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廃炉環境国際共同研究センター; 北海道大学*
JAEA-Review 2024-006, 54 Pages, 2024/06
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(1F)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4年度に採択された研究課題のうち、「汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発」の令和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、1Fの廃炉事業に携わる作業者の安心・安全を確保するべく、汚染頻度の高い足裏、両手表面を対象とした「
汚染可視化ハンドフットモニタ」と着衣等の汚染検査に使用する「
・
汚染可視化クロスモニタ」(
・
汚染分布・エネルギー計測可搬型ホスウィッチ検出器)から構成される新規装置の開発を目標として、新しいシンチレータ材料及び装置の実用化の可能性について基礎的な検討を行った。
汚染可視化ハンドフットモニタ用の
線検出用材料としてAD法によるZnS(Ag)厚膜作製及び希土類錯体について検討し、両者ともに
線によるシンチレーションを観察した。また、市販のZnS(Ag)シンチレータとCMOSカメラ等を用いて
線が撮像できること、手部及び靴底の汚染を一度に可視化できる可能性があることを確認した。
・
汚染可視化クロスモニタにおけるホスウィッチ用シンチレータの開発では、La-GPSの単相化を実現するとともに、窒素雰囲気中の高温でのアニールがフォトルミネッセンス強度の増大に効果的であることを見出した。エネルギー・分布計測装置の試作と基本性能評価では、これまでに得られたノウハウに基づき、取得データのハンドリング・分析プログラムの仕様を策定した。さらに、既存の測定装置と組み合わせることで次年度以降の装置製作で必要となる改良点を抽出した。
木下 了磨; 佐々木 祐二; 金子 政志; 松宮 正彦*; 新奥 孝太*; 城石 英伸*
Hydrometallurgy, 222, p.106159_1 - 106159_12, 2023/10
被引用回数:2 パーセンタイル:25.24(Metallurgy & Metallurgical Engineering)原子力機構が開発した金属イオンの抽出剤NTAアミド(C6)の適用性を、一般産業分野における利用も視野にいれて各種の金属について調べた。塩化物イオンと高い反応性を持つ20種の金属イオンの溶媒抽出を行い、抽出しやすさや反応性を確認した。これらの金属は塩酸溶液でアニオン種として溶存するが、NTAアミドは第3級アミンを持ち塩酸溶液でプロトネーションを起こしカチオン性となるため、イオン対抽出反応が起こる。金属イオンの分配比は硝酸系より塩酸系で高く、金属イオン:NTAアミドのモル比が1:1で有機相に抽出される。12族の3種の元素(Zn, Cd, Hg)を取り上げ、DFT計算でイオン対抽出のモデリングを行い、分配比を算出し、実測値と同じ傾向であることを確かめた。
山縣 和仁*; 大内 和希; 丸茂 和樹*; 半田 友衣子*; 原賀 智子; 齋藤 伸吾*
Inorganic Chemistry, 62(2), p.730 - 738, 2023/01
被引用回数:3 パーセンタイル:42.77(Chemistry, Inorganic & Nuclear)ネプツニルイオン(NpO)に対し解離不活性な錯体を見出すため、蛍光プローブ化学ライブラリーの中からポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)を用いる速度論的手法により、安定なNpO
錯体の選抜を試みた。フルオレセイン修飾フェナントロリン-2,9-ジカルボン酸錯体は、自己解離速度定数8
10
s
と非常に解離不活性であることを見出した。この速度定数は、これまで報告されているNpO
錯体の解離速度より100万倍遅い。この特異性を利用しPAGEによるNpO
錯体の蛍光検出を試みたところ、検出限界68pmol dm
(17fg)の極微量検出を達成した。模擬使用済み核燃料及び高レベル放射性廃棄物試料への適用にも成功した。
大政 義典*; 高木 茂幸*; 戸嶋 健人*; 横山 凱乙*; 遠藤 亘*; 折茂 慎一*; 齋藤 寛之*; 山田 武*; 川北 至信; 池田 一貴*; et al.
Physical Review Research (Internet), 4(3), p.033215_1 - 033215_9, 2022/09
Quasielastic neutron scattering (QENS) and neutron powder diffraction of the complex transition metalhydrides LiMoH
and Li
NbH
were measured in a temperature range of 10-300 K to study their structures and dynamics, especially the dynamics of the hydrogen atoms. These hydrides contain unusual ninefold H coordinated complex ions (MoH
or NbH
) and hydride ions (H
). A QENS signal appeared
150 K due to the relaxation of H atoms. The intermediate scattering functions derived from the QENS spectra are well fitted by a stretched exponential function called the Kohlrausch-Williams-Watts functions with a small stretching exponent
0.3-0.4, suggesting a wide relaxation time distribution. The
dependence of the elastic incoherent structure factor is reproduced by the rotational diffusion of MH
(M = Mo or Nb) anions. The results are well supported by a van Hove analysis for the motion of H atoms obtained using first-principles molecular dynamics calculations. We conclude that the wide relaxation time distribution of the MH
rotation is due to the positional disorder of the surrounding Li ions and a unique rotation with MH
anion deformation (pseudorotation).
池田 隆司; 鈴木 伸一; 矢板 毅
Journal of Physical Chemistry A, 119(30), p.8369 - 8375, 2015/07
被引用回数:24 パーセンタイル:67.86(Chemistry, Physical)3種類の2:1型粘土鉱物におけるアルカリ金属イオンの吸着状態を第一原理に基づいたメタダイナミクスにより系統的に調べた。層間カチオンを記述するために集団変数として採用した配位数で張られた2次元空間での自由エネルギー曲面を求めたところ、2:1型3八面体粘土鉱物においてCsイオンの内圏錯体が選択的に形成されることがわかった。このCsイオンで見られた強い内圏錯体への親和性は4面体シートの同形置換により著しく増大したルイス塩基性をもつ底面酸素サイトでセシウムイオンが選択的に認識されることによることがわかった。
Kim, S.-Y.; 朝倉 俊英; 森田 泰治; 池田 泰久*
Journal of Alloys and Compounds, 408-412, p.1291 - 1295, 2006/02
被引用回数:10 パーセンタイル:53.78(Chemistry, Physical)-ジメチルホルムアミド溶媒中のUO
(
-diketonato)
DMF, UO
(trop)
DMF及びUO
(sap)(DMF)
, (DMF=
-dimethyl formamide,
-diketonate=thenoyltrifluoroacetonate(ttfa), benzoyl trifluoroacetonate(btfa), and dibenzoylmethanate(dbm), trop=tropolonate, and sap=2-salicylidenaminophenolate)錯体について、サイクリックボルタンメトリー法を用いて電気化学的研究を行った。その結果、形式電位(E
,
.フェロセン/フェロセニウム)はUO
(ttfa)
DMF錯体(-1.176V),UO
(btfa)
DMF錯体(-1.183V),UO
(dbm)
DMF錯体(-1.461V),UO
(trop)
DMF錯体(-1.456V)及びUO
(sap)(DMF)
錯体(-1.585V)であった。これらの錯体は準可逆的にU(V)に還元され、多座配位子を有する錯体ほど、形式電位はより負側にシフトすることがわかった。以上の結果から、単座配位子を持つウラニル錯体よりも多座配位子を持つウラニル錯体の方が、安定なU(V)錯体を生成することが確認された。
安居院 あかね; Kmbre, T.*; S
the, C.*; Nordgren, J.*; 薄田 学; 齋藤 智彦*; 守友 治*
Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 144-147, p.589 - 592, 2005/06
被引用回数:1 パーセンタイル:5.59(Spectroscopy)ペロプスカイト型層状マンガン酸化物LaSr
Mn
O
についてO K吸収端近傍で軟X線吸収分光実験及び共鳴発光分光実験を行った。吸収スペクトルはこれまでのペロプスカイト型マンガン酸化物のスペクトルを再現した。発光分光スペクトルは異なる化学状態の酸素2pの状態密度を反映し、ローカルデンシティアプロキシメーション法によるバンド計算の結果との比較によって説明された。
安居院 あかね; Butorin, S. M.*; Kmbre, T.*; S
the, C.*; 齋藤 智彦*; 守友 浩*; Nordgren, J.*
Journal of the Physical Society of Japan, 74(6), p.1772 - 1776, 2005/06
被引用回数:8 パーセンタイル:47.70(Physics, Multidisciplinary)層状ペロプスカイト型マンガン酸化物LaSr
Mn
O
は巨大磁気抵抗など興味深い物性を示しさまざまな見地から研究がなされている。今回われわれは、軟X線分光の手法を用いMn 3dの電子状態を調べたので報告する。Mn
XASスペクトルはこれまでにペロプスカイト型マンガン酸化物報告されているスペクトルの特徴をほぼ再現し、スペクトル構造はMn 3dの結晶場分裂やO2pとの軌道混成で説明できた。XASの特徴的なピークのエネルギー位置を選択し、Mn L XESスペクトル測定の励起エネルギーとした。励起エネルギーの変化に対応してMn L XESスペクトル形状は共鳴様の多様な変化を示した。それぞれのピークはdd励起状態や電荷移動型の電子励起状態などに帰属され、励起エネルギーの変化に伴いその強度比が変化しスペクトル形状が変化することがわかった。
Kim, S.-Y.; 朝倉 俊英; 森田 泰治; 内山 軍蔵*; 池田 泰久*
Radiochimica Acta, 93(2), p.75 - 81, 2005/02
被引用回数:9 パーセンタイル:51.78(Chemistry, Inorganic & Nuclear)ジメチルスルホキシド溶媒中のUO(
-diketonato)
dmso, UO
(trop)
dmso, UO
(sap)(dmso)
、及びUO
(salen)dmso(dmso=dimethyl sulfoxide,
-diketonate=benzoyl-acetonate(ba), benzoyltrifluoroacetonate(btfa), and thenoyltrifluoroacetonate(ttfa), trop=tropolonate, sap=2-salicylidenaminophenolate, salen=N,N'-disalicylidenethylenediaminate)錯体について、サイクリックボルタンメトリー法を用いて電気化学的研究した。その結果、形式電位(E
, vs.フェロセン/フェロセニウム)はUO
(ba)
dmso錯体(-1.416V),UO
(btfa)
dmso錯体(-1.073V),UO
(ttfa)
dmso錯体(-1.082V), UO
(trop)
dmso錯体(-1.379V),UO
(sap)(dmso)
錯体(-1.500V)及びUO
(salen)dmso錯体(-1.602V)であった。これらの錯体は準可逆的にU(V)に還元され、多座配位子を有する錯体ほど、還元電位はより負側にシフトすることがわかった。以上の結果から、単座配位子を持つウラニル錯体よりも多座配位子を持つウラニル錯体の方が、安定なU(V)錯体を生成することが確認された。
大和田 謙; 藤沢 銀治
Spectrochimica Acta, Part A, 51(3), p.309 - 318, 1995/00
3本のレーザー励起線=514.5(Ar
),528.7(Ar
)及び632.8nm(He-Ne)を用いて、三硝酸ウラニル錯塩MUO
(NO
)
(M=Cs,Rb,K,NH
)のラマンスペクトルを2000cm
~10cm
の波数範囲で測定した。各錯塩が点群D
に属する骨格構造UO
X
(X=NO
)で記述できることを前提として、観測された散乱線の振動帰属を行った。これらの帰属を確かめるため、数種の分子内相互作用を考慮した改良原子価力場を用いて骨格振動の基準振動解析を行い、各結合に関して妥当なポテンシャル定数(力の定数)を得ることができた。また、
=632.8nmの励起線は別として、
=514.5nm、528.7nmの両励起線においては共鳴ラマン散乱を観測することができた。共鳴が近づくと、特に、ウラニルの全対称伸縮振動(約880cm
)の強度がNO
の振動(約1025cm
)に比べて著しく増大することがわかった。
A.Li*; H.Huang*; D.Li*; S.Zheng*; H.Du*; S.Zhu*; 岩田 忠夫
Japanese Journal of Applied Physics, 32(3), p.1033 - 1038, 1993/03
被引用回数:8 パーセンタイル:44.37(Physics, Applied)中性子照射したSiについて陽電子寿命測定を行い、100~800Cにおける欠陥のアニーリングを調べた。陽電子寿命スペクトルの2成分フィッティングを行った。第1成分は完全結晶中のfreeな陽電子及びmonovacancy-substitutional oxygen complexesに捕獲された陽電子の平均に対応し、第2成分はdivacancyまたはdivacancy-substitutional oxygen complexes及びquadrivacancy-substitutional oxygen complexesに捕獲された陽電子の平均に対応するものであることを示した。2成分データをトラッピング模型によって解析し、これらのvacancy型欠陥による陽電子捕獲率(欠陥濃度に比例する)を求めた。これらの欠陥のアニーリングを議論した。
永岡 芳春; 斎藤 実; 二村 嘉明
Transactions of the American Nuclear Society, 66, p.454 - 455, 1992/11
JMTRは1993年11月に現在の中濃縮(45%)燃料から低濃縮(20%)燃料へ転換する予定である。低濃縮燃料要素は芯材に高ウラン密度4.8gv/cmのシリサイド燃料を、要素側板に可燃性吸収体としてCdワイヤを採用する。これにより、サイクル途中の炉心燃料交換のための炉停止が不要となり1サイクル連続運転(26日)が可能となる。本発表では、低濃縮燃料炉心の核特性について現行炉心と比較し、炉心の安全性及び照射試験性能が現行炉心と同等であることを報告する。
伊与久 達夫; 塩沢 周策; 石原 正博; 荒井 長利; 奥 達雄*
Nucl. Eng. Des., 132, p.23 - 30, 1991/00
被引用回数:24 パーセンタイル:90.04(Nuclear Science & Technology)高温工学試験研究炉(HTTR)の炉内構造物は、主に、耐熱性に優れた黒鉛材料により構成している。黒鉛材料は延性は僅かであり、金属材料に比べ応力-ひずみ特性等が異なり、既に確立している金属構造物の技術基準を直接黒鉛構造物に適用することは出来ない。そのため、原研において、HTTR用に黒鉛構造設計方針を策定した。本方針は、米国ASMEで提案している高温ガス炉用炉心支持黒鉛構造物の技術基準:SecIII,Div.2 Subsection CE(draft)を参考にし、多軸破壊、軸圧縮制限、酸化効果及び品質管理の項目を独自に定めている。本報は、HTTRの黒鉛構造物の説明と黒鉛構造物の設計方針について、特にASME CEコードとの相違を中心に述べたものである。
星 三千男
Radioisotopes, 35(11), p.571 - 576, 1986/11
Fe(II)塩水溶液から、マグネタイトおよびフェライトへのPuの共沈挙動を調べた。共沈するPu量は溶液中のpH値に依存するが、pH5以上では、ほぼ定量的に共沈する。この共沈現象はFe(III)とPu(IV)イオンのヒドロオキソ錯体が相互作用し、ヒドロオキシ基を介した橋かけ結合の形成結果のためと表わされる。
大和田 謙
Applied Spectroscopy, 34(3), p.327 - 331, 1980/00
四塩化ウラニル錯塩、KUO
Cl
,Rb
UO
Cl
,Cs
UO
Cl
,(NH
)
UO
Cl
のレーザーラマンスペクトルを3500cm
~10cm
の波数範囲で測定した。また、上記錯塩中に点群D
h構造を有する(UO
Cl
)
イオンが存在するものと仮定し、得られたスペクトルの帰属ならびに基準振動の解析を行った。錯塩におけるウラニル結合の性質を理解するために、上で得られたU-O伸縮振動の力の定数から近似的な
-結合エネルギーを推定した。これらの値の正しさを「Mulliken magic formula」を用いて詳細に議論した。
大和田 謙
Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 41(8), p.1145 - 1147, 1979/00
被引用回数:7これまで不明確であったハロゲン化ウラニル錯体・水和物、MUO
X
・nH
O(M=Na,K,Rb,Cs,NH
;X=Cl,Br)に現れる2本の特性吸収帯(~450cm
,~320cm
)の帰属を確立するため、これら水和物の赤外線吸収スペクトルを500~200cm
の波数範囲で測定した。さらに重水素置換した水和物のスペクトルもあわせて測定した。得られたスペクトルを詳細に検討した結果、450cm
附近に現れる吸収帯は明らかにH
Oの回転的振動(縦巾れ振動)に、また320cm
のそれはM-O伸縮振動に帰属されていることがわかった。これらの結果にもとづいて錯体中でのH
Oの配位構造を推定した。
大和田 謙
Spectrochimica Acta, Part A, 35A(1), p.99 - 104, 1979/00
五フッ化ウラニル錯塩、MUO
F
(M:K,Rb,Cs,NH
)の基準振動の解析を行い、これまでになされた振動スペクトルの試験的帰属に対して理論的根拠を与えるとともに,ウラン-酸素、ウラン-フッ素結合に関して種々の力の定数を得た。また、上で得られた力の定数の考察ならびに分子軌道法によって各錯塩におけるウラン-酸素結合の
結合エネルギーを推定した。
大和田 謙
Spectrochimica Acta, Part A, 35A(11), p.1283 - 1288, 1979/00
硝酸ウラニル錯塩、UO(NO
)
・6H
O,UO
(NO
)
(NO
)
(NH
)
,K
UO
(NO
)
F
,K
UO
(NO
)
(CN)
の赤外線スペクトルを4000~30cm
の波数範囲で測定した。2,3の補正項を含む原子価力場を仮定して基準振動の解析を行い、これにもとづいて各錯塩の骨格振動の帰属を行った。その際、各錯塩のU=0,U-NO
およびU-L(L=H
O,NH
,F,CN)結合に関する近似的な力の定数を得た。また、錯塩中のU=0結合に及ぼす配位子の影響(配位子効果)を調べるため、U=0結合における1
n-分子軌道の重なり積分を計算し、これとU=0伸縮振動の力の定数との関係を検討した。
大和田 謙
Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 40(7), p.1369 - 1374, 1978/07
被引用回数:20四塩化ウラニル錯塩(KUO
Cl
,3H
O,Rb
UO
Cl
,H
O,(NH
)
UO
Cl
,4H
O)の赤外線吸収スペクトルを4000~30cm
の波数範囲で測定し、更に外圏イオン(K
,Rb
,NH
)を無視して(UO
Cl
)
イオンについての基準振動の解析を行った。この解析には、改良Urey-Bradley力場ならびに改良原子価力場を用い、ウラン-酸素(U-O)結合およびウラン-塩素(U-Cl)結合に関する各種の力の定数を得た。また、得られた力の定数に基づいてU-O結合に及ぼす配位子の影響を考察した。ウラニルイオンに配位子が結合すると、配位子からウラン原子へ電荷の移動が起こり、これによってU-O結合が弱められる結果となることが推論され、さらに、配位子からウラン原子への電荷の移動量は簡単な経験式(2次曲線)によって近似的に算出しうることが示された。
米澤 仲四郎; 大西 寛
Analytica Chimica Acta, 96, p.211 - 214, 1978/00
被引用回数:0第4級アンモニウム塩カプリコートによるランタイノイド-EDTA錯体の抽出挙動を検討した。抽出溶媒は四塩化炭素、キシレン、トルエン、ベンゼンでユーロピウムの分配比が一番大きく、1.2-ジクロロエタン、MIBK、酢酸ブチル、クロロホルムでも抽出出来た。カプリコート濃度、EDTA濃度の影響および陰イオンの影響についても調べた。ランタノイド、スカンジウムおよびイットリウムはpH=10附近で分配比が最大となり、ほぼ定量的に抽出された。