Neutron/-ray discrimination based on the property and thickness controls of scintillators using Li glass and LiCAF(Ce) in a -ray field

冠城 雅晃; 島添 健次*; 寺阪 祐太; 富田 英生*; 吉橋 幸子*; 山崎 淳*; 瓜谷 章*; 高橋 浩之*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1046, p.167636_1 - 167636_8, 2023/01

https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167636

波形分別手法を実施せず、強い線場において熱中性子検出器をするための無機シンチレーターの厚さと性質の制御に焦点を当てた。測定では、0.5mmならびに1.0mm厚のGS20(Liガラス)ならびにLiCaAlF結晶(LiCAF:Ce)を採用し、上記のシンチレーターを結合させた光電子増倍管からのパルス信号を1Gspsのデジタル信号処理に入力し、360ns間の波形面積を積分した。Coの線場において、0.5mm厚のGS20では0.919Gy/hまで中性子検出器が可能であった。一方で、0.5mm厚のLiCAF:Ceは、0.473Gy/hまで中性子検出が可能であったが、0.709Gy/hで中性子検出器が不可能であり、中性子/線分別において、GS20は、より良いエネルギー分解能と高中性子検出効率により、LiCAF:Ceよりも優れている結果であった。

TVF3号溶融炉の炉底に関する詳細構造

朝日 良光; 嶋村 圭介*; 小林 秀和; 小高 亮

JAEA-Technology 2021-026, 50 Pages, 2022/03

JAEA-Technology-2021-026.pdf:6.29MB

東海再処理施設では、使用済み核燃料の再処理に伴い発生した高レベル放射性廃液のガラス固化処理を、ガラス固化技術開発施設(Tokai Vitrification Facility; TVF)に設置した液体供給式直接通電型セラミック溶融炉(Liquid-Fed Ceramic Melter; LFCM)方式のガラス溶融炉にて行っている。LFCM方式のガラス溶融炉では、廃液に含まれる白金族元素の酸化物が析出して溶融ガラスの粘性が高まることで、溶融ガラスを流下し尽くした後にも粘性の高いガラスが炉内底部に残留する傾向がある。これがガラスの通電加熱特性に影響するのを防ぐため除去する必要があるが、この作業には時間を要する。固化処理を早期に完了するため、日本原子力研究開発機構では、白金族元素の炉内への蓄積量低減をねらった新しい炉へ更新する計画である。これまでの設計プロセスから、次期溶融炉の炉底・ストレーナ形状について複数の候補形状が考案されており、本報では、それらの中から、運転操作性や白金族元素粒子の排出性が現行溶融炉と同等以上の性能を持つ次期溶融炉の炉底・ストレーナ形状を選定する。はじめに、考案された3種類の炉底形状に対し、ガラス固化体1本分を製造する溶融炉の運転について3次元熱流動計算を用いてシミュレートし、溶融炉内のガラス温度分布の推移を比較した。これらの結果に溶融炉としての技術的・構造的な成立性を加味し、次期溶融炉の炉底形状には傾斜角45の円錐形状を採用した。次に、5種類のストレーナ形状について3次元のCFD計算を用いて流路抵抗と炉底付近に滞留する高粘性流体の排出割合を見積もり、それぞれ、現行炉と同等以上の性能を持つことを確認した。また、アクリル製の炉底形状模型を用いたシリコーンオイルを充填・流下する実験を行い、流下中の流動場には流動抵抗を生じさせる渦が発生しないことを確認した。また、レンガ片による流下ノズル閉塞防止機能が十分な性能を持つことを確認した。これらの結果を踏まえてストレーナ形状を選定した。

Detailed investigations on short- and intermediate-range structures of Ge-Se glasses near the stiffness transition composition

細川 伸也*; 川北 至信; Pusztai, L.*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(2), p.024601_1 - 024601_12, 2021/02

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.024601

In order to improve the reliability of short- and intermediate-range atomic structures of GeSe glasses, high quality neutron diffraction data, in both the real and reciprocal spaces, were added to the existing anomalous X-ray scattering and X-ray diffraction datasets [Hosokawa et al., Phys. Rev. B 84, 014201 (2011)] for reverse Monte Carlo modeling. This addition proved to be highly effective for obtaining well-refined structural data and for revealing a close relationship between the compositional stiffness transition occurring at about = 0.20-0.26 and the partial structures. Although the and functions gradually change with varying , important indications on the stiffness transition are confirmed on the basis of the intermediate-range element-selective atomic structures () more clearly than it was possible by previous results. An abrupt decrease in terms of the the prepeak intensity of , a rapid disappearance of the Ge-Ge homopolar bonds, anomalies in the ratio of edge- and corner-sharing Ge(Se) tetrahedra, and characteristic changes in the tetrahedral connections with decreasing X across the so-called intermediate phase have all been observed.

Spin glass behavior in EuCuSi single crystal grown by the flux method

竹内 徹也*; 芳賀 芳範; 谷口 年史*; 伊覇 航*; 安次富 洋介*; 屋良 朝之*; 木田 孝則*; 田原 大夢*; 萩原 政幸*; 中島 美帆*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 89(3), p.034705_1 - 034705_15, 2020/03

https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.034705

Single crystals of EuCuSi have been grown by the flux method and Bridgman method. The Eu ions of the Bridgman-grown crystal are nearly trivalent and fluctuate depending on the temperature. On the other hand, the Eu ions of flux-grown sample are divalent and thermally stable and show spin-glass behavior at low temperatures. Crystallographic analyses identified random replacement of Cu sites by Si only for the flux-grown samples. Such structural randomness leads to spin-glass features.

資源エネルギー庁委託事業における低レベル放射性廃棄物のガラス固化技術の開発状況

福井 寿樹*; 牧 隆*; 三浦 信之; 塚田 毅志*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 23(2), p.169 - 173, 2016/12

https://nuce.aesj.or.jp/jnuce/vol23/Jnuce-Vol23-2-p169-174.pdf

次世代再処理ガラス固化技術基盤研究は、低レベル廃棄物をより安定した廃棄体とするためのガラス固化技術の基盤整備およびその知見を反映した高レベル廃液成分をより多くガラスに取り込む技術の開発を目的として、平成26年度から平成30年度までの5年間実施する計画である。

Research on vitrification technology to immobilize radioactive sludge generated from Fukushima Daiichi Power Plant; Enhanced glass medium

天本 一平; 小林 秀和; 北村 直登*; 武部 博倫*; 三田村 直樹*; 都築 達也*; 深山 大元*; 長野 祐一*; Jantzen, T.*; Hack, K.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1467 - 1475, 2016/10

https://doi.org/10.1080/00223131.2015.1136579

福島第一原子力発電所の汚染水処理で発生した汚泥(スラッジ)の廃棄体化技術候補の一つとして、ガラス固化法に着目し、鉄リン酸塩ガラス(IPG)媒体を用いたスラッジ固化処理の適用性について検討を行っている。同検討を進めるにあたり、解析に必要とされる熱物性等のデータを充実させる必要があるが、高温雰囲気において、さまざまな成分と組成のIPG及び模擬廃棄体を作製し、それぞれに対して、多くの物性値を測定することは、時間と困難さを伴う作業となる。よって、理論解析により対象物質の挙動を推測することにより試験件数を減らし、データ取得を行った方が合理的である。本報では、既知の実験状態図から、CALPHAD法により熱力学的諸量を推算し、得られた結果を利用してIPG及び廃棄体の計算状態図を作成するとともに、同状態図から読み取ることのできる均質融体を形成するための情報と実験値との比較評価を行い、計算状態図の妥当性を確認することができた。

Local structure of room-temperature superionic Ag-GeSe glasses

Stellhorn, J. R.*; 細川 伸也*; 川北 至信; Gies, D.*; Pilgrim, W.-C.*; 林 好一*; 大山 研司*; Blanc, N.*; Boudet, N.*

Journal of Non-Crystalline Solids, 431, p.68 - 71, 2016/01

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2015.02.027

Anomalous X-ray scattering experiments on amorphous Ag(GeSe) at the K absorption edges of each constituent element has been performed to investigate the local- and intermediate-range structure in this material. This method can provide insight into the structural properties enabling the effect of superionic conductivity in the amorphous phase. The experimental results were analyzed with reverse Monte Carlo modeling, providing the partial structure factors and the corresponding partial pair-distribution functions. A nanometer range phase separation tendency of the Ag atoms over a background of a GeSe tetrahedral network is observed, which may confirm the view of Ag conduction pathways forming in this phase.

Nanodiamond in tellurite glass, 2; Practical nanodiamond-doped fibers

Ruan, Y.*; Ji, H.*; Johnson, B. C.*; 大島 武; Greentree, A. D.*; Gibson, B. C.*; Monro, T. M.*; Ebendorff-Heidepriem, H.*

Optical Materials Express (Internet), 5(1), p.73 - 87, 2015/01

https://doi.org/10.1364/OME.5.000073

Tellurite glass fibers with embedded nanodiamond are attractive materials for quantum photonics applications. Reducing the loss of these fibers in the 600-800 nm wavelength range of nanodiamond fluorescence is essential to exploit the unique properties of nanodiamond in the new hybrid material. We reported the origin of loss in nanodiamond-doped glass and impact of glass fabrication conditions, as part I. In this study, we report the fabrication of nanodiamond-doped tellurite fibers with significantly reduced loss in the visible through further understanding of the impact of glass fabrication conditions on the interaction of the glass melt with the embedded nanodiamond. We fabricated nanodiamond with Nitrogen-Vacancy (NV) centers by 2 MeV electron irradiation at 110 /cm and subsequent annealing at 800 C. The nanodiamonds with NV centers were added into molten Tellurite glass. Tellurite fibers containing nanodiamond with concentrations up to 0.7 ppm-weight were fabricated, while reducing the loss by more than an order of magnitude down to 10 dB/m at 600-800 nm.

Femtosecond time-resolved solvation process of a solution; Constraints of vibrational degrees of freedom in the supercooled state

村上 洋

Chemical Physics Letters, 417(4-6), p.550 - 554, 2006/01

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2005.10.072

溶媒和過程は溶液中の化学反応や生体高分子などの生体機能に重要な役割を果たすと考えられている。本研究の目的は溶液中分子の溶媒和過程を液体状態からガラス転移温度付近までの温度領域でフェムト秒からナノ秒の時間領域で調べることである。溶液中分子の電子励起状態の溶媒和過程は時間分解蛍光スペクトルの時間的ピークシフトから調べることができる。われわれはフェムト秒レーザーによるup-conversion法を用い、エタノール・メタノール混合液(体積比4:1)中色素分子を対象に室温から170Kまでの温度領域で時間分解蛍光スペクトルの測定を行った。すべての温度で三つの緩和過程が存在した。約0.1psの過程は媒質の振動的な運動,数ピコ秒の過程はいわゆる「速い緩和」、時定数が温度低下とともに増加する過程は拡散的な運動に起因すると考えられる。緩和過程の温度変化の結果は二つの速い緩和成分の原因となる溶媒和過程の一部の速度が低下するとして理解される。これは過冷却状態での強い水素結合ネットワークの下で振動的な自由度が束縛されるためと考えられる。

Parametric survey on possible impact of partitioning and transmutation of high-level radioactive waste

大井川 宏之; 横尾 健*; 西原 健司; 森田 泰治; 池田 孝夫*; 高木 直行*

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

高レベル放射性廃棄物の分離変換技術を導入することによる地層処分場の面積低減効果を、燃料組成や再処理までの冷却期間をパラメータとした幾つかの場合について考察した。マイナーアクチノイド(MA)をリサイクルすることによる処分場面積の低減効果は、MOX軽水炉の使用済燃料を長期間冷却する場合において顕著であることがわかった。これは、長寿命で発熱性の高いAmが蓄積していることに起因する。MAに加えて核分裂生成物を分離することで、UO燃料,MOX燃料ともに70-80%の処分場面積低減が期待でき、この効果は再処理及び群分離までの冷却期間には依存しないことがわかった。