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論文

Development of remote sensing technique using radiation resistant optical fibers under high-radiation environment

伊藤 主税; 内藤 裕之; 石川 高史; 伊藤 敬輔; 若井田 育夫

JPS Conference Proceedings (Internet), 24, p.011038_1 - 011038_6, 2019/01

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の原子炉圧力容器と格納容器の内部調査への適用を想定して、光ファイバーの耐放射線性を向上させた。原子炉圧力容器内の線量率として想定されている~1kGy/hレベルの放射線環境に適用できるよう、OH基を1000ppm含有した溶融石英コアとフッ素を4%含有した溶融石英クラッドからなるイメージ用光ファイバを開発し、光ファイバをリモートイメージング技術に応用することを試みた。イメージファイバの本数は先行研究時の2000本から実用レベルの22000本に増加させた。1MGyのガンマ線照射試験を行った結果、赤外線画像の透過率は照射による影響を受けず、視野範囲の空間分解能の変化も見られなかった。これらの結果、耐放射線性を向上させたイメージファイバを用いたプロービングシステムの適用性が確認できた。

論文

In-vessel inspection probing technique using optical fibers under high radiation dose

伊藤 主税; 内藤 裕之; 大場 弘則; 佐伯 盛久; 伊藤 敬輔; 石川 高史; 西村 昭彦; 若井田 育夫; 関根 隆

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 7 Pages, 2014/07

福島第一原子力発電所の燃料デブリの取り出しに向けた原子炉圧力容器・格納容器内の燃料デブリの位置や状況の把握に適用可能な光ファイバを用いた遠隔調査技術を開発している。積算$$gamma$$線量100万Gyまで使用できる性能を目指し、ヒドロキシ基を1000ppm含有させることにより耐放射線性を向上させた高純度石英光ファイバを試作して$$gamma$$線照射試験によりその耐放射線性を確認した。これにより、積算100万Gyまで、イメージファイバによる観察及びレーザー分光による元素分析が行える見通しを得た。また、さらに耐放射線性を向上させるためにフッ素を含有した高純度石英光ファイバを試作し、ルビーシンチレータと組み合わせて放射線計測できることを確認した。これらにより、高耐放射線性光ファイバを用いた高放射線環境の遠隔調査装置が開発できることを示した。

報告書

「常陽」MK-III性能試験; 原子炉冷却材温度制御系の制御特性試験関係

伊藤 敬輔; 川原 啓孝; 森 健郎; 城 隆久; 有吉 昌彦; 礒崎 和則

JNC-TN9410 2005-008, 267 Pages, 2005/03

JNC-TN9410-2005-008.pdf:108.4MB

MK-Ⅲ冷却系を安定に制御できる制御定数の確認、及びプラントへ実際に外乱を印加した場合の安定性の確認を行うため、原子炉冷却材温度制御系の制御特性試験を実施した。本制御特性試験は、M系列試験、主冷却器出口温度変化応答試験及び制御棒小引抜・挿入応答試験の3項目で構成している。試験の結果、冷却材温度制御系の主送風機ベーン開度制御範囲におけるPI定数は、比例ゲイン0.36$$sim$$1.12(MK-Ⅱの約1/2)、積分定数80秒が最適であることが確認できた。このPI定数に対する制御系のゲイン余裕は7$$sim$$19dBであった。

報告書

光ファイバーブラッググレーティングによる原子炉計装の研究

雨宮 邦招*; 中澤 正治*; 有吉 昌彦; 伊藤 敬輔

JNC-TY9400 2004-008, 52 Pages, 2004/04

JNC-TY9400-2004-008.pdf:2.65MB

温度、歪み、振動に感度を有する光ファイバーブラッググレーティング(FBG)をセンサ要素とした新しい原子カプラントモニタリングシステムの開発を行った。 FBG の放射線照射試験の結果、1.4MGy程度のガンマ線吸収線量、および 10 sup14 n/cm sup2 程度の高速中性子フルエンスにも反射波長は影響されないことが分かった。温度に感度を持たず振動の測定のみを調整なしに行うことのできるシステムを構築し、100kGyまでのガンマ線吸収線量があっても問題なく動作することを確認した。さらに複数の点における振動を同時に測定できるシステムの設計および構築を行い動作することを確認した。このシステムを東大弥生炉の冷却系に適用し、運転状態の監視が可能であることを実証した。その上で「常陽」一次冷却系へ敷設し実証試験を行った。その結果、原子炉起動前にはナトリウム流量と振動状態の相関が確認できたものの、起動後には反射光が減衰し測定できなくなった。原因を調査したところ、FBGセンサ自体の問題ではなく伝送用の光ファイバーの接続部分の損失の影響が大きく改善は十分に可能であることが分かった。

口頭

汚染分布調査における放射線計測

伊藤 主税; 眞田 幸尚; 伊藤 敬輔; 近藤 敦哉; 石川 高史; 中野 弘信; 野崎 達夫; 鳥居 建男; 納冨 昭弘*

no journal, , 

福島第一原子力発電所の事故により環境に放出された放射性物質を除去し、環境を回復することは、事故対応の最重要課題の一つであり、実際に除染作業の対象エリアにおいて放射性物質による環境の汚染状況を把握し、除染作業に反映するとともに、除染による線量低減効果を確認することが重要である。宅地,農地,山林等を含む広範な地域を対象とする汚染分布調査において、放射線測定器を搭載した自律飛行型無人ヘリコプタやシンチレーション光ファイバを用いた放射線分布計測を実施し、無人ヘリコプタやPSFによる線量率モニタリングが汚染地域での分布測定に有用であることを示した。無人ヘリコプタは人が容易に立ち入れない田畑,森林,山の斜面等を迅速に広域測定でき、PSFは10mオーダの分布をより詳細に測定できるほか、無人ヘリコプタが苦手な家屋周りや河川,池等の水中のモニタリングへ適用できることから、両者の特長を活かすことにより効果的なモニタリングが可能となり、技術開発と実用化を進めていく。

口頭

高速炉での実装を想定した光ファイバセンサシステムの高温耐性試験

島田 幸洋; 西村 昭彦; 鈴木 宏和*; 石橋 久義*; 伊藤 敬輔; 伊藤 主税; 吉田 昌宏

no journal, , 

原子力発電所等の大型プラント機器の耐震保全、経年劣化診断を目的として、超短パルスレーザーを用いた微細加工を基盤とした高温耐性のある光ファイバーブラッググレーティング(FBG)センサシステムの開発を行ってきた。今回は高速炉の2次系冷却配管への実装を想定した、高温での性能評価と配管への実装方法の検討を行った。FBGセンサは高温耐性と設置作業におけるセンサの取扱性を向上させるため、紐状の炭化ケイ素繊維等によってセンサの保護強化を行った。試験材料であるSTPA24鋼は高速炉「常陽」の2次冷却配管と同ロットの試験用試料を使用した。その結果、400度において微小振動と歪の計測に成功した。

口頭

遠隔観察・分光技術を用いた炉内検査技術の開発,2-2; 光ファイバの耐放射線性

伊藤 主税; 内藤 裕之; 伊東 秀明; 今泉 和幸; 長井 秋則; 伊藤 敬輔; 西村 昭彦; 大場 弘則; 若井田 育夫; 杉山 僚; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所の燃料デブリの取出しに向けた原子炉圧力容器・格納容器内の燃料デブリの位置や状況の把握に適用可能な検査技術として、ファイバスコープによる観察技術とレーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)による元素分析技術を組合せた新型光ファイバプローブを開発している。10$$^{4}$$Gy/h以上の高線量環境下で1日間以上連続使用できる性能を目指し、ヒドロキシ基(OH基)を1,000ppm添加することにより耐放射線性を向上させた溶融石英光ファイバを試作して、$$gamma$$線照射試験によりその耐放射線性能を確認し、積算$$gamma$$線量100万Gyまで観察及びLIBS分光が行える見通しを得た。今後は、実機仕様の光ファイバを製作して$$gamma$$線環境下での観察・分光試験を行い、観察用波長域を決定するとともに、赤外線分光による照射下での元素分析を実証する予定である。

口頭

遠隔観察・分光技術を用いた炉内検査技術のための光ファイバの耐放射線性評価

内藤 裕之; 伊藤 主税; 伊東 秀明; 今泉 和幸; 伊藤 敬輔

no journal, , 

福島第一原子力発電所の燃料デブリ取出しに向けた遠隔検査技術としてファイバスコープによる観察技術とレーザー誘起ブレークダウン分光による元素分析技術を組み合わせた新型光ファイバプローブを開発している。光ファイバは放射線環境下では伝送性能が低下するため、純粋石英コアにOH基を1000ppm含有させることで耐放射線性に優れたファイバを開発してきた。今回、$$gamma$$線照射試験によりその耐放射線性能を確認し、積算線量1$$times$$10$$^{6}$$Gyまで観察及び分光が行える見通しを得た。今後、実機仕様の光ファイバを製作して放射線環境下での観察・分光試験を行い、観察用波長域を決定するとともに、赤外線分光による照射下での元素分析を実証する。

口頭

遠隔観察・分光技術を用いた炉内検査技術の開発,3-4; シンチレータと光ファイバを用いた放射線計測

伊藤 敬輔; 石川 高史; 内藤 裕之; 伊藤 主税

no journal, , 

福島第一原子力発電所の格納容器内・圧力容器内の$$gamma$$線量率を遠隔で計測するため、シンチレータと光ファイバを利用した計測システムを開発している。本システムでは、光ファイバの先端にシンチレータを取付け、光ファイバでシンチレーション光を伝送して光の強度を計測する。光ファイバにはコアにフッ素を添加して耐放射線性を向上させた高純度石英光ファイバを用いる。光ファイバを放射線環境下で使用するとチェレンコフ光を発するため、シンチレータには光ファイバの発光と弁別可能な光を発するルビーシンチレータを用いる。シンチレーション光を光ファイバの発光と分離できることを確認するため、計測システムを試作して$$^{60}$$Co$$gamma$$線源を用いて照射試験を行い、分光器を用いて光波長スペクトルを測定した結果、バックグランド信号として300nmから500nmに光ファイバの発光と思われる出力が見られたが、693nm及び714nmに観察されたシンチレーション光のピークに比べて十分低いことから、ルビーシンチレータの発光を光ファイバの発光と分離して検出できることを確認した。

口頭

遠隔観察・分光技術を用いた炉内検査技術の開発,3-3; 高放射線環境下での石英コアファイバの伝送性能

内藤 裕之; 伊藤 主税; 伊藤 敬輔; 今泉 和幸; 伊東 秀明; 長井 秋則

no journal, , 

ファイバスコープによる観察技術とレーザー誘起ブレークダウン分光による元素分析技術を組み合わせた新型光ファイバプローブを開発しており、高い耐放射線性を有するようOH基1000ppmを含有する純粋石英コアファイバとすることを提案している。高放射線環境下での伝送性能を調べるため$$gamma$$線照射試験を実施し、イメージファイバ及び単芯ファイバの照射による損失増をカラーセンター生成モデルにより評価した。その結果、イメージファイバでは、初期前駆体はないが照射により生成する前駆体の生成率が高く、単芯ファイバでは初期前駆体があり、照射により生成する前駆体の生成率が低いことがわかった。イメージファイバではファイバ素線の溶融一体過程で、素線中の前駆体が消滅するものの、前駆体が生成しやすい構造が増えたものと推測される。

口頭

アルミナ蛍光板及び光ファイバを用いた高線量率$$gamma$$線計測システムの開発

石川 高史; 伊藤 敬輔; 内藤 裕之; 伊藤 主税; 関根 隆

no journal, , 

福島第一原子力発電所の格納容器・圧力容器内の$$gamma$$線計測を目指し、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$の多結晶体にCr$$_{2}$$O$$_{3}$$を0.4%含有させたアルミナ蛍光板のシンチレーション光をフッ素を添加した高純度石英光ファイバで伝送することにより、10$$^{0}$$$$sim$$10$$^{4}$$Gy/hまで遠隔計測可能なシステムを開発している。$$gamma$$線照射試験の結果から、アルミナ蛍光板の発光と光ファイバの発光とを分離して計測できる見込みである。また、アルミナ蛍光板厚さ0.1mm$$sim$$0.5mmの範囲で、厚さに対する発光量が概ね比例する結果が得られた。さらに、線量率の増加に伴い、アルミナ蛍光板の発光量も増加する傾向が見られ、発光量により$$gamma$$線量率が測定できる見通しを得た。今後、この結果を踏まえ計測システムを検討し、試作機を製作してその性能を評価するとともに、耐放射線性を把握してシステムの適用性を評価する予定である。

口頭

遠隔観察・分光技術を用いた炉内検査技術の開発,4-1; 放射線環境下での観察・放射線計測

伊藤 主税; 内藤 裕之; 伊藤 敬輔; 石川 高史; 西村 昭彦; 大場 弘則; 佐伯 盛久; 若井田 育夫

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)の燃料デブリの取出しに向けた原子炉圧力容器・格納容器内の燃料デブリの位置や状況の把握に適用可能な、可視化(観察)、元素分析、放射線計測の機能を有する光ファイバ遠隔検知技術を開発し、10$$^{4}$$Gy/h以上の高線量環境下で1日以上連続使用できる性能を目指している。ファイバスコープによる観察技術については、ヒドロキシ基(OH基)を添加した溶融石英光ファイバの基礎試験結果に基づき、実用レベルの2万画素イメージファイバを試作した。放射線計測については、OH基添加より耐放射線性に優れるフッ素を添加した溶融石英光ファイバとルビーシンチレータを用いた放射線計測の原理を確認し、検出器を試作した。これらに$$gamma$$線を積算1MGyまで照射した結果、10$$^{4}$$Gy/hで1日以上となる積算線量1MGyの放射線環境で遠隔観察・放射線計測が可能な見通しを得た。今後は、本技術に基づく試作機を設計・製作し、1F適用に向けた実証を行う予定である。

口頭

ナトリウム冷却型高速炉の原子炉容器内観察・補修技術の開発,9-7; 炉心上部機構の線量率評価

山本 崇裕; 伊藤 敬輔; 伊藤 主税; 前田 茂貴; 伊東 秀明; 関根 隆; 枡井 智彦*

no journal, , 

旧UCS収納キャスクの設計にあたり、QADで炉内の$$gamma$$線量率分布を計算し、これを炉内の$$gamma$$線量率分布の測定結果で補正することにより旧UCSの表面線量率を評価して、キャスク遮蔽厚の設計裕度を削減させた。本研究では、PSFを用いて旧UCS引き抜き作業時にキャスク表面の$$gamma$$線強度分布を測定し、QADによる計算値と比較した。その結果、前述の炉内線量率分布測定結果を考慮すると、キャスク表面の$$gamma$$線強度分布計算値と測定値の比は約3と考えられ、高強度に放射化した炉内構造物を線源とする線量率評価と遮蔽設計の妥当性が確認された。

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