燃料デブリ性状把握・推定技術の開発状況と今後の課題,5; 燃料デブリと放射性廃棄物の仕分けのための非破壊計測技術の開発状況

鎌田 正輝*; 吉田 拓真*; 杉田 宰*; 奥村 啓介

日本原子力学会誌ATOMO, 66(2), p.83 - 86, 2024/02

https://doi.org/10.3327/jaesjb.66.2_83

福島第一原子力発電所から取り出された物体の核燃料物質量を計測し、核燃料物質量に基づいて燃料デブリと放射性廃棄物に仕分けることができれば、取り出しから保管までの作業および保管施設の合理化につながる。これまで、廃炉・汚染水対策事業において、2019年度に燃料デブリと放射性廃棄物の仕分けに適用できる可能性がある非破壊計測技術を調査し、20202021年度に候補技術における計測誤差因子の影響を評価した。2022年度以降も引き続き、燃料デブリの取り出し規模の更なる拡大に向けて、燃料デブリと放射性廃棄物の仕分けのための非破壊計測技術の開発を進めているところである。

Application of Bayesian machine learning for estimation of uncertainty in forecasted plume directions by atmospheric dispersion simulations

門脇 正尚; 永井 晴康; 吉田 敏哉*; 寺田 宏明; 都築 克紀; 澤 宏樹*

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(10), p.1194 - 1207, 2023/10

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2177763

大気拡散シミュレーションにより原子力事故の緊急対応を支援する場合、予測結果と合わせて結果の不確実性を提供する必要がある。本研究では、予測結果のプルームの拡散方向の不確実性をベイズ機械学習に基づいて推定する手法を開発する。機械学習用のトレーニングデータおよびテストデータは、原子力施設からのセシウム137の仮想放出を考慮したシミュレーションを2015年から2020年の期間で毎日実行することで作成された。不確実性推定に対する本手法の有効性を調べたところ、36時間後の予測においても不確実性の予測可能性は50%を超えたことから、本手法の有効性が確認された。また、不確実性が大きいと判定されたプルームの拡散方向も、本手法によって極めて良好に予測された(予測期間において不確実性を妥当に判定しなかった割合は0.9%-7.9%)。一方で、本手法により不確実性が過大に予測された割合は最大で31.2%となったが、これは許容できると考えられる。これらの結果は、本研究で開発されたベイズ機械学習による不確実性推定の手法が、大気拡散シミュレーションによって予測されたプルームの方向の不確実性を効果的に推定していることを示している。

Japanese Evaluated Nuclear Data Library version 5; JENDL-5

岩本 修; 岩本 信之; 国枝 賢; 湊 太志; 中山 梓介; 安部 豊*; 椿原 康介*; 奥村 森*; 石塚 知香子*; 吉田 正*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(1), p.1 - 60, 2023/01

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2141903

The fifth version of Japanese Evaluated Nuclear Data Library, JENDL-5, was developed. JENDL-5 aimed to meet a variety of needs not only from nuclear reactors but also from other applications such as accelerators. Most of the JENDL special purpose files published so far were integrated into JENDL-5 with revisions. JENDL-5 consists of 11 sublibraries: (1) Neutron, (2) Thermal scattering law, (3) Fission product yield, (4) Decay data, (5) Proton, (6) Deuteron, (7) Alpha-particle, (8) Photonuclear, (9) Photo-atomic, (10) Electro-atomic, and (11) Atomic relaxation. The neutron reaction data for a large number of nuclei in JENDL-4.0 were updated ranging from light to heavy ones, including major and minor actinides which affect nuclear reactor calculations. In addition, the number of nuclei of neutron reaction data stored in JENDL-5 was largely increased; the neutron data covered not only all of naturally existing nuclei but also their neighbor ones with half-lives longer than 1 day. JENDL-5 included the originally evaluated data of thermal scattering law and fission product yield for the first time. Light charged-particle and photon induced reaction data were also included for the first time as the JENDL general purpose file.

日本原子力研究開発機構の自動火災報知感知器に関する調査; 誤警報の低減に向けての検討

坂下 慧至; 奥井 正弘; 吉田 忠義; 植頭 康裕; 奥田 英一

JAEA-Review 2022-012, 42 Pages, 2022/06

JAEA-Review-2022-012.pdf:2.96MB

日本原子力研究開発機構(以下、「機構」という。)は全国に11の研究開発拠点を有しており、それらの研究開発拠点は複数の施設(建屋)から構成されている。近年、各施設において非火災にも係わらず警報が吹鳴する、誤警報の発報件数が増加している。施設には消防法に基づいた自動火災報知感知器が設置されているが、炎や煙が認められない状況の中で119番通報を行うといった例が多くみられた。今回、誤警報の発生状況の実態を把握する目的で、感知器の設置状況等の調査を行った。本調査結果に基づき劣悪な環境下で運用している感知器の誤警報の低減や、老朽化した感知器の計画的な更新に向けた対策を検討した。本調査では誤警報の実態を把握するため、機構内各拠点に設置されている感知器の設置台数、設置時期及び直近3年間(平成30年令和2年)の誤警報の有無及び誤警報発生時の主な原因等について調査した。調査の結果、機構全体の感知器の総数は34,400台であり、総数の7割以上(約25,000台)が設置年数20年以上(メーカ推奨更新期間)であることが分かった。調査期間(3年間)における機構全体での誤警報の発生総数は65件であり、その主な原因調査では、感知器の設置環境の影響による誤作動が約6割を占めた。残りは通常環境下の使用における経年劣化が約2割、その他が約2割であった。また、設置経過年数が比較的に短い14年以下の感知器から誤警報が発生する頻度が高いことが分かった。通常環境下の使用における経年劣化は設置後15年以上経過したものによく見られたが、その頻度は設置環境の影響による誤作動に比べて低いことが分かった。結果として、誤警報は設置年数が短いもの(概ね14年以下)で、設置環境の影響による誤作動が多く発生していることが分かった。以上のような調査結果をうけ、以下の3つの対策を立案した。感知器の設置台数や機器構成、定期点検における保守状況、誤警報の発生状況や講じた対策をデータベース化し感知器の保守管理に活用すること、既設の感知器の設置環境を確認し設置環境の悪い箇所や周辺設備の影響を受けやすい位置に設置された感知器について積極的に対策を講じること及びメーカ推奨更新期間をおおよその目安として計画的に感知器を更新すること、以上の対策を講じることで自動火災報知感知器の誤警報の低減が達成されると考えられる。

PSTEP: Project for solar-terrestrial environment prediction

草野 完也*; 一本 潔*; 石井 守*; 三好 由純*; 余田 成男*; 秋吉 英治*; 浅井 歩*; 海老原 祐輔*; 藤原 均*; 後藤 忠徳*; et al.

Earth, Planets and Space (Internet), 73(1), p.159_1 - 159_29, 2021/12

https://doi.org/10.1186/s40623-021-01486-1

PSTEPとは、2015年4月から2020年3月まで日本国内の太陽・地球惑星圏に携わる研究者が協力して実施した科研費新学術領域研究である。この研究枠組みから500以上の査読付き論文が発表され、様々なセミナーやサマースクールが実施された。本論文では、その成果をまとめて報告する。

Toward development of a framework for prediction system of local-scale atmospheric dispersion based on a coupling of LES-database and on-site meteorological observation

中山 浩成; 吉田 敏哉; 寺田 宏明; 門脇 正尚

Atmosphere (Internet), 12(7), p.899_1 - 899_16, 2021/07

https://doi.org/10.3390/atmos12070899

CLADS補助金事業「ガンマ線画像から大気中3次元核種分布及び放出量を逆解析する手法の開発」において、原子力機構の分担課題として実施する、大気拡散計算と放射線計測を融合して大気放出された放射性核種の濃度分布と放出量を推定する手法開発のために実施するものである。本研究では、福島第一原子力発電所の廃炉工程で発生しうる放射性物質の大気放出を想定した大気拡散予測の精度向上のために、原子力機構内にある建物を原子炉建屋と見なして、その周辺の気流の集中観測と簡易的な拡散実験を実施した。気流の集中観測としては、対象建物よりやや離れた所にドップラーライダーを設置して、上空の風速を3次元的に測定・取得した。また、建物屋根面に超音波風速計を設置して、建屋の影響で生じる非定常性の強い複雑な乱流の情報として、高周波変動風速も測定・取得した。簡易的な拡散実験としては、放射性物質の放出をミスト散布により模擬し、ミストの拡散の様子をビデオカメラで撮影した。次に、建物影響を考慮した詳細乱流計算によるデータベースと気象観測との結合による簡易拡散計算を行った。拡散シミュレーション結果とカメラ撮影したミスト拡散とを比較したところ、各時刻において良好に拡散挙動が再現できていることを確認した。これにより、本研究で提案したフレームワークの有効性を示すことができた。

Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.

Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03

https://doi.org/10.1038/s41550-020-01271-2

2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。

Evaluation of fission product yields and associated covariance matrices

椿原 康介*; 奥村 森*; 石塚 知香子*; 吉田 正*; 湊 太志; 千葉 敏*

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(2), p.151 - 165, 2021/02

AA2020-0468.pdf:2.37MB

https://doi.org/10.1080/00223131.2020.1813643

The independent and cumulative fission product yields (FPYs) and their covariance matrices were newly evaluated for thermal- and fast-neutron induced fission and spontaneous fission. We principally evaluated the independent isobaric charge distributions by taking account of available experimental data, especially putting emphasis on the shell and even-odd staggering in the fission yields by applying a Boltzmann factor including the shell and the pairing correction energies for the mass of fission products. Furthermore, the isomeric ratios of FPY were obtained by a systematic calculation based on the Hauser-Feshbach theory. Normalization of the FPY and associated covariance matrices of independent FPY were determined based on the generalised least-square method to make them consistent with important physical constraints. Especially, the FPYs were normalized to be consistent with the mass chain yield of England and Rider. The cumulative FPYs were calculated by following the relevant -decay chain by using the decay data from JENDL/DDF-2015. Finally, we verified the FPYs evaluated presently by considering experimental decay heats, delayed neutron yields, aggregate antineutrino spectra and results from post-irradiation examination. All the results have shown that the present set of FPYs were consistent with these data, and free from trivial problems present in JENDL/FPY-2011.

Spallation and fragmentation cross sections for 168 MeV/nucleon Xe ions on proton, deuteron, and carbon targets

Sun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.

Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.064623

理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射によるXeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。

Enhancement of element production by incomplete fusion reaction with weakly bound deuteron

Wang, H.*; 大津 秀暁*; 千賀 信幸*; 川瀬 頌一郎*; 武内 聡*; 炭竃 聡之*; 小山 俊平*; 櫻井 博儀*; 渡辺 幸信*; 中山 梓介; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.78_1 - 78_6, 2019/07

https://doi.org/10.1038/s42005-019-0165-1

陽子(あるいは中性子)過剰核の効率的な生成経路を探索することは、原子核反応研究の主な動機のひとつである。本研究では、Pdに対する核子当たり50MeVの陽子および重陽子入射による残留核生成断面積を逆運動学法によって測定した。その結果、重陽子入射ではAgやPd同位体の生成断面積が大きくなることを実験的に示した。また、理論計算による解析から、この生成断面積の増大は重陽子の不完全融合反応に起因することを示した。これらの結果は、陽子過剰核の生成において重陽子のような弱束縛核の利用が有効であることを示すものである。