高線量かつ不可視環境下での炉内可視化を可能とするレーザ偏向検出型超音波広帯域3Dイメージングシステムの開発(委託研究); 令和6年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

Development of a laser deflection-type ultrasonic wideband 3D imaging system for in-vessel visualization in high-radiation and non-visible environments (Contract research); FY2024 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project

廃炉環境国際共同研究センター; 東京科学大学*

Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science; Institute of Science Tokyo*

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、令和元年度から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、さまざま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・基盤的研究およ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6年度に採択された研究課題のうち、「高線量かつ不可視環境下での炉内可視化を可能とするレーザ偏向検出型超音波広帯域3Dイメージングシステムの開発」の令和6年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、デブリ切り出し作業の安全性を最大限保証するため、作業中におけるダストおよび濁水環境下での炉内構造物/燃料デブリ形状および飛散物の可視化を数メートルオーダーの距離で可能とし、ロボットや作業アームへの搭載を鑑みて、小型かつ可搬性に優れた超音波装置を用いたレーザ偏向検出型超音波広帯域3Dイメージングシステムの開発を目的としている。令和6年度は、超音波イメージングシステムのイメージング性能評価および高度化/高速化検討、数値シミュレーション、システム試作と実スケール検証、耐放射線性検証、超音波サブミリ測距システムの構築、LIBSへの超音波サブミリ測距システムの適用、計測システムのバッテリ駆動遠隔化などを行い、本報告書に取りまとめた。

The Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science (CLADS), Japan Atomic Energy Agency (JAEA), has been conducting the Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project (hereafter referred to "the Project") from FY2019. The Project aims to contribute to solving problems in the nuclear energy field represented by the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. (TEPCO). 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. The sponsor of the Project was moved from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology to JAEA since the newly adopted proposals in FY2018. On this occasion, JAEA constructed a new research system where JAEA-academia collaboration is reinforced and medium-to-long term research/development and human resource development contributing to the decommissioning are stably and consecutively implemented. Among the adopted proposals in FY2024, this report summarizes the research results of the "Development of a laser deflection-type ultrasonic wideband 3D imaging system for in-vessel visualization in high-radiation and non-visible environments" conducted in FY2024. The present study aims to maximize the safety of debris-cutting operations by enabling visualization of in-vessel structures, fuel debris shapes, and scattered particles at distances on the order of several meters, even under dusty and turbid water conditions during work. To achieve this, a compact and portable ultrasonic device suitable for mounting on robots and manipulator arms is employed to develop a laser deflection-type ultrasonic wideband 3D imaging system. In FY2024, the project carried out imaging performance evaluation and studies for the advancement and acceleration of the ultrasonic imaging system, numerical simulations, prototyping and full-scale verification of the system, radiation resistance tests, construction of a submillimeter ultrasonic ranging system, application of the ultrasonic sub-millimeter ranging system to LIBS, as well as battery-powered remote operation of the measurement system. These outcomes are summarized in this report.