研究期

報No. 115

令 和 3 年 12 月

四 国 電 力 株 式 会 社
四国電力送配電株式会社
株式会社四国総合研究所

研究期報１１５号

目次

ＰＷＲ１次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討 ............... 1
Investigation on magnetite formation mechanism in PWR primary coolant system
environment

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）－ガラスビーズを用いた理想的条件下における基礎検討－...................................... 10
Visualization of hydrogen diffusion behavior in the ground and in the atmosphere(the first report)- A fundamental study under idealized conditions using glass-beads as a soil -SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：
ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例に ........................................................... 24
Chemical composition analysis of volcanic glass using SEM-EDS:
Examples of pyroclastic flow deposits in a borehole core sample

研究期報№115

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討目

的PWR 型原子力発電所 1 次冷却水中の腐食生成物には Fe3O4 や NiFe2O4、FeCr2O4 等が存在することが知られている。一方、伊方発電所 3 号機の制御棒クラスタ引
き上がり事象の原因となった腐食生成物（堆積物）の主成分は Fe3O4 であった。
また、Fe3O4 の発生源と推定された制御棒駆動軸材料である SUS410 については、
1 次冷却水環境下での腐食挙動や腐食生成物に関する知見が国内外ともにほとんど報告されていない。
本検討は、1 次冷却水環境下での SUS410 の腐食挙動等について知見拡充を図るものであり、本報ではプラント起動時の 1 次冷却水環境下を模擬して SUS410
等の腐食試験を行い、生成された腐食生成物の化学形態とその遷移等に関して
報告する。

主な成果
1. 駆動軸材料における腐食生成物の化学形態の確認
駆動軸材料である SUS410 試験片を対象に、伊方発電所 3 号機におけるプラン
ト起動時の 1 次冷却水環境下を模擬した高温水腐食試験を実施した結果、SUS410に由来する腐食生成物は還元性雰囲気下で Fe3O4 に変態しており、制御棒クラス
タのスパイダ頭部内から回収された堆積物の化学形態と一致した。また、比較対象として用いた SUS316 試験片から試験液側へ溶出した腐食生成物には Fe3O4 以
外に NiFe2O4 等も含まれていたことから、制御棒クラスタのスパイダ頭部内から回収された Fe3O4 は主に SUS410 製の駆動軸内表面で生成された可能性が高いことを確認した。
2. 駆動軸材料の腐食メカニズムの推定
SUS410 試験片を対象とした高温水腐食試験の結果および既報のステンレス鋼
における腐食生成物の発生メカニズムや酸化還元環境下での鉄酸化物の化学形
態の遷移から、プラント起動時の 1 次冷却水環境下における駆動軸表面での腐食生成物の生成過程を推定した。

◆ Fe3O4

試験後
還元性

Intensity ［a.u.］

酸化性▲ γ-Fe2O315

図-1 SUS410 試験片由来の懸濁物の外観（一例）△ α-Fe2O3
還元性

酸化性

25

35

45

2θ（°）

55

65

図-2 SUS410 試験片由来懸濁物の XRD
分析結果

図-3 推定したプラント起動時における制御棒駆動軸表面での腐食生成物の生成過程

研究担当者

キーワード
問い合わせ先山本松平，大鹿浩功，奥田昌三，濱口俊明，石川裕史（株式会社四国総合研究所 化学バイオ技術部）
中川和重，井門賢一（四国電力株式会社 原子力部）
伊方発電所 3 号機，制御棒駆動軸，1 次冷却水系，SUS410，腐食，マグネタイト
株式会社四国総合研究所 経営企画部
TEL 087-843-8111（代表） E-mail jigyo_kanri@ssken.co.jp
https://www.ssken.co.jp/[無断転載を禁ず]

研究期報№115

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）－ガラスビーズを用いた理想的条件下における基礎検討－

目

的
近年，新たなエネルギ源としての水素に対する注目度が高まり，水素を輸送・供給するための水素パイプラインの構築が進みつつある。しかしながら，水素についてはいまだ未知の部分も多く，経年劣化や事故・災害等によって地中に埋設されたパイプラインが破損した場合の漏洩水素の拡散挙動に関しては，いまだ十分な知見の蓄積がなされていない。
本研究では，以上のような背景を踏まえ，地中に埋設された水素導管が破損した際の水素の拡散挙動について，実験及びシミュレーションによる可視化を行い，水素パイプライン普及に向けた知見を獲得することを目指す。
第一報では，粒径の揃ったガラスビーズを土壌模擬試料とした理想的条件下における水素拡散挙動について検証を行った。
主な成果
図 1，2 に示す実験容器を製作し，実験及びシミュレーションによって，地中模擬層及び大気中模擬層における水素拡散挙動の可視化を行った。土壌模擬試料としては，粒径 512µm 及び 1200µm のガラスビーズ 2 種を選定し使用した。
CFD 解析によるシミュレーションは，実験結果を高い精度で再現可能であることを確認するとともに，理想的条件下における水素拡散挙動に関する本質的な特徴を明らかにした。
地中模擬層における水素拡散挙動は，概ね水素放出口を中心とする同心円状の広がりとなるが，土壌模擬試料のガス透過性によって拡散挙動に違いが見られた。すなわち，試料の粒径が大きく透気係数が高い場合には鉛直上方への拡散が先行する結果となった。
大気中模擬層における水素拡散挙動に関しては，地中模擬層との境界付近の
大気中拡散挙動について計測・可視化を行った。その結果，大気中模擬層への拡
散は，水素放出口直上から始まるが，地中模擬層内部の水素濃度が高くなると，
大気中模擬層へ漏出する範囲が拡大するとともに，複数の漏出点が生じることが分かった。
また，大気中水素濃度は地中模擬層に比較して低いまま推移するため，大気中

濃度が低い場合でも，地中水素濃度は高くなっている場合がありうることが示
唆された。

図1

実験容器断面図

図2

実験容器外観

100％

80％

60％

0％

1.7％

0.6％

3.9％
地表面

40％

20％

重力
0％

100s

Z

図3

4.1％

1.1％

13.6％

水素注入

Y
X

0％

150s

200s

300s

シミュレーション解析結果（放出口φ1mm，試料粒径 512µm，供給圧力 2.5kPa）

研究担当者

キーワード
問い合わせ先市川祐嗣，荻田将一，杉本幸代，星野礼香，朝日一平（株式会社四国総合研究所 電子アグリ技術部）
寺田敦彦，上地優，日野竜太郎（国立研究開発法人日本原子力研究開発機構）
水素，拡散挙動，地中，大気中，導管，パイプライン，可視化，レーザ，
ラマン分光法，シミュレーション，CFD，流体解析
株式会社四国総合研究所 経営企画部
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研究期報№115

SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：
ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例に

目

的
火山ガラスの化学組成分析はマグマの化学進化の議論に使われるだけでなく、様々な火砕流堆積物やテフラ試料の対比に有効である。新規導入した SEM-EDS で精度・確度良く火山岩の主要元素組成分析が行えることを確認し、大分県中津市
中津平野で採取されたボーリングコア試料中に含まれる 2 枚の火砕流堆積物の対比検討結果についてまとめる。
主な成果
1. 電子線による試料ダメージの軽減を図った SEM-EDS による火山ガラス分析
火山ガラス中に含まれるアルカリ元素（特にナトリウム）は、電子線によるマ
イグレーション現象により特性 X 線のカウント低下を引き起こしやすい。照射
電流を低く抑えることなどにより、標準ガラス試料分析結果からナトリウム元
素を含む全ての主要元素で精度・確度良く分析が行えることを確認した。
2. 中津コア（NKT-4）に含まれる 2 枚の火砕流堆積物
中津平野の中位段丘上で採取された全長 24 m のボーリングコア試料（NKT-4）
中には、上部（深度 5.57-8.87m）と下部（深度 20.77-24.00m）に白色軽石を含む火砕流堆積物が見られる。上部・下部火砕流堆積物の間は河川堆積物が占める。
軽石中の火山ガラス組成を測定したところ、上部は SiO2 が 70-72wt.%、下部は76-79wt.%であった（Fig. 1）。上部火砕流堆積物については、SiO2 が 70-72wt.%となる火山ガラスの化学組成が日本の火砕流・テフラ試料において特徴的であり、中津平野まで到達した可能性のある試料としては Aso-4 火砕流、今市火砕流が挙げられる。両者ともに化学組成が類似するが、含まれる鉱物種の検討により、角閃石結晶に富む Aso-4 火砕流に対比される。下部火砕流堆積物は、Aso-4よりも古い火砕流堆積物で中津地域まで到達した可能性のあるものとしては、
耶馬溪火砕流や湯布院周辺起源の火砕流が挙げられる。火山ガラスの主要元素
化学組成でこれらを区別することは難しいが、下部火砕流堆積物には角閃石が含まれる特徴が耶馬溪火砕流も同様である一方、湯布院周辺起源の火砕流堆積物は黒雲母を含むことから、下部火砕流堆積物は耶馬溪火砕流に対比される可能性がある。
16

TiO2 (wt.%)

Al2O3 (wt.%)

1

14

0.5

12

10
0.8
0.6

MgO (wt.%)

FeO (wt.%)

0
3
2

0.4

1

0.2
0
6

Na2O (wt.%)

CaO (wt.%)

0
2

1

4
3
2
70

0
6

K2O (wt.%)

5

Yabakei pfl (Maruyama et al. 2017)
NKT-4 8.50 m
Ss-Pnk ash (Maruyama et al. 2017)
NKT-4 21.63 m
Ayukawa pfl (Nakamura et al. 2014)
NKT-4 22.62 m
Yufugawa pfl (Sakakibara et al. 2009)
NKT-4 23.81 m
NKT-4 23.91 m
Pumice in Yabakei pfl (210120-7)
Imaichi pumice fall (210121-3)
Aso-4 (8.53-8.55m) in UT-iwk core

5
4
3
70

80

75

SiO2 (wt.%)

75

80

SiO2 (wt.%)
Fig. 1 Volcanic glass compositions in borehole core and outcrop samples.

研究担当者

キーワード
問い合わせ先潮田雅司（株式会社四国総合研究所 土木技術部）
長田朋大，中村千怜（株式会社ナイバ 技術部）
大西耕造
（四国電力株式会社 土木建築部）
火山ガラス，Aso-4 火砕流，耶馬溪火砕流，SEM-EDS
株式会社四国総合研究所 経営企画部
TEL 087-843-8111（代表） E-mailhttps://www.ssken.co.jp/

jigyo_kanri@ssken.co.jp[無断転載を禁ず]四国電力，四国電力送配電，四国総合研究所
研究期報１１５ (2021年12月) １－9

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部㈱四国総合研究所 化学バイオ技術部
四国電力㈱ 原子力部 設備保全グループ
四国電力㈱ 原子力部 安全グループ

キーワード：

伊方発電所 3 号機
制御棒駆動軸1 次冷却水系
SUS410腐食
マグネタイト

Key Words：

山本 松平
大鹿 浩功
奥田 昌三
濱口 俊明
石川 裕史
中川 和重
井門 賢一

Ikata Unit3
drive shaft
primary coolant system
SUS410corrosion
magnetite

Investigation on magnetite formation mechanism in PWR primary coolant system environment
Shikoku Research Institute, Inc., Chemical Technology and Biotechnology Department
Shohei Yamamoto, Hironori Oshika, Shozo Okuda, Toshiaki Hamaguchi, Hirofumi Ishikawa
Shikoku Electric Power Co.,Inc., Nuclear Power Dapartment
Kazushige Nakagawa, Kenichi Ido

Abstract
Inadvertent withdrawal of a control rod cluster was observed during lifting of the upper core structure on the 15th
outage of Ikata Unit3. The source of magnetite sludge, which is one of the causes of this event, was presumed to be
the drive shaft, but there is little knowledge about the corrosion characteristics of the drive shaft material SUS410
in the PWR primary water.
Therefore, we investigated the corrosion characteristics of SUS410 in simulated PWR primary water circumstanceat the plant start-up stage. As a result, magnetite was mainly observed in the corrosion product of SUS410; It strongly
suggests that the causal magnetite sludge originates in the SUS410 corrosion products.

－

1

－

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

1. はじめに2.2 腐食試験装置

伊方発電所 3 号機 第 15 回定期検査（2019 年 12

図-1 に、高温水腐食試験に用いた「円筒るつぼ

月 26 日解列）の燃料取出作業において発生した制型オートクレーブ装置」（以下、「腐食試験装置」

御棒クラスタ引き上がり事象は、制御棒クラスタと称する。）の外観および概要図を示した。試験装のスパイダ頭部内に堆積した腐食生成物（堆積物）

置の接液部は耐食性の高いチタン（Ti）製で、試により、制御棒クラスタと駆動軸が不完全結合し験片を試験液に浸漬した状態で高温・高圧（飽和1)たことが原因と考えられた 。

蒸気圧）環境を維持することができる。

堆積物の主成分はマグネタイト（Fe3O4）であり、プラント起動初期段階の高温・高溶存酸素環境下
で SUS410 製の制御棒駆動軸内表面に生成した鉄酸化物が、起動工程の進行に伴い Fe3O4 に変態して脱落・堆積したものと推定された。しかしながら、PWR 型原子力発電所 1 次冷却水（以下、「1 次冷却水」と称する。）環境下での SUS410 の腐食挙動や腐食生成物に関する知見は国内外ともにほとんど
図-1

報告されていない 2,3)。

腐食試験装置の外観および概要図

本検討は、1 次冷却水環境下での SUS410 の腐食
2.3 高温水腐食試験

挙動等について知見拡充を図るものであり、本報

高温水腐食試験では、伊方発電所 3 号機の駆動

ではプラント起動時の 1 次冷却水を模擬した水質
環境下での SUS410 試験片等の腐食試験結果と、生軸内の平均水温（駆動軸上端から下端の平均）を成する腐食生成物の化学形態およびその遷移等に200℃と想定し、プラント起動時において 1 次冷却関する検討結果について報告する。

水が昇温・昇圧された直後の駆動軸内の環境を模擬した高温・高溶存酸素環境（以下、「酸化性雰囲気」と称する。）での試験と、水質調整後の水質を

2. 駆動軸材料の高温水腐食試験

模擬した高温・脱酸素環境（以下、「還元性雰囲気」

2.1 供試材料と称する。）での試験を実施した。なお、これらの試験は、対象とする試験片の材質毎に実施した。

表-1 に、試験片の化学組成を示した。SUS410 試
験片の品質基準値および熱処理条件は 3 号機駆動

(1) 酸化性雰囲気試験

軸と同等である。また、比較対象として 1 次冷却

酸化性雰囲気における高温水腐食試験での水質

水 系 統 の 構 成 材 料 で あ る SUS316 試 験 片 （ JIS等の条件を表-2 に示した。試験装置の容器にプラG4305 規格：市販品）を試験に供した。

ント起動時の 1 次冷却水を模擬した「ほう酸表-1（4,500ppm as B）/ 水酸化リチウム（1.0ppm as

試験片の化学組成（Weight %）SUS410
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
Fe

SUS316Li）水溶液」（以下、「B/Li 水溶液」と称する。）と（45mm×25mm×4mm）

試験片を入れ、気相部は大気ガスの状態で容器を

0.13
0.42
0.60
0.02
0.01
12.21
0.38
No.Data.
Bal.

密閉し、水温 200℃, 飽和蒸気圧（1.56MPa）で 10

0.06
0.66
1.00
0.03
0.01
16.82
10.12
2.05
Bal.

日間保持した後放冷し、試験片および B/Li 水溶液を回収した。
表-2

酸化性雰囲気試験の試験条件

試験
条件

－

2

－

雰囲気

酸化性雰囲気気相

大気ガス （酸素濃度21%, 窒素濃度79%）

液相

B/Li水溶液 （4500ppm as B, 1.0ppm as Li）

水温

200℃

試験日数

10日

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

子顕微鏡（SEM）による形態観察を行った。

(2) 還元性雰囲気試験
還元性雰囲気における高温水腐食試験の概要を
図-2 に、水質等の条件を表-3 に示した。酸化性雰(b) 元素組成分析

囲気試験を 10 日間実施した後、液相中の溶存酸素

高温水腐食試験前後の試験片表面および懸濁物（DO）を除去するため当量のヒドラジン（N2H4）をについて、EPMA を用いてエネルギー分散型 X 線分添加した。また、気相部は大気から窒素ガスに置

光法（EDX）により元素組成の半定量分析を行った。

換して装置内を還元性雰囲気とし、再度 200℃まで昇温・昇圧して 10 日間保持した後放冷し、試験(c) 結晶構造分析

片および B/Li 水溶液を回収した。

試験片表面については X 線回折（XRD）分析装置（D8 ADVANCE、ブルカー・エイエックスエス製）
を用いた薄膜 XRD 分析法（Cu-Kα線,、入射角 2°）
で、懸濁物については集中 XRD 法（Cu-Kα線）で結晶性化合物の化学形態を同定した。

図-2

3 試験結果

還元性雰囲気試験の概要

3.1 試験片表面の分析結果
表-3
試
験
条
件

(1) SUS410

還元性雰囲気試験の試験条件
雰囲気

酸化性雰囲気 （10日）→還元性雰囲気 （10日）

高温水腐食試験前後の SUS410 試験片の外観を

気相

大気→窒素ガス （酸素濃度0%, 窒素濃度100%）

図-3 に、表面の SEM 観察像を図-4 にそれぞれ示

液相

B/Li水溶液 （4500ppm as B, 1.0ppm as Li）→ B/Li水溶液＋N2H4添加

した。

水温

200℃

試験日数

20日

試験後の試験片の外観は、酸化性・還元性雰囲
気に係わらず黒色化が認められた。また、SEM 観察の結果、酸化性雰囲気では粒径 0.1μm 程度の微粒子に加え、少数ではあるが最大 10μm 程度の2.4 分析方法

八面体粒子等の腐食生成物の付着が観察された。

(1) 分析試料の調整

一方、還元性雰囲気では酸化性と比較して微粒子(a) 試験片の粒径は同程度であったが、付着密度が増加する

回収した試験片は、表面状態の変化（酸化の進とともに、大粒径の粒子についても粒子数の増加

行）防止や、試験片表面にルーズに付着した腐食が認められた。

生成物を除去するため、アセトン浸漬下で超音波処理を行った後、分析に供した。

試験前

試験後
酸化性

還元性

(b) B/Li 水溶液
回収した B/Li 水溶液中の腐食生成物（以下、「懸
濁物」と称する。）は、Nuclepore フィルター（孔径 0.1μm、φ25mm）を用いてろ過・回収した後、分析に供した。
(2) 腐食生成物の分析(a) 外観および電子顕微鏡像観察
高温水腐食試験前後の試験片表面および懸濁物

図-3について、外観観察および電子線マイクロアナラ
イザ（EPMA：JXA-8200、日本電子製）を用いた電

－

3

－

SUS410 試験片の外観（一例）

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

(a)

試験後
還元性
×1,00010μm

10μm

×10,000

×10,000

1μm

(b)

還元性
酸化性
試験前

15

25

35

2θ（°）

(b)
Intensity ［a.u.］

×1,000

図-4Intensity ［a.u.］

酸化性

1μm

還元性

酸化性

61

45

55

65

● SUS410◆ Fe3O4◇ FeCr2O4▲ γ-Fe2O3

63
64
65
2θ（°）
図-5 SUS410 試験片表面の薄膜 XRD 分析結果（(a)は広範囲、(b)は狭範囲）

SUS410 試験片表面の SEM 観察像（一例）

62

EDX による SUS410 試験片表面の元素組成分析結果を表-4 に、薄膜 XRD 法による結晶構造分析の結果を図-5 にそれぞれ示した。

(2) SUS316

試験片表面の元素組成分析の結果、酸化性・還高温水腐食試験前後の SUS316 試験片の外観を

元性雰囲気いずれの試験においても酸素（O）が顕図-6 に、表面の SEM 観察像を図-7 にそれぞれ示し著に増加していることから、試験片表面には母材た。

金属の腐食生成物（酸化皮膜）が生成しているこ

試験片の外観は、SUS410 よりも色調変化が軽微とが示されており、結晶構造分析の回折ピークかであり、酸化性雰囲気試験では金属光沢の消失、ら、いずれも酸化皮膜の主成分は Fe3O4、副成分は還元性雰囲気試験では僅かな変色が認められる程

マグヘマイト（γ-Fe2O3）と推定された。

度であった。また、SEM 観察の結果、酸化性・還元

なお、元素組成からはいずれの試験においても性雰囲気いずれの試験においても 1μm 程度の小クロマイト（FeCr2O4）の存在も推定されるが、結粒径の八面体粒子の付着が観察されたが、同じ試晶構造の似た Fe3O4 と回折ピークが近く、確定的な験条件での SUS410 と比較して、粒子の付着密度は判断は出来なかった。

顕著に低かった。

表-4

試験前

SUS410 試験片表面の元素組成分析結果

試験後
酸化性

還元性

元素組成（atom%）
Fe

Cr

Ni

Mo

O

84.3

15.2

0.5

ND

ND

酸化性

40.4

17.0

0.5

ND

42.1

還元性

35.3

18.7

0.5

ND

45.4

試験前
試験後
ND:未検出

図-6

－

4

－

SUS316 試験片の外観（一例）

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

試験後

(a)

還元性
×1,000(b)

Intensity[a.u.]

酸化性×1,000

還元性
酸化性
試験前

10μm

10μm

15
×10,000

×10,000

図-7

35

2θ（°）

(b)

1μm

45

55
● SUS316◆ Fe3O4

Intensity[a.u.]

1μm

25

◇ FeCr2O4

還元性■ NiFe2O4
酸化性▲ γ-Fe2O3

SUS316 試験片表面の SEM 観察像（一例）

EDX による SUS316 試験片表面の元素組成分析

61

62

63

図-8

SUS410 試験片表面の薄膜 XRD 分析結果（(a)は広範囲、(b)は狭範囲）

2θ（°）

64

65

結果を表-5 に、薄膜 XRD 法による結晶構造分析の結果を図-8 にそれぞれ示した。
試験片表面の元素組成分析の結果、酸化性・還3.2 懸濁物の分析結果

元性雰囲気いずれの試験においても O が増加して(1) SUS410

いるものの SUS410 の場合よりもその割合は少な

SUS410 試験片由来の懸濁物（フィルター回収

く、SUS316 の酸化（腐食）速度が遅いことによ物）の外観を図-9 に、SEM 観察像を図-10 にそれるものと考えられる。

ぞれ示した。

試験片表面の結晶構造分析の結果から、酸化懸濁物の外観は、酸化性雰囲気試験では赤褐色

性・還元性雰囲気いずれの試験においても酸化皮であったが、還元性雰囲気試験後には黒色で粗粒膜の主成分は Fe3O4 と推定され、還元性では副成子状の懸濁物へと変化した。また、SEM 観察の結分としてニッケルフェライト（NiFe2O4）と推定

果、酸化性雰囲気試験では大半が粒径 0.1μm 以

されるピークも検出された。

下の不定形な微粒子であったが、還元性雰囲気試

なお、元素組成からは酸化性雰囲気試験では験では大きいもので粒径 10μm を超える八面体等

NiFe2O4 や FeCr2O4 の存在が、還元性雰囲気試験での多面体粒子が主体となり、微細な粒子は減少す

は FeCr2O4 の存在も推定されるが、これらについるとともに、針状結晶の存在も認められた。

ては有意なピークは検出できなかった。
試験後
酸化性
表-5

還元性

SUS316 試験片表面の元素組成分析結果
元素組成（atom%）
Fe

Cr

Ni

Mo

O

69.4

20.4

9.4

0.9

ND

酸化性

66.0

19.9

9.4

0.9

3.8

還元性

64.0

19.5

9.1

0.9

6.6

試験前
試験後

図-9

ND:未検出－5－

SUS410 試験片由来の懸濁物の外観（一例）

65

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

試験後
酸化性

還元性
×1,000◆ Fe3O4▲ γ-Fe2O3

×1,000Intensity ［a.u.］

10μm

10μm

×10,000△ α-Fe2O3

×10,000

還元性

酸化性

15
図-11

1μm

図-10

25

35

2θ（°）

45

55

65

SUS410 試験片由来の懸濁物の XRD 分析結果

1μm(2) SUS316

SUS410 試験片由来懸濁物の SEM 観察像（一例）

SUS316 試験片由来の懸濁物（フィルター回収物）の外観を図-12 に、SEM 観察像を図-13 にそれぞれ示した。

SUS410 試験片由来の懸濁物について、元素組成

懸濁物の外観は、酸化性雰囲気試験では赤褐色

分析結果を表-6 に、結晶構造分析の結果を図-11であったが、還元性雰囲気試験では一部黒色の粗にそれぞれ示した。
元素組成分析の結果、酸化性・還元性雰囲気試

粒子状懸濁物も観察された。なお、SUS410 と比較

験とも懸濁物の主要元素は O と Fe であり、他の金して、回収できた懸濁物量は顕著に少なかった。

属元素はごく微量もしくは検出されなかった。ままた、SEM 観察の結果、酸化性雰囲気試験では粒径

た、還元性雰囲気への移行に伴い Fe の割合の増加

0.1μm 以下の不定形な微粒子に加え、少数ではあが認められた。

るが粒径 1μm 程度の八面体等の多面体粒子も観結晶構造分析の結果から、酸化性雰囲気試験で察された。一方、還元性雰囲気試験では、微細な生成した懸濁物の主成分はヘマタイト（α-Fe2O3）粒子に加え 10μm を超える八面体等の多面体粒子と推定され、副成分としてγ-Fe2O3 及び Fe3O4 と推も多く観察された。

定されるピークも検出された。また、還元性雰囲
気試験では主成分として Fe3O4、副成分として試験後

γ-Fe2O3 と推定されるピークも検出された。

表-6

酸化性

還元性

SUS410 試験片由来懸濁物の元素組成分析結果
元素組成（atom%）

試験後
ND:未検出

Fe

Cr

Ni

Mo

O

酸化性

39.4

<0.1

<0.1

ND

60.4

還元性

49.2

<0.1

<0.1

ND

50.7

－

図-12

6

－

SUS316 試験片由来の懸濁物の外観

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

試験後
酸化性

◆ Fe3O4(FeCr2O4)

還元性■ NiFe2O4

×1,00010μm

10μm

×10,000

×10,000▲ γ-Fe2O3△ α-Fe2O3

Intensity[a.u.]

×1,000

還元性

酸化性

15

25

図-14

35

2θ（°）

45

55

65

SUS316 試験片由来の懸濁物の XRD 分析結果

1μm

1μm

4. 制御棒駆動軸からの Fe3O4 生成過程の推定
図-13

SUS316 試験片由来懸濁物の SEM 観察像（一例）

表-8に、伊方発電所3号機のプラント起動初期段
階の水質を模擬した高温水腐食試験によって確認されたSUS410およびSUS316試験片表面の酸化皮膜

SUS316 試験片由来の懸濁物について、元素組成

および懸濁物の化学形態をまとめた。

分析結果を表-7 に、結晶構造分析の結果を図-14にそれぞれ示した。

表-8

元素組成分析の結果、酸化性・還元性雰囲気試

SUS410 および SUS316 試験片で確認された腐食生成物の化学形態主成分

験とも懸濁物の主要元素は O と Fe であり、Cr や
Ni もそれぞれ 1～3%程度検出された。また、還元
SUS410に対する O の比率の減少（酸化物の還元）が認め

Fe3O4

懸濁物

α-Fe2O3

酸化皮膜

Fe3O4

懸濁物

Fe3O4

γ-Fe2O3Fe3O4

有意なピーク検出なし

試験片

られた。
結晶構造分析の結果から、酸化性雰囲気試験で還元性生成した懸濁物の主成分はα-Fe2O3 および Fe3O4 と酸化皮膜推定され、副成分として NiFe2O4 と推定されるピー

酸化性

クも検出された。また、元素組成分析の結果から

懸濁物

SUS316は、FeCr2O4 の存在も推定される。

試験片

還元性雰囲気試験で生成した懸濁物の主成分もFe3O4,
α-Fe2O3

酸化皮膜

Fe3O4

懸濁物

Fe3O4

還元性

Fe3O4 と推定され、副成分としてα-Fe2O3、γ- Fe2O3、

γ-Fe2O3,

酸化皮膜
酸化性性雰囲気への移行に伴い金属元素（Fe + Cr + Ni）

副成分

NiFe2O4 と推定されるピークも検出された。また、

FeCr2 O4(推定)γ-Fe2O3, Fe3O4
γ-Fe2O3,
FeCr2 O4(推定)

NiFe2 O4, FeCr2O4 (推定)
NiFe2 O4, FeCr2O4 (推定)
α,γ-Fe2O3, NiFe2O4,
FeCr2 O4(推定)

酸化性試験と同様に、FeCr2O4 の存在も推定される。
SUS410 試験片の試験結果および既報のステン
表-7

レス鋼における腐食生成物の発生メカニズム 4,5)

SUS316 試験片由来懸濁物の元素組成分析結果

や酸化還元雰囲気下における鉄酸化物の化学形態

元素組成（atom%）

試験後の遷移 6)を基に、プラント起動初期段階における

Fe

Cr

Ni

Mo

O

酸化性

38.8

3.0

2.2

0.4

55.6

還元性

46.9

1.3

2.4

0.2

49.2

－

制御棒駆動軸内表面での腐食生成物の生成過程を推定し、以下に示した（図-15）。

7－

PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

Fe3O4 の他に Ni や Cr を含む NiFe2O4、FeCr2O4 も存① 初期皮膜の形成
材料表面の微細な加工痕等を起点として金属在することが知られている 7)。一方、伊方発電所

が腐食（酸化）し、極薄い酸化物の皮膜を形成。

3 号機の制御棒クラスタ引き上がり事象の原因となった堆積物の主成分は Fe3O4 であった。そこで、② 内層・外層の形成

Fe3O4 の発生源と推定される SUS410 製の駆動軸材

Fe,Cr の酸化物中の拡散速度の差（Fe>Cr）から、料を対象に、プラント起動初期段階の水質を模擬

内層には空孔や粒界を拡散してきた O2 や H2O がした高温水腐食試験を実施し、以下の結果が得ら

Fe や Cr と反応して Cr リッチな酸化物層（FeCr2O4れた。

等）が形成。外層には、母材から内層を拡散した① SUS410 試験片表面の酸化皮膜および懸濁物

Fe が酸化・析出して Fe リッチな酸化物層（Fe3O4、を構成する主な金属元素は Fe であり、既報

γ-Fe2O3 等）を形成。

の酸化皮膜形成・放出メカニズムと整合して③ 外層の脱落、酸化（変態）いた。

成長した外層酸化物（八面体粒子）の一部は水② これらの Fe は還元性雰囲気下で Fe3O4 に変態

流や温度変化を受けて表面から脱落。また、Fe3O4

しており、制御棒クラスタのスパイダ頭部内の一部は酸化してγ-Fe2O 3 に変態する可能性がから回収された堆積物の化学形態と合致しある。液相中に溶出した Fe2+は、酸化され不定形た。

な微粒子（α、γ-Fe2O3）として懸濁。

③ SUS410 試験片由来の懸濁物の元素組成は、④ 酸化物の還元

1 次冷却水中の腐食生成物と比較して Ni と還元性雰囲気（脱酸素環境）への移行に伴い、Cr 成分が少なく、回収された堆積物の元素組

外層のγ-Fe2O3 が還元されるとともに Fe3O4 が結成に近いものであった。

晶成長。また、液相中のα、γ-Fe2O3 も還元され、④ SUS316 試験片由来の懸濁物は、1 次冷却水中

Fe3O4 に変態。

の腐食生成物と同様に Ni と Cr を含み、Fe3O4
以外に NiFe2O4 等の存在を認められた。
これらの結果は、制御棒クラスタのスパイダ頭部内から回収された Fe3O4 は主に駆動軸内表面で生成し、スパイダ頭部内に堆積した可能性を強く示唆するものであった。
［謝辞］
本検討は、四国電力㈱ 原子力本部殿より委託を受け実施したもので、ご協力いただいた関係各位に深く感謝いたします。
［参考文献］
1)

図-15

推定したプラント起動時における制御棒
駆動軸表面での腐食生成物の生成過程

四国電力㈱：「伊方発電所 3 号機 原子炉容器
上部炉心構造物吊り上げ時の制御棒クラスタ
引き上がりについて」, 令和 2 年 3 月 17 日提出（令和 2 年 4 月 3 日補正）2)

5. まとめSTRUCTURAL MATERIALS FROM THE

1 次冷却水系統構成材料には、ステンレス鋼やSTANDPOINT OF CORROSION AND

ニッケル基合金であるインコネルが使用されていCRUD FORMATIONTID」, TID-7587（1961）

るため、1 次冷却水中にはその腐食生成物として－

C.R.Breden：「BEHAVIOR OF REACTOR

8－PWR 1 次冷却水環境下でのマグネタイト生成メカニズム等に関する検討

3)

M.WARZEE：「CORROSION OF STAINLESS STEELS IN HIGH TEMPERATURE WATER AND STEAM」, EURAEC-1665（1966）

4)

石榑顕吉：「原子炉におけるクラッド挙動と水化学」, 防食技術, 32, 276-285（1983）5)西岡弘雅ら：「PWR 一次系模擬水中で形成した照射ステンレス鋼の酸化皮膜分析」, INSSJOURNAL Vol.19, 131-143（2012）6)野村貴美ら：「鉄鋼の酸化生成物と防食皮膜のメスバウワー分析」, RADIOISOTOPES
Vol.63, No.11（2014）7)

山本大輔：「原子炉 1 次冷却水中の放射性腐食生成物」, 日本金属学会会報 第 23 巻
第 9 号（1984）

－

9

－

四国電力，四国電力送配電，四国総合研究所
研究期報１１５ (2021年12月) １0－23

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）－ガラスビーズを用いた理想的条件下における基礎検討－
株式会社四国総合研究所 電子アグリ技術部
株式会社四国総合研究所 電子アグリ技術部
株式会社四国総合研究所 電子アグリ技術部
株式会社四国総合研究所 電子アグリ技術部
株式会社四国総合研究所 電子アグリ技術部
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

キーワード：Key Words：

水素
拡散挙動
レーザ
ラマン分光
シミュレーション
CFD

市川 祐嗣
荻田 将一
杉本 幸代
星野 礼香
朝日 一平
寺田 敦彦
上地
優
日野竜太郎

Hydrogen
Diffusion behavior
Laser
Raman spectroscopy
Simulation
CFD

Visualization of hydrogen diffusion behavior in the ground and in the atmosphere (the first report)- A fundamental study under idealized conditions using glass-beads as a soil -Shikoku Research Institute, Inc., Electronics and Agricultural Technology Department
Yuji Ichikawa, Masakazu Ogita, Sachiyo Sugimoto, Ayako Hoshino, Ippei Asahi
Japan Atomic Energy Agency
Atsuhiko Terada, Yu Kamiji, Ryutaro Hino

Abstract
In this study, the diffusion behavior of hydrogen when a hydrogen pipeline buried underground is damaged wasvisualized by experiments and simulations. In this first report, experiments and simulations were conducted underidealized conditions using glass beads as a soil. A cylindrical experimental container with a diameter of 1 m was
manufactured and packed with glass beads. Hydrogen was introduced into the container through a pinhole locatedat the bottom of the container, simulating a damage of a pipeline. Diffusion behavior in the simulated soil wasmeasured using gas heat conduction sensors and laser Raman spectroscopy was used to measure behavior in theatmosphere near the soil surface. The results of the experiments and CFD simulations agreed well with each other.
Fundamental characteristics of hydrogen diffusion behavior under idealized conditions were clarified.

－

10

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

はレーザ計測による可視化を行う 4)ため，容器全1. 序論
持続可能な社会の構築に向け，化石燃料に代わ体を透明なアクリルにて製作し，大気中模擬槽のる新たなエネルギキャリアとして，水素に対する側面には，レーザ光を導入するための石英ガラス

1) 2)。水素は水の電気分解窓を設置した。地中模擬層における拡散挙動に関によって得られる非常にクリーンなエネルギ源でしては，土壌模擬試料を充填する際に複数の水素あるが，燃焼濃度範囲が 4%～75%と広く，また分子センサを埋設することにより計測を行った。容器

量の小さい極めて軽い気体であるため，漏洩や拡全体はパッキンで気密されており，安全性を確保

散が起こりやすいという性質があり，実運用上でするため，実験前に都度窒素でパージを行い，容の危険性が指摘されることも多い。大量の水素を器内部の酸素濃度がほぼ 0%となったのを確認し製造・輸送して利用するいわゆる水素社会の実現

た後，水素を放出した。

注目が高まりつつあるのためには，水素運用に関する安全性並びに，社
会的受容性を高めていくことが必須であると言える。
水素の輸送方法として，都市ガス等の供給と同様に地下に埋設した導管（パイプライン）を使う
方法が検討されているが，経年劣化による腐食や微小材料損傷，或いは，事故や災害等でパイプラインが破断した場合の水素の地中や大気中への拡散挙動については，いまだ十分な知見の蓄積がなされているとは言えない。
本研究は，特に地中に埋設された水素導管に微小な破損が生じ，水素が漏洩した場合の地中及び大気中への拡散挙動を可視化し，水素パイプラインの実運用における安全性の向上に資する知見を得ることを目的とする。現実の水素拡散挙動は，

図1

実験容器断面図

図2

実験容器外観導管が埋設された土壌の状態（含水率や締固めの程度，構造物の有無等）によって大きく異なると考えられるが，本報では，粒径の揃ったガラスビー
ズを土壌模擬試料として使用した理想的条件下における本質的な水素の拡散挙動について，実験とシミュレーションにより検証したので報告する 3)。
2. 実験系の構築
2.1 実験容器の製作
地中及び大気中の空間を模擬するための実験容器を製作した。実験容器の断面図を図 1 に，外観を図 2 に示す。
内径 980mm，高さ 520mm の円筒形地中模擬槽の上部に，内寸 1180mm×1180mm の角筒型大気中模擬槽を設置した。土台となる鉄板の中心部分に水素ガス放出のためのピンホールを設け，漏洩した水素が地中模擬層を拡散して大気中模擬層に到達し，天板上部に設けた排気口から排出される構造となっている。大気中模擬層内の拡散挙動について

－

11

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

2.2 水素放出口の製作

2.3 土壌試料の選定

実験容器の下部に取り付ける水素放出機構の断本報では，土壌模擬試料として構成粒子の粒径面図を図 3 に，外観を図 4 に示す。

が比較的均一であるガラスビーズを用いることで，地中における水素拡散挙動の本質的な特徴を明ら

水素放出口（ピンホール）

かにすることを目的とした。使用するガラスビー
ズの粒径については，一般的な土系舗装に最も多く用いられる真砂土の粒子構成を基に決定した。
図 5 に実測した一般的な真砂土の粒径分布計測結
果を示す。
50

100
頻度

図3

水素放出機構断面図80

通過質量分率

30

60

20

40

10

20

0

100

1000
粒径 [µm]図5

通過質量分率 [%]頻度(質量基準) [%]

40

0
10000

真砂土の粒径分布実測結果

図 5 に示す真砂土の粒径分布実測結果を参考に，
粒径 512µm と 1200µm の 2 種類のガラスビーズを選定し，土壌模擬試料として実験に使用した。選定したガラスビーズの顕微鏡拡大画像を図 6 に示す。

図4

水素放出機構外観

水素放出口は，鉛直方向の漏洩状態を正確に再現し，放出のタイミングを計測装置と同期させるために，シリンダアクチュエータによって開閉が可能な構造とした。水素は，上部の金属製プレー
ト中央部のピンホールから実験容器内部に放出される。プレートを付け替えることで，複数の形状の放出口を使った実験が可能であり，導管の各種微小損傷を模擬することができる構成になっている。
図6

ガラスビーズの顕微鏡拡大画像（上：粒径 1200µm，下：粒径 512µm）

－

12

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

2.4 水素拡散挙動の計測方法③(1) 地中拡散挙動の計測方法
地中模擬層（ガラスビーズ層）における水素拡

60.0°

①

②

散挙動の計測は，無酸素環境下において水素濃度の計測が可能な気体熱伝導式センサ（株式会社ネ30.0°

R360 R240 R120

71.8
124.3

215.5

レーザ光軸

41.4

用した。センサの外観と寸法を図 7 に示す。

165.7

モトセンサエンジニアリング社製 NAP-21A）を使⑤④

120 120 120
⑤

②
③

⑥
④

図7

気体熱伝導式センサの外観と寸法

①

水素放出

130 130 130⑦

10ICCDカメラ受光光軸

容器のスケールに対しセンサの体積が比較的大きく，センサの配置による地中水素拡散挙動への

図8

干渉が考えられるため，埋設するセンサの数を最

地中水素センサ配置図（上：上面図，下：水素放出点からの離隔距離）

小限に抑え，代表点における水素濃度の経時変化を計測することとした。地中水素濃度計測におけ(2) 大気中拡散挙動の計測方法

るセンサの配置を図 8 に示す。図 8 上図はセンサ

大気中模擬層内の水素拡散挙動については，埋設位置の上面図であり，下図は各センサの水素

レーザラマン分光法による可視化を行った。可視放出点からの半径方向及び鉛直方向への離隔距離化に使用したレーザ光源は Nd:YAG レーザの第 3 高を示した図である。水素拡散挙動は円筒形である

調波（Quantel 社製 CFR400，波長 355nm，30Hz，

地中模擬層の中心軸に対称であると仮定し，①か80mJ）である。ラマン分光法は，分子の内部エネ

ら⑦まで合計 7 個のセンサを，互いに十分な空間

ルギを散乱光の波長シフト量として捉える分光計

的距離をとって配置することにより，水素拡散挙測法であり，複数のガスが混在する条件下でも，動への影響を抑制した。①～⑤までのセンサにつ

特定のガスのみに着目して濃度計測を行うことがいては同時計測を行ったが，⑥及び⑦のセンサにできる。本実験では，実験容器の内部は窒素と水

ついては，水素放出口の直上に位置し，水素拡散

素の混合状態にあるため，これら 2 種のガスを分挙動への影響が避けられないと判断したため，そ離して濃度計測を行う必要がある。

れぞれ個別に埋設し直し，単独で実験を行った。

表 1 に，励起波長 355nm の場合の水素と窒素の

なお，⑦のセンサについては，地中模擬層表面か

ラマンシフト，ラマン散乱波長，ラマン散乱断面ら 10mm の深さに設定したが，これは次節に述べる

積比を示す 5)。ラマンシフトとは，励起光からの大気計測における観測範囲の中心点と，地中模擬

散乱光のエネルギシフト量を表す値であり，分子層表面に対して対称な位置となっている。

種に固有の値である。これによりラマン散乱の波長が決まる。ラマン散乱断面積とは，ラマン散乱の発生確率を示す値であり，水素は窒素の 3 倍程
度の値であるため，水素は比較的ラマン分光による計測に適したガスであると言える。

－

13

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

表1

水素及び窒素のラマン散乱波長

分子種

ラマン
シフト
[cm-1]

ラマン散乱
波長 [nm]ラマン散乱
断面積比(窒素：1)

水素(H2)

4160

416.5

3.1

窒素(N2)

2331

387.0

1

水素拡散挙動計測時のレーザ光軸の位置を図 9に示す。本実験では，レーザ光軸を地中模擬層上面から高さ 10mm の水平面内かつ水素放出口の直上を通るようにアライメントし，地中模擬層近傍の大気領域での水素拡散挙動を計測した。レーザの光軸上では，窒素分子もしくは水素分子が励起され，表 1 に示した波長のラマン散乱光が発生する。ラマン散乱の強度はガス濃度に比例するため，発生するラマン散乱光をレーザ光軸と 90°をな

図9

レーザ光軸の位置

す方向からカメラによってイメージングすることにより，ガス濃度分布の可視化が可能である。レー
ザビームの直径をφ6mm として計測を行ったので，

3. 水素拡散挙動計測実験

水素拡散挙動の鉛直方向の観測領域は，地中模擬

3.1 実験条件の設定

層上面から 10mm の位置を中心とする高さ 6mm の水素放出口の形状はφ1mm またはφ2mm の円形領域となる。水平方向の計測範囲はカメラの画角

ピンポールとし，ガス供給圧力については，中低によって制限されるが，地中模擬層表面がすべて

圧 で の 水 素 配 管 供 給 を 想 定 し た 2.5kPa 及 び

収まるようにカメラの位置を調整し，計測を行っ

5.0kPa の 2 パターンに設定した。これらの条件下た。カメラの高さは，地中模擬層表面での光の反で，中心粒径 512µm 及び 1200µm のガラスビーズを射が外乱となるのを防ぐため，レーザ光軸と同じ土壌模擬試料として地中模擬槽に充填し，それぞ高さに設定した。

れ実験を行った。以上合計で全 8 パターンの条件

イ メ ー ジ ン グ に は ICCD カ メ ラ （ Princeton

において水素拡散挙動の計測実験を行ったが，本Instruments 社製 PI-MAX4:1024f）を使用した。

稿では，そのうちφ1mm のピンポールを放出口とICCD カメラはナノ秒オーダでのシャッタタイミ

した 4 パターンの実験結果について報告する。実ング（ゲート時間）の設定が可能であり，レーザ

験は水素の放出を開始した時刻を基準として地中のパルスが容器内部の地中模擬層上面を通過すると大気中の計測を同時に開始し，300 秒経過する

タイミングに同期させてシャッタを開くことによまでの拡散挙動を計測した。

り，高い S/N 比で画像データを取得できる。本実験では，ゲート時間をレーザのパルス発光時間に

3.2 地中模擬層内水素拡散挙動計測結果

合わせて 7ns に設定した。計測時には，水素によ全 4 条件での地中水素ガス拡散挙動の計測結果

るラマン散乱光のみを選択的に観測するため，カを，濃度ごとに色分けして可視化した図を，図 10

メラレンズの内部に中心波長 415nm，透過帯域半～13 に示す。

値全幅 10nm の光学バンドパスフィルタを取り付
けて観測を行った。

－

14

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

100％

50 s

⑦
⑤

80％
60％

④

③
④

150 s

⑦
⑤

②

⑥
①

40％
20％

⑤

②
③

⑥

100 s

⑦

②
③

⑥
④

①

①

R[mm] 180 260 360 400 410 480 540

0％

200 s

⑦
⑤

④

図 10

50 s

⑦

60％

⑤

④

②
③

⑥
④

①

100 s

⑦
⑤

②
③

⑥
④

①

③
④

150 s

⑦
⑤

②

⑥
①

40％
20％

③

①

⑤

②

⑥

300 s

⑦

地中水素拡散挙動計測結果（試料中心粒径 512µm，供給圧力 2.5kPa）

100％
80％

⑤

②
③

⑥

250 s

⑦

②
③

⑥
④

①

①

R[mm] 180 260 360 400 410 480 540

0％

200 s

⑦
⑤

④

図 11

⑤

②
③

⑥

250 s

⑦

④

①

⑤

②
③

⑥

300 s

⑦

③

⑥
①

④

地中水素拡散挙動計測結果（試料中心粒径 512µm，供給圧力 5.0kPa）

－

15

－

②

①

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

100％

50 s

⑦
⑤

80％
60％

④

③
④

150 s

⑦
⑤

②

⑥
①

40％
20％

⑤

②
③

⑥

100 s

⑦

②
③

⑥
④

①

①

R[mm] 180 260 360 400 410 480 540

0％

200 s

⑦
⑤

④

図 12

50 s

⑦

60％

⑤

④

②
③

⑥
④

①

100 s

⑦
②

③

⑥
④

⑤

①

③
④

150 s

⑦
②

⑥
①

40％
20％

③

①

⑤

②

⑥

300 s

⑦

地中水素拡散挙動計測結果（試料中心粒径 1200µm，供給圧力 2.5kPa）

100％
80％

⑤

②
③

⑥

250 s

⑦

⑤

②
③

⑥
④

①

①

R[mm] 180 260 360 400 410 480 540

0％

200 s

⑦
⑤

④

図 13

②
③

⑥

250 s

⑦
⑤

②
③

⑥
④

①

300 s

⑦
⑤

③

⑥
①

④

地中水素拡散挙動計測結果（試料中心粒径 1200µm，供給圧力 5.0kPa）

－

16

－

②

①

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

地中における水素拡散挙動は，おおまかには，放今回の実験においては，高さ 40cm 程度の限られた出口を中心とする同心円状の広がりとなるが，細か空間であるため，浮上した水素は容器の天井に衝突

く見ると試料の粒径や供給圧力によって違いが見しガスの流れができることによって，大気中模擬層られた。

の内部に複雑な水素濃度分布が生じることが考え

中心粒径 512µm の土壌模擬試料中の拡散（図 10，られる。これは，後述するシミュレーション解析の11）では，鉛直上方への拡散よりも水平方向への拡結果とも符合している。実現場においては，このよ

散が早いのに対して，粒径 1200µm の場合（図 12，

うに限定された空間内に水素が拡散する場合は限13）には，水平方向よりも鉛直方向への拡散が先行定的であると思われるため，特に屋外環境におけるする結果となった。これは，より粒径の小さな

大気中への水素拡散挙動をより正確に把握するた512µm のガラスビーズの方が透気係数が低いため，めには，屋外計測試験或いはより規模を拡大した実上方への拡散が抑制されるためであると考えられ

験装置による検証を行う必要があると考えられる。

る。同じ試料粒径で供給圧力が高くなると，ガスの放出量が増加するため，各計測点の濃度上昇は早くなるが，全体的な拡散挙動の傾向は変わらないことが分かった。
3.3 大気中模擬層内水素拡散挙動計測結果
大気中模擬層における水素拡散挙動計測結果を
図 14～17 に示す。水素濃度 0%を青色，10%を赤色として，色相でガス濃度分布を可視化した。水平方向の位置は水素放出点の直上を基準点とした。また，
水素放出開始後 150 秒，200 秒，300 秒経過後の水
素濃度の水平分布を縦軸を濃度としてグラフ化した結果についても示した。
いずれの条件においても，まず最初に水素放出口
直上付近に水素が観測され，時間の経過とともにガスの存在範囲が周囲に拡大していく傾向がみられた。これは，地中模擬層における水素拡散挙動が水素放出口を中心とするほぼ同心円状の広がりであり，水素放出口直上において最初に水素が大気中模擬層に到達するためであると考えられる。したがって，少なくとも粒径の揃ったガラスビーズを土壌模擬試料とした理想的な条件下では，大気中模擬層へ拡散する水素をその初期段階で検出することができれば，最初に水素が検出された地点のほぼ直下か
ら水素が漏洩していると考えることができる。その後，時間の経過とともに水素の存在範囲は水平方向に拡大し，複数のピークが確認できるようになる。
以下このことの理由について考察する。
大気中模擬層内での拡散は地中での拡散に比べて圧倒的に早く，水素分子は窒素分子に比べてはるかに軽いため，地中模擬層から大気中模擬層に漏出した水素は，浮力によって急速に浮上し水素の流れが生じている可能性がある。また，大気中模擬層は，

－

17

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

0%

-300

-200

-100

0

100

10
8
6
4
2
0
-500 -400 -300 -200 -100 0
100
位置 [mm]

14

200

0%

1s

125s

125s

150s

150s

200s

200s

250s

250s

300s

300s
-400

300 [mm]

150s
200s
300s

200

300

400

500

16

大気中水素濃度分布の経時変化計測結果

-300

-200

-100

0

100

10
8
6
4
2
0
-500 -400 -300 -200 -100 0
100
位置 [mm]

15

-200

-100

0

100

400

200

300

400

500

10%

1s

1s

125s

125s

150s

150s

200s

200s

250s

250s

300s

300s
-400

300 [mm]

300

150s
200s
300s

0%

150s
200s
300s

200

300 [mm]

大気中水素濃度分布の経時変化計測結果

10%

200

200

（試料中心粒径 1200µm，供給圧力 2.5kPa）

水素ガス濃度 [%]水素ガス濃度 [%]

-400

-300

10
8
6
4
2
0
-500 -400 -300 -200 -100 0
100
位置 [mm]（試料中心粒径 512µm，供給圧力 2.5kPa）

0%

10%

1s

水素ガス濃度 [%]水素ガス濃度 [%]

-400

10%

500

-200

-100

0

100

10
8
6
4
2
0
-500 -400 -300 -200 -100 0
100
位置 [mm]17

大気中水素濃度分布の経時変化計測結果

200

300 [mm]

150s
200s
300s

200

300

400

500

大気中水素濃度分布の経時変化計測結果（試料中心粒径 1200µm，供給圧力 5.0kPa）（試料中心粒径 512µm，供給圧力 5.0kPa）

－

-300

18

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）した。

4. シミュレーションによる解析と再現性評価
本章では，地中及び大気中における水素拡散挙解析条件を表 2 に示す。解析コードは FLUENT

動について，前章に示した土壌を模擬したガラス

Version16 を使用し，物性は水素，窒素の密度を圧

ビ ー ズ 充 填 容 器 内 に お け る 実 験 条 件 に て CFD

縮性としている。窒素雰囲気中への水素噴出であ（Computational Fluid Dynamics：流体解析）シり，浮力の影響が大きいことから重力を考慮した

ミュレーションを実施し，地中模擬層内及び大気計算としている。また，十分に遅い流れ場である

中模擬層内の空間の水素濃度変化を明らかにする。

ことから，流動モデルは層流とした。空隙率は，また，実験結果とシミュレーション結果を比較し実測した値である 0.3767 を使用した。解析におけ再現性を評価することで，地中及び大気中における解析パラメータは，粒径（①1200µm，②512.5µm）

る水素拡散挙動のシミュレーション解析が可能でと透気係数（①1.32088e-9m2 ，②2.40459e-10m2 ）あるかどうかを明らかにする。

の 2 種類である。また，水素-窒素の 2 成分系の分子拡散係数については，0.736cm2/s（@16℃）を用いた 8)。

4.1 解析条件の設定
本 解 析 に は ANSYS 社 の 汎 用 流 体 解 析 コ ー ド

境界条件は，下流側を大気開放とし，壁面は断FLUENT を用いた。シミュレーションの基礎方程式

熱+No slip 条件である。流量，水素供給圧力，放は，出口径，充填層の粒子径をパラメータとし，実験時の計測値及び寸法を用い，合計 8 ケースについ

𝜕𝜕𝜌𝜌g
𝜀𝜀
+ ∇�𝜌𝜌g 𝑢𝑢g � = 𝑄𝑄g
𝜕𝜕𝜕𝜕

表2

𝜕𝜕𝜌𝜌g 𝑢𝑢g𝜌𝜌g+ ∇ � 𝑢𝑢g 𝑢𝑢g �
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜀𝜀

𝜀𝜀

解析条件

モデル

= −𝜀𝜀∇𝑝𝑝g + ∇�𝜇𝜇g ∇𝑢𝑢g �−�

て解析を実施した。各パラメータを表 3 に示す。

(1)

𝜀𝜀𝜇𝜇g
𝑢𝑢 � + 𝜀𝜀𝜌𝜌g g
𝐾𝐾 g

𝜕𝜕�𝜌𝜌 𝑌𝑌 � + ∇�𝜌𝜌g 𝑢𝑢g 𝑌𝑌i � = ∇�𝜀𝜀𝜌𝜌g 𝐷𝐷i,m ∇𝑌𝑌i � + 𝑄𝑄i
𝜕𝜕𝜕𝜕 g i

FLUENT Ver16
密度：圧縮性（窒素，水素）有り
層流
粒径 ①1200 µm②512.5 µm
空隙率 0.3767
透気係数 ①1.32088e-9 m2②2.40459e-10 m2

コード
物性
重力
流動モデル
充填層

(2)

(3)
境界条件

で表される。(1)式は質量保存則，(2)式は運動方

下流側
側面

程式，(3)式はガス種 i の輸送方程式であり，ここで，ε は空隙率，𝜌𝜌g は密度[kg/m3]，𝑢𝑢g は流速（空表3塔速度）[m/s]，𝑝𝑝g は圧力[Pa]，𝜇𝜇g は粘性係数[Pa･s]，𝑄𝑄g 及び𝑄𝑄i は漏洩量[kg/m ･s]，𝐾𝐾は透気係数[m ]，
3

2

大気開放
断熱/Noslip

解析パラメータ（実測値)No.

流量[L/min]

圧力
[kPa]

①

8.99

2.54

②

13.02

③

放出口径

充填層

5.16

ピンホール

φ 512.5 µm（深さ 520 mm）

8.58

2.90

mm

④

12.34

6.09

⑤

30.36

2.72

透気係数及び有効拡散係数には，実験において

⑥

44.15

5.39

ピンホール

得られた空隙率を反映し，シミュレーションを行

⑦

27.94

4.02

mm

⑧

41.93

7.87

𝑑𝑑p は粒径[m]，g は重力加速度[m/s ]，𝑌𝑌i はガス種 i2の質量分率，𝐷𝐷i,m は有効拡散係数 6)[m2/s]である。

土壌模擬試料の影響は，主に運動方程式中に抵抗力として導入され，充填層内を流れる混合ガスの浸透性を表す透気係数𝐾𝐾は，Blake-Kozeny の式

7)

を用いた。

う。パラメータは，流量，圧力，放出口径，土壌模擬試料粒径であり，それぞれ実験データを反映

－

19

－

φ 1.017

φ 2.009

φ 1200 µm（深さ 520 mm）
φ 512.5 µm（深さ 520 mm）
φ 1200 µm（深さ 520 mm）

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

4.2 解析結果
表 3 の各条件のうち，No.①，③，⑤，⑦のシミュ
レーション解析結果を図 18 に示す。
地中における水素の拡散挙動は，全体的には，
水素放出口を中心とする同心円状の広がりとなっており，これは 3 章において述べた実験結果の特徴と一致している。水素放出開始から 100 秒程度までは，鉛直及び水平方向の距離と濃度の相関がほぼ同じであり，球状に近い拡散となっている。
時間の経過と共に，鉛直方向の発達がやや先行す
るようになり，側壁近傍では壁面の影響により放射状の拡散から歪んだ形状へと変化している。土壌模擬試料の透気係数（粒径）による比較（条件①と③，⑤と⑦）では，粒径が大きく透気係数が高い場合には，地中における水素拡散挙動は鉛直
方向が水平方向よりも先行することが分かる。このことについても，実験結果の特徴とよく一致している。
大気中における水素の拡散挙動は，いずれも水素放出口直上である地表面中央から開始し，放出流量が高いほど，また，透気係数が高いほど地表面への染み出しが早く，大気中における水素の分布幅も早く拡大する。これらの定性的な挙動は，実験結果と良好に一致している。
相対的に流量が高く，水素漏洩量が増加すると，地中における鉛直方向の水素拡散がいずれの条件
でも先行し，その分水平方向への拡散の速度は緩和される傾向にある。したがって，大気中への水
素の染み出しが早期に始まり，地表面中央で顕著であった水素の拡散が，やがて周辺の複数個所で生じる状態へと推移することがわかる。この結果
は，前述した大気中模擬層における水素濃度分布の計測実験において，複数のピークが観測されたことと一致する。
また，地中模擬層と大気中模擬層の境界付近での水素濃度勾配が大きく，地表付近での大気中水素濃度があまり高くない場合でも，地中模擬層内部では高い水素濃度となっている可能性があることが分かった。

－

20－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

100％

80％

60％

①

0％

3.9％

1.7％

0.6％

地表面
40％

20％

重力
0％

4.1％

1.1％

13.6％

水素注入

Y
X

0％

150s

100s

Z

300s

200s

100％

80％

60％

③

2.7％

0.1％

3.9％

6％

地表面
40％

20％

Y
X

重力

0％

0％

1.9％

0.5％

13.6％

水素注入

150s

100s

Z

300s

200s

100％

80％

60％

⑤

16.8％

9.6％

19.1％

24.6％
地表面

40％

20％

重力

4.4％

32.4％

17.5％

57.2％

0％

水素注入

Y
X

150s

100s

Z

300s

200s

100％

80％

60％

⑦

23.2％

21.9％

26.1％

24.6％
地表面

40％

20％

重力

1.3％

12.8％

6％

57.2％

0％
Y
X

水素注入

100s

Z

図 18

150s

200s

300s

シミュレーション解析結果（左端の番号は表 3 の No.に対応）

－

21

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）

4.3 実験結果との比較による再現性評価
地中及び大気中における水素拡散挙動について，

40
35

再現性の評価を行った。

30

水素ガス濃度 [%]実験結果とシミュレーション解析結果を比較し，地中模擬層内の計測点③（図 8 参照）における水素濃度の経時変化について，実験結果とシミュ
レーション結果を比較したグラフを図 19 に示す。

CFD_PH1mm，2.5kPa
CFD_PH1mm，5.0kPa
CFD_PH2mm，2.5kPa
CFD_PH2mm，5.0kPa

計測_PH1mm，2.5kPa
計測_PH1mm，5.0kPa
計測_PH2mm，2.5kPa
計測_PH2mm，5.0kPa

25
20
15
10

水素ガス濃度 [%]

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

CFD_PH1mm，2.5kPa
CFD_PH1mm，5.0kPa
CFD_PH2mm，2.5kPa
CFD_PH2mm，5.0kPa

0

計測_PH1mm，2.5kPa
計測_PH1mm，5.0kPa
計測_PH2mm，2.5kPa
計測_PH2mm，5.0kPa

0

50

100

150
時間 [s]

CFD_PH1mm，2.5kPa
CFD_PH1mm，5.0kPa
CFD_PH2mm，2.5kPa
CFD_PH2mm，5.0kPa

40

200

250

300

計測_PH1mm，2.5kPa
計測_PH1mm，5.0kPa
計測_PH2mm，2.5kPa
計測_PH2mm，5.0kPa

35

0

50

100

150
時間 [s]

CFD_PH1mm，2.5kPa
CFD_PH1mm，5.0kPa
CFD_PH2mm，2.5kPa
CFD_PH2mm，5.0kPa

200

250

水素ガス濃度 [%]水素ガス濃度 [%]

5

300

30
25
20
15
10
5
0

計測_PH1mm，2.5kPa
計測_PH1mm，5.0kPa
計測_PH2mm，2.5kPa
計測_PH2mm，5.0kPa

0

50

100

150
時間 [s]

200

250

300

図 20 大気中水素濃度比較（地表面近傍中心）（上：粒径 512µm，下：粒径 1200µm）
大気中における水素濃度の推移についても，実験とシミュレーションの結果はよく一致している
ことが分かる。全体的には，上昇と下降を繰り返
0

50

100

150
時間 [s]

200

250

しながら次第に濃度が上昇していく挙動をよく再300現できている。濃度の絶対値については，地中と同様に実験結果の方がやや低い値となる傾向に

図 19 地中模擬層内の水素濃度比較（計測点③）あった。

（上：粒径 512µm，下：粒径 1200µm）以上の比較結果から，ガラスビーズを土壌模擬
図 19 から分かるとおり，計測点③における実験試料とした理想条件下において，CFD シミュレーとシミュレーションの結果はよく一致した。定性

ションによって地中及び大気中の水素拡散挙動を的な挙動については特によく一致しており，初め

おおむね正確に把握できることを確認した。

は比較的早く濃度が上昇するが，次第に上昇の勾配が緩やかになっていく挙動が再現できている。

5. まとめ

定量的には，各条件における水素ガスの濃度が，粒径の均一なガラスビーズを土壌模擬試料とし実験値の方がやや低くなる結果となった。この理

た理想的条件下における水素拡散挙動について，

由については，シミュレーション解析において，実験及びシミュレーションによる可視化を行った。

水素供給の条件設定が影響している可能性がある。

CFD 解析によるシミュレーションは，今回設定し次に，地表面近傍の大気中（水平位置は放出口た理想的条件下において，地中・大気中ともに高直上）における水素濃度の経時変化を比較した結い精度で水素拡散挙動の実験結果を再現できた。

果を図 20 に示す。

実験及びシミュレーションによって得られた水素
拡散挙動の特徴は以下のとおりである。

－

22

－

地中及び大気中における水素拡散挙動の可視化（第一報）1314，DOI：10.1541/ieejeiss.131.1309

地中模擬層内においては，水素は水素放出口を(2011).

中心とするほぼ同心円状の拡散挙動を示し，土壌5)

粒径（透気係数）によって鉛直方向への拡散が先

R. M. Measures: “Laser Remote Sensing”，

行するか，水平方向への拡散が先行するかが決まJohn Wiley and Sons，New York，p.108

る。これは水素に働く浮力と土壌模擬試料による(1984).
6)

抵抗とのバランスで決定されると考えられる。

in Porous Media”, Springer (1991).

大気中模擬層への拡散では，地中模擬層と大気
7)

中模擬層の境界付近での濃度勾配が大きく，大気8)の地中水素濃度は高くなっている可能性があるこ
放出口の直上付近から先行して進むが，地中模擬
層内部の水素濃度が高くなってくると，水素放出
口直上以外の複数の漏出点が生じ，広い範囲から
大気中模擬層への拡散が進行するようになる。
以上，本報では，限られた閉空間内での理想的条件下における水素拡散挙動について明らかにした。より現実に近い条件での検証については，次報以降で報告する予定である。
[謝辞]
本研究は，経済産業省 平成 28 年度水素導管供給システムの安全性評価事業 維持管理工法の水素適用性評価「地中及び大気中の水素拡散挙動調
査」により実施したものであり，関係各位に深く感謝の意を表します。
［参考文献］
経済産業省：「水素・燃料電池戦略ロード
マップ」，https://www.meti.go.jp/press/2018/03/20190312001/20190312001-2.pdf(2019).
経済産業省：「水素社会実現に向けた経済産
業省の取組」，https://www.env.go.jp/seisaku/list/ondanka_saisei/lowcarbon-h2sc/events/PDF/shiryou06.pdf (2020).
3)

株式会社四国総合研究所：「維持管理工法の水素適用性評価地中及び大気中の水素拡散挙動調査調査報告書 : 平成 28 年度水素導管供給システムの安全性評価事業」，経済産業省，info:ndljp/pid/11274337 (2017).

4)

朝日一平，二宮英樹：「ラマン散乱光強度測定による水素ガス流の濃度分布計測」，電気学会論文誌 C，Vol.131，No.7，pp.1309-－

日本機械学会：『伝熱工学資料』（改訂第 4版） (2009).

とが示唆された。大気中模擬層への拡散は，水素2)

日本流体力学会：『流体力学ハンドブック』(初版)，(1987).

中模擬層における水素濃度が低い場合でも，直下

1)

M. Kaviany: “Principles of Heat Transfer

23－四国電力，四国電力送配電，四国総合研究所
研究期報１１５ (2021年12月) 24－32

SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：
ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例に㈱四国総合研究所 土木技術部㈱ナイバ 技術部㈱ナイバ 技術部
四国電力㈱ 土木建築部

キーワード：

火山ガラス
SEM-EDS
Aso-4 火砕流
耶馬溪火砕流Key Words：

潮田
長田
中村
大西

雅司
朋大
千怜
耕造

Volcanic glass
SEM-EDS
Aso-4 pyroclastic flow
Yabakei pyroclastic flow

Chemical composition analysis of volcanic glass using SEM-EDS:
Examples of pyroclastic flow deposits in a borehole core sample
Shikoku Research Institute, Inc., Civil Engineering Department
Masashi Ushioda
NAIBA Co.,Ltd., Engineering Department
Tomohiro Nagata, Chisato Nakamura
Sikoku Electric Power Co. Inc., Civil & Architectural Engineering Department
Kozo Oonishi

Abstract
The chemical composition analysis of volcanic glass is useful not only to discuss the chemical evolution of magma,
but also to correlate pyroclastic flow deposits and tephra samples. We calibrated SEM-EDS for the analysis of major
element compositions of volcanic glass. Analysis of standard glass samples shows that the accuracy and precision of
SEM-EDS analysis are good enough to correlate with tephra samples. Two pyroclastic flow deposits in a boreholecore sample collected from the middle terrace of the Nakatsu Plain in Nakatsu City, Oita Prefecture, Japan, werealso measured. The chemical composition of the volcanic glass and the type of components indicate that the upper
pyroclastic flow deposit is an Aso-4 pyroclastic flow. The lower pyroclastic flow deposits below the river sediments
may be the Yabakei pyroclastic flow, according to the same analysis.

－ 24 －

SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例に1.

点がある。火山岩における分析対象の 1 つである

はじめに火山岩は石基と斑晶の集合体であり、ミクロに火山ガラスは電子線に弱いことから、EDS による

見ると石基にはマイクロメートルスケールの結晶分析が有効である。株式会社四国総合研究所におや火山ガラスが含まれる一方、斑晶においても累いて導入された SEM-EDS を用い、火山ガラス分析

帯構造などが見られる。化学組成の微小領域（局を精度良く実施できたことから、分析条件等を紹所）分析により、マグマの化学進化やマグマの上介すると共に、大分県中津平野や愛媛県宇和盆地

昇など物理過程の情報を引き出すことが可能となで採取されたボーリングコアに含まれる火山噴出る。また、火山のテクトニックセッティングの違物試料の化学組成分析および噴火イベントとの対

いや、化学進化の違いなどにより火山、そして噴比を行った。

火ごとに化学組成に個性を生じさせる。つまり、火山ごと、噴火ごとに火山ガラスの化学組成が異2.

なることから、遠方に到達した火山灰中に含まれ2.1 局所化学組成分析

分析手法と分析試料

る火山ガラスの化学組成の違いを用いた給源火

化学組成分析には、インレンズショットキー電

山・噴火イベントの特定も広く行われている（愛界 放 出 電 子 銃 を 備 え た 走 査 顕 微 鏡 （ JEOL JSM-

媛県宇和盆地の UT コアにおける例：Tsuji et al.

IT700HR）と、EDS として Oxford Ultim Max 100

2018

1）

）。

を用いた。なお、この SEM には EBSD （Oxford

火山岩の局所化学組成分析を行うために、これま

Nordlys Max）も備えられている。加速電圧は火山で電子線マイクロプローブが幅広く用いられてき岩の主要元素である Fe まで十分励起可能な 15kVた。この装置は、走査電子顕微鏡（SEM）に X 線分とし、照射電流値は試料へのダメージ（特にアル光器を組み合わせたもので、試料表面に電子線をカリ元素の励起効率の減少）を極力回避するため照射することで試料表面の化学組成に応じた特性に 0.3nA とした。試料へのダメージ軽減には電子

X 線が生じ、その特性 X 線のピーク強度から化学

線をデフォーカスさせ電子密度を減少させること組成を求める。X 線分光器は以前は分光結晶を用が有効な手段の 1 つであるが、使用した電子顕微

いた WDS（波長分散型 X 線分光器）が主流であっ鏡の仕様上、デフォーカスさせて試料に照射する

たが、近年の半導体検出器の進歩により EDS（エネ電子線径を任意の大きさに変更することは操作がルギー分散型 X 線分光器）も広く使用されるよう煩雑となり容易ではないため、フォーカスさせたになった。WDS は波長分解能（つまりエネルギー分

電子線を直径およそ 10μm の円形内で走査させて解能）が高く精度の良い分析が行われる一方、EDS測定を行った。測定時間は 60 秒とした。

はエネルギー分解能に劣るが単位電流あたりの X

化学組成定量分析のために、各元素のキャリブ

線励起効率が良い。したがって試料への電子線にレーションには、Si に SiO2, Ti に TiO2、Al に Al2O3、よるダメージを回避しなければならない場合におMn に MnO-Fe2O3、Mg に MgO、Ca に CaSiO3、K と P にいて、比較的低電流で分析を行うことの出来る利

KTiPO5 の合成鉱物を用い、Fe に Hematite、Na に

Table 1 Sample list for SEM-EDS analysis.

SampleNKT-4 core

UT-iwk core

Annotation
8.50 m

N33°33'22.07'', E131°12'12.56''

pyroclastic flow deposit

21.63 mpyroclastic flow deposit

22.62 mpyroclastic flow deposit

23.81 mpyroclastic flow deposit

23.90 mpyroclastic flow deposit

8.53-8.55 m

N33°23'28.46'', E132°28'21.33''

Aso-4210120-7

N33°25'28.61'', E131°10'6.32''

Yabakei pyrolclastic flow deposit (non-welded)

210121-3

N33°9'38.48'', 131°30'11.82''

Imaichi pumice fall

－

25

－

SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例にAlbite の天然鉱物を用いた。Hematite（92649：

標準試料の繰り返し測定を行った。ガラス標準試

McGuire et al. 1992 2））はハーバード大学鉱物料として Lipari Obsidian（ID3506：Kuehn et al.

博物館所蔵のものを、それ以外は日本電子製のも2011 3））と MPI-DING reference glasses（Jochumのを用いた。定量分析を行う際の補正法として、

et al. 2006 4））、Soda-lime glass （SRM620：NIST）

φ（ρZ）法を採用した。

を 用 い 、 角 閃 石 標 準 試 料 と し て Kaersutite（131928：McGuire et al. 1992 2））を用いた。

2.2 標準試料
化学組成分析値の精度・確度をチェックするた

2.3 ボーリングコア試料と火山近傍噴出物試料

めに、化学組成が既知のガラス標準試料と角閃石

化学組成分析を行った試料を Table 1 に示す。

Table 2 Analytical results of Standard materials.
Analysis period(wt.%)(YY/MM/DD)
21/8/4-21/11/17 Preferred ValueSiO2

TiO2 Al2O3 FeO* MnO MgO CaO Na2O K2O

P 2O5 Total

72.08

1.80

3.69

7.11 14.39 0.41

99.48

Soda-lime glass

This study

72.16 0.02

1.74

0.05

UDL 3.75

7.21 14.40 0.38

UDL 99.71

NIST

1σ (n=61)

0.35

0.05

0.07

0.05

0.09

0.13

0.03

0.07

0.04

0.73

4.07

5.11

0.01 98.85

0.03

0.02

0.06

0.22

0.27

0.02

0.06

0.04

0.78

4.10

5.23

UDL 98.83

0.05

0.03

0.04

SRM620Lipari obsidian (ID3506)
Kuehn et al. (2011)

Preferred Value
74.10 0.07 13.10 1.55
Uncertainty at 95%
1.40 0.02 0.50 0.05
21/8/4-21/11/18
confidence level
This study
74.01 0.07 12.97 1.58
1σ (n=74)

Kaersutite (131928)

ML3B-G (MPI-DING)
Tholeiitic basalt from
Mauna Loa (1975 flow)
Jochum et al. (2006)

21/8/17

21/8/17

StHs6/80-G (MPI-DING)
Andesitic ash fromthe St.Helens eruption
Jochum et al. (2006)

21/8/17

GOR132-G (MPI-DING)
Komatiite from
Gorgona island
Jochum et al. (2006)

21/8/17

T1-G (MPI-DING)
quartz-diorite from
Italian Alps
Jochum et al. (2006)

0.06

0.07

39.60 5.19 14.78 11.82 0.12 12.42 10.42 2.82

1.43

98.60

This study

40.12 5.17 14.34 11.92 0.11 12.58 10.34 2.84

1.49

UDL 98.91

1σ (n=65)

0.24

21/8/4-21/11/17 Preferred Value

McGuire et al. (1992)
KL2-G (MPI-DING)
Tholeiitic basalt from Kilauea(east rift 1983)
Jochum et al. (2006)

0.04

21/8/17

0.39

0.04

0.05

0.04

7.34 10.90 2.35

0.48

0.23 98.33

0.09

0.08

0.01

0.03

7.49 11.12 2.34

0.51

0.22 99.211σ(n=10)

0.09

0.05

0.04

0.04

0.05

0.11

0.08

Preferred Value
50.30 2.56 13.30 10.70 0.17
Uncertainty at 95%
0.30 0.09 0.20 0.10 0.01
confidence level
This study
50.52 2.65 13.31 10.89 0.15
0.25

0.11

0.10

0.13

0.16

0.11

0.06

0.06

0.12

0.09
0.20
0.09

Preferred Value
51.40 2.13 13.60 10.90 0.17
Uncertainty at 95%
0.60 0.09 0.20 0.10 0.01
confidence level
This study
51.68 2.15 13.65 11.24 0.14

6.59 10.50 2.40

0.39

0.23 98.31

0.08

0.06

0.00

0.03

6.75 10.56 2.39

0.39

0.20 99.151σ(n=10)

0.09

0.06

0.07

0.03

0.07

Preferred Value
63.70 0.70 17.80 4.37 0.08 1.97
Uncertainty at 95%
0.50 0.02 0.20 0.07 0.004 0.04
confidence level
This study
62.96 0.71 17.61 4.35 0.06 1.97

5.28

4.44

1.29

0.16 99.79

0.09

0.14

0.02

0.02

5.32

4.68

1.33

0.11 99.101σ(n=10)

0.13

0.25

0.07

0.06

0.07

0.09

0.07

0.07

0.05

0.05

0.04

0.10

0.09

0.04

0.03

0.05

Preferred Value
45.50 0.31 11.00 10.10 0.15 22.40 8.45
Uncertainty at 95%
0.40 0.01 0.20 0.10 0.01 0.20 0.12
confidence level
This study
45.36 0.30 10.80 10.21 0.18 22.67 8.56

0.83

0.03

0.04 98.81

0.04 0.003 0.011σ(n=10)

0.80

0.05

0.15

0.05

0.11

0.08

0.04

0.02

Preferred Value
58.60 0.76 17.10 6.44
Uncertainty at 95%
0.40 0.02 0.20 0.06
confidence level
This study
58.54 0.73 17.18 6.59

0.13

3.75

7.10

3.13

1.96

0.17 99.13

0.01

0.04

0.09

0.09

0.04

0.03

0.11

3.86

7.21

3.18

2.01

0.12 99.531σ(n=10)

0.04

0.04

0.09

0.05

0.05

0.04

0.20

0.11

0.05

0.05

・UDL means “under detection limit”.
・FeO* is calculated assuming that all iron ions are divalent.

－

26

－

0.11

0.10

0.08

UDL 98.92

SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例に±0.02Ma（宇都・他 1999 9））である。さらに、愛媛県西予市宇和盆地で採取された UT-iwk コア中に含まれる Aso-4 火山灰（中村・他 2020
Ushioda et al. 2021

10）

、

11）

）においても火山ガラスの化学組成分析を行い、NKT-4 コア試料と対比検討を行った。Aso-4 噴火の噴出年代は、89±7ka（松本・他 1991 12））である。火砕流堆積物中の軽石もしくは降下軽石試料は、超音波洗浄後 110℃のオーブンで乾燥させた。内径 2.5cm の型を用いてエ
ポキシ樹脂で真空含浸を行い、樹脂包埋マウントの片面研磨を行い 1μm のダイヤモンドペースト
で鏡面に仕上げた。火山灰試料は超音波洗浄によりシルト以下細粒分を除去した後、スライドガラ
ス上に粒径 125-250μm で揃えた粒子をエポキシ樹脂で固定し、軽石試料と同様に鏡面に仕上げた。
3.

分析結果

3.1 標準ガラス・角閃石
標準試料を繰り返し測定した結果を Table 2 に示す。SRM620、Lipari obsidian、Kaersutite については、2021 年 8 月 4 日から 2021 年 11 月 17 日までの期間で各 SEM-EDS 使用日に未知試料分析前に測定したものを平均した。この期間における分

Fig.1 Backscattered electron images of (a) NKT-4

析値は、分析誤差を超えた経時変化は確認できな

8.51 m and (b) NKT-4 23.81 m pumice.

い。これらの分析値は推奨値と概ね良い一致を示

ボーリングコア試料は、大分県中津市中津平野にした。MPI-DING reference glasses の 2021 年 8

おける中位段丘上で採取された NKT-4 コア（全長月 17 日における測定値を上と同様に平均したと24m）中の火砕流堆積物と見られる層準（上部火砕ころ、これらも概ね推奨値と一致したが、流堆積物：深度 5.57-8.87m、下部火砕流堆積物：

StHs6/80-G は推奨値よりも Na2O において若干高深度 20.77-24.00m）から軽石試料を採取した。上い値を示した。

部火砕流堆積物の上位には粘土層、粘土混じり砂層もしくは砂礫層が分布し、地表付近には土壌（ロ3.2 ボーリングコア試料・火山近傍露頭試料ーム層）が見られる、上下の火砕流堆積物の間に本研究により分析を行ったボーリングコア試料

は、上位から粘土層、玉石混じり砂礫層、砂層、と火山近傍露頭試料の火山ガラス分析結果を

玉石混じり砂礫層の順に旧河川堆積物が挟まる。

Table 3 に示す。NKT-4 コア上部の火砕流堆積物とまた、NKT-4 コア中の火砕流堆積物との対比を

見 ら れ る 層 準 5.57-8.87m か ら 採 取 さ れ た 深 度目的として、中津周辺地域で 20 万分の 1 地質図幅8.50m の試料は、軽石が混じるものの基質はバブ（石塚・他 2009 5））を基に、ボーリング掘削地点

ルウォール型火山ガラスに富み、マフィック鉱物まで到達した可能性のある猪牟田カルデラ起源のとして最大数 mm となる角閃石結晶を多く含み、次耶馬溪火砕流堆積物（Kamata 1989 6））、と今市火

いで直方輝石・単斜輝石を含む。NKT-4 コア下部の砕流噴火イベントの一連の噴出物である下位の降火砕流堆積物である深度 20.77-24.00m の試料に下軽石（今市プリニアン：鎌田・他 1994 7））を採おいては、軽石は最大 4cm ほどのものが確認でき、取した。耶馬溪火砕流の噴出年代は、1.00±0.04Ma

基質はバブルウォール型火山ガラスを少量含むも（檀原・他 1997 8））、今市火砕流の噴出年代は 0.83－のの軽石型火山ガラスに富む。マフィック鉱物と27－

SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例にして角閃石・直方輝石を同程度含むが、NKT-4 コア

化学組成分析を行ったところ、SiO2 で 70 から

上部火砕流堆積物で見られるような数 mm を越え

72wt.%となり、NKT-4 コア上部 8.50m における火るサイズの角閃石は見られない。両者とも黒雲母

山ガラス化学組成と概ね一致した。非溶結耶馬溪は確認できなかった。樹脂に包埋した軽石試料の火砕流堆積物（210120-7）中の軽石と、今市降下

断面を見ると、発泡の良い軽石の組織が確認でき、

軽石（210121-3）の火山ガラスの化学組成分析を

せん断変形を受けたようなチューブ状組織が見ら行ったところ、210120-7 は SiO2 で 78wt.%前後、れるものもある（Fig. 1）。軽石に含まれる火山ガ

210121-3 は SiO2 で 70 から 72wt.%となった。

ラスの化学組成分析を行ったところ、NKT-4 コア
上部 8.50m においては SiO2 で 70 から 72wt.%、4.

NKT-4 コア下部においては SiO2 で 76 から 78wt.%

4.1 標準ガラス推奨値と分析結果の違い前後であった（Fig. 2）。

考察
本研究による標準ガラス試料の分析値と推奨値

UT-iwk コ ア 中 に 含 ま れ る 視 認 テ フ ラ で あ るを比較するとほとんどが良い一致を示すが、一部

Aso-4 火山灰に対し火山ガラスにおいても同様に（StHs6/80-GのNa2Oなど）で若干の分析値の違い

Table 3 Analytical results of volcanic glasses in boring and outcrop samples.

Al2O3 FeO*

MnO

MgO

CaO

Na2O

K2O

P2O5

Total

67.77 0.42 14.43 1.731σ(n=12)0.79 0.05 0.30 0.17
100% normalized 71.04 0.44 15.12 1.81
NKT-4 21.63 m
72.33 0.20 11.65 1.04
1σ(n=10)1.80 0.06 0.23 0.10
100% normalized 76.89 0.22 12.38 1.11
NKT-4 22.62 m
72.47 0.18 11.56 1.021σ(n=14)0.70 0.04 0.16 0.08
100% normalized 77.23 0.19 12.32 1.08
NKT-4 23.81 m
72.74 0.21 11.36 0.931σ(n=12)0.60 0.04 0.16 0.10
100% normalized 77.54 0.22 12.11 0.99
NKT-4 23.90 m
72.64 0.21 11.66 0.971σ(n=12)0.91 0.06 0.22 0.05
100% normalized 77.09 0.22 12.37 1.03
210120-7 pumice in Yabakei pyroclastic flow
75.12 0.24 11.80 0.641σ(n=11)0.49 0.04 0.12 0.16
100% normalized 77.89 0.25 12.23 0.66
210121-3 Imaichi pumice fall
66.88 0.50 13.67 2.351σ(n=11)0.75 0.05 0.35 0.14
100% normalized 71.14 0.53 14.54 2.50
UT-iwk Aso-4 8.53-8.55 m
67.71 0.43 14.01 1.671σ(n=14)0.57 0.07 0.38 0.40
100% normalized 71.56 0.46 14.81 1.76

0.11
0.04
0.11

0.43
0.07
0.45

1.39
0.23
1.46

4.74
0.11
4.97

4.34
0.20
4.55

0.04
0.04
0.04

95.40

0.09
0.04
0.09

0.18
0.02
0.19

1.08
0.08
1.15

3.28
0.25
3.48

4.22
0.20
4.48

0.00
0.00
0.00

0.05
0.06
0.05

0.18
0.02
0.19

1.01
0.04
1.08

3.36
0.16
3.59

4.00
0.17
4.27

0.00
0.00
0.00

0.04
0.05
0.05

0.15
0.02
0.16

0.95
0.06
1.02

3.17
0.15
3.38

4.25
0.11
4.53

0.00
0.00
0.00

0.06
0.05
0.06

0.18
0.03
0.19

1.09
0.08
1.16

3.35
0.10
3.55

4.07
0.10
4.32

0.00
0.01
0.00

0.04
0.04
0.04

0.07
0.03
0.07

0.99
0.12
1.03

2.98
0.06
3.09

4.57
0.13
4.74

0.00
0.01
0.00

0.06
0.04
0.06

0.45
0.05
0.48

1.66
0.13
1.77

4.03
0.10
4.28

4.39
0.06
4.67

0.03
0.03
0.04

0.10
0.06
0.10

0.41
0.06
0.43

1.19
0.22
1.26

4.59
0.18
4.86

4.43
0.31
4.68

0.08
0.05
0.09

NKT-4 8.50 m

SiO2

TiO2

－

28

－

100.0094.07
100.0093.84
100.0093.80
100.0094.24
100.0096.44
100.0094.02
100.0094.61
100.00SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例に

16

TiO2 (wt.%)

Al2O3 (wt.%)

1

14

0.5

12

10
0.8
0.6

MgO (wt.%)

FeO (wt.%)

0
3
2

0.4

1

0.2
0
6

Na2O (wt.%)

CaO (wt.%)

0
2

1

4
3
2
70

0
6

K2O (wt.%)

575

SiO2 (wt.%)

80

Yabakei pfl (Maruyama et al. 2017)
NKT-4 8.50 m
Ss-Pnk ash (Maruyama et al. 2017)
NKT-4 21.63 m
Ayukawa pfl (Nakamura et al. 2014)
NKT-4 22.62 m
Yufugawa pfl (Sakakibara et al. 2009)
NKT-4 23.81 m
NKT-4 23.91 m
Pumice in Yabakei pfl (210120-7)
Imaichi pumice fall (210121-3)
Aso-4 (8.53-8.55m) in UT-iwk core

5
4
3
70

75

80

SiO2 (wt.%)

Fig. 2 Volcanic glass compositions in borehole core and outcrop samples. “Pfl” means pyroclastic flow.
が生じた。MPI-DING reference glassesの推奨値

ガラスにおいて、電子線を照射したことによる試を公表したJochum et al.（2006）4）は、岩石試料

料表面イオンのマイグレーション現象による影響

を高温下で溶融・急冷して標準ガラスを作成し、であると解釈することができ、マイグレーション

世界中の地球化学研究室へ分析依頼したものを平をおこしやすいNaのX線カウントが減少したと考均して推奨値としている。このとき、幅広い化学えられる。マイグレーションを経た分析では、逆組成範囲で多くのガラスが作成されたが、Jochumにガラスの化学組成の大部分を占めるSiとAlが相4）et al. （2006） によるStHs6/80-Gと流紋岩組成

対的に若干増加した。電子線を照射することによのガラスATHO-Gの全岩化学組成分析結果と、電子るNaの定量値は基本的にマイグレーションの影響

線マイクロプローブを用いた局所化学組成分析結によって真の値よりも減少するセンスである。本果を比較すると、有意に全岩化学組成分析結果の研究による分析値はJochum et al. （2006） 4）に方がNa2O分析値が高い。この傾向はATHO-Gの方がおける各標準ガラスの推奨値のNa2O量と同等もし顕著である。この傾向は、比較的SiO2 成分に富む

くは若干高い結果であることから、本研究におけ

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29

－

SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例にる標準ガラス分析時にマイグレーションの影響を

山ガラス組成と一部の組成範囲が重なる一方、ほぼ受けない分析条件で分析を実施することが出

SEM-EDS ではなく LA-ICP-MS で火山ガラスを測定来たと解釈することが出来る。以上により、全てした Maruyama et al.（2017） 19）は、さらに広いの主要元素において精度・確度良く分析が行える

化学組成範囲をとる。これは耶馬溪火砕流の広域ことを確認した。

火山灰である Ss-Pnk の分析値においても同様である。SEM-EDS を用いて由布川火砕流堆積物中の4.2 NKT-4 コア試料中に含まれる火山ガラスの対比

火山ガラスを測定した榊原・他（2009）20）や鮎川

NKT-4 コア上部（8.50m）の火山ガラス化学組成

火砕流堆積物中の火山ガラスを測定した

分析結果は、UT-iwk コア中に含まれる Aso-4 火山

Nakamura et al. （2014）21）におけるガラスの化

灰の化学組成範囲とほぼ一致する。中津平野から学組成も、NKT-4 コア下部の火砕流中の火山ガラ

比較的近い猪牟田カルデラ起源の今市火砕流堆積

ス組成範囲と近い。しかし、由布川火砕流・鮎川物（本研究で分析に用いたのは一連の噴出物の降

火砕流は共に黒雲母を主要なマフィック鉱物とし下軽石）中の火山ガラスも化学組成範囲が Aso-4て含むため、黒雲母を含まない NKT-4 コア下部火火山灰と非常に近い。ただし、Aso-4 と今市降下軽砕流とは対比されない。以上を踏まえると、NKT-

石を比較すると、今市降下軽石は FeO や CaO で若4 コア下部の火砕流堆積物は耶馬溪火砕流に対比

干高く、Na2O で低い傾向があり、かつ、NKT-4 コ

される可能性がある。今後、ジルコンを用いた年

ア 8.50m と UT-iwk コアの Aso-4 火山灰は最大数

代測定や火山ガラスの微量元素組成分析により、mm の角閃石結晶に富むのに対し、今市降下軽石は確実に対比されることが期待される。

角閃石結晶を少量含むものの Aso-4 ほど大きくないという記載岩石学的特徴の違いから、NKT-4 コ

5.

まとめ

ア上部の火砕流堆積物は Aso-4 火砕流に対比出来

新規導入した SEM-EDS の火山ガラス測定手法をる。これは、中津平野から山国川を上った中津市

確立し、標準試料分析結果から火山ガラスの起源

三光臼木鮎帰地域で Aso-4 火砕流堆積物が地表付を検討する上で十分な精度・確度があることを確

近で見つかっていること（石塚・他 20095）認した。NKT-4 コアにおいて上部・下部の 2 枚の）から火砕流堆積物が見られ、岩相観察、火山ガラスのも整合的である。
NKT-4 コア下部の火砕流堆積物は、上部と比べ化学組成分析から上部は Aso-4 火砕流堆積物に対て地質情報に乏しく、対比難度は高い。NKT-4 コア

比され、下部は耶馬溪火砕流堆積物に対比されるの上部火砕流と下部火砕流堆積物の間は旧河川堆可能性がある。

積物が約 12m の層厚で堆積しているため、Aso-4 と対比される上部火砕流との時代間隙は大きいと考［謝辞］

えられるが、年代の推定は難しい。また、中津市

本研究は、四国電力㈱土木建築部殿より委託を周辺地域の火山を起源とする火砕流として、猪牟受け実施した。愛媛大学社会共創学部の榊原正幸

田カルデラ起源の耶馬溪火砕流と今市火砕流（こ教授には火山ガラスの SEM-EDS 分析について助言

れは化学組成的に明瞭に除外される）、湯布院周辺を受けた。ここに記し、感謝の意を示す。

起源とされる由布川火砕流や鮎川火砕流（星住・他 1988 13））などが対比候補として挙げられ、より複雑である。由布川火砕流の噴出年代はおよそ［参考文献］

0.60Ma（e.g, 星住・鎌田1991 14）、竹村・檀原1993 15）、

1） Tsuji T, Ikeda M, Furusawa A, Nakamura

峯元・他2000

C, Ichikawa K, Yanagida M, Nishizaka N,

16））であり、その下位の鮎川火砕流はOhnishi K, Ohno Y （2018）：「High誓願寺軽石（広域テフラ Se-Tg）と対比される可能性が指摘されており（吉川・他 1997

resolution record of Quaternary explosive

17）

）、その噴

出年代は 0.61～0.62Ma （MIS16）（町田・新井 2003

volcanism recorded in fluvio-lacustrine

18）

sediments of the Uwa basin, southwest

組成は本研究で測定した耶馬溪火砕流堆積物の火Japan」 Quat. Int., 471, 278-297.

）である。NKT-4 コア下部火砕流中の火山ガラス

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SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例に

2） McGuire AV, Francis CA, Dyar MD

大西耕造・榊原正幸（2020）：「四国西部宇（1992）：「Mineral standards for electron

和盆地における阿蘇 4 降下テフラ層厚の妥

microprobe analysis of oxygen」 Am.

当性」JpGU-AGU Joint Meeting 2020,

Mineral., 77（9-10）, 1087-1091.

SVC46-P03.
11）Ushioda M, Nakamura C, Tsuji T, Ikeda M,

3） Kuehn SC, Froese DG, Shane PA,
Participants I. I. （2011）：「The INTAV

Ohnishi K, Nishizaka N （2021）：

intercomparison of electron-beam「Tephra from large eruption in Kyushu

microanalysis of glass by tephrochronology

area observed in UT-iwk core from Uwa

laboratories: results andbasin, western Shikoku」5th International

recommendations」Quat. Int, 246（1-2）,

Workshop on Rock Mechanics and19-47.

Engineering Geology in Volcanic Fields,

4） Jochum KP, Stoll B, Herwig K, Willbold M,

OS1-2.

Hofmann AW, Amini M, ..., Woodhead JD.

12）松本哲一・宇都浩三・小野晃司・渡辺一徳（2006）：「MPI‐DING reference glasses（1991）：「阿蘇火山岩類の K-Ar 年代測定

for in situ microanalysis: New reference

─火山層序との整合性と火砕流試料への適

values for element concentrations and用─」日本火山学会 1991 年度秋季大会講演

isotope ratios」 Geochem. Geophys.

予稿集, 73.
13）星住英夫・小野晃司・三村弘二・野田徹郎

Geosyst., 7, Q02008.
5） 石塚吉浩・尾崎正紀・星住英夫・松浦浩久・（1988）：「別府地域の地質」地域地質研究

宮崎一博・名和一成・実松健造・駒澤正夫

報告（5 万分の 1 地質図幅）, 地質調査所,（2009）：「20 万分の l 地質図幅「中津」」,131p.
14）星住英夫・鎌田浩毅（1991）：「由布川火砕産業技術総合研究所.

流の噴出年代」火山, 36（4）, 393-401.

6） Kamata H （1989）：「Shishimuta caldera,

15）竹村恵二・檀原徹（1993）：「由布川火砕流

the buried source of the Yabakei
pyroclastic flow in the Hohi volcanic zone,のフィッション・トラック年代」火山, 38

Japan」 Bull. Volcanol., 51（1）, 41-50.

（2）, 63-66.
16）峯元愛・竹村恵二・檀原徹（2000）：「大分7） 鎌田浩毅・檀原徹・山下透・星住英夫・林田明・竹村恵二（1994）；「大阪層群アズキ火

県日出地域に露出する敷戸および由布川火山灰および上総層群 Ku6C 火山灰と中部九砕流堆積物のフィッション・トラック年

州の今市火砕流堆積物との対比: 猪牟田カル代」火山, 45（5）, 289-293.
17）吉岡敏和・星住英夫・宮崎一博（1997）：

デラから噴出した co-ignimbrite ash」地質学雑誌, 100（11）, 848-866.

「大分地域の地質」地域地質研究報告（5 万分の 1 地質図幅）, 地質調査所, 65p.

8） 檀原徹・鎌田浩毅・岩野英樹（1997）：「中18）町田洋・新井房夫（2003）：「新編火山灰ア

部九州の耶馬溪火砕流堆積物と大阪層群ピトラス」, 東京大学出版会.

ンク火山灰のジルコンのフィッション・ト19）Maruyama S, Danhara T, Hirata T

ラック年代」 地質学雑誌, 103（10）, 994-（2017）：「Re-identification of

997.
9） 宇都浩三・石塚治・内海茂・鎌田浩毅・檀原

Shishimuta-Pink tephra samples from the徹（1999）：「大規模火砕流堆積物および広Japanese Islands based on simultaneous

域テフラのレーザー加熱 40Ar/39Ar 年代測

major-and trace-element analyses of

定：北東九州耶馬溪火砕流（ピンク火山

volcanic glasses」 Quat. Int, 456, 180-194.
20）榊原正幸・中村千怜・岩崎仁美・池田倫

灰）および今市火砕流」地球惑星科学関連
学会合同大会予稿集, Vc-015.

冶・佐野栄・檀原徹（2009）：「愛媛県野村町北部の中期更新世平野火山灰の FT 年代お10）中村千怜・辻智大・池田倫治・西坂直樹・

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SEM-EDS による火山ガラス化学組成分析：ボーリングコア試料中の火砕流堆積物を例によび岩石学的研究」 火山, 54（6）, 241251.
21）Nakamura C, Sakakibara M, Sano S,
Kurniawan IA （2014）：「Trace element
compositions of glass from Middle
Pleistocene volcanic ash in Western
Shikoku, Japan」Proceeding ofInternational Conference ofTransdisciplinary Research on
Environmental Problem in Southeastern
Asia 2014, 43-52

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学 位 取 得 の お 知 ら せ
四国総合研究所では新たに 2 名が学位を取得されましたのでお知らせいたします。

学位取得者 ：中村拓弥
論文 ：「改良 9Cr-1Mo 鋼溶接継手部の余寿命評価法に関する研究」

論文提出先 ：香川大学
取 得 学 位 ：博士（工学）
取 得 日 ：令和 3 年 9 月 30 日
取得者略歴 ：
平成 22 年 3 月

香川大学大学院工学研究科
知能機械システム工学専攻博士前期課程修了

同年 4 月㈱四国総合研究所入社 エネルギー研究部に配属
火力発電プラント用高温部材の余寿命評価研究に従事

令和 3 年 9 月

香川大学大学院工学研究科
知能機械システム工学専攻博士後期課程修了

現在、エネルギー技術部 研究主任

学位取得者 ：杉本幸代
論

文 ：「ラマン効果を用いた局所水素ガス非接触計測手法に関する研究」

論文提出先 ：千葉大学
取 得 学 位 ：博士（理学）
取 得 日 ：令和 3 年 9 月 28 日
取得者略歴 ：
平成 13 年 3 月

広島大学理学部化学科卒業

平成 26 年 8 月㈱四国総合研究所入社 電子技術部に配属
レーザーラマン分光法、紫外吸収分光法を用いたガス計測など、光による計測技術に関する研究に従事

現在、電子アグリ技術部 研究主任

最後に執筆者、編集ならびに審査にあたられた方々のご協力に対して厚くお礼申し上げます。

研 究 期 報第 115 号

編集兼発行人口山

成（無断転載を禁ず）

哉㈱四国総合研究所

発行㈱四国総合研究所〒761-0192
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