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レーザー蛍光法を用いた燃料デブリ変質相の同定(委託研究); 平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

Identification of altered phases of fuel debris by laser fluorescence spectroscopy (Contract research); FY2018 Center of World Intelligence Project for Nuclear Science/Technology and Human Resource Development

廃炉国際共同研究センター; 東京大学*

Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science; The University of Tokyo*

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30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「レーザー蛍光法を用いた燃料デブリ変質相の同定」について取りまとめたものである。本研究は、デブリの主要構成元素であるウランに着目し、酸化的環境で安定な6価ウラン(U(VI))に選択的な時間分解型レーザー蛍光分光(TRLFS)法を用い、様々な条件下でデブリ表面に生成する変質相の同定を行う。特に、極低温での測定を行い、蛍光収率を向上させ、ピーク広がりを抑えることで、さらなる高感度・高分解能測定を実現するとともに、量子化学計算や多変量解析, 機械学習を援用することで、多成分、不均質なデブリ変質相の同定に繋げる。

JAEA/CLADS, had been conducting the Center of World Intelligence Project for Nuclear Science/Technology and Human Resource Development (hereafter referred to "the Project") in FY2018. The Project aims to contribute to solving problems in nuclear energy field represented by the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. For this purpose, intelligence was collected from all over the world, and basic research and human resource development were promoted by closely integrating/collaborating knowledge and experiences in various fields beyond the barrier of conventional organizations and research fields. Among the adopted proposals in FY2018, this report summarizes the research results of the "Identification of Altered Phases of Fuel Debris by Laser Fluorescence Spectroscopy". In the present study, we focus on uranium that is the main component element in debris, and identify the altered phase produced on the debris surface under various conditions by time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS) with high sensitivity to hexavalent uranium (U(VI)) that is stable in oxidation environment. In particular, further high-sensitive and high-resolution measurements are implemented by improving the fluorescence yields and suppressing the broadening of the peaks through the measurements at ultra-low temperature. In addition, with the supports by quantum chemical calculations, multivariate analysis, and machine learning, the method will lead to the identification of multicomponent and heterogeneous altered phase of fuel debris.

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