PCV気相漏洩位置及び漏洩量推定のための遠隔光計測技術の研究開発(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

Research and development of remote optical measurement technology for estimating the leakage position and leakage amount of PCV gas phase (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; 千葉大学*

Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science; Chiba University*

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5年度に採択された研究課題のうち、「PCV気相漏洩位置及び漏洩量推定のための遠隔光計測技術の研究開発」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。本研究では、ミー散乱ライダー・ラマン散乱ライダーによる漏洩箇所検出の研究を千葉大学にて実施した。PCVから建屋内に気体の漏洩があれば、ミー散乱のデータから大気と構造物表面からの後方散乱を時間分解することにより、その気流のエアロゾルの動き・濃度変化を信号強度の時空間変動として検出できる。一方、ラマン散乱の信号強度の時空間変動からは気流の空気密度や水蒸気量の変化を検出できる。このため、ミー散乱、ラマン散乱のいずれについても、実験室での模擬的なテストを実施してエアロゾルと気体種の濃度と流量分布を導出し、気体の漏れ方や流量とライダーによる検出感度の関係を系統的に調べた。また、フラッシュライダーとシアログラフィーによる漏洩箇所の可視化の研究をレーザー技術総合研究所にて実施した。ハイパースペクトル型フラッシュライダーの開発に関しては、令和5年度の干渉フィルターで単一波長を取り出す方式からグレーティングで波長分散を与えて数種類のガス等を同時に記録できる方式に変更し、フラッシュライダーの性能を検討した。また、シアログラフィー光学系の開発に関しては、令和5年度に開発したマイケルソン干渉計型のシアログラフィーシステムの光源を高出力パルスレーザーとし、CMOSカメラをICCDカメラに変更し、測距性能を有するシアログラフィー技術を検討した。

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 FY2023, this report summarizes the research results of the "Research and development of remote optical measurement technology for estimating the leakage position and leakage amount of PCV gas phase" conducted in FY2024. The present study aims to conduct in 2 institutions. Research on leak detection using Mie scattering lidar and Raman scattering lidar was conducted at Chiba University. When there is a gas leak from the PCV into the building, the movement and concentration changes of aerosols, Nitrogen gas and water vapor content in that airflow can be detected as spatiotemporal variations in signal intensity by temporally resolving the Mie scattering and Raman scattering data. Therefore, the simulated tests were conducted in the laboratory to derive the concentration and flow distribution of aerosols and gas species, systematically investigating the relationship between the way gas leaks, flow rates, and the detection sensitivity of the lidar. Additionally, a study on visualizing leak points using flash lidar and shearography was conducted at the Institute of Laser Technology. Regarding the development of a hyperspectral flash lidar, the method was changed to a method that provides wavelength dispersion using a grating to simultaneously record several types of gases, and the performance of the flash lidar was examined. Moreover, concerning the development of the shearography optical system, the light source of the Michelson interferometer-type shearography system was changed to a high-power pulsed laser, and the CMOS camera was replaced with an ICCD camera, exploring shearography technology with ranging performance.