MOX燃料製造設備の運転・保守経験を踏まえた「粉末秤量・均一化混合設備」の開発

川崎 浩平; 小野 高徳; 柴沼 公和; 後藤 健太; 會田 貴洋; 岡本 成利; 品田 健太; 市毛 秀和; 高瀬 龍弥; 逢坂 悠樹; et al.

JAEA-Technology 2022-031, 91 Pages, 2023/02

JAEA-Technology-2022-031.pdf:6.57MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が平成30年12月に公表したバックエンドロードマップにおいては、核燃料サイクル工学研究所内の施設の廃止措置に伴い、核燃料物質をプルトニウム燃料第三開発室(以下「Pu-3」)に集約し、長期的に安定・安全に貯蔵する計画である。核燃料物質の集約化の一環として、Pu-3において非密封のプルトニウム・ウラン混合酸化物(Mixed Oxide、以下「MOX」)粉末を熱処理ペレット化し、封入棒へ充填、密封し、集合体形状に組立て、集合体・保管体貯蔵設備に保管する「保管体化」を計画し、新規制基準を踏まえた保管体化に係る核燃料物質使用変更許可を取得した。この保管体化に当たっては、施設のリスク低減のため、ペレット製造工程内で取り扱うことができるプルトニウム量(熱処理ペレット以外の性状で蓋付きの粉末搬送容器に収納されていない状態の量)を50kgPu以下に制限することから、保管体化の処理の起点となる粉末の秤量及び均一化混合の工程を担う設備を小バッチサイズに対応させた「粉末秤量・均一化混合設備」を開発・設置し、下流の各工程設備での取扱量を小さくすることとした。粉末秤量・均一化混合設備の開発に当たっては、これまでのMOX燃料製造設備の運転・保守経験に基づく故障データを設計に反映し、信頼性・保守性をより向上させた。粉末秤量・均一化混合設備は、令和4年2月よりMOX粉末を使用した運転を開始し、約半年間の運転実績において故障データを反映した設計の妥当性が確認されている。本報告書は、粉末秤量・均一化混合設備の開発を通じて得られた知見と約半年間の運転実績を踏まえた設計の評価及び今後の設備開発における課題をまとめたものである。

Spin Seebeck mechanical force

針井 一哉; Seo, Y.-J.*; 堤 康雅*; 中堂 博之; 大柳 洸一*; 松尾 衛; 塩見 雄毅*; 小野 崇人*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 10, p.2616_1 - 2616_5, 2019/06

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10625-y

Electric current has been used to send electricity to far distant places. On the other hand, spin current, a flow of electron spin, can in principle also send angular momentum to distant places. In a magnet, there is a universal spin carrier called a spin wave, a wave-type excitation of magnetization. Since spin waves exhibit a long propagation length, it should be able to send angular momentum that can generate torque and force at a distant place: a new function of magnets. Here we observe mechanical angular momentum transmission and force generation due to spin waves injected into YFeO by the spin-Seebeck effect. The spin-wave current, transmitted through a YFeO micro cantilever, was found to create a mechanical force on the cantilever as a non-local reaction of the spin-Seebeck effect. Spin-wave current can be generated remotely even in open circuits, and it can be used to drive micro mechanical devices.

環境試料中ストロンチウム-90分析用自動化システムの性能試験

藤田 博喜; 野島 健大; 永岡 美佳; 大澤 崇人; 横山 裕也; 小野 洋伸*

KEK Proceedings 2016-8, p.168 - 172, 2016/10

https://lib-extopc.kek.jp/preprints/PDF/2016/1625/1625008.pdf

平成25年1月から平成27年3月までの期間において、復興促進プログラム(マッチング促進)として、「環境試料中ストロンチウム-90(Sr)分析用自動化システムの開発」に取り組んだ。灰試料(農畜産物及び海水産物)を対象としてストロンチウムを単離するまでの工程を自動化することはできたが、実際の試料中Sr濃度測定を行うことができていなかったため、本システムによる分析を実施し、作業者による分析・測定結果と比較することにした。また、システムを改良し、各分析工程における装置の性能を向上させることができたので、その内容についても報告する。

Development of special rotor for centrifugal separation of isotopes in solid pure metals

小野 正雄; 末吉 正典*; 岡安 悟; Hao, T.; 江坂 文孝; 大澤 崇人; 井口 裕介*; 真下 茂

Review of Scientific Instruments, 80(8), p.083908_1 - 083908_6, 2009/08

https://doi.org/10.1063/1.3184762

新しい着想を試すために、気相ではなく固相状態で同位体遠心分離を行うための2つの沈降槽を有したロータの開発を行った。この着想は、固体中の構成原子の沈降現象を基本原理としている。インジウムを用いた性能確認試験では、ロータは、97000回転/分もの回転速度でも、外部の試料供給装置から射出供給した試料を回転の安定性を損なうことなくすべて受け止めることができ、さらに、固体状態でも、ロータ内の沈降槽間を非常に強い遠心加速度場の影響で生じる塑性変形流動によって試料が移動することを確認した。また、試料の同位体比を二次イオン質量分析器(SIMS)を用いて評価したところ、設計にて意図した通りの同位体分離が起きていることを確認した。

Mass-dependent isotopic fractionation of a solid tin under a strong gravitational field

大澤 崇人; 小野 正雄; 江坂 文孝; 岡安 悟; 井口 祐介*; Hao, T.; 間柄 正明; 真下 茂

EPL; A Letters Journal Exploring the Frontiers of Physics, 85(6), p.64001_1 - 64001_5, 2009/03

https://doi.org/10.1209/0295-5075/85/64001

純スズを110g 220C 100時間, 0.4010g 220-230C 24時間, 0.2510g 220C 24時間の3つの条件で遠心分離を行い、それぞれの試料の同位体組成を二次イオン質量分析計で測定した。1.0210g試料のSn/SnとSn/Sn比は初期値から2.6%もの大きな変動が確認された。Sn/SnとSn/Snの二次元プロットは、強重力場下の固体スズの同位体変動は同位体の質量のみに依存していることを示していた。

超重力場処理によるIn-Pb合金中の同位体変動

小野 正雄; 井口 裕介*; 岡安 悟; 江坂 文孝; 小林 桂*; Hao, T.; Bagum, R.*; 大澤 崇人; 藤井 貴美夫; 中村 栄三*; et al.

no journal, , 

原子スケールで連続的に組成が傾斜した傾斜構造を持つ超重力場実験後のIn-Pb合金(出発状態: In:Pb=80:20at%、実験条件: 81万G, 100時間,150C(固体状態))について同位体存在比の変動を調べた。分析には二次イオン質量分析器(SIMS)を用いた。構成元素であるPbの場合、同位体存在比Pb/Pbが重力方向に連続的に1.2%増加する傾向を示していた。また、Inについても同様に同位体存在比In/Inが重力方向に連続的に約1.2%増加する傾向を示していた。同位体変動は1.2%程度と小さいものの、出発試料中の同位体存在比がPb/Pbで0.1%, In/Inで0.2%以内の変動に収まっていることから、超重力場下の合金(固相)中の原子の沈降に伴い質量依存性のある同位体の変動が起こったことが確認された。詳しくは大会にて発表する。

固相や液相での同位体遠心分離実験

小野 正雄; Hao, T.; 岡安 悟; 江坂 文孝; 大澤 崇人; 井口 裕介*; 真下 茂

no journal, , 

液体や気体中での粒子の沈降現象はなじみ深い。この沈降粒子の最小サイズは、加速度場が大きいほど小さくなる傾向にある。地上重力の1g付近では静置した泥水中の泥が沈降する程度であるが、おおよそ1万gレベルから、媒質中でブラウン運動している微粒子の沈降も生じるようになる。10万gレベルともなると、固体中の原子の拡散に対する重力場の影響が無視できなくなり、原子単位での沈降が生じるようになる。固体中の原子の沈降現象に関する研究の歴史としては、まず、1969年に、16万gの遠心加速度場下に置かれた固体状態の単体金属K中において、格子間原子として振る舞う不純物レベルのAu原子の沈降が初めて確認されている。1997年には、100万gレベルの遠心加速度場にてBi-Sb固溶系合金(固体)中において、物質の構成原子の沈降が初めて確認されている。さらに、2007年には、固体状態の単体金属や合金中において、同位体の沈降現象が初めて確認されている。以上が固体中の原子の沈降に関する簡単な歴史であるが、液体中の原子の沈降については、2007年に報告された融体Se中の同位体の沈降に関する報告が初めての報告となっている。本研究では、われわれが行った固相や液相の金属中での同位体の沈降に関する研究について紹介したい。

Separation of noble gas carrier in primitive meteorites using ultra centrifugation

大澤 崇人; 長尾 敬介*; 小野 正雄

no journal, , 

始原的隕石に含まれる始原的希ガス捕獲成分は炭素質物質中に濃縮されているが、その希ガスの担体(phase Q)の分離は誰も成功していない。発表者は超遠心分離装置を用いたphase Qの分離を試みた。その結果、炭素質物質を濃縮した分画のうち、比較的重いフラクションに希ガスが濃縮している予想外の結果が得られた。phase Qは炭素質物質の中でも重い物質、もしくは炭素質物質に付着した重い粒子に希ガスが存在しているのかもしれない。

超遠心力場における固体状態の錫同位体分別

大澤 崇人; 小野 正雄; 江坂 文孝; 岡安 悟; 真下 茂*

no journal, , 

本研究では超遠心力場下の同位体分別の程度と、それが原子の質量に依存しているかどうかを確かめるべく錫を用いた実験を行った。用いた試料は純粋な錫であり、これを(1)160000rpm(最大1.02g), 220C, 100時間、(2)100000rpm(最大0.40g), 220-230C, 24時間、(3)80000rpm(最大0.25g), 220C, 24時間の3つの条件で遠心実験を行った。いずれの場合も固相のままである。試料中の同位体比は二次イオン質量分析計(SIMS)で行った。あらかじめ同位体比を決定した固体錫を二次標準として用いることで、試料中の同位体比を決定した。その結果、(1)の条件の試料で最も大きな同位体比変動が確認され、その変動の大きさはSn/Sn比で初期値から2.60.1%にも達した。一方、(2)と(3)の条件でも同位体比の変動が確認されたが、それらの変動幅はそれぞれSn/Sn比で初期値から1.20.2%, 0.40.2%と、(1)とは実験時間が異なるとはいえ、大まかに加えた遠心力の大きさに相関していた。これらの同位体比変動のメカニズムを明らかにするため、3同位体プロットを作成した。完全に質量依存のフラクショネーションラインに乗ることから、実験的にも遠心力場中の同位体変動が原子の質量依存であることが確認できた。

Isotope fractionation in AgI super-ionic conductor by centrifugation

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; 石塚 悦男; 大澤 崇人; 緒方 裕大; 真下 茂*

no journal, , 

We are investigating the isotope fractionation in solid or liquid under strong centrifugal acceleration field. In this study, we have performed the ultracentrifuge experiments on -AgI super ionic conductor samples. All centrifuged samples keep their stoichiometry. The isotope ratio of Ag / Ag on centrifuged samples have negative gradient in the direction of centrifugal force. These results show that the heavy Ag isotopes move in the direction of the centrifugal force and the light isotopes move in the counter direction keeping their charge balance in the specimen. Additionally, I will introduce the development of isotope separation process in liquid based on this result.