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須山 賢也; 植木 太郎; 郡司 智; 渡邉 友章; 荒木 祥平; 福田 航大; 山根 祐一; 井澤 一彦; 長家 康展; 菊地 丈夫; et al.
Proceedings of 12th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC2023) (Internet), 6 Pages, 2023/10
2011年の福島第一原子力発電所の事故により発生した燃料デブリの臨界安全性評価において採用される手法の妥当性を臨界実験で得られたデータに基づいて検証するため、NRAからの委託により原子力機構は2014年から関連研究開発プロジェクトを実施している。このプロジェクトにおいては、i)燃料デブリの臨界特性の網羅的計算とデータベース化(燃料デブリ臨界マップの開発)、ii)新しい連続エネルギーモンテカルロコードの開発、iii)臨界事故の評価、iv)臨界安全性評価手法の検証実験のための臨界集合体STACYの改良などが行われている。前回のICNC2019以降、本プロジェクトは2024年5月に正式運転を開始するSTACYの改造やパワースペクトルに準拠した空間ランダム分布を持つ物質の臨界計算に適したモンテカルロコード「Solomon」の開発で大きな進展があった。本発表では、この研究開発プロジェクトの全体像と各技術トピックの状況について紹介する。
渡邉 友章; 大久保 清志*; 荒木 祥平; 外池 幸太郎
Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC 2019) (Internet), 8 Pages, 2019/09
The fuel debris produced by the accident of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F) is probably in a state of mixture of burned fuels with different burnups each other. In such a case, the mixing ratio of burned fuels in fuel debris would affect its criticality. This report shows computation results of criticality characteristics of fuel-debris compositions prepared by mixing nuclide compositions of burned fuels in various patterns based on a fuel loading pattern. The results indicate that fuel debris is potentially subcritical when 1-cycle fuels, whose average burnup is several GWd/t, are included homogeneously in fuel debris because remaining 
Gd and 
Gd in 1-cycle fuels works to reduce neutron multiplication. The results also indicate that 
Gd/
U ratio well characterize criticality of fuel debris.
-gas exposure at high temperatures武田 裕介; 飯田 清*; 佐東 信司*; 松尾 忠利*; 長嶋 泰之*; 大久保 成彰; 近藤 啓悦; 平出 哲也
JPS Conference Proceedings (Internet), 25, p.011023_1 - 011023_3, 2019/03
今回、(1)810
C、600分、(2)850C、720分のふたつの条件でチタン合金表面に窒化層を導入した。低速陽電子ビームを用いて、陽電子消滅
線ドップラー広がり測定により試料表面を測定した結果、表面近傍において陽電子は欠陥に捕まって消滅していることがわかった。TEM観察によると表面近傍には10nm程度の結晶粒が存在しており、ほとんどの陽電子は結晶中を拡散後、粒界の欠陥において消滅していることが明らかとなった。さらに、陽電子消滅ドップラー広がり測定の結果は、陽電子の消滅している部位における化学組成が深さに対して変化していることを示していたが、EDS観察においても、バナジウムなどの不純物に深さ依存性があることが示され、これらの測定結果は粒界における不純物濃度の変化を反映していると考えられる。
-gas exposure at high temperatures武田 裕介; 飯田 清*; 佐東 信司*; 松尾 忠利*; 長嶋 泰之*; 大久保 成彰; 近藤 啓悦; 平出 哲也
Journal of Physics; Conference Series, 791(1), p.012022_1 - 012022_4, 2017/02
被引用回数：1 パーセンタイル：42.05(Physics, Multidisciplinary)ゴルフクラブや、航空機用構造材料等に広く用いられているチタン合金は、表面を窒化処理することで硬さを飛躍的に増すことが知られているが、熱処理温度または時間によっては表面に形成された窒化層が負荷により簡単に剥離してしまい、実用性に欠く場合がある。そこでわれわれは2つの窒化条件、(1)810C 600minと(2) 850C 720minで処理した試料を準備し、その表面に形成された窒化層を、陽電子消滅線ドップラー広がり(DB)測定で評価した。窒素の拡散のみ考慮して評価すると0.05-0.1
mまで窒化されると予想されるが、DBによる評価では窒化によって導入される欠陥層は0.5mを超える領域まで達していることがわかった。
外池 幸太郎; 大久保 清志; 高田 友幸*
Proceedings of International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC 2015) (DVD-ROM), p.292 - 300, 2015/09
福島第一原子力発電所1
3号機の原子炉には溶融炉心コンクリート相互作用(MCCI)を経て生じた多孔質の燃料デブリが相当量存在しているかもしれない。このような核分裂性物質を含む低密度のMCCI生成物は、中性子減速能が大きいことから、特に冠水状態において、臨界管理に十分に配慮しなければならない。本発表ではMCCI生成物の臨界特性を解析した結果を示すが、これは廃炉作業中の臨界リスク評価に資するものである。解析結果は、コンクリート中に結合したあるいはコンクリート中に閉じ込められた水分が、臨界の発生確率の観点及び冷却水への中性子毒物注入による影響緩和の実効性の観点で、リスクを押し上げることを示唆している。
深谷 洋行; 須山 賢也; 薗田 暁; 大久保 清志; 梅田 幹; 内山 軍蔵
JAEA-Research 2013-020, 81 Pages, 2013/10
JAEA-Research-2013-020.pdf:3.81MB
日本原子力研究開発機構が原子力安全基盤機構から受託した事業「平成20-23年度軽水炉燃焼燃料の核分裂生成核種組成測定試験」において、燃焼率評価に必要な元素の1つであるネオジムを対象とした2種類の手法による定量結果に差異が生じた。使用済燃料中の核分裂生成核種組成の測定は重要な基盤技術であり、また、福島第一原子力発電所事故に対応する技術として今後も継続的に発展させる必要があるため、確度の高いデータの取得及び定量結果の差異の原因究明を目的としたフォローアップ測定を実施した。測定の結果、ネオジムについては5試料のうち2試料で、また、核分裂生成核種の一部については5試料すべての定量結果の修正が必要であることがわかった。本報告は、本フォローアップ測定において実施した作業及び測定結果についてまとめたものである。
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 126, 2013/01
In this study, a PMMA-based MZ waveguide was fabricated utilizing PBW to develop a thermo-optic switch. A 10-m-thick PMMA film was firstly spin-coated onto the 15 m SiO
film as the under cladding. Cores of a MZ waveguide with 8 m width were secondary drawn at the dose of 100 nC/mm
in the PMMA film using PBW with H
beam of the size of 1.1 m and beam current of 50 pA at 1.7 MeV. The MZ waveguide was drawn by symmetrically coupling two Y junctions and its branching angle was set to 2
to reduce optical branching loss. Finally a 10-m-thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper cladding by spin-coating. The mode-field diameter of near field patterns with about 10 m width was observed at 
= 1.55 m on the basis of a fundamental mode without no higher-order modes which required to develop our objective MZ type thermo-optic switch for optical-fiber telecommunication. The result of the observation showed that the PMMA-based single-mode MZ waveguide for = 1.55 m was successfully fabricated using PBW. As the next step to develop the optical switch, we will form a Ti thin-film heater and A
electrodes on the MZ waveguide using photolithography and wet-etching processes.
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
Key Engineering Materials, 534, p.158 - 161, 2013/00
被引用回数：5 パーセンタイル：89.82(Nanoscience & Nanotechnology)We develop a thermo-optic switch of the Mach-Zehnder type polymer waveguide using proton beam writing (PBW). In this study, we succeeded in near field pattern Mach-Zehnder type single mode polymer waveguides at a wavelength of 1550 nm. The samples for the waveguides were composed with a 15--thick under-cladding layer of SiO deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering and a 10-m-thick PMMA film spin-coated onto the SiO layer as a core layer. We wrote Mach-Zehnder type waveguides having a width of 8 m on the PMMA layer by PBW with a beam size of 1 m and a beam current of 50 pA. After this writing, the 10-m-thick-PMMA layer was deposited again as an upper-cladding layer by spin-coating. In the observation of these waveguides, the light of laser of 1550-nm wavelength was injected into one side of the waveguide through a single-mode fiber. From the observation of the light emitted from the opposite side of the waveguides, near field patterns was observed using a vidicon camera with an optical microscope. The observation result demonstrated that the light traveled by single mode in the Mach-Zehnder type polymer waveguide. In the conference, we will report the development of the Mach-Zehnder type polymer waveguide in detail. In addition, the thermo-optic switch at the wavelength of 1550 nm by the Mach-Zehnder type polymer waveguide will also be briefly reported.
-concrete system井澤 一彦; 内田 有里子; 大久保 清志; 戸塚 真義; 曽野 浩樹; 外池 幸太郎
Journal of Nuclear Science and Technology, 49(11), p.1043 - 1047, 2012/11
被引用回数：12 パーセンタイル：66.54(Nuclear Science & Technology)福島第一原子力発電所事故のような軽水炉の過酷事故においては、溶融炉心-コンクリート反応(MCCI)により、核燃料とコンクリートが混合した燃料デブリが生成される可能性がある。このような燃料デブリを取り扱う際の臨界管理の必要性を確認するため、低濃縮二酸化ウランとコンクリートを混合した体系の無限増倍率を解析した。解析の結果、二酸化ウランとコンクリートの混合物の無限増倍率が1を超える条件が存在し、臨界となる可能性が示された。本報告では、コンクリートが有効な減速材であり、UO-コンクリート系の未臨界性を確保するためにはさらなる検討が必要であることを示す。
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 126, 2012/01
We develop optical waveguides using Proton Beam Writing (PBW). In this study, Y-junction PMMA film waveguides at 1.55 m were fabricated using PBW. First, an SiO film was deposited as an under-cladding on an Si substrate using radio-frequency sputtering. After a PMMA film was spin-coated on the SiO film, the sample was baked at 120 C. The thickness of PMMA film became 10 m by repeating these processes twice. Next, a Y-junction waveguides with the width of 8 m and branching angle of 2 were drawn in the PMMA film on the condition of the dose of 100 nC/mm using PBW having a 1.7 MeV proton beam with the current of 10 pA and the size of about 1 m. Finally, a 10-m thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper-cladding layer by spin-coating. The observation of an optical microscope showed that an objective Y-junction was successfully drawn using PBW. To observe near field patterns (NFPs), the laser light of wavelength at 1.55 n was injected through a single-mode fiber (SMF) from one side of the edge of the waveguide cleaved both sides of the sample. The two independent NFPs were observed form each branching waveguide using a vidicon camera at the opposite side of the waveguide. The observation result of the two NFPs with an optical power intensity ratio of 1:0.98 demonstrated that the light of 1.55 m was divided at almost equal ratio by this Y-junction.
佐藤 隆博; 江夏 昌志; 加田 渉; 横山 彰人; 大久保 猛; 山崎 明義; 石井 保行; 神谷 富裕
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 83, 2012/01
In order to get better spatial resolution of PIXE-CT, ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) iterative algorithm) was used instead of FBP. The ML-EM algorithm had been developed for emission computed tomography such as SPECT (single photon emission computed tomography). It is relatively easy to apply the ML-EM to micro-PIXE because both SPECT and micro-PIXE originated from photon emission phenomena. Moreover, unlike FBP, the ML-EM algorithm has highly resistance against the errors of projection images and is suitable for rare event analyses such as micro-PIXE. As a result, the estimated FWHM is 4.4 
0.6 m, which is the best performance of PIXE-CT in our study.
遠藤 聖*; 柴田 靖*; 山本 哲哉*; 中井 啓*; 松村 明*; 佐藤 隆博; 横山 彰人; 江夏 昌志; 大久保 猛; 山崎 明義; et al.
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 86, 2012/01
Micro particle-induced X-ray emission (micro-PIXE) was applied to determine the inter- and intracellular distribution of boron-10 (
B) in tumor cells. The peak B atom measurement was large on the measurement spectrum in comparison to the circumference background. It was possible to confirm that B atoms were measured. But, the intracellular micro-distribution of boron could not be clearly detected in this analysis. Improvements are therefore necessary in the technical methods of cell fixation, while the micro-PIXE and PIGE analyzing system also needs to be further upgraded.
m band using focused proton beam三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 佐々木 友之*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.
Key Engineering Materials, 497, p.147 - 150, 2012/00
被引用回数：7 パーセンタイル：95.12(Engineering, Electrical & Electronic)Proton beam writing (PBW) is an attractive technique for next-generation micro-fabrication. We study the fabrication of optical waveguides of polymer materials using PBW. In this study, the optical waveguides of photorefractive polysilane "GLASSIA" was fabricated. The samples for the waveguides were prepared as follows; (1) An under-cladding layer of SiO having a thickness of 15 m was deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering. (2) A polysilane layer having a thickness of 10 m was spin-coated onto the SiO layer as a core layer. Optical waveguides were drawn by scanning a 1.7 MeV focused proton beam with 1 m size and beam current of 50 pA which was produced by a submicron focused ion beam system connected with the 3 MV single-ended accelerator at JAEA. The drawing was carried out on the dose of 100, 200, 300 nC/mm each. After the drawing, the sample surfaces were observed using an optical microscope and AFM. The observation result showed that the refractive index was changed and the cores of the waveguides were formed. We will report the details of above observation results in the conference. The change ratio of the refraction index will also be reported on the basis of the obtained result by inserting light ( = 1.55 m) into the waveguide structure through a single-mode fiber.
m band using focused proton beam三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 佐々木 友之*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.
Key Engineering Materials, 497, p.147 - 150, 2011/12
被引用回数：6 パーセンタイル：2.48Single mode straight waveguides for a wavelength of 1.55-m were, so far, fabricated using a proton beam writing (PBW) technique. We report the fabrication of Y-junction polymer waveguides with a polymethyl methacralate (PMMA) layers as the expansion of these straight waveguides using PBW in the conference. The PMMA layers consisted of an under-cladding layer of SiO having a thickness of 15-m deposited on an Si substrate, a PMMA layer having a thickness of 10-m spin-coated onto the SiO layer and a Y-junction waveguide with a width of 8-m in a PMMA core layer. The Y-junction waveguides with the angle of 2 were drawn using the 1.7 MeV proton beam with 1-m in diameter and a beam current of 10 pA for a dose of 100 nC/mm. After spin-coating the PMMA layer with 10-m thickness as an upper cladding on the irradiated PMMA layer, the near field pattern (NFP) of an 8-m-width Y-junction waveguide was observed using a tunable-wavelength laser. The observation showed that the fabrication of waveguide was succeeded because its waveguide was single mode and the intensity ratio between the two outputted lights was the almost same; 1:0.96. We also briefly report the next plans of the measurement of the refractive indices of proton-irradiated PMMA and SiO films and the fabrication of a thermo-optic polymer switch based on a Mach-Zehnder interferometer waveguide.
大久保 清志*; 須山 賢也; 内山 軍蔵
Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 6 Pages, 2011/12
日本では原子炉サイトに貯蔵されている使用済燃料量は増大を続けている。このような状況に対応するため、使用済燃料の臨界安全管理に燃焼に伴う反応度の低下を考慮することが検討されている。これを燃焼度クレジットと言う。ウラン及びプルトニウムのみを考慮した燃焼度クレジットに核分裂生成物の蓄積に伴う負の反応度効果が適用されれば、同じ施設で扱うことのできる燃料集合体の量は増加する。本研究では、核分裂生成物の反応度効果は、溶液及び非均質体系のどちらにおいても使用済燃料の燃焼度にほぼ線形の相関を有することを明らかにした。選択された核分裂生成物の反応度効果は、溶液体系においては20-25%の燃焼度増加、非均質体系においては30-35%の燃焼度増加にそれぞれ等価である。このことはまた、核分裂生成物を安全裕度として考えるのであれば、もしウラン及びプルトニウムのみを考慮した燃焼度クレジットが採用されるなら、20%の燃焼度評価誤差は許容可能であることを示している。
須山 賢也; 村崎 穣*; 大久保 清志; 中原 嘉則*; 内山 軍蔵
Annals of Nuclear Energy, 38(5), p.930 - 941, 2011/05
被引用回数：13 パーセンタイル：69.64(Nuclear Science & Technology)核燃料サイクルや原子炉物理の研究にとって使用済燃料同位体組成データは不可欠である。日本原子力研究開発機構(JAEA)はPWRやBWR燃料のそれらのデータの取得を行っており、幾つかのそれらのデータは既に公刊され、使用済燃料同位体組成データベースSFCOMPOに登録され、計算コードやライブラリの国際的なベンチマークに使用されてきた。本論文では、日本のPWRである大飯1号及び大飯2号で照射された燃料に対する照射後試験データが示される。大飯2号のデータは既に公開されていたが、幾つかの重要な仕様データが未公開であったため、コードやライブラリのベンチマークには適していなかった。この論文では、大飯1号及び大飯2号のPIEデータの詳細をまとめるとともに、同位体組成の評価に必要なデータが詳細に述べられる。詳細な燃焼解析のためにPIEサンプルの燃焼度が再評価された。これらのPIEデータはSWAT2.1コードで解析され、その結果は実験値と良い一致を見せた。このことは、大飯1号及び大飯2号からのPIEデータは高い品質を有しており、燃焼計算コードシステムのベンチマークに適していることを示している。
須山 賢也; 望月 弘樹*; 高田 友幸*; 龍福 進*; 奥野 浩; 村崎 穣; 大久保 清志
JAEA-Data/Code 2009-002, 124 Pages, 2009/05
JAEA-Data-Code-2009-002.pdf:14.09MB
統合化燃焼計算コードシステムSWATは 我が国で広く利用される核計算コードSRACと、一点炉燃焼計算コードORIGEN2を組合せたシステムであり、使用済燃料中のウラン,プルトニウム,マイナーアクチニド,核分裂生成物の組成を評価するために利用されてきた。任意の幾何形状の燃料の燃焼を取り扱うことができ、実効断面積の作成にさまざまな近似を行う必要がない連続エネルギモンテカルロコードを燃焼計算に使用することには大きな利点がある。従来のSWATシステムの基本構想に基づいて、一点炉燃焼計算コードORIGEN2と我が国で広く利用されている連続エネルギモンテカルロコードMVPとMCNPを組合せた統合化燃焼計算コードシステムSWAT3.1を開発した。本レポートはSWAT3.1の概要と入力データの説明及び利用例を示す。
宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 上松 敬; 水橋 清; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 織茂 貴雄*; 江夏 昌志*; et al.
JAEA-Conf 2008-012, p.44 - 47, 2009/03
原子力機構高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)の3MVタンデム加速器,400kVイオン注入装置,3MVシングルエンド加速器のここ10年の年間運転時間は、各約2000時間,約1900時間,約2500時間の水準を保っており、平成19年度も順調に稼働した。また、平成20年3月末までの積算運転時間は、各26770時間,25126時間,32022時間である。この数年はマシンタイムに影響する大きな故障はないが、冷却ファンからの異音やイオンポンプの性能低下など経年劣化に伴う故障が多くなり、応急処置や整備期間に行う作業量が増加した。平成19年度にユーザーの要望に基づいて行った新ビーム開発により、タンデム加速器ではヨウ素(I),イオン注入装置では鉛(Pb)とリチウム(Li)の利用が可能となり、各加速器で利用可能なイオン種が27種類と38種類になった。
石島 暖大; 井岡 郁夫; 木内 清; 金子 哲治*; 大久保 努; 山本 正弘
圧力技術, 47(1), p.12 - 17, 2009/01
次期軽水炉として研究開発が行われている革新的水冷却炉(FLWR)の燃料被覆管は、温度分布,構造荷重及び内圧が定常的に変化する環境に晒される。そこで、この燃料被覆管の耐久性を評価するため上記条件を同時に制御可能な熱変形挙動評価試験法を開発し、ジルカロイ-2に対して試験を行うとともに、試験条件を模擬した構造解析結果と比較することで試験法の妥当性を確認した。試験時間中の変形量は、内圧,外力,温度分布を与えることで変動し、実機の条件に極めて近いデータが得られることがわかった。また、弾性範囲内で計算した変形量の予測結果とも一致し、熱変形挙動評価試験法の妥当性が確認された。
山田 圭介; 宇野 定則; 千葉 敦也; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 上松 敬; 水橋 清
JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 185, 2008/11
TIARA静電加速器において平成19年度に行ったビーム発生及び照射技術の開発の結果を報告する。タンデム加速器では、ペレットチェーンの高速回転による高電圧ターミナルの機械的振動が、加速電圧の安定度に与える影響を調べるため、ペレットチェーンの回転速度とエネルギー安定度の関係を測定した。その結果、加速電圧の安定度はチェーンの回転速度に大きく依存し、振動を抑制することで加速電圧の安定度を改善できることがわかった。また、高強度のクラスターイオンビームを得るために適した荷電変換ガスを探索するために、ヘリウムガスとタンデム加速器で通常用いられている窒素ガスを使用したときの2.5MeV-C
イオンの損失割合を測定した。その結果、前者が後者より20%低く、クラスターイオン用の荷電変換ガスに適していることがわかった。シングルエンド加速器では、RFイオン源の高輝度化を目的として、1.7MeV-H
ビームのエミッタンスを測定した。その結果、x方向エミッタンスはエミッタンスモニタの測定限界である6
mm mrad(MeV)
以下であり、正確なエミッタンスの測定にはモニタの角度分解能の向上が必要であるということがわかった。イオン注入装置では、広範囲のイオン種,ビームエネルギー及びビーム強度で使用可能な強度分布モニタの開発のために、21個の小型ファラデーカップを2次元的に配置したマルチファラデーカップを試作し、性能評価を行った。
