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論文

Radioactivity and radionuclides in deciduous teeth formed before the Fukushima-Daiichi Nuclear Power Plant accident

高橋 温*; 千葉 美麗*; 棚原 朗*; 相田 潤*; 清水 良央*; 鈴木 敏彦*; 村上 忍*; 小荒井 一真; 小野 拓実*; 岡 壽崇; et al.

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.10355_1 - 10355_11, 2021/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.99(Multidisciplinary Sciences)

The Fukushima-Daiichi Nuclear Power Plant (FNPP) accident released substantial amounts of radionuclides into the environment. We collected 4,957 deciduous teeth, from children living in Fukushima and reference prefectures. Radioactivity was detected in most of the teeth examined and was attributed to the presence of natural radionuclides, including $$^{40}$$K and daughter nuclides in $$^{238}$$U and $$^{232}$$Th series. Additionally, artificial radionuclides, $$^{90}$$Sr and $$^{137}$$Cs, were detected in the teeth obtained from children from Fukushima and the reference prefectures. However, these radionuclides were not believed to have originated from the FNPP accident. Because the teeth examined in the present study were formed before the FNPP accident occurred, the aforementioned findings may serve as important control data for future studies regarding the radioactivity of teeth formed after the FNPP accident.

報告書

共鳴吸収法を用いたアブレーションプルーム中の粒子の膨張挙動; チタンとハフニウムの中性原子の挙動比較

Jung, K.; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 大場 正規; 若井田 育夫

JAEA-Research 2017-008, 26 Pages, 2017/08

JAEA-Research-2017-008.pdf:5.99MB

ジルコニウムやウランなどが混在する放射性廃棄物の分析のために、レーザーアブレーション共鳴吸収分光法を利用する分析手法の開発を行っている。本手法を適用するためには、分析対象の粒子が作るプルームの特性評価が必須である。そこで本研究ではZrと化学的性質が似ているチタンとハフニウムを測定対象とし、粒子の重さによるプルームの膨張挙動の違いを調べた。実験の結果、背景ガスの影響は重いHfより軽いTiに対して大きくなることが分かった。本研究により、核燃料物質と原子炉材料が混在する廃棄物試料の共鳴吸収信号の意味を理解し、実験条件を最適化するための基礎的知見が得られた。

論文

Laser ablation absorption spectroscopy for isotopic analysis of plutonium; Spectroscopic properties and analytical performance

宮部 昌文; 大場 正規; Jung, K.; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 加藤 政明; 音部 治幹; Khumaeni, A.*; 若井田 育夫

Spectrochimica Acta, Part B, 134, p.42 - 51, 2017/08

 被引用回数:28 パーセンタイル:91.14(Spectroscopy)

炉心溶融事故により生成された燃料デブリやデブリで汚染された廃棄物の核種組成分析では、ウランやプルトニウムなどの核燃料物質の分析性能が重要である。本研究ではプルトニウムの同位体分析のため、レーザーアブレーションと共鳴吸収法を組み合わせて、プルトニウム原子種の分光特性を調べた。Puの中性原子およびイオンの17個の光学遷移について、測定した吸収スペクトルのフォークトプロファイル近似から、吸光度、同位体シフト、超微細構造分裂幅を求め、分析に適した遷移として3つの候補を選定した。これらの遷移を利用して得られる分析性能を評価し、吸光度とプルトニウム濃度の相関係数として0.9999、プルトニウム濃度の検出下限値として30-130ppm、濃度2.4%の$$^{240}$$Pu信号に対する相対標準偏差として約6%を得た。これらの結果から、レーザーアブレーション吸収分光法が、複数のアクチノイド元素を含む高い放射能を有する燃料デブリや廃棄物の遠隔同位体分析に適用可能であることが分かった。

論文

Investigation of elastic deformation mechanism in as-cast and annealed eutectic and hypoeutectic Zr-Cu-Al metallic glasses by multiscale strain analysis

鈴木 裕士; 山田 類*; 椿 真貴*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*; 綿貫 徹; 町田 晃彦; 才田 淳治*

Metals, 6(1), p.12_1 - 12_11, 2016/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:17.74(Materials Science, Multidisciplinary)

X線散乱法やひずみゲージによるマルチスケールひずみ解析により、熱処理前後の共晶および亜共晶Zr-Cu-Al三元系金属ガラスの弾性変形挙動を評価した。ダイレクトスペース法やQスペース法により求めたミクロひずみと、ひずみゲージにより測定したマクロひずみとを比較し、それらの相関から共晶および亜共晶金属ガラスの変形機構の違いを明らかにした。共晶Zr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$金属ガラスは、熱処理による自由体積の減少によるミクロ組織の均質化により変形抵抗は向上するものの、流動性の高いWBR(Weakly-Bonded Region)の減少にともなって延性を失うことがわかった。一方、亜共晶Zr$$_{60}$$Cu$$_{30}$$Al$$_{10}$$金属ガラスでは、もともと均質なミクロ組織を有しているものの、熱処理によるナノクラスター形成により、ミクロ組織の均質性および弾性均質性が失われることが分かった。このような熱処理に伴う組織変化は、構造緩和しても、延性や靭性が減少しないという亜共晶金属ガラスのユニークな機械的特性を生み出す要因と考えられる。

論文

Evaluation of compressive deformation behavior of Zr$$_{55}$$Al$$_{10}$$Ni$$_{5}$$Cu$$_{30}$$ bulk metallic glass containing ZrC particles by synchrotron X-ray diffraction

鈴木 裕士; 才田 淳治*; 菖蒲 敬久; 勝山 仁哉; 加藤 秀実*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*

Scripta Materialia, 66(10), p.801 - 804, 2012/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:38.05(Nanoscience & Nanotechnology)

10vol.%ZrC粒子分散Zr$$_{55}$$Al$$_{10}$$Ni$$_{5}$$Cu$$_{30}$$四元系金属ガラスについて、圧縮変形させた試験片内部のZrC相及び金属ガラス相の残留ひずみを放射光X線により測定するとともに、有限要素解析によりZrC粒子周辺の局所的な塑性変形挙動を評価することによって、その圧縮変形メカニズムを評価した。その結果、変形初期においては、粒子周囲に局所的な塑性変形を生じるとともに、金属ガラス相が大きくひずみを負担するが、変形が進むと金属ガラス相が全体的に降伏して粒子が大きくひずみを負担、最終的には粒子が粒内破壊を生じて破断に至ることを明らかとした。

口頭

中性子回折法による金属ガラスの変形挙動評価

鈴木 裕士; 才田 淳治*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*

no journal, , 

中性子回折やX線回折法による残留応力測定は、多結晶や単結晶などの結晶材料にのみ適用可能であり、非晶質材のひずみ測定は困難とされてきた。最近では、放射光X線によりハローを測定し、その情報から得られた動径分布曲線より引張変形に伴う局所構造変化を評価し、その結果からひずみ変化を求めるDirect space methodや、第一ハローの位置変化からひずみ変化を求めるQ-space methodが報告されている。本研究では、中性子回折法によるQ-space methodを用いて、Zr$$_{55}$$Al$$_{10}$$Ni$$_{5}$$Cu$$_{30}$$四元系金属ガラスの引張変形挙動評価の可能性を検討した。

口頭

中性子回折法によるZrC粒子分散型金属ガラスの残留応力と変形挙動特性の評価

鈴木 裕士; 才田 淳治*; 今福 宗行*

no journal, , 

本研究では、中性子回折法により、単軸引張応力を負荷したZrC粒子分散型Zr$$_{55}$$Al$$_{10}$$Ni$$_{5}$$Cu$$_{30}$$四元系金属ガラスの変形挙動及び残留応力を評価した。その結果、ZrC粒子分散型金属ガラスのZrC相には約1GPaの圧縮残留応力、金属ガラス相には約100MPaの引張残留応力が発生しており、いずれも静水圧状態であった。また、単軸応力負荷下におけるZrC粒子分散型金属ガラスの各相の変形挙動は、セルフコンシステントモデルにより表すことができることを明らかとした。さらに、ZrC粒子分散型金属ガラスにおける金属ガラス相の負担する応力が負荷応力に比べて小さく、また、金属ガラス相に引張残留応力が発生しているために、モノリシックな金属ガラスよりも圧縮強さが向上すると考えられる。

口頭

中性子回折法によるZrC結晶粒子分散Zr-Al-Ni-Cuバルク金属ガラスの変形挙動評価

鈴木 裕士; 今福 宗行*; 才田 淳治*; Setyawan, A. D.*; 加藤 秀実*

no journal, , 

中性子回折法により10vol%-Zr$$_{55}$$Al$$_{10}$$Ni$$_{5}$$Cu$$_{30}$$金属ガラスの変形挙動を測定した。まず、本材料の単軸引張負荷における弾性変形挙動をセルフコンシステントモデルで表すことができることを確認した。また、本材料における高い圧縮強度は、両相の熱膨張係数差により発生した残留応力と、金属ガラスの負担する相応力が、単軸負荷応力に比べて5%程度小さいことに起因していると考えられる。

口頭

中性子回折法によるZrC結晶粒子分散Zr-Al-Ni-Cuバルク金属ガラスの圧縮変形挙動評価

鈴木 裕士; 才田 淳治*; 勝山 仁哉; 今福 宗行*; Setyawan, A. D.*; 加藤 秀実*; 佐藤 成男*

no journal, , 

圧縮変形除荷後の10vol%ZrC粒子分散四元系金属ガラスのZrC相の残留応力を中性子回折法により測定するとともに、有限要素解析によりZrC粒子周囲に発生する塑性ひずみの評価を行った。その結果、巨視的に降伏する以前から、ZrC粒子周辺に局所的な塑性変形を生じ、そこを起点にせん断帯が発生する可能性を示した。また、変形が進むと、試験片全体に渡ってせん断帯が導入されるが、ZrC粒子によるボンド効果によって、破断せずに塑性変形が進み、ある負荷に達するとZrC粒子に粒内破壊を生じて破断に至るという新しい破壊モデルを提案した。

口頭

放射光X線によるZrC粒子分散Zr-Al-Ni-Cuバルク金属ガラスの圧縮変形挙動評価

鈴木 裕士; 才田 淳治*; 加藤 秀実*; 佐藤 成男*; 今福 宗行*; 菖蒲 敬久

no journal, , 

圧縮変形除荷後の10vol%ZrC粒子分散Zr$$_{55}$$Al$$_{10}$$Ni$$_{5}$$Cu$$_{30}$$四元系金属ガラスのZrC相及び金属ガラス相の残留応力を放射光X線により測定し、その結果から圧縮負荷中に両相が負担する応力状態と両相の変形状態を予測した。その結果、変形初期においては、ZrC粒子周囲に局所的な塑性変形を生じるとともに、金属ガラス相が大きくひずみを負担するが、変形が進むと金属ガラス相が全体的に降伏してZrC粒子が大きくひずみを負担、最終的にはZrC粒子が粒内破壊を生じて破断に至ることを明らかとした。

口頭

福島第一原子力発電所廃炉のためのプラント内線量率分布評価と水中デブリ探査に係る技術開発,2; 線量率分布評価のための線源および3次元プラントモデルの構築

奥村 啓介; 佐藤 若英; 前田 裕文; 若井田 育夫; 鷲谷 忠博; 片倉 純一*

no journal, , 

プラント内の最確な線源及び線量率分布の評価技術を開発するため、燃料燃焼計算, 構造材放射化計算及びシビアアクシデント解析等の結果に基づき、線源分布を評価するとともに、粒子輸送モンテカルロ計算コードPHITS用の3次元プラントモデルを構築し、各単位線源による線量率分布応答関数を得た。

口頭

R&Ds on remote technology and radiation measurements in JAEA towards the decommissioning of FDNPP

佐藤 優樹; 冠城 雅晃; 寺阪 祐太; 三枝 純; 川端 邦明; 若井田 育夫; 鳥居 建男

no journal, , 

The development of radiation measurement methods in the high dose-rate environment is requested to accelerate implementation of decommissioning of the FDNPP. We are now developing the technology which can measure the 3D distribution of the contamination level with radioactive substances inside the building of FDNPP. Light-weight portable gamma camera is to be developed, and is used for drones that can remotely measure the radiation distributions in the high radioactive fields where workers are not allowed to enter and remain there. Radiation hard sensors that can measure the shapes and nuclide distributions of residual debris inside the reactor pressure vessel (RPV) and primary containment vessel (PCV) are also to be developed. Multi-layer silicon strip detector (SSD) is one of the candidate sensor, which can measure the above information on the debris because SSD can measure the energies and incident directions of the $$gamma$$-rays emitted from the debris. Fast-decay scintillator which has the high density and superior radiation hardness are also developed for measurement of the $$gamma$$-rays emitted from the debris. We are now investigating the radiation hard optical fibers which can transmit the scintillation light under high dose-rate environment. We introduce our recent study about such radiation imaging technology and sensing technology of fuel debris.

口頭

レーザー共鳴イオン化法によるストロンチウム同位体分析法の開発,4

宮部 昌文; 大場 正規; 赤岡 克昭; 若井田 育夫; 岩田 圭弘*; Jung, K.*; 長谷川 秀一*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故に関わる放射能計測では、純$$beta$$崩壊核種で、$$^{90}$$Zrなどによる同重体干渉も生じる$$^{90}$$Srの計測(放射化学的分析法, ICP質量分析法)に、複雑で時間のかかる化学分離操作が求められることが問題となっている。本研究では、元素や同位体の原子構造の違いを利用して、特定同位体のみを高効率でイオン化できる多段階共鳴イオン化法と、イオンを長時間捕捉することで高感度な計測が可能なイオントラップ計測法を組み合わせることで、迅速かつ高感度な$$^{90}$$Sr分析法の開発を目指している。本報告では、これまでに選定した3段階電離スキームのほかに、電離効率や同位体選択性の高いスキームが存在しないかどうかを探るため、収束するイオン準位が異なる自動電離リドベルグ状態を、連続発振独立コア励起法という特殊な方法を用いて観測することを試みた。その結果、イオンの5$$p_{1/2}$$,5$$p_{3/2}$$準位に収束する自動電離リドベルグ系列の詳細な準位構造を初めて明らかにすることができた。

口頭

ガス中のアブレーション原子の動的挙動の研究

宮部 昌文; 大場 正規; Jung, K.; 赤岡 克昭; 若井田 育夫

no journal, , 

炉心溶融で生じた燃料デブリの核種組成分析のため、レーザーアブレーション法を用いる遠隔分析法の開発を行っている。この方法では、発生するプルームと雰囲気ガスの相互作用がプルームの時間発展に大きな影響を与え、分析性能にも影響する。そこで共鳴蛍光法や共鳴吸収法を用いてプルームや雰囲気ガスの挙動を調べ、ガスとアブレーション粒子によって形成されるプルームの立体構造を明らかにした。特に、大気中のアブレーションでは、ガスとプルームの接触面に微粒子やクラスタが生成され、中性原子はその中心部分に存在することや、その存在時間が明らかになった。これらの知見は、アブレーション共鳴吸収・蛍光分析法やレーザー誘起ブレイクダウン分析法の測定条件の最適化や、高感度化研究において重要と考えられる。

口頭

原子力機構における福島第一原子力発電所の廃止措置に向けた遠隔放射線測定技術の開発

佐藤 優樹; 冠城 雅晃; 寺阪 祐太; 三枝 純; 川端 邦明; 若井田 育夫; 鳥居 建男

no journal, , 

廃炉国際共同研究センター遠隔技術ディビジョンでは、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃止措置に向けて、ガンマカメラと遠隔機器の融合による遠隔放射線測定技術の開発を進めている。これまでに遠隔技術ディビジョンでは、飛散した放射性物質を可視化するための装置として小型・軽量なコンプトンカメラを製作し、その動作試験を実施してきた。本会議では、コンプトンカメラの仕様と性能評価試験の結果を部分的に紹介し、加えて、今後予定しているコンプトンカメラを遠隔機器に搭載する計画についても発表する。

口頭

過酷事故炉を対象とした迅速遠隔分析技術開発,3-3; アブレーションプルームの共鳴吸収を用いたランタノイド原子の特性評価

Jung, K.; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 大場 正規; 若井田 育夫

no journal, , 

過酷事故炉の廃止措置においては、高放射性廃棄物の簡便迅速な分析が要求されるが、同重体の干渉や同位体比の違いなどから従来の質量分析や放射化学的分析に依らない遠隔で迅速な分析手法の開発が求められている。そこで我々は、レーザーアブレーションと共鳴吸収分光法を組み合わせたレーザーアブレーション共鳴吸収分析法(Laser Ablation Absorption Spectroscopy: LAAS)による同位体分析技術を開発している。本法では、最適な実験条件を決めるためには、プルームの飛行特性を詳細に調べる必要があるが、今回は、ジルコニウム, ハフニウム, ランタノイド元素を混合した混合複雑系試料におけるプルーム粒子の吸収特性を測定し、その飛行や分析に与える影響ついて検討した。この結果、多元素混合試料においても同位体組成の分析が可能であること、元素によりプルーム中粒子の分布や、飛行特性が異なること等の知見が得られた。

口頭

Development of laser ablation absorption spectroscopy for nuclear fuel materials

宮部 昌文; Jung, K.; 大場 正規; 赤岡 克昭; 若井田 育夫

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃炉作業では、様々なアクチノイド元素や核分裂生成物、原子炉材料が混在する燃料デブリや廃炉廃棄物の遠隔核種分析が必要となる。これらの物質中の核分裂性物質量は、保障措置や再臨界防止のために重要である。しかし分析作業者の被爆を抑えるには、従来の放射化学的な手法等に代わる新しい分析法の開発が必要である。我々はレーザーアブレーションを用いた吸収分光分析法(LAAS)の開発を行っている。この方法では、UやPuの同位体の吸収線に発振周波数を同調させたプローブレーザー光をアブレーションプルームに透過させ、その吸光度から同位体存在量を決定する。感度や同位体識別能力を高めるにはドップラー効果やシュタルク効果を抑える必要があり、そのためには、粒子の運動エネルギーや荷電粒子数を低減させる実験条件を調べる必要がある。このため、本研究ではガス中のアブレーション粒子の時間空間分布を様々な実験条件で観測した。得られた最適条件を用いて、UやPuの同位体スペクトルを測定し、LAASの分析性能を評価した。これにより、LAASが核燃料物質の分析に必要な分析性能を有することを確認した。

口頭

福島第一原子力発電所廃炉のためのプラント内線量率分布評価と水中デブリ探査に係る技術開発,6; 小型酸化物焼結体を用いた局所線量率観測手法の開発

若井田 育夫; 大場 弘則; 伊藤 主税; 奥村 啓介; 片倉 純一*

no journal, , 

極小体積高密度酸化物からの放射線励起蛍光を耐放射線性光ファイバで伝送し、これを検出することで、損傷炉内の局所線量評価手法の開発を進めている。高密度極小酸化物としてLu酸化物焼結体を用い、$$gamma$$線照射による発光特性を取得した結果、線量計数率モニタに使用できる可能性があることが確認された。

口頭

External dose estimation of Japanese macaque and Procyon lotor using electron spin resonance spectroscopy

岡 壽崇; 高橋 温*; 小荒井 一真; 小野 拓実*; 田巻 廣明*; 木野 康志*; 関根 勉*; 清水 良央*; 千葉 美麗*; 鈴木 敏彦*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故によって環境中に放出された放射性核種は、ヒトや動物に放射線影響を与えると考えられ、詳細な線量評価が求められている。我々はESR装置で歯の炭酸ラジカルを測定することでヒトや動物の外部被ばく線量を推定しようとしているが、従来のESR法の検出限界は146mGyとされており、検出限界の引き下げが必要であった。本研究では、新規エナメル質抽出方法を開発し、炭酸ラジカル強度と線量の関係(検量線)を詳細に作成したところ、検出限界を43mGyにまで引き下げることができた。この検量線を用いて、福島県で捕獲されたニホンザルの外部被ばく線量の推定を行った結果を報告するとともに、アライグマについての検量線の作成と外部被ばく線量の推定の取り組みも報告する。

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