| 研究課題/領域番号 |
26289349
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| 研究機関 | 一般財団法人総合科学研究機構（総合科学研究センター（総合科学研究室）及び東海事業 |
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研究代表者 |
阿部 淳 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び東海事業, その他部局等, 研究員 (70513604)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 地殻工学 / 中性子回折 / AE信号測定 / 岩石供試体 |
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| 研究実績の概要 |
地下資源開発や高レベル放射性廃棄物の地層処分などのような地下環境の工学的利用のためには、地下岩盤を形成する岩石材料の力学特性を理解しておく必要がある。そこで、地熱エネルギー貯留層、高レベル放射性廃棄物の地層処分場のターゲットとして期待される花崗岩と、石油や天然ガスの貯留層であり、二酸化炭素の地下貯留層としても期待される砂岩を供試体に用いて、一軸圧縮試験を行いながらAE信号と中性子回折パターンの同時測定を行った。
茨城県東海村に建設された大強度陽子加速器施設"J-PARC"(Japan Proton Accelerator Research Complex)のBL19に設置された"工学材料回折装置『匠』"を用いて、岩石供試体に一軸圧縮荷重を印加しながらAE信号と中性子回折パターンを測定した。AE信号からは、岩石内で圧縮に伴うき裂発生や鉱物の滑りに関する情報を所得し、中性子回折パターンからは結晶鉱物中に蓄積する格子ひずみ量を求めた。また、供試体表面にはひずみゲージを貼付し、従来のひずみ測定手法と同様の方法でマクロひずみも測定した。
J-PARCで実験を行うためには、厳格な安全審査が求められる。特に、中性子が照射された試料は放射化するため、圧縮試験中に破断が生じても放射化物が飛散しないようにしなければならない。そこで、中性子の透過能が高い材料を用いて岩石供試体周囲を覆う実験セルを設計、製作し、J-PARCでの実験が行えるようにした。
実験は、2015年度の3月末に行われたため、現在は実験結果のまとめ、解析を行っているところである。マクロひずみ量の応力変化量は岩種によって異なる結果となり、塑性的な振る舞いを示した。一方で、格子ひずみの応力による変化量は岩種に大きく依存せず弾性的な振る舞いを示す結果となった。今後は、AE信号の測定結果も踏まえて変形メカニズムを解析する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
平成27年度は、種々の岩石材料を用い、一軸圧縮試験を行いながらAE信号と中性子回折パターンを同時測定することにより、岩石の変形メカニズムを検討することを目的にしていた。さらには、AE信号解析により岩石内部で発生した微小き裂、あるいは滑りの生じた位置を標定し、その周りに中性子を照射し、中性子回折パターンのスキャン測定を行い、き裂周りのひずみ分布を測定することも目的にしていた。しかしながら、J-PARCの中性子ターゲットの不具合により、中性子実験のマシンタイムが予定されていた期間に配分されなかったことと、中性子ビームの出力が半分以下に低下してしまい、そのため、中性子回折パターンのスキャン測定を行うまでには至っていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度に行う予定であった一軸圧縮下にある岩石材料のひずみ分布測定を行う予定である。しかし、J-PARCのビーム出力強度が回復する見込みがしばらく無いとアナウンスされていることから、J-PARCのビーム出力強度の回復を待ってから実験を行うか検討する。
これまでの本研究では、一軸圧縮試験下にある岩石材料の変形メカニズム解析を進めている。しかしながら、地下環境下における岩石の変形メカニズムおよび破壊発生・進展メカニズムを解明するためには、封圧下での材料強度試験へ展開する必要がある。
そこで、平成28年度は、封圧発生装置を新規に購入する予定である。封圧発生装置を用いた岩石の圧縮ひずみ試験は一般的に行われているおり、まずは、封圧装置を用いて研究を行っている大学や研究機関を訪問し封圧装置に関する情報収集を行う。その後、中性子実験に適用する仕様の封圧発生装置を設計製作する。
封圧装置を製作した後は、中性子を照射しないオフラインにて岩石供試体に封圧をかけながら圧縮試験を行い、圧縮試験が行えているか、岩石試料からのAE信号が測定できているかを確認する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
AEセンサーが破損した時のために、センサーの予備費として予算を計上していたが、センサーが破損しなかったため、センサー購入を次年度以降に購入することにした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
高圧縮下でのAE実験を行えばセンサーが破損する恐れが高いので、その予備としてAEセンサーを購入する。あるいは、検出効率の高いセンサーが新規に開発されているので、そのセンサーの購入を検討する。
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