基本情報

所属
東北大学 ナノテラス共創推進機構 特任教授（研究）
学位
博士（工学）(1993年3月 東北大学)
J-GLOBAL ID
200901091423081698
researchmap会員ID
1000005098
外部リンク

Yuichi Niibori received his B. Eng. (1983) and M. Eng. (1985) in Mineral and Energy Resources Engineering from Tohoku University, Japan. In 1985, he joined its Faculty of Engineering as a Research Associate. He received a Dr. Eng. from Tohoku University in 1993, and served as an Associate Professor at Department of Quantum Science & Energy Engineering from 1996 to 2012, Tohoku University. Within this period, he stayed temporarily at Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich (1999) and University of California Berkeley (2006) as a visiting scholar. He has served as a Professor since April 2012 at Department of Quantum Science & Energy Engineering, Tohoku University. Based on geosphere transport phenomena, chemical reaction engineering and radiochemistry, he is carrying out the fundamental studies on the safety assessment of radioactive waste disposal system. His current research interests include dynamic behavior of radionuclides sorption onto rock surface altered by cementitious materials for the underground repository construction.

Besides, he served also as department chair of Quantum Science & Energy Engineering, Tohoku University from April 2013 to March 2017 and April 2023 to March 2024, as department head of the mechanical & aerospace engineering, the undergraduate school of engineering, Tohoku University from April 2014 to March 2015, and as the director of Division of Nuclear Fuel Cycle and Environment (NUCE), Atomic Energy Society of Japan (AESJ) from April 2014 to March 2015. Moreover, he served as the AESJ vice president from June 2021 to June 2023 and the AESJ president from June 2023 to June 2024. He served as a Special Advisor to Dean of Graduate School of Engineering, Tohoku University, from Aug. 2021 to March 2025. 

He is currently Professor Emeritus of Tohoku University, Specially Appointed Professor, Organization for NanoTerasu Co-Creation Promotion, Tohoku University, and Vice President of Photon Science Innovation Center (PhoSIC). 

研究キーワード

  4

研究分野

  1

経歴

  13

学歴

  2

主要な委員歴

  82
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受賞

  16

論文

  250
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MISC

  21
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書籍等出版物

  8

講演・口頭発表等

  258
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担当経験のある科目(授業)

  15

主要な所属学協会

  1

共同研究・競争的資金等の研究課題

  38
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産業財産権

  1

社会貢献活動

  32

メディア報道

  4

その他

  36
  • 2017年8月 - 2017年8月
    低レベル放射性廃棄物の埋設システムの構築には、ピット本体や廃棄物の充填材のみならず、中深度処分における地下坑道の建設にも多くのセメントが用いられる。地下埋設環境では、セメント系材料は、その主成分であるカルシウムシリケート水和物のカルシウム成分が次第に地下水に溶脱することにより、劣化する。また、セメントの間隙水はKイオンやNaイオンも含み、その溶脱により周辺地下水のpHを10以上に変質することが懸念されている。本研究では、この劣化したセメント系材料の核種閉じ込め性について、セシウムを用いて実験的に明らかにすることを目的とする。
  • 2017年1月 - 2017年1月
    超長期にわたるニアフィールド変遷について，担当者らは地層処分場の建設に大量に必要となるセメント系材料と処分場との関連について着目している。セメント系材料の使用は、処分場周辺の地下水を高アルカリ化し、セメント間隙水から供給されるCaイオンと岩盤からのSiの溶出によってカルシウムシリケート水和物(CSH: Calcium Silicate Hydrate)などの二次鉱物を生成させることが知られている。CSHは高pH(>9.5)において安定であり，セメント間隙水に含まれる0.1 MのNaイオンやKイオン、0.01 MのCaイオンの長期に亘る溶出により処分場周辺を高pHに維持する。さらに、それらの下流では高アルカリから地下水の元のpH（8程度）に戻る領域、すなわちアルカリフロント領域が形成される。この領域では過飽和ケイ酸の析出など、ケイ酸の再分配に係る反応が生じる。これらの化学反応は、岩盤亀裂のみならず、処分坑道内の埋戻し材内などpH勾配や温度勾配が生じる場所においても起こる。他方、処分坑道の埋戻し材に粘土系材料を用いることにより処分坑道内は、低透水性が維持されるように設計される一方で、処分坑道内に湧水量の多い亀裂から水みちが進展する可能性も指摘されている。 そこで、本予察試験は、緩衝材や埋戻し材において主要となるベントナイトへの過飽和ケイ酸の析出挙動について検討し，アルカリフロントにおけるケイ酸の析出が地下水流路の閉塞を通じて核種の遅延効果に寄与するか否かについて、基礎となる予察試験を行う。
  • 2016年8月 - 2016年8月
    放射性廃棄物の埋設システムの構築には，ピット本体やTRU廃棄物等の充填材のみならず，余裕深度処分や地層処分における地下坑道の建設にも多くのセメントが用いられる。セメントの間隙水はpH13以上であり，セメントの劣化は周囲の地下水を高pH化し，履土や岩盤の変質されることが懸念されている。本研究では，地下水に冠水している状態において，劣化したセメント系材料と核種との相互作用に着目し，その作用がむしろ放射性廃棄物を閉じ込める一種のバリアになることを実験的に明らかにする。
  • 2015年11月 - 2015年11月
    地層処分システムの構築にはセメント系材料の利用が不可欠である。担当者らは、これまで、埋め戻し後においてセメント系材料の変質が、化学的なバリアを形成することに着目してきた。これらのバリアは、高アルカリ化した流路におけるカルシウムシリケート水和物(CSH)の析出、さらにその周囲のアルカリフロント（高pHから地下水の本来のpHに戻る領域）の流路における過飽和ケイ酸の析出など、複数の過程により形成される。そこで、本予察試験では、緩衝材であるベントナイトがセメント間隙水や地下水に含まれるKイオンおよびCaイオンにより変質することに着目し、K型ベントナイトおよびCa型ベントナイトを固相とした過飽和ケイ酸の析出速度について実験的な検討を試みる。実験では、室温・窒素雰囲気下において、初期ケイ酸過飽和濃度および固相添加量を実験パラメータとする。また、圧密ベントナイト上への過飽和ケイ酸の析出挙動についても析出実験を試み、圧密ベントナイト表面近傍の変質や析出物のSEMやXRDによる観察を行う。さらに、埋め戻し材中の変質したベントナイトへのケイ酸の析出による流路の閉塞挙動について、実験から得たみかけの析出速度定数を用いて数値計算により整理する。
  • 2015年8月 - 2015年8月
    コンクリートピット処分や余裕深度処分などの低レベル放射性廃棄物の処分場や事故廃棄物の中間貯蔵施設では，ピットや廃棄物の充填材，地下坑道の建設に多くのセメントが用いられる。セメントの間隙水はpH13以上であり，セメントの劣化は周囲の地下水を高pH化し，履土や岩盤の変質されることが懸念されている。本研究では，その変質現象が地下水流路の閉塞（バリア形成）につながる条件を明らかにすることを目的とする。 地下水が高pH化すると履土等のケイ酸塩鉱物からケイ酸が溶出する。これは，ケイ酸の溶解度はpH9.5以上になると急激に上昇するためである。しかし，処分システム等の周囲の地下水(pH8程度)と混合すると，pHは減少し，ケイ酸が過飽和となり，コロイドの生成や流路への析出反応を示す。本研究では，このケイ酸の挙動を活用して，核種と錯体を形成し易いコロイドの生成を抑え，析出反応が支配的となる条件を明らかにする。このことにより，地下水の流路の閉塞によるバリア形成条件を予め考慮した処分システムの設計を目指す。
  • 2014年9月 - 2014年9月
    東北大学は「東日本大震災からの復興・新生の先導」を全学ビジョンとして掲げ、その実現のために「福島第一原子力発電所の廃止措置への貢献」を最重要課題の一つとしている。本プログラムでは、東北大学の伝統的な強みである材料分野のポテンシャルを活用すべく広範な分野が連携した全学横断組織を形成し、さらに福島大学及び福島高専の専門家の協力を得て基盤研究を加速する。また、専用の学生教育カリキュラムを整備して、安全な廃止措置をリードできる中核人材の育成を図る。このプロジェクトを実施する過程で、長期にわたる研究及び人材育成体制を構築することをプログラム全体の目標とする。 廃止措置の現場のニーズを踏まえた優先研究課題として、『(1)格納容器・建屋等の健全性確保のための基礎・基盤研究』と『(2)燃料デブリの処理と放射性廃棄物の処分に関する基礎・基盤研究』の２つの課題に取り組む。各研究課題には具体的目標を設けて現場で役立つ成果の創出を目指す。人材育成面では、「廃止措置工学コース」を設け、基盤研究への学生の主体的な参画を図るとともに、専用カリキュラムを整備して、状況が複雑に変化する可能性がある廃止措置工程において異分野専門家との連携を図り、的確かつ重層的な対応を取ることができる中核人材を育成する。
  • 2014年8月 - 2014年8月
    原子力プラントや低レベル放射性廃棄物の処分システムでは、多くのセメントが用いられる。セメントの間隙水はカルシウムイオンを多く含み、周囲の地下水と接触することにより次第にカルシウム分が溶出する。その場合、溶出したカルシウムは周囲の覆土や岩盤のケイ酸成分と反応し、ケイ酸カルシウムなどのケイ酸塩を析出する。すなわち、地下水は比較的流れ易い流路を選んで流れることから、析出するケイ酸塩により破砕帯等の流路を閉塞させる効果が期待される。そこで、本研究では、セメントからのカルシウム分の溶脱が破砕帯等の地下水流路の閉塞につながる条件を、地下水流速や析出反応速度とのバランスの観点から明らかにすることを目的とする。なお、地すべり等の地盤の変形は主に地下水の存在に起因して発生することから、地下水流路の閉塞効果は、その発生を低下させることに寄与する。本研究は、原子力関連施設とその周辺環境との関係について着目し、セメント利用による当該施設の更なる頑健性を検討するもので、新たな視点を含んでいる。
  • 2013年12月 - 2013年12月
    独立行政法人日本原子力研究開発機構（以下、原子力機構）が経済産業省資源エネルギー庁から受託した「平成25年度地層処分技術調査等事業 使用済燃料直接処分技術開発」（平成25年度受託）においては、わが国の原子力政策の策定や核燃料サイクルのシナリオの選択に柔軟に対応できるように、使用済燃料の直接処分に係る処分施設及び人工バリアの設計・施工に関する技術開発を実施することにより、使用済燃料の直接処分の技術的可能性／信頼性を提示する技術的取りまとめに資することを目的としている。 本研究では、上記目的を踏まえ、使用済燃料の直接処分に必要な基盤整備の一環として、人工バリアの長期健全性の観点から金属製処分容器の候補となる材料に関する調査研究を実施した。
  • 2013年11月 - 2013年11月
    泥岩中の核種移行メカニズムを明らかにすることを目的とし、泥岩の分析及び泥岩中の核種移行挙動に関する考察を実施する。 粘土成分を比較的多く含む泥岩を試料としてラマン分光法等を用いた分析調査を実施し、泥岩の性状を把握する。また、調査結果から泥岩中の核種移行挙動に関する理論的考察を行う。
  • 2013年10月 - 2013年10月
    地層処分システムの構築にはセメント系材料の利用が不可欠である。これまで、本試験実施者らは、埋め戻し後の再冠水においてセメント系材料の変質が、化学的なバリアを形成することに着目してきた。これらのバリアは、高アルカリ化した流路におけるカルシウムシリケート水和物(CSH)の析出、さらにその周囲のアルカリフロント（高pHから地下水の本来のpHに戻る領域）の流路における過飽和ケイ酸の析出など、複数の過程により形成される。そこで、本予察試験では、これら過程の時系列を整理することを目的に、流動場におけるCSHの形成過程の追跡を行い、そのみかけの析出速度定数を得るとともに、アルカリフロントにおけるケイ酸の析出挙動に及ぼす過飽和濃度の影響についての実験を行い、そこから得られる析出速度定数との比較検討を行った。また、これまで、処分場周辺の変質過程については、一定の地下水流速を仮定したものが多く、本来の圧力勾配を一定にした場合についての検討が十分なされていない。そこで、本予察試験では、圧力勾配一定の条件下での析出と流路の閉塞との関係を、実験から得られたみかけの析出速度定数を用いて整理することも試みた。
  • 2013年8月 - 2013年8月
    研究目的 放射性廃棄物の処分システムでは、多くのセメント系材料が用いられ、これまで、乾燥過程を経たセメントと核種との相互作用が調べられてきた。しかし、それらの相互作用は地下水によって冠水された状態において生じ、また、セメント系材料は地下水との接触により劣化していく。そこで本研究では、冠水状態およびカルシウムの溶脱による劣化を考慮して、核種とセメント系材料との相互作用を定量化し、セメント系材料が構造物としての役目を終えた後も、核種を固定化する化学的なバリアとして機能することを明らかにすることを目的とする。 研究概要 セメント系材料の主成分であるカルシウムシリケート水和物(以下, CSHと呼称)を、乾燥過程を経ることなく、調製し、その放射性核種との相互作用を核種の蛍光寿命から調べる。蛍光は、所定の核種が一旦レーザにより励起され、安定な準位に戻ることにより発生する。その寿命は、核種周囲の水分子数に依存し、周囲に水分子が多いと短くなり、セメント系材料に固定化されるなど、核種周囲の水分子数が減少すると長くなる。CSHは冠水状態にあると構造を変化させ、核種を固定化しながらより安定になろうとすると期待されるが、従来この効果を定量化した例はない。本研究では冠水・劣化した状態においてもセメント系材料が核種を固定化する化学的なバリアとして機能することを明らかにする。
  • 2012年4月 - 2012年4月
    天水涵養による垂直地下水流を利用した場合の地中採熱量の予測手法を開発とその妥当性を実証試験を行うことにより示した。
  • 2009年10月 - 2009年10月
    淡水系の溶媒を用いてCSHを合成し、CSHと核種との相互作用を、主としてレーザラマン分光法により検討する。そこでは、これまでの純水系を溶媒とした知見との比較、核種濃度の依存性、さらに、蛍光寿命の結果との整合性を含め、CSHと核種との相互作用についての考察を加える。本実験では、核種としてAm(III)の代替としてEu(III)を主に用いるが、ラマン分光法を用いたCSHとヨウ素（ヨウ素酸イオン）との相互作用との比較検討も行う予定である。本実験の特徴は、処分システムの冠水後のセメント系材料の劣化に伴い生成する比較的Ca/Si比の低い二次鉱物としてのCSHについて着目している点にある。これらの核種取り込み性を調べるため、本実験では、CSH試料を乾燥させることなく利用し、処分場周辺の化学バリアとしてのセメント系材料の利点を明らかにする。
  • 2009年1月 - 2009年1月
    本研究では、放射性廃棄物の地層処分システムの安全確保の基本的な考え方を整理し、原子炉の安全評価に用いられる確率論的安全評価の手法を処分システムに適用する際の課題を検討するとともに、関連する一つの例として、パラメータの不確実性についての具体例を提示する。
  • 2007年8月 - 2007年8月
    廃棄物の地下処分における岩盤亀裂の水理特性を把握するために、電気伝導度検層データを高効率/高精度で解析するためのソフトウエァの開発する
  • 2007年7月 - 2007年7月
    長期的視点に基づき，核燃料サイクル関連技術,特にバックエンド技術（放射性廃棄物の処理・処分技術）の人材育成を強化する．そのために,既存施設である本学工学研究科RI施設において計測・分析装置を飛躍的に強化充実させ，関連する学生実験を強化するとともに，六ヶ所サイトのニーズに応える戦略的な教育研究活動を一層強化する．この取り組みにより原子力特有の基礎分野の研究教育基盤の整備し,本学の特色の一つとして世界をリードする先進バックエンド研究の展開を図る．
  • 2007年4月 - 2007年4月
    地層処分環境下において，人工バリア領域で支保工あるいは廃棄体にセメントが用いられる場合，セメント／母岩境界付近のミキシング・ゾーン*1)でpHの高いセメント間隙水によって母岩からケイ酸が溶出し，アルカリフロント*2)近傍でコロイド状ケイ酸の析出による母岩の変質(非晶質化)が起こることにより，核種移行挙動に影響を及ぼす可能性がある。本研究では，セメント／母岩境界付近のミキシング・ゾーンで生成するコロイド状ケイ酸について，ミクロ的・マクロ的諸特性に基づき，アルカリフロント近傍における固相存在下での動的挙動及び核種移行挙動に及ぼす影響を評価するとともに，JAEAのコロイド影響評価コードCOLFRAC-MRLへ導入可能な形でデータを整理し，このコードを用いて様々な地下水条件において核種移行に及ぼす影響を定量的に予測する。 *1）ミキシング・ゾーン：人工バリアと天然バリアの境界付近で，地下水の化学的特性が連続的に変化する領域 *2) アルカリフロント：セメント/母岩境界付近のミキシング・ゾーンのうち，セメント間隙水(pH13程度)が周囲地下水と混合され，pHが低下する場所
  • 2006年9月 - 2006年9月
    カリフォルニア大学バークレー校原子力工学科(以下UCB-NEと略記)とはこれまで当学科との共同研究が進められており、受け入れ担当となって頂いたJ.Ahn教授との相談により、交流会を平成18年9月20日から9月25日に実施することとなった。参加学生(4名)は、学科(量子)内の所定の選考方法（成績を基本にする）により選抜されたものであり、結果として、すべて異なる研究室に所属している。 なお、実施担当教員は、平成18年7月1日から10月15日の間、文部科学省大学教育の国際化推進プログラム（海外先進研究実践支援）をUCB-NEにおいて進めており、学生の引率を本学科の藤原充啓助手に依頼し、UCBにて合流して当交流会を実施している。 具体的実施内容（概要）は次の通りである。 本交流会の内容は次の通り。 9月20日 米国サンフランシスコ空港到着、バークリーに移動 9月21日 J.Ahn教授(UCB-NE)の研究室を訪問し、次の2つの授業を体験した。 授業コード授業名担当の先生時間帯教室建物 NE 255Numerical Simulation in Radiation TransportProf. Vujic11:00-12:30237Cory Hall NE 124Radioactive Waste ManagementProf. Ahn12:30-14:00237Cory Hall さらに、原子力共生関係の会合および懇親会を開催しUCB-NEの先生方や学生との意見交換を行った。 9月22日 UCB-NEの協力研究室（協力講座）であるローレンスバークリー国立研究所 Dr. Karasaki研究室およびProf. Leung研究室を訪問し、研究所の全体の説明、放射性廃棄物の処分関係の研究および加速器関係の研究の紹介を受けるとともに、各自の研究を紹介して、コメントを受けた。 9月23日 UCBキャンパス見学、国際会館見学し、UCBの学生生活の紹介を受けた。 9月24日 バークリーからサンフランシスコ空港に移動し、成田へ移動。 9月25日 成田着、帰仙。 参加学生は、当交流会を通じて、米国の文化に触れ、UCBの講義や同世代のUCB学生との討議を体験することができた。参加した学生は今後の東北大学における勉学、研究に、この貴重な体験を活かし、さらに励みたいと感じている。特にUCB学生の授業の受け方は、講義の途中に積極的に質問をするもので、参加学生に大きな刺激を与えた。（参加学生の１名は、UCB-NEの講義の中で、現在取り組んでいる研究紹介を急遽許可されて、UCB-NEの学生と他の参加者が一緒になって当該研究について考える場面もあった。）さらに、先生方を交えた学生間の懇親会では、UCB-NEの学生と原子力の地域共生について議論し、その重要性や文化の違いについて具体的な事例
  • 2006年7月 - 2006年7月
    本研究は，本学新融合領域創成研究会において生体・エネルギー・物質材料研究班に所属し，世界的にも喫緊の課題である放射性廃棄物の地層処分研究において，量子サイエンスと地下利用工学の新融合に取組んだものである． 地層処分の健全な実施は，軽水炉をはじめとした原子力エネルギーの利用を円滑化する一方で，放射線毒性など生体に影響を及ぼす可能性を，人工のバリア材，天然のバリア材を組み合わせて如何に抑え，透明性を持って評価できるかが重要であり，従来の単一の研究分野では到底解決できないものである．本取組みは，その新融合における大学院教育システムの確立基盤を，常に世界の最先端の水準で確認し，研究課題および手法について検討・提案を図ることを目的とした。 具体的には、取組み担当者がこれまで進めてきた地下環境を想定した実験的，理論的な研究の中で，特に地下の持つ不均一性に着目した評価解析手法に関する研究を，派遣先の受入教員である米国カルフォルニア大学バークレー校(以下, UCBと略記)原子力工学科Joonhong Ahn準教授とともに共同で進め，今後の当該分野の教育研究をより一層の高度化・国際化させた． さらに、近年，米国では，原子力工学が改めて注目されつつあり，地下を利用した廃棄物の処分といった観点を含めた原子力利用の高度利用についての教育機関としての機能を、教員そしてそれを受ける院生と交流しながらわが国における当該分野の教育研究にこれまで以上に円滑に活かすことが可能となった．
  • 2005年11月 - 2005年11月
    高レベル放射性廃棄物人工バリアの設計・製作に関する技術課題検討についてケイ酸の挙動に関する実験的検討を行う。
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