Development and operation of an electrostatic time-of-flight detector for the Rare RI storage Ring

長江 大輔*; 阿部 康志*; 岡田 俊祐*; 大甕 舜一朗*; 若山 清志*; 細井 駿*; 鈴木 伸司*; 森口 哲朗*; 天野 将道*; 上岡 大起*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 986, p.164713_1 - 164713_7, 2021/01

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164713

An electrostatic time-of-flight detector named E-MCP has been developed for quick diagnostics of circulating beam and timing measurement in mass spectrometry at the Rare-RI Ring in RIKEN. The E-MCP detector consists of a conversion foil, potential grids, and a microchannel plate. Secondary electrons are released from the surface of the foil when a heavy ion hits it. The electrons are accelerated and deflected by 90 toward the microchannel plate by electrostatic potentials. A thin carbon foil and a thin aluminum-coated mylar foil were used as conversion foils. We obtained time resolutions of 69(1) ps and 43(1) ps (standard deviation) for a Kr beam at an energy of 170 MeV/u when using the carbon and the aluminum-coated mylar foils, respectively. A detection efficiency of approximately 90% was obtained for both foils. The E-MCP detector equipped with the carbon foil was installed inside the Rare-RI Ring to confirm particle circulation within a demonstration experiment on mass measurements of nuclei around Ge produced by in-flight fission of uranium beam at the RI Beam Factory in RIKEN. Periodic time signals from circulating ions were clearly observed. Revolution times for Ge, Ga, and Zn were obtained. The results confirmed successful circulation of the short-lived nuclei inside the Rare-RI Ring.

核種の分離・変換技術; 高速炉を利用した変換

柳澤 務*; 宇佐美 晋; 前田 誠一郎

原子力年鑑2018, p.90 - 95, 2017/10

マイナーアクチノイド(MA)の核分裂反応は高速中性子領域で大きくなることから、MAの核変換には高速炉を用いるのが効率的であり、高速炉は、増殖によりウラン利用率を高めながらMAを核変換し、放射性廃棄物の量を低減して環境負荷を小さくできるため、原子力を持続的に利用できる特徴を有している。そこで、高速炉を利用した核種分離・変換を中心に、特に、高レベル廃棄物の減容化・有害度低減に向けた技術開発について、我が国及び仏国における取組みの経緯を述べた。また、高速炉へのMAの均質装荷法と非均質装荷法を用いたMA核変換技術開発の状況を述べるとともに、高速炉によるMA核変換の実績として、「常陽」、「もんじゅ」及び仏国フェニックス炉での実績をまとめた。さらに、酸化物燃料で均質にMAをリサイクルする方式を中心に、放射性廃棄物の減容化等に向けた燃料サイクル技術開発、すなわち、MAの分離技術開発、MA含有燃料の製造技術開発及びMA含有燃料の燃料開発について説明した。

オーバーパック溶接部の設計手法に関する研究-溶接品質定量化のための基礎データの取得-(研究概要)

柳澤 一郎*; 重 隆司*; 加口 仁*; 冨松 実*; 佐郷 ひろみ*; 内藤 大靖*; 中村 和博*

JNC TJ8400 2000-048, 30 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-048.pdf:1.64MB

本研究では、溶接部の設計手法について見通しを得ることを目的に、溶接部の基礎データを取得し、これを用いた破壊予測解析等を実施した。各項目の成果は下記の通りである。1)供試体の設計および溶接施工条件の検討 溶接方法として電子ビーム溶接、TIG溶接、MAG溶接を選定し、溶接部の品質が実オーバーパックと同等となるよう溶接条件を検討した。2)供試体の製作 電子ビーム溶接とTIG溶接、MAG溶接の供試体3体を製作し、溶接部の品質がJISZ31041類以上であることを確認した。3)強度試験片等の採取・加工 溶接後の各供試体から試験片を採取し、腐食試験用試験体をサイクル機構殿へ納入した。4)強度試験および組織観察 引張試験は室温と150、破壊靱性試験は0と150で実施し、応力ひずみ曲線とJ-R曲線、ビッカース硬度などを取得すると共に、ミクロ組織、マクロ組織を観察した。5)評価 試験結果から得られた溶接部データを用い、「第2次とりまとめレポート」のオーバーパック構造を対象に、破壊予想解析ならびに溶接欠陥による不安定破壊の評価を実施し、下記の結論を得た。・評価対象としたオーバーパック構造では、破壊荷重に対する溶接部の影響(材料特性、残留応力)ならびに製作公差の影響は無視できる。・さらに板厚を減じた設計でも、崩壊が胴中央部から生じるため、破壊荷重への溶接部の影響は少ないと判断された。・不安定破壊に至る欠陥寸法は10mm程度となり、現状の非破壊検査で検出可能なレベルである。この結論は、板厚を減じた設計でも同様と考えられる。

地層処分におけるヨウ素含有廃棄体の溶解度及び浸出率の評価(研究概要)

柳澤 一郎*; 桂井 清道*; 泉 順*; 三枝 守幸*; 北尾 秀夫*; 都築 康男*; 根山 敦史*; 加藤 博康*; 中澤 俊之*; 岡田 賢一*

JNC TJ8400 2000-037, 61 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-037.pdf:2.78MB

(1)天然に産出されるハロゲン元素含有鉱物であるソーダライトおよびトルマリンを対象とし溶解度測定を行った。ヨウ化ソーダライト合成物、塩化ソーダライト合成物および塩化ソーダライト天然物の溶解測定試験結果、ならび現存する塩化ソーダライトの熱力学データに基づく計算から、ソーダライトからの元素の放出は溶解度により支配されることを確認した。溶解度は、塩化物の場合は合成物天然物、含有ハロゲン元素の観点からは合成塩化物合成ヨウ化物の傾向があることが示された。また、合成ソーダライト中に固定化されたヨウ素は、液相中の塩化物イオンと置換されないことを実験により確認した。トルマリンについては溶解元素濃度に対するソーダライトとの比較から、ソーダライト同様に低溶解性のヨウ素固化体として期待できる可能性があることが示された。(2)低浸出率に期待する廃棄体としてアパタイトを用いた多層分散型廃棄体の浸出特性について検討を行った。廃棄体の構成要素であるゼオライト保持材、アパタイトコートされたヨウ素保持材、アパタイトマトリクス材のそれぞれの試験体を作成し、還元雰囲気環境下での浸出特性を測定し、下記の結果を得た。・ヒドロキシアパタイトコーティングを行うことにより、1ヶ月後の浸出率で、コーティングなしに比べて約4桁低いヨウ素浸出率が得られた。・マトリクス材の浸出は、Ca、P濃度については、1ヶ月時点でほぼ理論的な溶解度相当の濃度に達している。 結論として、アパタイトマトリクス材を用いることにより、低浸出率の廃棄体の可能性があることが示された。

TRU廃棄物処分の人工バリア材中の核種移行挙動に関する研究(V)(研究概要)

柳澤 一郎*; 桂井 清道*; 向井 悟*; 土井 英雄*

JNC TJ8400 2000-027, 28 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-027.pdf:0.76MB

本研究では、還元性雰囲気を保持した条件でベントナイト系の緩衝材について、U,Npの拡散係数、及び分配係数を取得し、下記の成果を得た。・還元性雰囲気を保持した条件で得られたU,Npの見かけの拡散係数は、従来の試験結果にくらべて1桁以上低い値であった。このことから、U,Npの酸化数はIV価に保たれていたと推定される。・密度1.6g/cm3でのU,Npの分配係数は、ベントナイト平衡水系(DW)での分配係数が他の液性に比べて、若干小さい傾向にあった。・Cs,Srの分配係数は、ベントナイト空隙水中のイオン強度が高くなるにつれて、若干小さくなる傾向にあった。また、Srの分配係数は、ベントナイト変質により若干高くなる傾向であった。・Ni,Sn,Zr,Nbの分配係数のベントナイトの種類及び液性による違いは顕著ではなかった。・Amの分配係数は、Na型よりもCa型の方が約1桁高い値となった。一方、液性による分配係数の違いは小さかった。・昨年度までに作成した見かけの拡散係数、及び分配係数のデータベースを更新した。

地層処分における地球化学的現象に関する評価手法の信頼性確認(研究概要)

柳澤 一郎*; 桂井 清道*; 三枝 守幸*; 横山 二郎*; 北尾 秀夫*; 都築 康男*

JNC TJ8400 2000-011, 65 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-011.pdf:2.95MB

本研究は、第二次取りまとめにおける地球化学的現象に関する評価手法の信頼性を確認するためのレビュー、試験、解析を実施した。主な結論を以下に示す。・第二次取りまとめにおける地球化学モデル・データのレビューを実施し、地下水変遷モデル、熱力学データの課題を示した。・諸外国の深部地下水組成データに基づく多変量解析を行い、特異な地下水水質(SRLP,FRLP,MRNP)の妥当性について考察した。・沿岸堆積層における酸化還元反応について公開文献による調査を行い、酸化還元反応のメカニズムについて示した。・Seの熱力学データに関する実験的研究を行い、実験環境が硫酸還元菌のない状態であることを確認し、Fe-Se固相(FeSe)に変遷することを確認した。また、液相化学種の関係について明らかにした。・人工バリア材の劣化に関する調査研究を行い、鉄および銅材料を対象としてナチュラルアナログデータの整備を行うとともに、緩衝材(クニピアF)の基本物性を実験により取得した。・サイト選定のための技術的指標の摘出を行うため、UO2の溶解速度について検討した。その結果、UO2の溶液速度は、従来一般的に用いられてきた数値よりも数桁低い可能性が明らかとなった。このことは、Ehの高い地下水環境も処分場の候補地となり得ることを示唆する。

処分場の設計評価等に関する統合化システムの開発(概要)

柳澤 一郎*; 房枝 茂樹*

JNC TJ1400 2000-003, 94 Pages, 2000/02

JNC-TJ1400-2000-003.pdf:4.63MB

本研究では、数値地層処分システム開発の第一フェーズシステムとして、2002年度末の運用開始を目指したシステムの開発の方向性を定め、かつシステム実現の見通しを得ることを目的として、統合解析プラットホームの基本設計、処分技術を対象とした解析コード、データベースに関する検討を実施し、開発計画をまとめた。主要な結論は下記の通りである。(1)統合解析プラットホームの基本設計を実施し、数値地層処分システムで必要となる接続計算や連成解析を実現可能するべく、柔軟性のある解析ネットワーク表現、オブジェクト構成、実行制御方式を定めた。(2)統合プラットホーム上での接続計算の柔軟性の確認と、基本設計へのフィードバックを目的とし、処分場における空洞安定性と熱的安定性に関する最適化問題を対象に、プロトタイプシステムを構築した。この結果、基本設計で示した設計方針により、柔軟性のある解析が可能であるとの見通しを得た。(3)想定されるユーザである、規制側、実施主体、研究開発機関での運用形態の議論も踏まえ、数値地層処分システムの開発計面を検討し、第一フェーズに対する開発計画並びに長期開発計画をまとめた。

地層処分バーチャルエンジニアリングシステムの概念設計(研究委託内容報告書)

篠原 芳紀*; 柳澤 一郎*

JNC TJ1400 99-044, 349 Pages, 1999/06

JNC-TJ1400-99-044.pdf:13.24MB

地層処分ヴァーチャル・エンジニアリング・システムは高度数値シュミレーション技術を基にコンピュータグラフィックス技術、高速並列計算技術、高度ネットワーク技術、知識工学、データベース技術等の計算機科学技術を自在に応用し、自然環境、及び一部社会環境をヴァーチャルに計算機空間中に構築し、いわば処分OSを実現することを最終目標とする。進め方の方針は、JNC殿での2000年レポート取り纏め後の高レベル処分R&Dの受け皿とし、2000年以降、処分場の設計・許認可申請段階までの各種評価を迅速に行う意思決定基盤を整備することである。H10年度は上記のシステムを実現するための概念設計を行った。まず、処分スケジュールに関連した実施主体が行う作業を分析し、それに則して本ヴァーチャルエンジニアリングシステムに必要と考えられる機能をまとめた。機能としては、安全評価、個別現象解析、処分場設計、経済性評価、サイト特性評価、技術開発、広報活動(PA)である。次にこれらの機能を実現する個別のシステム(地質データベース、地下水データベース、安全評価システム、複合現象解析システム、判断支援システム、経済性評価システム、広報活動システム等)を統合化する方法について検討した。またシュミレータの統合概念について、CAPASAプログラムの観点から検討を行った。さらに、システムを実現するための要素技術として、計算の高速化のための並列計算機及びネットワーク技術、CG表示のための各種要件及び標準化要件を検討した。この検討結果を基に、H11年度以降、処分場の設計・許認可申請段階までの課題と計画の概念を策定した。

地球化学データベースの開発研究(II)委託研究報告書

柳澤 一郎*; 上田 憲昭*; 井田 俊雄*; 房枝 茂樹*; 武石 雅之*; 桂井 清道*

JNC TJ8400 99-039, 1926 Pages, 1999/02

JNC-TJ8400-99-039.pdf:54.31MB

本研究は、高レベル放射性廃棄物地層処分システムの性能評価における評価の信頼性を高めるために、処分環境下で生起すると想定される種々の現象の適切なモデル化を進めるとともに、使用するデータの信頼性を向上させることを目的とし、実施したものである。得られた成果は下記の通りである。1)地球化学データ・モデルの品質保証 第二次取りまとめ報告書を支援するための地球化学データベース(最新の熱力学データベース)ならびに解析、プログラムに関する技術資料を作成した。2)原位置データを基にした地下水分類、水質支配的反応 第二次取りまとめ報告書で採用されている地下水分類を支援するため、原位置データに基づく解析を行い、3種類の地下水を分類した。3)Se及びPbの熱力学データに関する研究 これまでの試験結果を踏まえ、より現実的なSe溶解度制限固相の設定のための実験データ取得を目的として実施した。実験環境における硫酸還元菌の確認を実施したところ、硫酸還元菌の存在は確認されなかった。4)放射性元素の地球化学データ取得計画に関する検討 第二次取りまとめ報告書に基づき、重要元素・課題の摘出を行い、放射化学研究施設(QUALITY)における試験計画を立案した。5)緩衝材の長期安定性に関する地球化学的研究 文献調査を実施するとともに、熱力学的及び速度論的モデルを構築するために必要な実験計画を立案した。6)処分サイト選定プロセスにおける技術的指標の検討 サイト選定に関する海外でのガイドラインならびにナチュラルアナログの観点から調査を行い、地球化学に関するサイト選定の技術指標を整理した。

TRU廃棄物処分の人工バリア材中の核種移行挙動に関する研究(4)(研究概要)

柳澤 一郎*; 内藤 大靖*; 北尾 秀夫*; 向井 悟*; 土井 秀雄*

JNC TJ8400 99-020, 25 Pages, 1999/02

JNC-TJ8400-99-020.pdf:0.64MB

本研究では、ベントナイト系の緩衝材について、核種の拡散係数、及び分配係数を取得し、下記の成果を得た。・圧縮ベントナイト中の核種の見かけの拡散係数を測定し、これまで取得したデータをまとめて見かけの拡散係数及び分配係数のデータベースを作成した。・Ca型化ベントナイト+方沸石の混合試験では、Srの見かけの拡散係数は、Ca型化ベントナイトでのみかけの拡散係数に比べて、若干小さい傾向にあった。・Ca型化ベントナイトの拡散試験でのみかけの拡散係数/分配係数は、いずれの核種もベントナイト平衡液、及びセメント平衡液で顕著な差は見られなかった。・Na型ベントナイトの拡散試験では、Cs,Srのみかけの拡散係数は、硝酸塩を含む系の方が小さい傾向にあった。・トリチウムの見かけの拡散係数は、Ca型化ベントナイトとNa型ベントナイト、及び液性によって、顕著な差は見られなかった。