1F廃炉に向けた放射線源逆推定及び線源対策に係るデジタル技術の研究開発; 3D-ADRES-Indoor:デジタル技術を集約するプラットフォームの現状紹介

町田 昌彦; 山田 進; Kim, M.; 奥村 雅彦; 宮村 浩子; 志風 義明; 佐藤 朋樹*; 沼田 良明*; 飛田 康弘*; 山口 隆司; et al.

RIST News, (69), p.2 - 18, 2023/09

https://www.rist.or.jp/rnews/69/69s2.pdf

福島第一原子力発電所(1F)建屋内には、原子炉内から漏洩した放射性物質の汚染により高い放射線量を示す地点が多数存在し、廃炉作業を円滑に進める上での大きな障害の一つとなっている。この課題解決に資するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、経済産業省の廃炉・汚染水対策事業費補助金「原子炉建屋内の環境改善のための技術の開発(被ばく低減のための環境・線源分布のデジタル化技術の開発)」を受託し、令和3年度より2年間に渡り、放射線源の逆推定と推定線源に対する対策を仮想空間で実施可能とするためのデジタル技術の研究開発を実施してきた。本記事では、上記プロジェクトの成果(以下、前期プロジェクトと呼び、その2年間の研究開発の成果)を紹介する他、令和5年度4月より、新たに開始した継続プロジェクト(以下、後期プロジェクトと呼ぶ)の計画についても報告する。前期プロジェクトにて当初予定していた機械学習技術(LASSO)については、建屋内の複雑な構造情報と汚染源の性質を反映した一つの派生版手法へと結実させた成果を報告する他、実際の原子炉施設での検証結果を示す。更に、開発技術を集約したプラットフォームとしての機能を持つソフトウエア:3D-ADRES-Indoorを紹介し、継続して実施する予定の後期プロジェクトの研究開発計画も紹介する。

Construction of machine-learning Zr interatomic potentials for identifying the formation process of c-type dislocation loops

沖田 泰良*; 寺山 怜志*; 津川 聖人*; 小林 恵太; 奥村 雅彦; 板倉 充洋; 鈴木 克幸*

Computational Materials Science, 202, p.110865_1 - 110865_9, 2022/02

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.110865

In this study, a Neural Network Potential (NNP) using an Artificial Neural Network (ANN) was developed for Zr, which is used as fuel cladding material in light water reactors. The reference data were obtained through first-principles calculations of various quantities, such as strained hexagonal-closed-packed (hcp) cells, strained face-centered cubic cells, cells containing a vacancy, several vacancies, and surfaces and -surface energy on all five slip planes in the hcp structures. These data were converted to training data for the ANN, which were invariant to the rotation and translation of the atoms and independent of the number of atoms in the cells. The ANN was defined as a three-layer structure and the number of the nodes was set to 26-12-18-1. The NNP reproduced the first-principles calculations, particularly for the shear deformation, vacancy formation energy, surface energy, and -surface energy, with much higher accuracy than any of the existing potentials that have been developed for classical molecular dynamics simulations. The NNP was applied to identify the formation process of c-type dislocation loops in Zr, which is a key microstructure responsible for abrupt increases in hydrogen absorption. The formation process was determined by the balance of the vacancy formation energy, surface energy and the -surface energy on the basal plane, both of which were precisely reproduced only by the NNP developed in this study. The formation process was identified based on the atomistic behavior of the NNP.

Analyses of *(10) dose rates measured in environment contaminated by radioactive caesium; Correction of directional dependence of scintillation detectors

津田 修一; 谷垣 実*; 吉田 忠義; 奥村 良*; 斎藤 公明

Radiation Protection Dosimetry, 193(3-4), p.228 - 236, 2021/03

AA2020-0760.pdf:0.87MB

https://doi.org/10.1093/rpd/ncab060

東京電力福島第一発電所事故後、環境中の線量率測定には、様々な形状の結晶形状を有する測定器が用いられている。土壌に残留するセシウムからの光子は様々な方向から測定器に入射するが、使用される測定器は必ずしも方向特性に優れているとは限らず、その結果、同一の場所で測定したとしても、使用する測定器によって線量率指示値が異なる場合がある。そこで、線量率指示値に対する結晶形状の影響を調べるために、種々の測定器を用いて、環境中における周辺線量当量率の相互比較を行った。各測定器で波高分布データを測定し、スペクトル-線量変換演算子(G(E)関数)を掛け合わせて線量率を算出した結果、線量率は約25%の範囲でばらつくことがわかった。各測定器の方向依存性を低減するために、環境中の光子入射方向に近い回転照射条件におけるG(E)関数を用いて再評価した結果、線量率は不確かさの範囲内で一致したが、極度に扁平な形状をした測定器については例外で、その強い方向依存性を十分補正できなかった。この結果から、回転照射条件で算出したG(E)関数を用いる手法はあらゆる形状の測定器に対して適用できるわけではなく、環境中の線量率測定には、方向特性の優れた測定器を用いる必要があることが実験的に示された。

シンチレーション検出器を用いた環境中の線量率測定値の結晶形状依存性

津田 修一; 谷垣 実*; 吉田 忠義; 奥村 良*; 斎藤 公明

日本原子力学会和文論文誌, 17(1), p.11 - 17, 2018/03

https://doi.org/10.3327/taesj.J16.039

東京電力福島第一原子力発電所事故後、シンチレーション式測定器を用いた環境中での線量率測定が実施されている。環境中では様々な方向から光子が入射するため、方向特性の優れた測定器が必要であるが、事故後、方向依存性のある様々な測定器が利用されている。そこで、環境中における測定器の指示値に対する結晶形状の影響を調べるために、異なる形状の結晶を有するシンチレーション式測定器を用いた波高スペクトル測定を行い、スペクトル-線量変換演算子(G(E)関数)を用いて周辺線量当量率を算出した。各測定器の線量率を比較した結果、直方体形状の周辺線量当量率は、正円筒形状の場合より最大約40%高いが、環境中の光子入射方向に近いとされる回転照射条件の応答関数に基づくG(E)関数を用いると、結晶形状に依存せず、周辺線量当量率は10%以内で一致することがわかった。

福島周辺における空間線量率の測定と評価,4; 環境中における空間線量率測定の実際

津田 修一; 吉田 忠義; 安藤 真樹; 松田 規宏; 三上 智; 谷垣 実*; 奥村 良*; 高宮 幸一*; 佐藤 信浩*; 関 暁之; et al.

Radioisotopes, 64(4), p.275 - 289, 2015/04

https://doi.org/10.3769/radioisotopes.64.275

環境中における空間線量率測定に関する実用面で役に立つ情報を提供する。この中で、精度の高い測定に必要とされる基本的要件について実データを例示しながら説明するとともに、信頼のおける環境測定に広く使用されている手法の特徴や測定例について紹介する。また、これまでに公的機関を中心に測定された空間線量率やこれに関連したデータを閲覧できるインターネットサイトに関する情報を提供する。

Analysis of phase bunching in AVF cyclotron

宮脇 信正; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 吉田 健一; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 158, 2014/03

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2013-059

A phase bunching effect in the central region of the JAEA AVF cyclotron has been investigated to obtain a narrow beam phase width necessary for extraction of a low energy spread beam. Simulation of a beam trajectory in the central region indicated that phase bunching was generated for the acceleration harmonic number () 2 and 3. The beam phase distribution of a 260 MeV Ne ( = 2) beam in the cyclotron was measured in order to experimentally confirm the phase bunching effect. As a result, reduction of the phase distributions from 18.9 to 4 RF degrees was observed as consistent with the calculation results.

Status report on technical developments of the JAEA AVF cyclotron

倉島 俊; 柏木 啓次; 宮脇 信正; 奥村 進; 吉田 健一; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 154, 2013/01

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2012-046.pdf

原子力機構AVFサイクロトロンではビームの迅速切換や品質の向上などを目指してさまざまな技術開発を行っている。サイクロトロンのアクセプタンスの全領域を明らかにするために、入射ラインに設置されているスキャナ電流とアクセプタンス計測を連動して行う装置の開発を進めた。ビームの位相幅はエネルギー幅を決定する重要なパラメータであり、ビームバンチャーの有無でどのように変化するのかをプラスティックシンチレータを用いて計測した。その結果、ビーム位相の全幅は変化しないが入射ビームの圧縮により半値幅,引き出し効率は改善されることがわかった。新たなビーム迅速切換技術としてスケーリング法の導入を進めている。等時性磁場を短時間で形成するため、位相プローブによる計測システムを自動化した。その結果、数分で等時性磁場を形成し、20分程度でビームを切り換えることに成功した。

Operation of the AVF cyclotron

奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 百合 庸介; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 172, 2012/01

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2011-043.pdf

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの、2010年度における運転及び整備の状況、また、東北地方太平洋沖地震の影響並びに新しく開発したイオンビームや多重極電磁石を用いた大面積高均一照射などの技術開発の現状を報告する。

Present status of JAEA AVF cyclotron facility

湯山 貴裕; 百合 庸介; 石坂 知久; 倉島 俊; 石堀 郁夫; 奥村 進; 吉田 健一; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 奈良 孝幸; et al.

Proceedings of 19th International Conference on Cyclotrons and their Applications (CYCLOTRONS 2010), p.90 - 92, 2011/12

The JAEA AVF cyclotron provides various ion beams mainly for research in materials science and biotechnology such as estimation of radiation hardness of space-use devices and plant breeding by ion beams. The cyclotron is operated day and night usually from Monday morning to Friday evening, and the yearly operation time amounted to 3148.3 hours. The number of switchover of ion species, energy and beam course was 547 times. For higher stabilization of ion beam, we have improved the power supplies of the magnet coils by using the new feedback circuits with Peltier device to keep temperature of the circuit at 27 1 C. In addition, a high stability ECR ion source of an all-permanent-magnet type, techniques of quick change of ion species or energy of microbeam by cocktail beam acceleration and large-area uniform beam formation using multipole magnets are being developed.

Actinide-handling experience for training and education of future expert under J-ACTINET

逢坂 正彦; 小無 健司*; 林 博和; Li, D.*; 本間 佳哉*; 山村 朝雄*; 佐藤 勇; 三輪 周平; 関本 俊*; 窪田 卓見*; et al.

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

将来アクチノイド研究・技術に従事することが期待される若手に向けたJ-ACTINET主催のサマースクールが成功裏に開催された。第1回のサマースクールは2009年8月茨城地区で開催され、2010年8月関西地区での開催が続いた。アクチノイド研究の入門コースとして、大学・大学院学生並びに若手研究者・エンジニアを対象として、実際のアクチノイド体験を主眼とした。34日の短期間のスクールでアクチノイドの体験を行い、アクチノイドへの興味を引き出すために多くの努力が払われた。茨城地区でのサマースクールにおいてはアクチノイド取扱いの模擬体験が、また、関西地区でのサマースクールにおいては実際のアクチノイドを用いた実験が好評を博した。今後J-ACTINETサマースクールを毎年開催していく予定である。