分離精製工場における使用済燃料せん断粉末の取出し

西野 紗樹; 岡田 純平; 渡邉 一樹; 古内 雄太; 横田 知; 矢田 祐士; 草加 翔太; 諸角 詩央里; 中村 芳信

JAEA-Technology 2023-011, 39 Pages, 2023/06

JAEA-Technology-2023-011.pdf:2.51MB

2014年に廃止措置に移行した東海再処理施設は、2007年の運転停止時に再処理運転の再開を計画していたことから、分離精製工場(MP)等の一部機器には、核燃料物質(使用済燃料せん断粉末、低濃度プルトニウム溶液、ウラン溶液等)が残留していた。このため、廃止措置の開始に際しては、これらの核燃料物質を順次取り出す工程洗浄を計画し、第一段階として使用済燃料せん断粉末の取出しを実施した。これまで実施した使用済燃料のせん断処理により、分離精製工場(MP)のセル内には使用済燃料せん断粉末が滞留しており、2016年4月から2017年4月にかけてセル内の床面、せん断機及び分配器より使用済燃料せん断粉末の回収を保守の一環として実施した。なお、本作業は核燃料物質の取出しを目的としているものの、核物質防護上の理由から、核燃料物質量を記載していない。回収した使用済燃料せん断粉末の取出しは、核燃料物質を安全かつ早期に取り出すため、濃縮ウラン溶解槽において少量ずつバッチ式(回分式)で溶解し、その溶解液はウラン及びプルトニウムの分離操作を行わずに高放射性廃液貯蔵場(HAW)の高放射性廃液貯槽へ送液した。溶解液の送液後、硝酸及び水を用いて送液経路の押出し洗浄を実施した。本作業では、再処理運転を終了してから約15年ぶりに工程設備を稼働させたことから、ベテラン(熟練運転経験者)と若手を組み合わせた体制を整備し、設備点検及び教育訓練(モックアップ訓練)を入念に実施したことで、取出し作業を無事完遂した(2022年6月から同年9月実施)。なお、使用済燃料せん断粉末の取出しは、工程機器の一部を稼働させることから、廃止措置計画の変更認可申請を行い、原子力規制委員会の認可を受けた上で実施した。

Structures of magnetic excitations in the spin- kagome-lattice antiferromagnets CsCuSnF and RbCuSnF

齋藤 睦己*; 高岸 龍之介*; 栗田 伸之*; 渡邊 正理*; 田中 秀数*; 野村 竜司*; 福元 好志*; 池内 和彦*; 梶本 亮一

Physical Review B, 105(6), p.064424_1 - 064424_15, 2022/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.064424

CsCuSnF is a spin- antiferromagnet on a nearly uniform kagome lattice. This compound undergoes magnetic ordering with the = 0 structure and positive chirality, which is mainly caused by the large Dzyaloshinskii-Moriya interaction. RbCuSnF is a spin- antiferromagnet on a modified kagome lattice with a enlarged chemical unit cell at room temperature. Its ground state is a pinwheel valence bond solid (VBS) with an excitation gap. Here, we show the structures of magnetic excitations in CsCuSnF and RbCuSnF investigated by inelastic neutron scattering in wide energy and momentum ranges. For CsCuSnF, four single-magnon excitation modes were observed. It was confirmed that the energy of single-magnon excitations arising from the point in the extended Brillouin zones is largely renormalized downwards. It was found that the broad excitation continuum without a marked structure spreads in a wide energy range from to approximately . These findings strongly suggest spinon excitations as elementary excitations in CsCuSnF. In RbCuSnF, singlet-triplet excitations from the pinwheel VBS state and their ghost modes caused by the enlargement of the chemical unit cell were clearly confirmed. It was found that the excitation continuum is structured in the low-energy region approximately below and the almost structureless high-energy excitation continuum extends to approximately . The characteristics of the high-energy excitation continuum are common to both CsCuSnF and RbCuSnF, irrespective of their ground states. The experimental results strongly suggest that the spin liquid component remains in the ground state as quantum fluctuations in CsCuSnF and RbCuSnF.

Stable structure of hydrogen atoms trapped in tungsten divacancy

大澤 一人*; 外山 健*; 波多野 雄治*; 山口 正剛; 渡辺 英雄*

Journal of Nuclear Materials, 527, p.151825_1 - 151825_7, 2019/12

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.151825

タングステン中の複空孔にトラップされた水素原子の安定構造とその結合エネルギーを第一原理計算に基づいて示した。水素原子は複空孔の隣の八面体格子間サイト(O部位)近傍に位置するのが好ましい。さらに水素原子は複空孔の中心に位置するOサイトを優先的に占有する。水素原子が増加すると、複空孔の周辺に位置するOサイトも水素原子によって占有される。タングステン中の複空孔はエネルギー的に不安定である。しかし水素原子捕獲によって非常に安定化する。複空孔の結合エネルギーは水素同位体の種類に依存する。

Determination of fusion barrier distributions from quasielastic scattering cross sections towards superheavy nuclei synthesis

田中 泰貴*; 成清 義博*; 森田 浩介*; 藤田 訓裕*; 加治 大哉*; 森本 幸司*; 山木 さやか*; 若林 泰生*; 田中 謙伍*; 武山 美麗*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 87(1), p.014201_1 - 014201_9, 2018/01

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.014201

ガス充填型反跳生成核分離装置GARISを用いてCa + Pb, Ti + Pb, Ca + Cm反応系における準弾性散乱断面積の励起関数を測定した。これらのデータから融合障壁分布を導出し、チャンネル結合計算と比較した。Ca + Pb及びTi + Pb反応の障壁分布のピークエネルギーはそれらの反応系における2中性子蒸発断面積のピークエネルギーと良く一致し、一方Ca + Cm反応の障壁分布のピークエネルギーは4中性子蒸発断面積のピークエネルギーより少し下に現れることが判った。この結果は超重核合成の際の最適ビームエネルギーの予測に役立つ情報を与える。

Three-dimensional electronic structures and the metal-insulator transition in Ruddlesden-Popper iridates

山崎 篤志*; 藤原 秀紀*; 橘 祥一*; 岩崎 大昌*; 東野 勇志*; 吉見 千秋*; 中川 広野*; 中谷 泰博*; 山神 光平*; 荒谷 秀和*; et al.

Physical Review B, 94(11), p.115103_1 - 115103_10, 2016/11

AA2016-0587.pdf:2.55MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.115103

軟X線角度分解光電子分光を用いて、Ruddlesden-Popper型イリジウム酸化物SrIrOの3次元バンド構造を調べた。その結果、IrO面構造の次元性の増加と共に発現する金属-絶縁体転移に関する直接的な証拠を得た。この転移は、スピンー軌道結合により生じた = 1/2バンドがフェルミエネルギーを横切ることにより生じる。入射光エネルギーを350eV以上走査することにより、SrIrOの3次元フェルミ面形状及び、SrIrOの依存した光電子強度の振動を明らかにした。本手法は、電子状態の全体像の理解において非常に有効である。

Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology

西内 満美子*; 榊 泰直*; Esirkepov, T. Zh.*; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; Pirozhkov, A. S.*; 匂坂 明人*; et al.

Plasma Physics Reports, 42(4), p.327 - 337, 2016/04

https://doi.org/10.1134/S1063780X1604005X

ペタワットレーザーと原子核物理学の技術を組み合わせることで、エキゾチック原子核の性質の測定を決定的に可能にする。数値シミュレーションとレーザー駆動実験により、我々は論文、西内等、Phys. Plasmas 22, 033107 (2015)で提案された「レーザー駆動エキゾチック核抽出-加速法」の展望について紹介する。この方法の特徴は、(1)フェムト秒ペタワットレーザーを、外部イオンビームによって破砕された原子核標的に照射し、(2)そして生成された短寿命の重エキゾチック原子核を数GeVの多価電荷としてまとめて一気に加速する、という画期的な方法である。

Evaluation of long term creep strength of mod. 9cr heat resistant ferritic steel with the aid of system free energy concept

村田 純教*; 渡辺 直也*; 永江 勇二

Advances in Materials Technology for Fossil Power Plants; Proceedings from the 8th International Conference (EPRI 2016), p.487 - 494, 2016/00

In order to evaluate long term creep strength of modified 9Cr ferritic steels, the system free energy of creep ruptured specimens at both 650 and 700C is evaluated as the sum of chemical free energy, strain energy and surface energy, which are obtained by a series of experiments, i.e., chemical analysis using extracted residues, X-ray diffraction, and scanning transmission electron microscopy. Change ratio of the system free energy and creep stress showed the relationship with one master curve irrespective of creep conditions, indicating that the steel ruptures when the applied stress exceeds a limited stress depending on the microstructural state expressed by the change ratio of system free energy. Furthermore, it was found that dominant factor of the change ratio was the chemical free energy change. On the basis of these results, long term creep strength of the steel was evaluated at 700C, for example, 19 MPa at 700C after 10 h. It is concluded that long term creep strength of modified 9Cr ferritic steels can be predicted by the system free energy concept using the ruptured specimens with various creep conditions.

Laser-driven multi-charged heavy ion beam acceleration

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 金崎 真聡; et al.

Research Using Extreme Light; Entering New Frontiers with Petawatt-Class Lasers II (Proceedings of SPIE, Vol.9515), p.95151D_1 - 95151D_4, 2015/06

https://doi.org/10.1117/12.2179204

超高強度短パルスレーザーと金属ターゲットとの相互作用による多価重イオン加速実験の結果を発表する。10J以下のレーザーエネルギー、36fsのパルス幅、10のコントラストを持つ200TWのJ-KARENレーザーシステムを用いた。ほぼ完全電離に近い鉄のイオンがトータルで0.9GeVのエネルギーにまで加速された。これは固体薄膜ターゲットと10Wcmのレーザーとの相互作用によってはじめて可能となったと考えられる。このように高いQ/Mを持つイオンは既存の重イオン加速器のイオン源においては、達成が難しい。

Self-accelerating oxidation on Si(111)77 surfaces studied by real-time photoelectron spectroscopy

Tang, J.*; 西本 究*; 小川 修一*; 吉越 章隆; 石塚 眞治*; 渡辺 大輝*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

Surface and Interface Analysis, 46(12-13), p.1147 - 1150, 2014/12

https://doi.org/10.1002/sia.5615

Long-time oxidation on Si(111)77 surfaces at room temperature has been investigated by real-time photoelectron spectroscopy to clarify the mechanism of the interface oxidation. It is found that the oxidation mode gradually transformed from oxygen adsorption on the Si(111)77 surface in the initial stage to SiO amorphous-like oxidation on the Si(001)21 surface in the interface oxidation. The self-accelerating oxidation with a significant increase of oxidation rate occurred during the interface oxidation on the Si(111)77 surface, where the strained Si atoms were obviously generated at the SiO/Si interface. The strains generated at interface layers induce the emission of Si atoms from the interface when strain is over a critical value, which contributes to the interface oxidation due to the reaction activities of both the vacancy sites and emitted Si atoms.

深度500m研究アクセス南坑道における先行ボーリング調査報告書(12MI32号孔)

川本 康司; 黒岩 弘; 山田 信人; 大貫 賢二; 大森 一秋; 竹内 竜史; 尾方 伸久; 大森 将樹; 渡辺 和彦

JAEA-Technology 2014-011, 92 Pages, 2014/07

JAEA-Technology-2014-011.pdf:24.65MB
JAEA-Technology-2014-011-appendix(DVD).zip:331.54MB

本報告書は、深度500m研究アクセス南坑道における先行ボーリング(12MI32号孔)の調査結果を取りまとめたものである。調査では、地質学的,水理学的,地球化学的データを取得するとともに、地下水水圧の初期状態および坑道掘削時の変化の把握を目的に水圧モニタリング装置を設置した。調査の結果、中粒から粗粒の等粒状組織を示す黒雲母花崗岩が分布し、岩級はCMB級である。断層角礫を伴う小規模断層が48.90mabh付近に認められたが、当初モデルで推定していたS200_13断層およびIF_SB3_13_3断層は認められなかった。割れ目密度は、40.0080.00mabh区間で大きい。孔内湧水は78.83mabhで最大600L/minであった。透水係数は、湧水の少ない区間で2.0E-91.5E-08m/sec、割れ目が集中し湧水量が多い区間で1.1E-051.6E-05m/secの範囲であった。地下水の水質は、Na, Clに富む水質であった。