテカルロ法に基づいた$$beta_{eff}$$の計算方法が提案されている。本研究では、それらの方法の精度を定量的に評価するため、$$beta_{eff}$$の計算手法に着目し、裸炉心,反射体付き炉心,MASURCA-R2, MASURCA-ZONA2, FCA XIX-1, XIX-2, XIX-3といった高速炉心を対象に検討を行った。$$beta_{eff}$$について、基本値(均一重み),一般的な定義,名内による定義,Meulekampによる定義に基づいて計算し、その各々の比較を行った。その結果、一般的な定義,名内による定義,Meulekampによる定義に基づく$$beta_{eff}$$の値は最大で10%異なる場合があること、均一重みの値は幾つかの体系で大幅に大きな値となること、すべての体系で、Meulekampによる定義は名内の定義と比較して大きな値となること、を示した。さらに、$$beta_{eff}$$に対する複数世代の効果を評価し、一般的な定義に基づく値を求めるためには、それが無視できないことを示した。

報告書

高速炉ガス巻込み現象を解析できる高精度気液二相流数値解析コードの開発

伊藤 啓; 大島 宏之; 河村 拓己*

JAEA-Research 2010-062, 69 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-062.pdf:6.24MB

FaCTプロジェクトにおいて設計研究が行われているNa冷却大型高速炉実用炉では、安定運転の観点から炉容器内自由液面におけるガス巻込み発生を抑制する必要があり、ガス巻込みを評価する手法の研究を進めている。ガス巻込みの評価においては、実規模体系形状模擬試験が確実だが高コストであるため、代替手法として高精度気液二相流数値解析コードの開発を行っている。本報告書では、コード開発・検証の一環として、(1)ガス巻込み現象の再現性検討,(2)大規模解析への適用性・実行性の検討,(3)ガス巻込み量予測精度評価の検討を実施した結果を示す。

報告書

ガス巻込み評価手法の高度化に関する研究

伊藤 啓; 大島 宏之; Xu, Y.*; 今井 康友*

JAEA-Research 2010-063, 58 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-063.pdf:2.09MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、FBRサイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)においてナトリウム冷却高速炉の設計研究を進めている。実用炉の設計概念においては、経済性向上のために出力に比してコンパクトな炉容器を指向しているため、炉容器内の流速が相対的に速くなり、自由液面におけるカバーガス巻込みの発生が懸念されている。ガス巻込みによって気泡が1次冷却系統内に混入すると、炉心出力の擾乱,IHXにおける除熱性能劣化など高速炉の安定運転に影響を及ぼす可能性があるため、ガス巻込みの抑制は設計成立上重要である。そこで、JAEAでは、数値解析を利用したナトリウム冷却炉におけるガス巻込み発生評価手法の構築を進めている。本研究では、作動流体物性値によるガスコア長さの過大評価を抑制するため、表面張力の効果を考慮した表面張力モデル及び乱流粘性の効果を考慮した乱流粘性モデルを開発し、水及びナトリウムにおけるガス巻込み試験を対象としてモデルの検証を行った。

報告書

高速増殖原型炉「もんじゅ」背後斜面の地震時健全性評価

伊藤 啓; 大島 宏之

JAEA-Research 2010-064, 29 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-064.pdf:1.46MB

「発電用原子炉施設に関する耐震設計審査指針」が改訂されたことに伴い、高速増殖原型炉「もんじゅ」においても、改訂された指針(新指針)に照らした耐震安全性評価を実施している。本研究では、評価対象の1つである原子炉建物背後斜面の地震時健全性を確認するため、機構論的手法を用いた数値解析を実施した。個別要素法を用いた数値解析では、地震動をパラメータとして背後斜面の健全性を評価した結果、基準地震動に対して背後斜面が完全に健全性を保つことを確認した。また、粒子法を用いた数値解析では、流動化状態を仮定しビンガム流体モデルを用いて背後斜面の挙動を評価結果、個別要素法解析においては、土砂の移動量は最大でも数十メートル程度であり、背後斜面が大規模崩落して原子炉建屋等に到達することはない、ということを確認した。

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; 炉心出口流速及びスクラム前後の温度差の影響

木村 暢之; 林 謙二; 飛田 昭; 上出 英樹; 長澤 一嘉*

JAEA-Research 2010-065, 191 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-065.pdf:14.57MB

ナトリウム冷却高速炉のスクラム過渡時温度成層化現象に関して、1/10縮尺原子炉容器上部プレナム試験装置を用いて、炉容器壁近傍における熱伝達を含む成層界面挙動の支配因子を把握するための熱流動パラメータ試験、及び燃料交換機貫通孔プラグ高さをパラメータとした試験を実施した。本試験により、スクラム時の炉心出口流量,炉心出口温度差で定義したRi数と成層界面高さ,上昇速度との関係について明らかにした。また、成層界面温度勾配とPe数の関係を明らかにした。

報告書

広域地下水流動モデル検証のためのデータ整備方法の検討; 房総半島の例

酒井 隆太郎; 宗像 雅広; 木村 英雄; 市川 八州夫*; 中村 克*

JAEA-Research 2010-066, 20 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-066.pdf:2.26MB

放射性廃棄物の地層処分では、人間社会への核種の地下水移行を信頼性高く評価するためには、地下300m以深の処分深度を含む広域地下水流動のモデル化方法及び地下水流動モデルの検証方法の構築が重要である。このため、本稿では井戸データが比較的多く存在する房総半島を対象事例とし、水理,地下水化学,熱,地下水年代等の複数の指標を検証データとする検証項目の評価方法について評価スケールに応じた検討を行った。検討の結果、広領域としての房総半島全域においては、既往の地下水化学データや熱データから概略の淡水,塩水の地下水賦存状況や地下水流動形態の把握が可能である。一方、房総半島沿岸域の狭領域の場合、深部のNa-HCO$$_{3}$$型地下水と地表水とは同一の地下水混合系にあり、重力ポテンシャルを駆動力とする地下水流動の影響は塩水/淡水境界まで及んでいることが推察されたことから、複数種のデータを用いることによって、地下水流動特性,地下水流動境界の推定がある程度可能であることが明らかとなった。

報告書

Final report on the surface-based investigation (phase I) at the Mizunami Underground Research Laboratory Project

三枝 博光; 松岡 稔幸

JAEA-Research 2010-067, 377 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-067.pdf:35.4MB

本報告書は、結晶質岩を対象として、日本原子力研究開発機構が岐阜県瑞浪市で進めている深地層の研究施設計画である超深地層研究所計画における第1段階(地表からの調査予測研究段階)の調査研究成果をまとめたものである。この報告書では、第1段階の目標に対して調査研究の成果を適切に取りまとめるとともに、課題を抽出・整理し、第2段階(研究坑道の掘削を伴う研究段階)以降の調査研究の必要性について言及した。具体的には、結晶質岩(硬岩)を対象とした調査・評価のための方法論を示すとともに、重要な調査技術や解析技術を整備した。また、処分事業の基盤技術となる技術的知見やノウハウなどを整理した。さらに、第1段階において残された課題を整理し、第2段階以降の調査研究の必要性を明確化した。ここで取りまとめる成果は、地層処分技術の知識基盤として整備されるばかりでなく、処分事業並びに安全規制の両面を支える技術基盤の強化を図っていくうえで、有効に活用されるものである。

報告書

Horonobe Underground Research Laboratory Project; Synthesis of phase I investigations 2001 - 2005, volume "Geoscientific research"

太田 久仁雄; 阿部 寛信; 國丸 貴紀

JAEA-Research 2010-068, 370 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-068.pdf:47.73MB

幌延深地層研究計画は、北海道幌延町で進めている堆積岩を対象とした総合的な研究開発計画であり、第1段階「地上からの調査研究段階」における調査研究を2001年3月から2006年3月までの約5年間に渡って実施した。深地層の科学的研究では、幌延町内に主たる調査研究の実施領域である研究所設置地区を選定し、空中及び地表からのさまざまな調査研究の展開を通じて、地区・用地の選定における要件や条件にかかわる技術的知見を取得するとともに、堆積岩を対象とした地上からの調査・評価技術の整備を図った。また、坑道掘削前の深部地質環境を把握し、地下施設を安全に建設・維持するための設計・施工計画を策定するとともに、第2段階以降における調査研究の課題や方向性を具体化した。本報告書は、第1段階における調査研究によって得られた成果を網羅的に取りまとめたものである。ここで取りまとめた成果は、処分事業と安全規制の両面を支える地層処分技術の知識基盤として有効に活用されるものである。

報告書

花崗岩の割裂により作成した引張り亀裂の特性評価

佐藤 久; 安原 英明*; 澤田 淳

JAEA-Research 2010-069, 45 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-069.pdf:13.04MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価における核種移行評価に際しては、地下水の移行経路にあたる岩盤の間隙中での地下水流速が重要なパラメータの一つとなる。亀裂性岩盤中の透水特性や物質移行特性を評価するためには、岩盤内に存在する亀裂の評価が重要である。花崗岩は、ほぼ直交する3方向の、俗に「石目」と呼ばれる面に沿った方向に引張り性の亀裂が発達しやすい。この「石目」は、割れやすい方向からrift面,grain面,hardway面と呼ばれている。本研究では、花崗岩中に発達する引張り亀裂の幾何学的特徴を把握することを目的に石目ごとの引張り亀裂作成し特性を評価した。その結果、rift面がその他の面よりも表面粗さが小さく、grain面が最も特徴的な標高分布特性を表すことが確認された。また、圧裂試験時に作製したスリットの方向に相関のある亀裂形状の異方性が確認できた。一方、亀裂形状から推定される亀裂開口幅分布に関しては、スリットの方向や石目に特有の傾向は見られなかった。

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