Development and operation of an electrostatic time-of-flight detector for the Rare RI storage Ring

長江 大輔*; 阿部 康志*; 岡田 俊祐*; 大甕 舜一朗*; 若山 清志*; 細井 駿*; 鈴木 伸司*; 森口 哲朗*; 天野 将道*; 上岡 大起*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 986, p.164713_1 - 164713_7, 2021/01

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164713

An electrostatic time-of-flight detector named E-MCP has been developed for quick diagnostics of circulating beam and timing measurement in mass spectrometry at the Rare-RI Ring in RIKEN. The E-MCP detector consists of a conversion foil, potential grids, and a microchannel plate. Secondary electrons are released from the surface of the foil when a heavy ion hits it. The electrons are accelerated and deflected by 90 toward the microchannel plate by electrostatic potentials. A thin carbon foil and a thin aluminum-coated mylar foil were used as conversion foils. We obtained time resolutions of 69(1) ps and 43(1) ps (standard deviation) for a Kr beam at an energy of 170 MeV/u when using the carbon and the aluminum-coated mylar foils, respectively. A detection efficiency of approximately 90% was obtained for both foils. The E-MCP detector equipped with the carbon foil was installed inside the Rare-RI Ring to confirm particle circulation within a demonstration experiment on mass measurements of nuclei around Ge produced by in-flight fission of uranium beam at the RI Beam Factory in RIKEN. Periodic time signals from circulating ions were clearly observed. Revolution times for Ge, Ga, and Zn were obtained. The results confirmed successful circulation of the short-lived nuclei inside the Rare-RI Ring.

核種の分離・変換技術; 高速炉を利用した変換

柳澤 務*; 宇佐美 晋; 前田 誠一郎

原子力年鑑2018, p.90 - 95, 2017/10

マイナーアクチノイド(MA)の核分裂反応は高速中性子領域で大きくなることから、MAの核変換には高速炉を用いるのが効率的であり、高速炉は、増殖によりウラン利用率を高めながらMAを核変換し、放射性廃棄物の量を低減して環境負荷を小さくできるため、原子力を持続的に利用できる特徴を有している。そこで、高速炉を利用した核種分離・変換を中心に、特に、高レベル廃棄物の減容化・有害度低減に向けた技術開発について、我が国及び仏国における取組みの経緯を述べた。また、高速炉へのMAの均質装荷法と非均質装荷法を用いたMA核変換技術開発の状況を述べるとともに、高速炉によるMA核変換の実績として、「常陽」、「もんじゅ」及び仏国フェニックス炉での実績をまとめた。さらに、酸化物燃料で均質にMAをリサイクルする方式を中心に、放射性廃棄物の減容化等に向けた燃料サイクル技術開発、すなわち、MAの分離技術開発、MA含有燃料の製造技術開発及びMA含有燃料の燃料開発について説明した。

地層処分におけるヨウ素含有廃棄体の溶解度及び浸出率の評価(研究概要)

柳澤 一郎*; 桂井 清道*; 泉 順*; 三枝 守幸*; 北尾 秀夫*; 都築 康男*; 根山 敦史*; 加藤 博康*; 中澤 俊之*; 岡田 賢一*

JNC TJ8400 2000-037, 61 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-037.pdf:2.78MB

(1)天然に産出されるハロゲン元素含有鉱物であるソーダライトおよびトルマリンを対象とし溶解度測定を行った。ヨウ化ソーダライト合成物、塩化ソーダライト合成物および塩化ソーダライト天然物の溶解測定試験結果、ならび現存する塩化ソーダライトの熱力学データに基づく計算から、ソーダライトからの元素の放出は溶解度により支配されることを確認した。溶解度は、塩化物の場合は合成物天然物、含有ハロゲン元素の観点からは合成塩化物合成ヨウ化物の傾向があることが示された。また、合成ソーダライト中に固定化されたヨウ素は、液相中の塩化物イオンと置換されないことを実験により確認した。トルマリンについては溶解元素濃度に対するソーダライトとの比較から、ソーダライト同様に低溶解性のヨウ素固化体として期待できる可能性があることが示された。(2)低浸出率に期待する廃棄体としてアパタイトを用いた多層分散型廃棄体の浸出特性について検討を行った。廃棄体の構成要素であるゼオライト保持材、アパタイトコートされたヨウ素保持材、アパタイトマトリクス材のそれぞれの試験体を作成し、還元雰囲気環境下での浸出特性を測定し、下記の結果を得た。・ヒドロキシアパタイトコーティングを行うことにより、1ヶ月後の浸出率で、コーティングなしに比べて約4桁低いヨウ素浸出率が得られた。・マトリクス材の浸出は、Ca、P濃度については、1ヶ月時点でほぼ理論的な溶解度相当の濃度に達している。 結論として、アパタイトマトリクス材を用いることにより、低浸出率の廃棄体の可能性があることが示された。

TRU廃棄物処分の人工バリア材中の核種移行挙動に関する研究(V)(研究概要)

柳澤 一郎*; 桂井 清道*; 向井 悟*; 土井 英雄*

JNC TJ8400 2000-027, 28 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-027.pdf:0.76MB

本研究では、還元性雰囲気を保持した条件でベントナイト系の緩衝材について、U,Npの拡散係数、及び分配係数を取得し、下記の成果を得た。・還元性雰囲気を保持した条件で得られたU,Npの見かけの拡散係数は、従来の試験結果にくらべて1桁以上低い値であった。このことから、U,Npの酸化数はIV価に保たれていたと推定される。・密度1.6g/cm3でのU,Npの分配係数は、ベントナイト平衡水系(DW)での分配係数が他の液性に比べて、若干小さい傾向にあった。・Cs,Srの分配係数は、ベントナイト空隙水中のイオン強度が高くなるにつれて、若干小さくなる傾向にあった。また、Srの分配係数は、ベントナイト変質により若干高くなる傾向であった。・Ni,Sn,Zr,Nbの分配係数のベントナイトの種類及び液性による違いは顕著ではなかった。・Amの分配係数は、Na型よりもCa型の方が約1桁高い値となった。一方、液性による分配係数の違いは小さかった。・昨年度までに作成した見かけの拡散係数、及び分配係数のデータベースを更新した。

TRU廃棄物処分の人工バリア材中の核種移行挙動に関する研究(4)(研究概要)

柳澤 一郎*; 内藤 大靖*; 北尾 秀夫*; 向井 悟*; 土井 秀雄*

JNC TJ8400 99-020, 25 Pages, 1999/02

JNC-TJ8400-99-020.pdf:0.64MB

本研究では、ベントナイト系の緩衝材について、核種の拡散係数、及び分配係数を取得し、下記の成果を得た。・圧縮ベントナイト中の核種の見かけの拡散係数を測定し、これまで取得したデータをまとめて見かけの拡散係数及び分配係数のデータベースを作成した。・Ca型化ベントナイト+方沸石の混合試験では、Srの見かけの拡散係数は、Ca型化ベントナイトでのみかけの拡散係数に比べて、若干小さい傾向にあった。・Ca型化ベントナイトの拡散試験でのみかけの拡散係数/分配係数は、いずれの核種もベントナイト平衡液、及びセメント平衡液で顕著な差は見られなかった。・Na型ベントナイトの拡散試験では、Cs,Srのみかけの拡散係数は、硝酸塩を含む系の方が小さい傾向にあった。・トリチウムの見かけの拡散係数は、Ca型化ベントナイトとNa型ベントナイト、及び液性によって、顕著な差は見られなかった。

地層処分システム性能評価の品質保証に関する研究(II)

房枝 茂樹*; 柳澤 一郎*; 片岡 伸一*; 島田 隆*; 前田 一人*; 渥美 至弘*; 惣万 芳人*

PNC TJ1216 98-006, 673 Pages, 1998/02

PNC-TJ1216-98-006.pdf:17.22MB

地層処分システムの性能評価においては、データ、評価モデルおよび解析コードの個々の品質を保証すると共に、解析者によるコードの運用やデータ取得に係わるプロセスについても十分な信頼性を持たせ、総合して評価結果の品質を保証していく必要がある。本研究では、性能評価で用いる解析コードおよびデータを対象として、これらの品質を保証していくための手順と信頼性に関する情報の管理・運用手法の体系的な構築を目的として、以下の検討を実施した。(1)昨年度にまとめた品質保証手続きのフレームワークに基づき、性能評価モデルの確証手法、データ分類管理手法、データの処理プロセスに対する管理項目や静的/動的管理項目の検討を行い、これらを反映した品質保証要領書を作成した。(2)性能評価解析コードを対象としてコードの選定または開発・改良、検証・確証に関する全情報を集約し、品質保証要領書に基づき、資料の再整理をするとともに、これらの情報に基づき動的な管理を半自動的に実施することを念頭に置いて、知識化情報の抽出を行なった。また、動的な品質保証活動を対象として、ここで抽出された知識化情報に基づいて計算機により解析者の支援を行うことを目的とした品質保証システムの仕様を検討し、システムを製作した。(3)第2次取りまとめにおける性能評価を念頭におき、これまでの運用より得られた知見および品質保証システムを考慮して、解析管理システムの機能の高度化を実施した。・生物圏評価コードを新規に導入するとともに、これと核種移行解析コードとの連成方法を検討し、解析コード間のデータ接続を行うインターフェースプログラムを開発した。・解析業務の増大に対応するため、複数の解析者が同時に解析管理システムを運用できるようにシステムを拡張した。また、様々な計算機への移植や大規模計算コードの導入に向けてのシステムの拡張性について検討した。・これまでの運用を踏まえて、インターフェースの高度化およびデータベースの拡張を実施した。

並列計算機上での構造格子生成システムの開発

村松 一弘; 村上 弘幸*; 東田 明宏*; 柳澤 一郎*

計算工学講演会論文集, 2(1), p.113 - 116, 1997/05

大規模な計算格子を効率よく生成できる並列計算機対応の汎用構造格子生成システムを開発した。本システムは、繁雑な格子生成がGUIにより視覚的かつ効率的に行うことができる。GUIはMotifベースで開発しているため、任意のUNIX-WSで動作可能である。格子としては、デカルト・円筒座標、及びBFC座標を扱うことができる。BFC座標では、代数的補間法と偏微分方程式法による内部格子生成が選択でき、格子のスムージングが可能である。偏微分方程式法の計算部分は、一般に負荷が大きいため並列計算機に配置し、分散処理を行うことが可能である。また出力される格子データは、解析コードが並列計算機で動作する際の負荷分散のための領域分割に対応している。

地層処分システム性能評価の品質保証に関する研究

前田 一人*; 枝房 茂樹*; 片岡 伸一*; 根本 和明*; 柳澤 一郎*; 福井 裕*; 土井 基尾*

PNC TJ1216 97-006, 202 Pages, 1997/03

PNC-TJ1216-97-006.pdf:10.03MB

本研究では、性能評価で用いる解析コード及びデータを対象として、それらの品質を保証するための手順と品質に関する情報の管理・運転手法について、地層処分システムの性能評価結果の信頼性の保証という観点からの検討を行う。本年度は、地層処分システムの性能評価で考慮すべき品質保証項目に対する品質保証の手順を、国内外での品質保証の実績等を踏まえて整理するとともに、解析コードの検証手法やデータの分類手法を以下のとおり検討した。(1)品質保証項目の抽出と既存の品質保証手法の調査・整理・原子力分野、航空宇宙分野、YMP、WIPPの品質保証要求事項を調査・整理した。・データ、解析コードの利用に於いて、エラー防止と品質保証の観点から確認を行うべき項目を摘出した。(2)品質保証手続きのフレームワークの作成・摘出した品質保証項目を確認項目と記録項目に分類し、性能評価解析における要求事項を管理フローとして示した。・管理フローに基づき、計算機システムへ展開した場合における品質管理システム構築のための基本要件について検討した。(3)解析コードの検証方法の構築動燃殿のニアフィールド性能評価コードである、MESHNOTE、PHREEQE、MATRICSを対象とした検証マニュアルを作成した。さらに、検証結果を判定するための基準ならびに適用範囲の設定方針について検討した。(4)データの分類管理手法の構築・データの取得から処理段階の全過程のデータ管理を行うため、取得方法や中間処理方法及び信頼性に基づいたデータの階層構造を構築した。・上記で構築した階層構造及びデータの性能評価計算への影響度を考慮したデータベース構造を検討した。

地層処分性能評価用解析システムの統合化研究,6

房枝 茂樹*; 柳澤 一郎*; 鵜沢 将行*; 松本 弘之*; 笠井 雅夫*; 石原 義尚*; 土井 英雄*

PNC TJ1216 95-002, 191 Pages, 1995/02

PNC-TJ1216-95-002.pdf:4.74MB

本研究では、ニアフィールドの複合現象を柔軟に解析できる連成解析用計算支援システム(CAPASA)の拡張と高度化を目的として、下記を実施した。(1)現象解析コードを連成解析システム上で連成させるための手順を、これまでの研究で得られた知見を基に、システム分析から連成実現にいたるステップ毎の手順としてまとめた。(2)今後の連成解析領域の拡張に関する作業効率と解析業務の効率向上にために、PLAN構築モジュールとPLAN実行モジュールの高機能化をプロトタイピングにより検討した。この結果、PLANにおけるデータフローならびに制御フローの表現について見直し、PLAN表現能力を拡張した高度化使用を定める事ができた。(3)複数の現象解析コードを連成した大型の解析を効率的に行うために、分散処理手法の導入について検討した。分散処理環境においては、PLANオブジェクト単位での並列処理により、解析の効率化が期待できるが、そのためにはオブジェクトの実行を制御するためのコントローラの実現が課題と成る。(4)ORIGEN2とHYDORGEOCHEMを対象とし、解析結果の登録、入出力、データのバージョン管理等の機能を拡張し、基本システムにおけるデータ管理機能の向上を図った。

地層処分性能評価用解析システムの統合化研究,5

柳澤 一郎*; 房枝 茂樹*; 鵜沢 将行*; 笠井 雅夫*; 石原 義尚*; 池田 康博*; 江崎 正弘*

PNC TJ1214 94-006, 542 Pages, 1994/03

PNC-TJ1214-94-006.pdf:12.82MB

本研究では、ニアフィールドの複合現象を柔軟に解析できる連成解析用計算支援システム(CAPASA)の基本システムを開発した。基本システムはGUIベースのデータ処理環境であるPCDEEと解析データおよび解析コードを格納するためのオブジェクト指向データベースから構成されるものである。基本システムは以下の手順で開発した。まずニアフィールド問題における重要な連成現象(ORIGEN2とHYDROGEOCHEM)を対象とし、その問題領域・解析領域に対するオブジェクト指向分析を実施し、基本システムに必要なオブジェクト、主要属性、プロセスを摘出した。さらに、分析結果をベースとし、基本システムのオブジェクト、データベースならびにPCDEEの設計を行い、システムを実装した。最後に実装したシステムの動作確認のため、具体的な連成現象問題を設定し解析を行った。この結果カップリング機能ならびにPCDEE及びデータベースが正しく作動することを確認した。さらに、これまでの統合化研究の成果を踏まえ、今後の研究課題を抽出し、研究スケジュールを作成した。