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佐藤 優樹; 角藤 壮*; 田中 孝幸*; 嶋野 寛之*; 諸橋 裕子; 畠山 知圭*; 中島 準作; 石山 正弘
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1063, p.169300_1 - 169300_7, 2024/06
A system for locating radioactive substances using a hexapod robot equipped with a Compton camera and light detection and ranging camera was developed, and its performance evaluation test was conducted at FUGEN, a nuclear facility owned by Japan Atomic Energy Agency. In the test, by projecting images of radioactive substances acquired with the Compton camera onto a three-dimensional model of the work environment acquired with a light detection and ranging camera, the locations where radioactive substances have accumulated and the dose rate is higher than the surrounding area were successfully visualized and identified.
線透過率差を利用した構造体内調査法の開発(委託研究); 令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業廃炉環境国際共同研究センター; 京都大学*
JAEA-Review 2023-028, 54 Pages, 2024/03
JAEA-Review-2023-028.pdf:3.81MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「3次元線量拡散予測法の確立と線透過率差を利用した構造体内調査法の開発」の令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。我々は核ガンマ線の方向を完全に決定、光学カメラと同じ全単射によるガンマ線画像(線形画像)が測定できる電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)を実現、今年、世界初の銀河拡散ガンマ線の直接観測に成功した。この特徴を生かし平成30年度英知事業に採択された「ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法」(以下、前研究)では、1F免振棟から炉を含む1km四方を一度に撮像、約100か所のスペクトル測定を一度に実現、空からはスカイシャイン、炉からは662keVガンマ線が明瞭に測定でき、見晴台50
Sv/hでも無遮蔽で撮像に成功した。令和3年度には京都大学複合原子力科学研究所の原子炉建屋内の3次元線量測定を実施し、動作中の原子炉からのガンマ線の3次元撮像に成功した。さらに炉壁から放出された微量な
Arのガンマ線(1290keV)を動画で捉え、放射性物質拡散のガンマ線画像モニタリングが可能であることを実証した。本研究は、前研究の成果を基にサブmSv/h環境での3次元汚染物質飛散検知・予測システムの1F内で使用可能な実用化を行う。またETCCのMeV以上のガンマ線撮像能力を生かし透過性の高い
Csガンマ線を利用した炉建屋内の3次元透視Cs分布測定法を開発する。
村上 健太*; 新井 拓*; 山田 浩二*; 門間 健介*; 辻 峰史*; 中川 信幸*; 鬼沢 邦雄
Transactions of the 27th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 27) (Internet), 3 Pages, 2024/03
本論文では、長期運転に関連する日本の規制規則、規格、業界ガイドを国際安全規格と体系的に比較することにより、日本の規格・基準の将来像を検討し、日本の規格制度が国際安全規格の勧告を概ね満たしていることを確認した。日本の規格・基準の将来的な改善に関する提言は、5項目に要約された。
佐藤 優樹
Applied Radiation and Isotopes, 203, p.111083_1 - 111083_9, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Inorganic & Nuclear)At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), radioactive substances released during the accident were deposited on various equipment and building structures. During the decommissioning work, an investigation of the deposition of radioactive substances inside the contaminated equipment and structures can provide information on the cause and progression of the accident. This study introduces a quantitative evaluation method of radioactivity using a Compton camera, a type of gamma-ray imager, to investigate the deposition and contamination level of radioactive substances on contaminated objects at the FDNPS. Multiple 
Cs radiation sources with varying radioactivity were placed horizontally in one dimension within the field of view of the Compton camera, and a proof-of-principle study was conducted to evaluate the radioactivity of each source quantitatively.
広田 憲亮; 中野 寛子; 藤田 善貴; 武内 伴照; 土谷 邦彦; 出村 雅彦*; 小林 能直*
The IV International Scientific Forum "Nuclear Science and Technologies"; AIP Conference Proceedings 3020, p.030007_1 - 030007_6, 2024/01
沸騰水型原子炉を模擬した高温高圧水中環境下では、溶存酸素量(DO)の変化により動的ひずみ時効(DSA)と粒界型応力腐食割れ(粒界SCC)がそれぞれ発生する。これらの現象の違いを明確に理解するために、その発生メカニズムを整理した。その結果、SUS304ステンレス鋼では、DOが1ppb未満の低濃度では粒内割れによるDSAが発生し、DOが100
8500ppbでは表面の酸化膜形成によりDSAは抑制されることがわかった。一方、DOが20000ppbまで上昇すると、皮膜が母材から剥離し、母材の結晶粒界に酸素元素が拡散し、粒界SCCが発生した。これらの結果から、DSAや粒界SCCによるクラック発生を抑制するためには、最適なDO濃度を調整する必要があることが示唆された。
永井 晴康; 古田 禄大*; 中山 浩成; 佐藤 大樹
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(11), p.1345 - 1360, 2023/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)放射性プルームの3次元分布を定量的に可視化するとともに放射性核種の放出量を推定する革新的なモニタリング手法を提案し、その実現性を予備的な試験により確認した。提案する手法は、電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)によるガンマ線画像分光測定とドップラーライダーによる3次元風速測定に基づくリアルタイム高分解能大気拡散シミュレーションを組み合わせている。複数箇所に設置したETCCで測定された放射性プルーム中の個々の放射性核種からのラインガンマ線画像とリアルタイム大気拡散計算による大気中濃度分布情報を融合した逆解析により、放射性核種ごとの3次元濃度分布を再構成する。大気拡散シミュレーションと放射線輸送計算で生成した仮想的な実験データを用いた試験により、試作した解析手法が十分な性能を有することを示した。
佐藤 優樹; 寺阪 祐太
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(8), p.1013 - 1026, 2023/08
被引用回数：5 パーセンタイル：98.48(Nuclear Science & Technology)The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) suffered a meltdown in the aftermath of the large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake that occurred on 11 March 2011. A massive amount of radioactive substance was spread over a wide area both inside and outside the FDNPS site. In this study, we present an approach for visualizing a radioactive hotspot on a standby gas-treatment system filter train, a highly contaminated piece of equipment in the air-conditioning room of the Unit 2 reactor building of FDNPS, using radiation imaging based on a Compton camera. In addition to fixed-point measurements using only the Compton camera, data acquisition while moving using an integrated Radiation Imaging System (iRIS), which combines a Compton camera with a simultaneous localization and mapping device and a survey meter, enabled the three-dimensional visualization of the hotspot location on the filter train. In addition, we visualized the hotspot and quantitatively evaluated its radioactivity. Notably, the visualized hotspot location and estimated radioactivity value are consistent with the accident investigation report of the FDNPS. Finally, the extent to which the radioactivity increased the ambient dose equivalent rate in the surrounding environment was explored.
鈴木 誠矢; 荒井 陽一; 岡村 信生; 渡部 雅之
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(7), p.839 - 848, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)福島第一原子力発電所の事故で発生した燃料デブリは、溶融した核燃料物質と原子炉の構造材等で構成された酸化物が多くを占めているため、環境温度の変化により岩石のように劣化する可能性が高い。燃料デブリは10年以上水冷されているが、季節や昼夜の温度変化の影響を少なからず受けていることから、燃料デブリの経年変化挙動を評価するためには環境温度の変化を考慮することが不可欠である。仮に燃料デブリの劣化が進んでいる場合、微粉化した放射性物質が冷却水中に溶出して取出し作業に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、環境温度の繰り返し変化がクラックの発生に与える影響に着目して、燃料デブリの模擬体を用いた加速試験を実施した。その結果、クラックは温度変化を重ねることで増加することを確認し、燃料デブリの簿擬態は熱膨張と収縮による応力により脆化することが判明した。燃料デブリの物理学的な劣化挙動は岩石や鉱物に類似していることが確認され、模擬燃料デブリと環境のモデルでクラックの増加挙動を予測することが可能となった。
佐藤 優樹; 峯本 浩二郎*; 根本 誠*
Radiation Protection Dosimetry, 199(8-9), p.1021 - 1028, 2023/06
被引用回数：1 パーセンタイル：68.31(Environmental Sciences)Identifying and visualizing the radiation source location are important in reducing the exposure dose of workers at the decommissioning site of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station and in improving the radiation protection functions in other sites where radiation sources are handled. In this paper, we developed the COMpton camera for Radiation Imaging System (COMRIS) to identify and visualize the radiation source location in 3D using output data from a Compton camera and a simultaneous localization and mapping (SLAM) device as input data. Here, we presented COMRIS to visualize a Cs-radiation source in a dark environment using data acquired by a commercial Compton camera and a LiDAR-based SLAM device mounted on a robot as input data. The radiation source image obtained using the Compton camera was drawn on the 3D work environment model acquired by the SLAM device, and the radiation source location was visible in 3D.
佐藤 優樹
Applied Radiation and Isotopes, 195, p.110739_1 - 110739_9, 2023/05
被引用回数：2 パーセンタイル：87.3(Chemistry, Inorganic & Nuclear)In the decommissioning work environment of a nuclear power plant, it is essential to accurately identify the location of radiation sources to reduce worker doses and develop decontamination plans. In this regard, gamma-ray imagers are promising devices in the visualization of the location of radiation sources. However, they can only estimate the direction in which the radiation source is located and not the distance to the source. A previous study has reported a method to identify the three-dimensional coordinates of the radiation source by measuring from multiple viewpoints with a gamma-ray imager. In some cases, the many pieces of object located at the actual decommissioning site limit the accessible area, making it difficult to measure the target area from multiple viewpoints. Thus, the present study devised and demonstrated a method of estimating the distance to the radiation source by measuring from only one direction using a Compton camera, a type of gamma-ray imager. The proposed method considered the reconstructed image intensity to be proportional to the inverse square of the distance to radiation source. This approach will be useful in accurately locating radiation sources in environments with limited workable areas, such as the broken reactor buildings inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station.
北垣 徹; Krasnov, V.*; 池田 篤史
Journal of Nuclear Materials, 576, p.154224_1 - 154224_14, 2023/04
被引用回数：1 パーセンタイル：49.51(Materials Science, Multidisciplinary)Nuclear fuel debris is a complex material containing a wide range of elements, compounds, and radiation. This complexity renders all the stages of the treatment of nuclear fuel debris extremely difficult and troublesome in the technical context. The whole treatment of nuclear fuel debris is also an extremely long-term process for tens of thousands of years, during which the aging of nuclear fuel debris is an unavoidable but critical issue. This applies to the decommissioning of the damaged reactors of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F). This review article aims at collecting and summarizing the knowledge and information about the aging of materials containing nuclear fuels (fuel-containing materials) formed as a result of the accident at ChNPP-4 in the light of the decommissioning of 1F and assessing the potential effects of aging on the nuclear fuel debris remaining in the damaged 1F reactors.
廃炉環境国際共同研究センター; 東北大学*
JAEA-Review 2022-065, 111 Pages, 2023/03
JAEA-Review-2022-065.pdf:6.8MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「アルファダストの検出を目指した超高位置分解能イメージング装置の開発」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究は、スミヤろ紙上に付着するより細かい
線核種を含む微細なダストの詳細な分布を可視化することを可能にする技術の開発を目的の1つとする。この目的を満たすためには、これまでの研究から、シンチレータ信号の効率化と、発光した信号の収集効率の向上が必要であり、その工夫を行い、位置分解能10m以下を達成することができた。これらの研究課題の過程で、新たなシンチレータ材料の創成が期待でき、上記のダストモニタのみならず、多くの応用が期待できた。特に当該研究に関連して、非常に高い線量率場における線量率の分布を、光ファイバーを用いて測定できるかもしれないとの着想を得た。そこで、光ファイバーを用いた高線量率モニタの実証についても、最大数kSv/h程度の線量率下の環境で実施することができた。
廃炉環境国際共同研究センター; 京都大学*
JAEA-Review 2022-027, 85 Pages, 2022/11
JAEA-Review-2022-027.pdf:5.72MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである(令和3年度まで契約延長)。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究では、ガンマ線イメージング装置であるETCCを1F廃炉事業での使用可能な可搬型装置でかつ高線量環境下で動作可能なように改良し、廃炉の現場に導入できるようにした。ETCCは世界初の光学カメラと同じ全単射撮像が可能なガンマ線カメラである。そのためETCCは一般的な定量的画像解析法を放射線にも適用可能とすることが可能で、1Fの廃炉に係る解決すべき6つの重点課題に革新的進展をもたらす。例えば廃炉工事で発生する汚染の飛散を3次元ガンマ線イメージングによりオンラインで検知、さらに拡散の動的な検知から精度の高い拡散予想を可能にする。それを実証するため令和元年に、1F敷地内1㎞四方を一度に画像モニタリングし、同時に100か所以上のスペクトル観測を実現し、今まで不明だったスカイシャインガンマ線スペクトル及び分布の計測に成功した。さらに京都大学複合原子力科学研究所原子炉建屋内の3次元線量計測を実施、微量なAr41の大気拡散を3次元の動画撮像に成功。廃炉を超え一般の原子炉での高精度な放射線3次元画像モニタリング及び放射能拡散予想システムが実現できることを示す画期的な成果が得られた。
佐藤 優樹
Applied Radiation and Isotopes, 185, p.110254_1 - 110254_7, 2022/07
In a radiation environment, such as the decommissioning site of a nuclear power station, visualization of the distribution of radioactive substances and estimation of the dose equivalent rate around the site can help reduce the exposure dose of workers and plan their work. The author has developed a method of visualizing the existence of a radiation source using a gamma-ray imager, estimating its radioactivity, and estimating the dose equivalent rate around the source. A Compton camera, which is a gamma-ray imager, is used to visualize the existence of a Cs radiation source and estimate its radioactivity, and a three-dimensional (3D) model of the region around the source is generated using a simultaneous localization and mapping device based on 3D light detection and ranging. Next, the dose equivalent rate around the source is calculated by importing the 3D model data and radioactivity information into a particle and heavy ion transport code system code. The validity of the calculated dose equivalent rates was confirmed by comparing them with values measured using a survey meter. This method can be used not only to simply visualize a source and calculate the dose equivalent rate around it but also to evaluate how addition of shielding or removal of contaminated objects can contribute to reducing the dose equivalent rate.
佐藤 優樹; 寺阪 祐太
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(6), p.677 - 687, 2022/06
被引用回数：17 パーセンタイル：95.29(Nuclear Science & Technology)The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) went into meltdown after being hit by a large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake on March 11, 2011. Measuring and understanding the distribution of radioactive contamination inside the FDNPS is essential for decommissioning work, reducing exposure to workers, and ensuring decontamination. This paper reports the visualization tests of radioactive contamination in the Unit 1/2 exhaust stack of the FDNPS using a compact Compton camera. Fixed-point measurements were conducted using only a Compton camera and moving measurements using an integrated radiation imaging system (iRIS) that combines a Compton camera with a simultaneous localization and mapping device. For the moving measurements, an operator carrying the iRIS acquires data continuously while walking in a passage near the stack. With both types of measurements, high-intensity contamination was detected at the base of the stack, and detailed three-dimensional (3D) visualization of the contamination was obtained from the moving measurement. The fixed-point measurements estimated the source intensity of the contamination from the reconstructed contamination image acquired by the Compton camera. Furthermore, workers can experience the work environment before actual work by importing a 3D structure model into a virtual reality system displaying the contamination image.
尹 永根*; 森 欣順*; 鈴井 伸郎*; 栗田 圭輔; 山口 充孝*; 三好 悠太*; 長尾 悠人*; 芦苅 基行*; 永井 啓祐*; 河地 有木*
New Phytologist, 232(5), p.1974 - 1984, 2021/12
被引用回数：9 パーセンタイル：68.09(Plant Sciences)イネ植物(
)は中空の器官を持ち、これが水上の葉から水没した器官へ空気を供給する経路として機能すると推定される。しかし、イネにおけるガス移動はリアルタイムで可視化されていない。本研究では、部分的に水没したイネの葉に窒素13標識窒素([
N]N
)トレーサーガスを供給し、葉身、葉鞘、節間に沿って下方に移動するガスの動きを経時的に観察した。
佐藤 優樹; 峯本 浩二郎*; 根本 誠*
Journal of Instrumentation (Internet), 16(10), p.C10008_1 - C10008_8, 2021/10
被引用回数：3 パーセンタイル：28.05(Instruments & Instrumentation)At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) where the accident occurred due to large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake of 11 March 2011, it is important to understand and visualize the distribution of radioactive substances in order to reduce exposure doses of workers and to establish decontamination plans. We focused on the importance of visualizing beta-emitting nuclides in addition to gamma-emitting ones to reduce the exposure dose of workers at the FDNPS, and proposed a method for three-dimensional (3-D) visualizing the position of beta-emitting ones. By combining directional Geiger-Mueller counter with Structure from Motion technology using a digital camera, we succeeded in visualizing a beta-emitting nuclide of 
Sr-source on the 3-D model of the working environment.
佐藤 優樹; 峯本 浩二郎*; 根本 誠*; 鳥居 建男
Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 7(4), p.042003_1 - 042003_12, 2021/10
Technology for measuring and identifying the positions and distributions of radioactive substances is important for decommissioning work sites at nuclear power stations. A three-dimensional (3D) image reconstruction method that locates radioactive substances by integrating Structure-from-Motion (SfM) with a Compton camera (a type of gamma-ray imager) has been developed. From the photographs captured while freely moving in an experimental environment, a 3D structural model of the experimental environment was created. By projecting the radioactive substance image acquired by the Compton camera on the 3D structural model, the positions of the radioactive substance were visualized in 3D space. In a demonstration study, the Cs-radiation source was successfully visualized in the experimental environment captured by the freely moving cameras. In addition, how the imaging accuracy is affected by uncertainty in the self-localization of the Compton camera processed by SfM, and by positional uncertainty in the gamma-ray incidence determined by the sensors of the Compton camera was investigated. The created map depicts the positions of radioactive substances inside radiation work environments, such as decommissioning work sites at nuclear power stations.
Vu, TheDang; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 曽山 和彦; 宮嶋 茂之*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1006, p.165411_1 - 165411_8, 2021/08
被引用回数：1 パーセンタイル：18.12(Instruments & Instrumentation)We found that the sizes of the Gd islands determined from the transmission image correlated strongly with those determined from the SEM image. We demonstrated the CB-KID could be used to identify (1) tiny voids in a thermally sprayed continuous GdO
film in and (2) various mosaic morphologies and different eutectic microstructures in Wood's metal samples. The fact that the CB-KID system could be used to identify features of samples with a wide distribution of sizes and thicknesses is promising for real application of the device for imaging samples of interest to material scientists. Operating the CB-KID at higher temperatures appreciably improved the efficiency for simultaneously identifying the X and Y positions of hotspots. We also compared the detection efficiency with the PHITS simulations. We now plan to improve the detection efficiency by increasing the thickness of the 
B neutron conversion layer
C-imaging revealed the spatiotemporal variability in the translocation of photosynthates into strawberry fruits in response to increasing daylight integrals at leaf surface三好 悠太*; 日高 功太*; 尹 永根*; 鈴井 伸郎*; 栗田 圭輔; 河地 有木*
Frontiers in Plant Science (Internet), 12, p.688887_1 - 688887_14, 2021/07
被引用回数：12 パーセンタイル：78.18(Plant Sciences)本研究では、イチゴ果実への光合成産物の輸送を陽電子放出トレーサーイメージング装置(PETIS)を用いて非侵襲的に繰り返し可視化し、日照時間の増加に伴う輸送動態の時空間的な変動を評価した。本研究は、C-放射性同位体を用いて、ソース葉から個々のシンク果実への光合成産物輸送の時空間変動を、高い時空間分解能で明らかにした初めての研究である。
