Muon spin relaxation in mixed perovskite (LaAlO)(SrAlTaO) with

伊藤 孝; 髭本 亘; 幸田 章宏*; 中村 惇平*; 下村 浩一郎*

Interactions (Internet), 245(1), p.25_1 - 25_7, 2024/12

https://doi.org/10.1007/s10751-024-01866-5

We report on muon spin relaxation (SR) measurements in a mixed perovskite compound, (LaAlO)(SrAlTaO) with (LSAT), which is widely used as a single-crystalline substrate for thin film deposition. In zero applied field (ZF), muon depolarization due to the distribution of nuclear dipole fields was observed in the temperature range from 4 K to 270 K. Interestingly, SR time spectra in ZF maintained a Gaussian-like feature over the entire range, while the depolarization rate exhibited a monotonic decrease with increasing temperature. This behavior may be attributed to the thermally activated diffusion of muons between a few adjacent sites within a confined space of the angstrom scale, where the motionally averaged local field that each muon experiences can remain non-zero and result in maintaining the Gaussian-like line shape. The spatial distribution of electrostatic potential at lattice interstices evaluated via density functional theory calculations suggests that such a restriction of muon diffusion paths can be caused by the random distribution of cations with different nominal valences in the mixed perovskite lattice.

The Behavior of a jet passing through a grid-type obstacle; An Experimental investigation

安部 諭; 柴本 泰照

Annals of Nuclear Energy, 202, p.110461_1 - 110461_16, 2024/07

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.110461

During a severe accident in a nuclear containment vessel, jets released from the primary system exhibit complex thermohydraulic behavior due to buoyancy effects and impingement on internal obstacles such as inner walls and floors. Thus, the obstacle-influenced jets are of interest in recent research activities. This paper describes an experimental investigation of the behavior of jets passing through a grid-type obstacle. The flow field was acquired by a particle image velocimetry system. The experiment captured the jet fragmentation by the grid-type obstacle and their recoupling. The mean velocity field obtained by postprocessing indicates a "Rectifying effect," with the axial velocity increasing at the center and the magnitude of the radial velocity decreasing. The meandering flow was suppressed due to this effect. In the near grid-obstacle region, the axial turbulence intensity was relatively large at the edge of each fragmented region due to shear stress. Moreover, the spatial distribution of the radial turbulence fluctuation became more complex. Further investigation is required to clarify the budget of the transport equation for turbulence fluctuation. The experimental data shown in this paper is useful for computational fluid dynamics validation.

JPDRから発生した低レベルコンクリート廃棄物に対する放射能濃度評価方法の検討

青野 竜士; 原賀 智子; 亀尾 裕

JAEA-Technology 2024-006, 48 Pages, 2024/06

JAEA-Technology-2024-006.pdf:1.77MB

日本原子力研究開発機構より発生した研究施設等廃棄物は、将来的に浅地中埋設処分する予定であり、処分を実施するまでには、廃棄物の放射能濃度を評価する方法を構築しなければならない。本報告では、動力試験炉(JPDR)から発生したコンクリート廃棄物に対する放射能濃度評価法を検討した。放射能濃度評価法の構築に当たっては、理論計算を主体として、放射化学分析による核種分析値を用いることで、評価の妥当性を確認した。評価対象として予備選定された核種において、核種分析値を用いて理論計算の結果を適切に補正することで、放射能濃度評価を行うことができる見通しを得た。

A Proposed regulatory framework for small modular reactors

原子力システム技術評価委員会

JAEA-Review 2024-018, 38 Pages, 2024/06

原子力機構は、文部科学省・原子力システム研究開発事業「脱炭素化・レジリエンス強化に資する分散型小型モジュラー炉を活用したエネルギーシステムの統合シミュレーション手法開発」に係る研究開発活動の中で、日本および他国における設計標準化、工場製造、サイト独立型小型モジュール炉(DFS-SMR)の展開の可能性に関するアドバイスを得るために、対象分野の専門家からなる「原子力システム技術評価委員会」を設置した。本委員会は2021年から2024年のプロジェクト期間中に3回開催され、日本におけるDFS-SMRの商業展開の可能性のための規制枠組みに関する提案が議論された。委員会での議論の出発点は、日本の原子力規制の枠組みは、既存の商用原子力発電所が稼働している他のほとんどの国と同様に、大型軽水冷炉(LWR)に焦点を当てているという見解であった。また1つの考慮事項は、世界中の他の規制イニシアチブと一致する、規制の枠組みの基本構造に関する委員会の見解であった。具体的には、最も効果的な規制の枠組みを実現するには、規範性を減らし、テクノロジーに依存せず、パフォーマンスに基づいたものにする必要があるというものである。本報告書では、SMRおよびその他の先進的原子炉の配備に関して指導的役割を果たしている米国を取り上げ、日本におけるSMRに対応するライセンス枠組みに関する提案に関する議論の内容及び、日本の現在のライセンス枠組みと提案されている枠組みとの間のギャップの分析並びにギャップを埋めるための具体的な推奨事項をまとめている。本委員会は、この報告書で提案された規制の枠組みの変更が現実になることに期待を寄せている。

The Precipitation and redistribution of alloying element in Zircaloy-4 cladding tube oxidized in high-temperature steam

天谷 政樹

High Temperature Corrosion of Materials, 101(3), p.455 - 469, 2024/06

https://doi.org/10.1007/s11085-023-10216-9

Zirconium (Zr)-based alloys are widely used as fuel cladding material for light water reactors. Under a loss-of-coolant accident (LOCA) condition, the oxidation of fuel cladding by high-temperature steam induces the degradation of mechanical properties of the cladding and would affect the integrity of fuel rods and/or assemblies, etc., during LOCA. In this study, the distribution of the elements (zirconium, oxygen, tin, iron and chromium) in Zircaloy-4 cladding specimens oxidized in the temperature range of 1350- 1700 K in steam was analyzed along the radial direction of the specimens by using SEM/EPMA, and the cause of element distribution in the specimens was discussed in consideration of the morphology of precipitates in the specimens and hypothesized phase diagrams related to the elements contained in the specimens. The form of the particles precipitated and the comparison between SEM/EPMA results and hypothesized phase diagrams of Zr-Sn-O system suggested that the liquefaction of tin-rich material and/or Zr-(Fe,Cr) compounds occurred during the oxidation test. The results obtained indicate that Zircaloy-4 cladding tubes would start melting at the melting point of tin-oxide and the eutectic point of Zr-(Fe,Cr)compounds, which is much lower than the melting point of Zr, -Zr(O), or zirconium oxide (ZrO).

マイクロ波重畳LIBSによるデブリ組成計測の高度化と同位体の直接計測への挑戦(委託研究); 令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; アイラボ*

JAEA-Review 2023-029, 77 Pages, 2024/05

JAEA-Review-2023-029.pdf:3.98MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和2年度に採択された研究課題のうち、「マイクロ波重畳LIBSによるデブリ組成計測の高度化と同位体の直接計測への挑戦」の令和2年度から令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、MW(マイクロ波)重畳によりLIBS(レーザーブレークダウン分光)の発光強度を上げ、ウラン同位体計測に適用することを目的としている。令和4年度では、半導体マイクロ発振器をさらに小型化するために冷却方式の見直しや必須とならない機能の削減を行い、さらにマイクロ波アンテナにおいてはシミュレーションで得た最適化条件をLIBS実験に適用することにより良好な結果が得られた。同位体計測について、スペクトル調査を行い、同位体をもつウランとスペクトルが似ているジルコニウムでLIBS測定の最適化を行い、100倍以上の増倍率が得られた。さらに、テーブルトップLIBS光学系、小型化されたLIBSセンサー部、マイクロ波アンテナの統合とシステムの評価を行い、ステンレス(Cr含有)・Pb・Al等を用いて計測性の向上効果を検討したところ、材料によらずマイクロ波重畳によるシグナル強度の増大効果・SN比向上の効果が出ることが分かった。MW重畳有り/無しのLIBSスペクトルの差異を検討し、スペクトラムの差異、データ処理の仕様を決定し、ビーム検出精度を向上するパラメータ抽出が可能となった。ピーク検出と背景光のデータ解析ソフトウェアの構築を開始した。最終年度である本年の最後に、目的とするウランの同位体計測を行った。マイクロ波による増強効果が得られ、マイクロ波重畳LIBSの計測は成功した。

Recent status of the cryogenic sample environment at the MLF, J-PARC

石角 元志*; 高橋 竜太*; 山内 康弘*; 中村 雅俊*; 石丸 宙*; 山内 沙羅*; 河村 聖子; 吉良 弘*; 坂口 佳史*; 渡辺 真朗; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 41, p.011010_1 - 011010_7, 2024/05

https://doi.org/10.7566/JPSCP.41.011010

Recent status of cryogenic sample environment equipment at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) has been reported. We have reviewed the specifications and performance of cryogenic sample environment equipment and a newly installed Gifford-McMahon (GM) cryofurnace, which are mainly managed by the Cryogenic and Magnet group in the sample environment team at the MLF. Moreover, the recent maintenance and update of each piece of equipment, the improved temperature-control function, and the expansion of the usable beamline of the cryogenic sample environment equipment are described.

Spin caloritronics in metallic superlattices

関 剛斎*; 内田 健一*; 高梨 弘毅

Journal of Physics; Condensed Matter, 36(33), p.333001_1 - 333001_11, 2024/05

https://doi.org/10.1088/1361-648X/ad4761

Spin caloritronics, a research field studying on the interconversion between a charge current (J) and a heat current (J) mediated by a spin current (J) and/or magnetization (M), has attracted much attention not only for academic interest but also for practical applications. Newly discovered spin-caloritronic phenomena such as the spin Seebeck effect (SSE) have stimulated the renewed interest in the thermoelectric phenomena of a magnet, which have been known for a long time, e.g. the anomalous Nernst effect (ANE). These spin-caloritronic phenomena involving the SSE and the ANE have provided with a new direction for thermoelectric conversion exploiting J and/or M. Importantly, the symmetry of ANE allows the thermoelectric conversion in the transverse configuration between J and J. Although the transverse configuration is totally different from the conventional longitudinal configuration based on the Seebeck effect and has many advantages, we are still facing several issues that need to be solved before developing practical applications. The primal issue is the improvement of conversion efficiency. In the case of ANE-based applications, a material with a large anomalous Nernst coefficient (S) is the key for solving the issue. This review article introduces the increase of S can be achieved by forming superlattice structures, which has been demonstrated for several kinds of materials combinations. The overall picture of studies on spin caloritronics is first surveyed. Then, we mention the pioneering work on the transverse thermoelectric conversion in superlattice structures, which was performed using Fe-based metallic superlattices, and show the recent studies for the Ni-based metallic superlattices and the ordered alloy-based metallic superlattices.

First demonstration of a single-end readout position-sensitive optical fiber radiation sensor inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station based on wavelength-resolving analysis

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1062, p.169227_1 - 169227_6, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.nima.2024.169227

We have developed a new position-sensitive optical fiber radiation sensor that achieves single-end readout and high dose rate application. The sensor determines the incident position of radiation on the optical fiber by using the wavelength dependency of light attenuation within the fiber. Through the analysis of the output wavelength spectrum from the fiber end, the incident position of radiation on the optical fiber can be inversely estimated using the spectrum unfolding procedure. Using this optical fiber sensor, we conducted a measurement of radiation distribution inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The actual trend of incident position of radiation was successfully reproduced in a high dose rate area, with a maximum dose rate exceeding 100 mSv/h. This validates the effectiveness of our new position-sensitive optical fiber radiation sensor.

TRU oxide sample reactivity worths measured in the FCA-IX assemblies with systematically changed neutron energy spectra

福島 昌宏; 岡嶋 成晃*; 向山 武彦*

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(4), p.478 - 497, 2024/04

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2240872

1980年代に高速炉臨界実験装置FCAにおいてTRU核種断面積積分実験の一環として7つのウラン炉心(FCA-IX炉心)が構築され、マイナーアクチノイドを含む超ウラン(Np, Pu, Pu, Am、およびAm)の酸化物サンプルを用いた反応度価値が各炉心中心で測定された。FCA-IX炉心では、燃料プレート及び希釈材プレート(グラファイト又はステンレス)の単純な組合せにより燃料領域が構成され、その混合割合を調整することで炉心中心の中性子スペクトルが系統的に変化しているのが特徴である。本論文では、超ウラン酸化物サンプルの反応度価値実験に関する実験手法の詳細とともに、最新の知見を反映して再評価した実験値及びその誤差評価を報告する。また、本積分実験を活用して、汎用評価済核データライブラリJENDL-5の積分評価も併せて報告する。