Development and implementation of GloveBox Cleanout Assistance Tool (BCAT) to detect the presence of MOX by computational approach

中村 仁宣; 中道 英男; 向 泰宣; 細馬 隆; 栗田 勉; LaFleur, A. M.*

Proceedings of International Conference on Mathematics & Computational Methods Applied to Nuclear Science & Engineering (M&C 2017) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2017/04

施設の計量管理と保障措置を適切に行うため、PITの前に実施するクリーンアウトの計画段階において、核物質の位置と量がどこにどれくらいあるかを把握することは極めて重要である。原子力機構とLANLは共同で、クリーンアウトにおいてMOX粉末の存在が目視で見ることができない課題に対し、MOX粉末の回収を支援するためのツール(BCAT)を、計算手法に基づく分散線源解析法(DSTA)を用いて開発した。BCATは単純な中性子測定器から構成され、運転員にホールドアップの位置を提供する。中性子測定結果から、ホールドアップの位置とその量を把握するために、57測定点からなるBCATの中性子測定結果とホールドアップの位置や量を知るために定義したエリア(53ヶ所)との関係をMCNPXシミュレーションに基づく行列手法(数学的な手法)で求めた。このため、MCNPXのモデルは、プロセス全体をより精密に構築する必要があった。BCATは運転員にホールドアップを回収すべき場所を提供することから、ホールドアップを効果的に回収することができるとともに、MUFの低減にも寄与する(MUFの低減は計量管理の改善に役立つ)。また、BCATは、核物質の効果的な回収に寄与するばかりではなく未測定在庫等の発見にも貢献する。原子力機構では廃止措置に係るグローブボックスの解体を、保障措置上の透明性を維持しながら実施するために、本ツールを効果的に活用していく予定である。

中性子多重相関計数法の数理的基礎; ウラン・プルトニウム混合二酸化物の例

細馬 隆

JAEA-Research 2015-009, 162 Pages, 2015/08

JAEA-Research-2015-009.pdf:22.3MB

プルトニウム転換技術開発施設では、米国エネルギー省の支援を受けて中性子同時計数法による計量装置の開発・設置・改良を行い、20年にわたり計量管理と保障措置対応に用いてきた。中性子計数による測定の対象は今後、従来とは異なる自発核分裂性核種を含む高質量のウラン・プルトニウム混合二酸化物に拡がると思われる。そこで、中性子多重相関計数法の数理的基礎について現場での経験を含めて再考するとともに、次の点について基礎を拡充した; (a)確率母関数を用いた七重相関までの多重相関分布式の代数的導出; (b)モンテカルロ法に代えて試料内部の任意の点から表面の任意の点までの平均距離とこの間での誘導核分裂反応の確率を用いた漏れ増倍率の評価; (c)Poisson過程が持つ2つの異なる時間軸と同時計数の仕組みの関連付け、結果として確率過程に由来するほぼ同時中性子の導出と評価。分布式については「組合せ」に基づく新しい表現を併記し、実際に取り扱ったウラン・プルトニウム混合二酸化物をスペクトルや平均自由行程の例とした。

使用済燃料の再処理工程で生じる高レベル放射性廃液から抽出したYを含有する医薬品及び医療機器に関する調査・検討

細馬 隆

JAEA-Review 2012-008, 83 Pages, 2012/07

JAEA-Review-2012-008.pdf:17.56MB

放射性Yを用いた医薬品及び医療機器が実用化され、欧米では3種類、我が国でも1種類の製品が承認・上市されている。いずれも、診断ではなく内照射による治療を目的としている。我が国での薬事承認の審議報告書から、Yは使用済燃料の再処理工程で生じる高レベル放射性廃液から、欧州で抽出されていることが示唆された。そこで、上市された製品の概要,物理的性質,製品が成立する理由及び今後の製品が成立する条件の推測,抽出とそれ以外の方法との比較,技術的課題,関連法令について、調査・検討を行った。治療を目的としてYを用いた医薬品が承認され、我が国独自の医療機器も研究されているが、他の治療法で代替できる場合があること等から、Y利用には一段の飛躍が必要と思われる。例えば、短い血中半減期でかつ正確にYを目標に送達する技術が進展し、従来の治療法と組合せてこれを補うことができるならば、そのような飛躍が期待できる。高レベル放射性廃液からYを抽出する方法は、熱中性子照射による製造よりも有利な点が多い。親核種のSrを再処理施設で抽出・精製し、放射性医薬品の製造所に輸送・貯蔵し、需要に応じてYを抽出する仕組みが期待される。

Evaluation of monitoring capability and sensitivity of Advanced Solution Monitoring and Measurement System (ASMS)

向 泰宣; 中村 仁宣; 細馬 隆; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

Proceedings of INMM 51st Annual Meeting (CD-ROM), 9 Pages, 2010/07

JNFLとJAEAは共同で六ヶ所再処理工場向けのアドバンスドソリューションモニタリング装置を開発している。本研究では、適用性調査研究に次ぐ試験として、新しい実証用のASMS検出器を設計・製作しプルトニウム転換技術開発施設の別のプロセスタンクに設置した。適用性調査研究において設置した検出器と今回設置した検出器を用いて、運転状態の確認に関連するモニタリング能力確認試験(サンプリング,液移送,撹拌・循環,長期間測定時の安定性確認等)を実施した。その結果、既存のSMMSと比較して良好な能力と有利性が確認され、ASMSの測定結果は運転情報に起因する情報やPu量に関する情報を運転員や査察官に提供できることがわかった。また、SMMSとASMSの組合せは将来の保障措置設計において透明性を向上させるための有効なツールとなることも併せて示した。

NDAによる高濃度プルトニウム溶液中のプルトニウム量直接測定技術にかかわる適用性調査検討; アドバンスド溶液測定・監視システム(ASMS)

中村 仁宣; 高谷 暁和; 向 泰宣; 細馬 隆; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

核物質管理学会(INMM)日本支部第30回年次大会論文集(CD-ROM), 9 Pages, 2009/11

日本原燃(JNFL)と原子力機構(JAEA)は2007年より共同でASMSの開発に着手した。その目的は、主要な槽内の高濃度プルトニウム溶液中のPu量をNDAにて直接測定する技術の確立である。それにより、ASMSはPu量の直接測定や連続監視が可能となり、中間在庫検認(IIV)等におけるサンプリングや破壊分析の代替となり、安全維持を目的としたプロセス監視にも対応できる。その不確かさについては、NDAにおいて部分欠損検知可能なレベルに相当する6%以下を目標とした。ASMSの測定原理はMOX粉末のものを応用できるが、溶液の特性上、アルファ値の変動を考慮する必要がある。このため、簡易な測定システムにより、硝酸プルトニウム溶液を用いた校正試験をプルトニウム転換技術開発施設(PCDF)において行った。その結果、MCNP計算値と実測値(Singles及びDoubles計数率)に良い一致を得ることができた。本発表においては、解決すべき課題、ASMSの利点や検出器のセットアップ、並びに予備校正の評価結果を示す。

Reduction of fluctuation and small bias observed in continuous volume monitoring taken in an annular tank for plutonium nitrate

細馬 隆; 向 泰宣; 田中 秀樹

STI/PUB/1298 (CD-ROM), p.699 - 705, 2007/08

再処理及び転換施設では、計量管理及び保障措置の目的で、環状槽内の硝酸プルトニウム溶液の密度と液量を浸漬管により正確に測定している。この方法は、浸漬管先端における静水圧測定を原理としており、測定中は溶液を静置することが前提である。本前提は、計量測定のための短い時間中は満たされるが、それ以外の時間は、安全上の理由から常時撹拌されている。その結果、溶液は槽内で流動し、静水圧に振動を与えるうえ、条件によってはわずかながら測定上のバイアスをもたらす。槽の連続監視データは保障措置上の非常に重要な情報であるが、以上の理由で見かけの液量変化が現れる。このような測定値の変動やバイアスは、槽の底部に近い浸漬管は撹拌の影響を受けにくい一方、底部から数百mmの高さにある浸漬管は撹拌の影響を受けやすいため、撹拌の影響が相殺されることなく密度測定値と液量測定値に現れるために生じると考えられる。測定原理上、密度測定値に+の変動が生じると液量測定値には-の変動を生じる。そこで、液量と密度の積から求まる溶液重量に着目し演算処理したところ、変動や測定バイアスは著しく減少した。

Reduction of fluctuation and small bias observed in continuous volume monitoring taken in an annular tank for plutonium nitrate

細馬 隆; 向 泰宣

核物質管理学会(INMM)日本支部第27回年次大会論文集(CD-ROM), 8 Pages, 2006/00

再処理及び転換施設では、計量管理及び保障措置の目的で環状槽内の硝酸プルトニウム溶液の密度と液量を浸漬管により測定し、連続監視している。測定は浸漬管先端での静水圧測定を原理としており、測定中は溶液を静置する必要がある。計量測定時以外は、安全上の理由から常時攪拌されており、これにより溶液は槽内で流動し静水圧に振動を与え、測定値の変動をもたらすとともに、条件によってはわずかながら測定上のバイアスをもたらす。この現象は、槽の底部に近い浸漬(major)管は攪拌の影響を受けにくく、底部から離れた浸漬(minor)管は攪拌の影響を受けやすいため、攪拌の影響が相殺されることなく密度測定値に現れるために生じると考えられる。測定原理上、密度測定値にプラスの変動が生じると液量測定値にはマイナスの変動が生じる。そこで、液量と密度の積から求まる溶液重量に着目し演算処理したところ、変動や測定バイアスは著しく減少した。

Formulae to Correct the Excess Pressure by the Bubble and the Pressure Shift by Air Column in Dip-Tube Pressure Measurement

細馬 隆

Nuclear Technology, 129, p.218 - 235, 2002/00

https://doi.org/10.13182/NT00-A3058

槽内の硝酸プルトニウムの密度、液位、及び液量をより正確に決定するためには、ディップチューブ先端の気泡によって生じる過大圧と、ディップチューブ内の空気柱によって生じる圧力変化を補正しなければならない。本研究では、昨年発表した理論的知見及び実験的知見に基づく仮定を用いて、ディップチューブの直径(d)と溶液の密度(q)及び表面張力()から過大圧の最大と最小を計算する方法を導いた。次に、水-エタノール混合溶液を用い、計算結果と実験結果が3E-6/qg(m2)7.4E-6、0.005d(m)0.02の範囲で良く一致することを確認した。差の平均は1Pa以内であった。従来の方法は、パージ空気量を2桁程度低下させる必要があるが、本方法はその必要がない。空気柱の補正については、空気密度が指数関数的に変化すると仮定して補正式を導いた。空気柱の上部で測定する差圧と下部の静水圧は比例関係にあり、比例

設備更新時のグローブボックス内在庫検認における保障措置技術開; ホールドアップ監視システム(HMOS)の開発

中村 仁宣; 細馬 隆; 田中 泉

サイクル機構技報, (16), p.27 - 36, 2002/00

https://rdreview.jaea.go.jp/gihou/pdf2/n16-03.pdf

グローブボックス(GB)でMOX粉末を製造する設備では、査察時に大型の測定装置をGB側面に配置し、ホールドアップの検認を毎月実施している。設備更新時等グリーンハウスがGB周囲に設置される場合、従来の検認方法に制限があるため代替法を提案する必要があった。このため、HMOSを新たに開発し3つのGBの上下に設置した。更新対象外のホールドアップ量が一定であることに着目し、ホールドアップが工事期間中変化のないことを、全中性子の変動により検認する連続監視装置である。本装置は在庫変化に対して890gPu(3)の高感度を有し、連続測定値のばらつきも安定しており、定性的に在庫量が一定であることを示すことができ、保障措置機器として利用してきた。

硝酸プルトニウムの高精度液量測定に関する研究

細馬 隆

PNC TN8419 98-002, 199 Pages, 1998/12

PNC-TN8419-98-002.pdf:12.46MB

本研究は、硝酸プルトニウムの液量を高精度で測定する技術を確立するため、過大圧に対する補正方法を導き、高精度で安定した差圧測定システムを開発し、実際に硝酸プルトニウムを用いた技術開発運転において、国及びIAEAの査察に供することのできるシステムとして実証することを目的としている。第1章では、本研究の背景と従来の研究について概観し、硝酸プルトニウムの高精度液量測定技術開発の必要性と本研究の目的について述べた。第2章では背圧測定によって液量を求める方法の原理、測定に用いる設備及び機器について検討し測定誤差の発生要因を詳細に整理・評価した。その結果、高精度化への課題として、1)過大圧の補正方法の研究、2)高精度差圧測定システムの開発、3)長期安定性と総合精度の把握、を摘出した。第3章では、配管の先端において気泡の高さと表面張力によって発生する過大圧について、理論及び実験の両面から検討を行い、背圧から静水圧を求める際に必要となる補正式を導いた。第4章では、高精度で長期安定性に優れた水晶振動型差圧変換器を、各槽の各差圧に独立して設置する差圧測定システムについて検討し、差圧測定の不確かさを2Pa以下にできる測定システムを開発した。第5章では、高精度差圧測定システムを実際に現場に適用して得られた実績を取り上げた。1984年以来、槽校正、再処理工場からの硝酸プルトニウムの受入計量、実在庫調査等の場で、国及びIAEAの査察官立ち会いのもとで、本システムの校正と本システムによる液量測定を多数実施した結果、液量測定の精度が国際的な達成目標値を十分に満足していることを明らかにした。第6章では、本研究成果を総括し、本研究の結論とした。