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報告書

汚染部位調査用ガンマカメラの開発; 福島第一原子力発電所2号機オペレーティングフロア汚染調査を通じた$$gamma$$-eyeIIの性能実証

金山 文彦; 岡田 尚; 福嶋 峰夫; 吉元 勝起*; 羽生 敏紀; 川野邊 崇之

JAEA-Technology 2013-049, 60 Pages, 2014/03

JAEA-Technology-2013-049.pdf:25.84MB

東京電力は、2号機原子炉建屋5階のオペレーティングフロアからの燃料取り出し準備として遮へい・除染計画を立案するため、当該フロアの状況調査を行い、空間線量率が数十mSv/hから数百mSv/hであることをロボットで確認しているが、汚染部位計測には至っていない。そこで、原子力機構は自ら開発したガンマカメラである$$gamma$$-eyeIIの汚染部位計測への適用性を事前に確認したうえで、当該フロアの詳細な汚染分布や汚染密度の情報収集を実施した。事前確認の結果、$$gamma$$-eyeIIが比較的高い空間線量率環境下にあっても、当該フロアに想定された高い汚染部位を計測可能であることを確認した。そして当該フロアの汚染部位計測の結果、調査範囲の主たる汚染源は原子炉ウェル上部であり、推定表面汚染密度は約10Mから100MBq/cm$$^{2}$$であること、またブローアウトパネル開口部近辺の床面にも原子炉ウェル上部と同程度の汚染があると推定されること、さらに当該フロアの西側床面の推定表面汚染密度は10MBq/cm$$^{2}$$未満であることが評価できた。以上の調査を通し、$$gamma$$-eyeIIの性能を実証するとともに、ガンマカメラ開発に係る種々の知見を得ることができた。

論文

計量管理に利用する液量測定システムの健全性確認方法の提案

庄司 薫; 向 泰宣; 中村 仁宣; 吉元 勝起; 林 宏幸*

核物質管理学会(INMM)日本支部第32回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2011/11

高濃度プルトニウム系溶液の液量測定では、マノメータによる方法が一般的である。計量管理上、0.36%以内の精度維持が求められており、定期的に校正を行っているセンサーのみならず液量測定システム全体として健全性を維持する必要がある。仮に導圧管先端に閉塞が生じた場合、測定値にバイアスが生じる可能性があることから、溶液保管中における健全性確認方法を検討した。その結果、(1)実溶液の定期サンプリングによるPu, U濃度,密度,酸濃度分析結果がKumarの密度式に当てはまること、及び核物質量が前回のサンプリング/破壊分析時の値と誤差範囲内で一致していること、(2)閉塞等でバイアスが生じる密度差圧の健全性確認のため、高精度で分析された密度値と密度差圧からの密度値を比較検証することが有効であることがわかった。なお密度値の比較検証においてはKumarの密度式における密度の温度依存性を評価し、密度分析時と密度差圧測定時の異なる温度差を補正する方法を新たに確立した。

論文

先進型溶液監視・測定装置(ASMS)の開発

向 泰宣; 中村 仁宣; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

核物質管理学会(INMM)日本支部第32回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2011/11

先進型溶液監視・測定装置(ASMS)は、貯槽内の硝酸Pu溶液に含まれるPu量を直接NDAにより測定する装置であり、現行の保障措置上の課題を改善し、次世代の保障措置ツールとして確立するために日本原燃と原子力機構が共同で2007年より開発を実施してきた。目標とする測定の不確かさは、中間在庫検認時のNDAにおける部分欠損探知レベルに相当する6%とし、MCNPX解析コード結果を踏まえ中性子検出器の設計・製作を行った。実証試験では、プルトニウム転換技術開発施設の貯槽に検出器を設置後、硝酸Pu溶液を用いた校正試験を実施した。この結果、低液位領域を除き、約3.4%の不確かさでPu定量にかかわる校正を行うことができ、目標の不確かさを満足することができた。さらに各種運転状態におけるモニタリング能力を確認した。この結果、計数値(Singles)のトレンドデータを解析することにより、従来型の液位監視装置と同様に槽間移送等の主要な運転履歴をリアルタイムで把握できることがわかった。

論文

Development and future challenge for Advanced Solution Measurement and Monitoring System (ASMS)

中村 仁宣; 向 泰宣; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

Proceedings of INMM 52nd Annual Meeting (CD-ROM), 9 Pages, 2011/07

原子力機構と日本原燃は保障措置課題解決及び次世代保障措置機器開発のため、大型再処理工場における精製工程以降の高濃度プルトニウム溶液中のPu量の直接測定技術として、共同で先進溶液測定・監視システム(ASMS)を開発している。本発表では、ASMS開発の第一段階として、プルトニウムの定量に関する技術及び方法論をまとめた。詳細なMCNPXのモデル化と計算並びに硝酸プルトニウム溶液を用いた校正実施により、Pu実効質量と計数率に関する校正定数を得ることができ、その測定不確かさは約3%(2時間測定かつ低液位領域を除く)であった。この値は当初の開発目標である6%(保障措置機器達成目標)を達成するものである。本発表では、ASMSを用いた保障措置設計概念とSMMSとのASMSの協調によるメリットについても併せて示した。

論文

プルトニウム転換技術開発施設; マイクロ波加熱直接脱硝法による世界初の混合転換プロセスの実用化

吉元 勝起

日本原子力学会誌, 53(2), p.107 - 111, 2011/02

我が国では、1977年の日米再処理交渉を機に、日本が独自に開発したマイクロ波加熱直接脱硝法を、核拡散抵抗性に優れたプルトニウム・ウラン混合転換プロセスの中核技術として採用し、東海再処理工場に隣接してプルトニウム転換技術開発施設を設計・建設した。この施設の1日あたりの処理量はPu+Uで10kg(Pu/U$$<$$1)、年間処理量は東海再処理工場のプルトニウム製品量と同じに設計されている。マイクロ波加熱直接脱硝法は、基本設計まで終えていた蓚酸沈殿法によるプルトニウム単体転換プロセスが、日米再処理交渉によって断念を余儀なくされたことから急遽、核不拡散上の観点からウランとプルトニウムの混合溶液を転換する新たな方法が必要となり、家庭用電子レンジによって脱硝原理が発見された日本独自の技術である。この技術を短期間にいかに育み、開花させるに至った経緯について、その歴史的背景等を交えながら解説する。

論文

Feasibility study of neutron multiplicity assay for a heterogeneous sludge sample containing Na, Pu and other impurities

中村 仁宣; Beddingfield, D. H.*; 中道 英男; 向 泰宣; 吉元 勝起

IAEA-CN-184/59 (Internet), 7 Pages, 2010/11

転換施設の中和沈殿プロセスで生成したスラッジ中のPu量の確定に関しては、試料が不均一かつ不純物が多いことから、代表サンプルの採取が難しく計量誤差が大きい。また均一化作業には多大な被ばくを伴う等改善へのハードルが高い。このため、不均一測定に適しているNDAによる直接測定結果に置き換え可能かどうかその適用性を評価した。スラッジ内では軽元素や不純物との($$alpha$$,n)反応によりノイズ成分である中性子が多く発生するため、自発核分裂に起因する中性子を選択的に測定することが困難である。今回は、転換施設にて製作したマルチプリシティ法で測定可能なNDA装置を利用した適用性調査を行った。調査においては、純粋なスラッジを調製し校正を行ったうえで、数種類の実スラッジを測定しその結果を評価した。この結果、測定環境を整備することで、計測のばらつきを十分低減でき、また軽元素によるバイアスがないことをAdd-a-source法で確認する手法を確立する等、適切な測定条件を確立することができた。比較的低コスト,低検出効率の測定機で測定環境や条件が確立できたことは、今後の測定に十分適用可能であり、施設の計量管理改善や、IAEAへの申告の信頼性向上に資することが期待できる。

論文

Evaluation of monitoring capability and sensitivity of Advanced Solution Monitoring and Measurement System (ASMS)

向 泰宣; 中村 仁宣; 細馬 隆; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

Proceedings of INMM 51st Annual Meeting (CD-ROM), 9 Pages, 2010/07

JNFLとJAEAは共同で六ヶ所再処理工場向けのアドバンスドソリューションモニタリング装置を開発している。本研究では、適用性調査研究に次ぐ試験として、新しい実証用のASMS検出器を設計・製作しプルトニウム転換技術開発施設の別のプロセスタンクに設置した。適用性調査研究において設置した検出器と今回設置した検出器を用いて、運転状態の確認に関連するモニタリング能力確認試験(サンプリング,液移送,撹拌・循環,長期間測定時の安定性確認等)を実施した。その結果、既存のSMMSと比較して良好な能力と有利性が確認され、ASMSの測定結果は運転情報に起因する情報やPu量に関する情報を運転員や査察官に提供できることがわかった。また、SMMSとASMSの組合せは将来の保障措置設計において透明性を向上させるための有効なツールとなることも併せて示した。

論文

高精度液位測定装置に用いられる水晶振動型差圧センサの保守管理; 精度の維持及び故障時の兆候

向 泰宣; 小磯 勝也; 中村 仁宣; 細馬 隆; 吉元 勝起; 林 宏幸*

核物質管理学会(INMM)日本支部第30回年次大会論文集(CD-ROM), 9 Pages, 2009/11

エレクトロマノメータ(ELTM)は、計量管理/保障措置及び運転管理の目的で、計量槽の液位/密度/液量を高精度で測定する装置である。JAEAでは、プルトニウム転換技術開発施設での槽の初期校正(1982)以来、水晶振動型差圧センサを用いたELTMを開発・実用化し、直近15年間の校正・測定結果として、基準圧力との差の$$sigma$$$$pm$$2Pa、測定密度と分析密度の差の$$sigma$$$$pm$$0.002g/cm$$^{3}$$の精度を維持している。しかしながら、これまでに経験したことのない測定値のドリフトを2008年に確認した。調査の結果、正常なセンサでは変化が認められないT$$_{0}$$値(差圧=0の振動周期)が、不具合を生じたセンサでは約7%変化していた。これは経年劣化によるものであることから、当該センサの交換時期を判断するうえで、T$$_{0}$$値の監視が有効であると言う重要な知見を得た。本報告では、実際に得られたELTMの長期的測定精度及び当該センサの交換を含めた保守管理方法について述べる。

論文

NDAによる高濃度プルトニウム溶液中のプルトニウム量直接測定技術にかかわる適用性調査検討; アドバンスド溶液測定・監視システム(ASMS)

中村 仁宣; 高谷 暁和; 向 泰宣; 細馬 隆; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

核物質管理学会(INMM)日本支部第30回年次大会論文集(CD-ROM), 9 Pages, 2009/11

日本原燃(JNFL)と原子力機構(JAEA)は2007年より共同でASMSの開発に着手した。その目的は、主要な槽内の高濃度プルトニウム溶液中のPu量をNDAにて直接測定する技術の確立である。それにより、ASMSはPu量の直接測定や連続監視が可能となり、中間在庫検認(IIV)等におけるサンプリングや破壊分析の代替となり、安全維持を目的としたプロセス監視にも対応できる。その不確かさについては、NDAにおいて部分欠損検知可能なレベルに相当する6%以下を目標とした。ASMSの測定原理はMOX粉末のものを応用できるが、溶液の特性上、アルファ値の変動を考慮する必要がある。このため、簡易な測定システムにより、硝酸プルトニウム溶液を用いた校正試験をプルトニウム転換技術開発施設(PCDF)において行った。その結果、MCNP計算値と実測値(Singles及びDoubles計数率)に良い一致を得ることができた。本発表においては、解決すべき課題、ASMSの利点や検出器のセットアップ、並びに予備校正の評価結果を示す。

論文

Innovative powder production and granulation for advanced MOX fuel fabrication

栗田 勉; 加藤 良幸; 吉元 勝起; 鈴木 政浩; 木原 義之; 藤井 寛一

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.94 - 102, 2009/09

高度な混合酸化物燃料に関して、革新的なMOX粉末製造のために、マイクロ波脱硝に合うように特に設計された容器を、破砕、及び造粒に利用し、有機系潤滑剤や、工程間の粉末移送を使用しない新しい概念の製法を導入した。この概念を実現化させるために、2つの試みが試験された。(1)特別設計された3翼羽根は補助羽根と結合された。(2)ユニークな形状をした混合羽根は補助羽根と結合され、自動軌道の複合回転をする。造粒処理において、撹拌羽根は造粒の成長を促進させるが、補助羽根は過大な粒子を切ることで過度の成長を抑制させる。これらの造粒器は、添加剤として少量の水を使用する。その結果、純粋なWO$$_{3}$$モデル粉で顆粒の主な直径は、400$$sim$$1000ミクロン、流動性は82$$sim$$85が得られた。したがって、望ましい粉体物性と簡素な核物質製造の両方を満たし、運転効率改良とコスト低減の見通しが得られた。

論文

Flowability measurement of coarse particles using vibrating tube method

石井 克典; 鈴木 政浩; 山本 琢磨; 木原 義之; 加藤 良幸; 栗田 勉; 吉元 勝起; 安田 正俊*; 松坂 修二*

Journal of Chemical Engineering of Japan, 42(5), p.319 - 324, 2009/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:63.65(Engineering, Chemical)

振動細管式流動性測定法のMOX粒子への適用性を評価するために、振動細管式流動性測定装置により、直径が大きな粒子の流動性測定試験を実施した。模擬粒子は直径が850ミクロン以下の非放射性のジルコニア粒子であり、5種類の異なる粒径のサンプルを準備した。また細管の排出口径としては2mmから4mmのものを使用した。細管の排出口径は流動性の測定特性に大きな影響を与えた。4mmの排出口径の細管を用いることにより、すべての粒子径の模擬粒子を測定することができた。細管の傾斜角度も流動性測定特性に影響を与えた。粒子の排出が開始される流動開始加速度、すなわち流動性の評価ファクターは、カーの流動性指数と相関がある。高感度,測定時間の短さ,操作の容易さ等の利点を考慮すると、振動細管法はMOX粒子の遠隔流動性測定への適用が期待される。

論文

First trial to study the feasibility of direct plutonium mass measurement in a process tank by a new NDA; Advanced solution measurement and monitoring system

中村 仁宣; 高谷 暁和; 向 泰宣; 細馬 隆; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

Proceedings of INMM 50th Annual Meeting (CD-ROM), 9 Pages, 2009/00

日本原燃と原子力機構は共同で六ヶ所再処理工場(RRP)のための初の試みである先進的な溶液測定・モニタリング装置(ASMS)の開発に着手した。開発の目的は非破壊測定装置によりプロセスタンク中の純粋な高濃度Pu溶液に対する直接Pu量測定技術を確立することにある。仮に実現すれば、ASMSは直接測定とモニタリング能力を提供し、中間在庫検認におけるサンプリングや分析の代替となり、さらに安全のためのプロセスモニタリングが可能となる。測定不確かさの目標は6%以下(1$$sigma$$)であり、これはNDAによるIIVにおける部分欠損を検認するレベルと同等である。測定原理はMOX粉末に対する技術と類似しているが、溶液の特性による$$alpha$$値の変動に対する技術確立が必要となる。最初の試みとしては、簡素な中性子測定器を組み立てて原子力機構の転換施設において試験を行った。その設置を行う前に、MCNP計算をセルとタンク全体に対して実施した。検出器間に適切な空間を持つ2つの検出器は環状槽の中央に設置し、その後硝酸プルトニウム溶液を用いて52kgPuまでの範囲で校正試験を行った。結果的に、MCNP計算結果と測定値(Singles/Doubles)間によい一致が得られた。適用性調査研究としては、解決すべき課題を抽出する必要があった。本発表ではASMSのメリットを示すとともに、設置と検出器のセットアップについてレビューし、予備的な校正結果を考察した。

論文

Application of microwave heating to MOX fuel production and its contribution to Japanese energy strategy

鈴木 政浩; 石井 克典; 山本 琢磨; 木原 義之; 加藤 良幸; 栗田 勉; 吉元 勝起; 藤井 寛一

Proceedings of Global Congress on Microwave Energy Applications (GCMEA 2008/MAJIC 1st), p.501 - 504, 2008/08

天然資源の乏しい日本において、エネルギー開発を着実に進めることは非常に重要である。石油やウラン資源なども枯渇する心配がある今日、原子力の位置づけが非常に高まっており、FBR開発こそが日本のエネルギー問題を解決する手段である。そのために、マイクロ波加熱の技術を利用し、再処理溶液を脱硝転換することでMOX原料が製造される。現在までに混合転換によりPuO$$_{2}$$/UO$$_{2}$$の良品の粉末を2kgMOX/batch規模で実証してきた。今後、量産化開発として1バッチで5kgU/hを目指した研究開発を進める。

報告書

転換施設第2回更新工事報告書(撤去設備の細断工事実績)

田中 泉; 吉元 勝起; 神 晃太*; 木村 光希*; 岩佐 和宏*; 大森 二美男*; 吉田 秀明*

JNC-TN8440 2000-013, 179 Pages, 2000/04

JNC-TN8440-2000-013.pdf:10.31MB

プルトニウム転換技術開発施設は、昭和58年にプルトニウム試験を開始して以来約13年間運転を継続し、約12tのプルトニウム・ウラン混合酸化物粉末の製造を実施してきた。プルトニウム転換技術開発施設は、設備の経年劣化による設備更新を実施し、平成5$$sim$$6年にかけて第1回設備更新として焙焼還元炉及び廃液蒸発缶等の更新を実施し、平成10$$sim$$11年にかけて第2回設備更新として脱硝加熱器、混合機、換排気設備等の更新を実施した。撤去設備の細断は、第2回目の更新工事において撤去したフィルターケイシング、分析グローブボックス等を細断し放射性廃棄物として処置したものである。またすでに処置された不燃性固体廃棄物のうち、プルトニウム含有率の高い大型廃棄物についても開梱を実施し、粉末等の回収を行った。本報告書は、細断工事の実施結果について工事方法、被ばく実績及び本細断で得られた知見(セル・グローブボックス系フィルターへの核物質の移行量の推定について、放射性物質の再浮遊係数測定結果)をまとめたものである。

報告書

廃棄物屋外貯蔵ピットに係る改善措置報告及び立ち入り調査等資料集

三代 広昭; 吉元 勝起; 工藤 健治; 助川 泰弘*

JNC-TN8440 99-005, 864 Pages, 1999/03

JNC-TN8440-99-005.pdf:40.45MB

平成9年8月26日、東海事業所敷地の北に位置する廃棄物屋外貯蔵ピット(以下「ピット」という。)に保管されている廃棄物の容器が腐蝕、浸水していることが確認された。このため、平成9年9月1日、県及び村等から廃棄物屋外貯蔵ピットに係る改善等の措置についての要求を受け平成9年9月3日及び平成9年9月18日に要求に対する中間報告を行い、平成10年12月21日に最終報告を行った。それと平行して、平成9年11月14日に異常事態報告第1報、平成10年12月21日に異常事態報告第2報の報告をを行った。また、平成9年9月1日、国から9項目の改善指示を口頭で受け、平成9年9月5日に報告、平成10年12月21日に漏水調査の報告を行った。更に、「原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定」第11条に基づき県及び隣接市町村の立入り調査(平成9年8月27日、9月4日、9月24日、平成10年1月7日、6月4日の計5回)が実施された。本報告書は、国、県、村等からの指示、要求に対する報告資料及び立入り調査資料をまとめたものである。

論文

プルトニウム転換技術開発施設の更新工事

吉元 勝起; 磯前 日出海; 野口 真一; 中井 宏二

動燃技報, 93, , 

プルトニウム転換技術開発施設(以下「転換施設」と称する。)は、昭和58年の運転開始以来、設備に改良を加えながら、10年間安定した運転を続け、「ふげん」「常陽」及び「もんじゅ」用原料混合転換粉末約を9ton転換し、燃料製造施設に供給してきた。転換施設では、今後の安定運転の継続のため、平成5年から平成6年にかけて約1年間の計画停止を実施し、設計時に計画の耐用年数を経過した焙焼還元炉及び廃液蒸発缶を中心とした更新工事を実施した。更新方法についても従来の機器を納めているグローボックス全体を更新するものではなく、グローボックスのパネルを取り外して内装機器だけ更新するパネル取り外し法を採用し工期の短縮、放射性廃棄物の低減及び被ばくの低減を図った。本工事の成果として焙焼還元炉の材質変更に伴なう加熱性能改善による製品粉末の物性の向上、焙焼還元炉の耐用年数の延長、廃液蒸発缶の材質変更による耐食性の向上、自

口頭

MOX燃料製造簡素化プロセス(ショートプロセス)における基礎試験の成果,2; 粉末流動性確認試験

加藤 良幸; 吉元 勝起; 木村 雄一*; 根本 良*

no journal, , 

ショートプロセスは、実用化戦略調査研究(以下、FS)フェーズ2の評価において主概念に選定された簡素化ペレット法燃料製造の主要技術である。本報告では、3種類の流動性改良手法を検討した粉末流動性改良試験、並びに流動性指標の検討や簡便な流動性評価手法の検討を行った粉末流動性評価の成果について報告する。

口頭

MOX燃料製造簡素化プロセス(ショートプロセス)における基礎試験の成果,1; 概要及びPu富化度調整試験

向 泰宣; 加藤 良幸; 吉元 勝起; 澤 秀志*; 大高 昭博*

no journal, , 

ショートプロセスは、実用化戦略調査研究(以下、FS)フェーズ2の評価において主概念に選定された簡素化ペレット法燃料製造の主要技術である。本報告では、ショートプロセスの概要を述べるとともにPu富化度調整の簡素化を目的とした模擬溶液を用いた送液試験及びMOX転換試験の成果について報告する。

口頭

東海再処理施設30年のあゆみと今後の展望,6; マイクロ波加熱直接脱硝法による混合転換技術の実証と技術移転

藤咲 栄; 向 泰宣; 磯前 日出海; 吉元 勝起

no journal, , 

動力炉・核燃料開発事業団(当時)では、1977年の日米交渉を機に独自に開発したマイクロ波加熱直接脱硝法を、核拡散抵抗性に優れたプルトニウム・ウラン混合転換プロセスに適用し、1983以来、東海再処理工場で分離精製したプルトニウム及びウランを用いて実証運転と技術開発を行ってきた。国際合意に至る経緯,施設の概要,試運転及び開発運転の経過,六ヶ所再処理工場(日本原燃)への技術移転と、今後の展開について述べる。

口頭

簡素化ペレット法原料粉末製造設備の実現に向けて; Pu転換技術開発施設におけるプロセス確証試験設備の整備

加藤 良幸; 向 泰宣; 栗田 勉; 吉元 勝起

no journal, , 

FBRサイクル実用化研究開発(FaCTプロジェクト)では、実用化プラントにおいて軽水炉サイクルと同等以上の安全性と経済性を実現することを目標としており、燃料サイクル施設では簡素化ペレット法が主概念に選定された。簡素化ペレット法のうち、原料粉末調整設備の成立性を確認するために、これまでのビーカスケールの試験設備に替えて小規模のMOX試験設備を整備する。

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