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大道 博行*; 山田 知典; 古河 裕之*; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 長谷川 秀一*
Journal of Laser Applications, 33(1), p.012001_1 - 012001_16, 2021/02
被引用回数：2 パーセンタイル：23.51(Materials Science, Multidisciplinary)In order to preserve a safe working environment, in particular for nuclear decommissioning like the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, special care should be taken to confine and retrieve such particles during laser processing. In the experiments, particle production from the vapor, as well as the molten phase layer in the targeted material were observed with a high speed camera with fine particles collected and analyzed using an electron microscope. The observed results were qualitatively interpreted with the help of a simplified one-dimensional hydrodynamic code coupled with a stress computation code. Characterization and classification of the results are expected to provide a useful database which will contribute to the decommissioning of nuclear facilities as well as other industrial applications.
Wang, H.*; 大場 弘則; 佐伯 盛久; 宮部 昌文; 柴田 猛順; 宮武 宇也*; 飯村 秀紀
Applied Physics B, 81(8), p.1127 - 1133, 2005/12
被引用回数：6 パーセンタイル：31.16(Optics)レーザーアブレーションによって金属ネオジムのターゲットより生成したプルームの特性を、レーザー誘起蛍光法で調べた。これにより、真空中及びガス中でアブレーションした場合の、中性原子・イオンのエネルギー分布が得られた。また、準安定準位間のポピュレーション分布が得られた。ポピュレーション分布は、ボルツマン型とは異なり、高い準安定準位にも大きな分布があることがわかった。これらの結果は、高融点元素のレーザー分光や共鳴イオン化イオン源の開発に有用なデータである。
Wang, H.*; 宮武 宇也*; 大場 弘則; 佐伯 盛久; 宮部 昌文; 柴田 猛順; 飯村 秀紀
Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3775 - 3776, 2004/10
被引用回数：1 パーセンタイル：10.27(Instruments & Instrumentation)金属ネオジムのターゲットをレーザーで照射し、アブレーションにより生成されるプルームの特性をレーザー誘起蛍光法の手法で調べた。その結果、プルーム中でのネオジムの中性原子及びイオンのエネルギー分布が、アブレーションレーザーのエネルギー密度,雰囲気ガス圧でどのように変化するかが明らかになった。またネオジム原子の準安定準位のポピュレーション分布を決定した。これらは、レーザーアブレーションをイオン源やレーザー分光に適用するのに有用なデータである。
La, 
La and 
La by collinear laser spectroscopy飯村 秀紀; 小泉 光生; 宮部 昌文; 大場 正規; 柴田 猛順; 篠原 伸夫; 石田 佳久*; 堀口 隆良*; Schuessler, H. A.*
Physical Review C, 68(5), p.054328_1 - 054328_7, 2003/11
被引用回数：11 パーセンタイル：58.04(Physics, Nuclear)コリニアー・レーザー分光の手法によって、不安定同位体La, La, La、及び安定同位体
Laの一価イオンの同位体シフトと超微細構造を測定した。このうちLa, Laについては、天然には存在しないのでタンデム加速器を用いて生成した。これらの測定により、これらの原子核の電磁気的モーメント及び核半径の変化量が決定された。核半径の変化量については、FRDMやHFBCSなどの理論的模型による予測値より実験値は小さくなった。この不一致の原因は、これらの模型では動的な変形の効果が取り入れられていないためと考えられる。
柴田 昌文*; 平田 実穂
日本原子力学会誌, 15(6), p.378 - 383, 1973/06
国際原子力機関において作成し、理事国会議において承認された「保障措置モデル協定、INFCIRC/153」による、核燃料管理方式について、説明と評価を行ない、燃焼率測定の保障措置上の位置付けと、保障措置を合理化し、簡素化する上で、燃焼率測定に対し要求する技術開発の問題点を指摘した。
伊藤 主税; 山田 知典; 大道 博行*; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 長谷川 秀一*
no journal, ,
燃料デブリの切断によって生じる微粒子の粒径や元素・同位体組成を遠隔でその場測定する技術として、空力学レンズの導入を提案する。本手法により濃縮された粒子ビームが生成されることから、狭い領域に働きかけるレーザー光との相性は良く、前段の粉塵発生部と後段のレーザー分光と組み合わせてオンライン化を図ることができる。また、空力学レンズを通過した空気分子は断熱膨張により超音速流となり、粒子は空気分子との衝突によって加速され、その速度は粒子の慣性に依存するため、粒径の違いによる速度差が生じることを利用して、飛行時間計測により粒径分布が計測できる。これらの手法による粒子計測方法を考案し、レーザー切断時に発生する微粒子への適合性を確認した。
山田 知典; 大道 博行*; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 長谷川 秀一*
no journal, ,
レーザー加工は、他の加工方法と比較して切断幅が狭いことから、加工時に発生する2次廃棄物の量は少ないが、加工に伴い発生する微粒子に着目すると小さな粒径の粒子が多いとされる。原子力施設へ適応する場合、放射性物質を含有する微粒子の大気中への飛散防止の観点から、発生する微粒子の評価が必要となる。本研究では、特にレーザー加工により発生する微粒子を対象とし、その発生挙動の観察及び発生する微粒子の回収を行った。
長谷川 秀一*; 宮部 昌文; 大道 博行*; 伊藤 主税; 山田 知典; 柴田 卓弥
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所における事故で発生した燃料デブリは、その性状が不明な上に、取り出しには多大な労力を要することが想像される。取り出す上で必須となるデブリ切断にはいくつかの方法が検討されているが、レーザーによる切断・加工は様々な利点を有している。その一方、他の加工方法と比較して発生する微粒子の粒径が小さいと言われている。また、燃料デブリの加工に際しては、微粒子は放射性物質であることから飛散を最小限に抑え、その含有核種に関する情報を取得する必要がある。しかしながら、通常のレーザー加工においては、加工対象に着目していることから、発生する微粒子についての知見は十分とは言えない。そこで、本研究は2つの点に着目した。1つめは、レーザー加工における照射パラメータと発生する微粒子の粒径分布をはじめとする諸量の関係性を実験により検討すること。2つめは、微粒子中の元素・核種の組成を計測するための手法を開発すること。以上について、これまでの成果を、本件を含めて4つのシリーズ発表により報告する。
大道 博行*; 山田 知典; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 長谷川 秀一*
no journal, ,
高速度カメラを用いレーザー照射によるセラミックス, 金属, コンクリートから噴き出したプルームの観察・記録を行った。核種同定手法開発に資するため、詳細な画像観察とレーザーと物質の相互作用に関する解析を試みた。
若井田 育夫; 大場 弘則; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 田村 浩司; 佐伯 盛久; 大場 正規; 柴田 卓弥; 池田 裕二*; 作花 哲夫*; et al.
no journal, ,
Innovative Laser remote analysis combined with Radiation resistant optical fiber based laser induced breakdown spectroscopy (Fiber LIBS) and laser ablation resonance absorption spectroscopy (LARAS) are developing for elemental and isotope analysis of nuclear debris in the on-site hot cell facility at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. LIBS by long-pulse laser, Microwave assisted LIBS for higher sensitivity and Microchip laser use LIBS (MC-LIBS) for more flexible and easy light delivery, are also under developing for high performance surveillance.
山田 知典; 石塚 一平*; 武部 俊彦*; 羽成 敏秀; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; 酒井 英明*; 柴田 卓弥; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所(1F)の廃炉に向けた炉内構造物及び燃料デブリ等の取り出し作業では、遠隔操作技術により対象物にアクセスし、取り出すことができる大きさに加工する必要がある。これまでに機械加工をはじめ、様々な除去加工法が提案されており、レーザー加工技術もその1つとして期待される。日本原子力研究開発機構(原子力機構)の1F廃炉に向けた「基礎・基盤研究の全体マップ」に示されるように、燃料デブリ等の取り出しでは、廃炉工程で発生する放射性飛散微粒子挙動の解明(
ダスト対策含む)が求められており、加工に伴う微粒子の評価や放出量の低減が重要となる。本研究では、レーザー加工に伴う微粒子の拡散抑制として、原子力機構, 日立GEニュークリア・エナジー, スギノマシンの3機関による共同研究で、ガス流の代わりに微粒子の飛散抑制に有効なウォータージェットをレーザーと組み合わせたはつり除去技術と、日本原子力研究開発機構「英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業」により実施した「レーザー加工により発生する微粒子の解析と核種同定手法の開発」について紹介を行う。
大道 博行*; 山田 知典; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 古河 裕之*; 長谷川 秀一*
no journal, ,
Nine years are past after the serious accident at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station held in March 2011. A lot of efforts have been paid for retrieval of nuclear debris retrieval such as improvement of mechanical, thermal and water jet techniques. In order to characterize the phenomena for evaluate the applicability of laser processing technique for the decommissioning of Fukushima Daiichi which is one of the key issues listed by NDF corporation, we investigate the processes. We have performed characterization of fine particle and fragment production from laser irradiated ceramics and concrete samples during a processing to make useful information for the activities of the decommissioning of Fukushima.
大道 博行*; 山田 知典; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 古河 裕之*; 長谷川 秀一*
no journal, ,
廃炉への利用が期待されるレーザー加工に伴い発生し、浮遊する微粒子の核種同定手法の開発を進めている。これに資するため、光速度カメラを用いレーザー照射によるセラミックス, ステンレス鋼, 重コンクリートから噴き出したプルームおよび微粒子群の観察・記録、レーザーと被照射材料、プルームとの相互作用に関する検討を行った。単色のインコヒーレント光照明、コヒーレント光照明により影絵を高速度カメラを用い記録した結果、詳細な微粒子発生過程を観察することができた。また、関連する物理過程の数値計算による検討、捕集した微粒子等の顕微鏡観察に合わせて、レーザー照射によるプルームと微粒子生成, 破砕等による微粒子生成過程に関する物理的検討を行った。
渡辺 悠介*; 石川 大裕*; 長谷川 秀一*; 大道 博行*; 山田 知典; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥
no journal, ,
燃料デブリ切断には、放射性微粒子が生じる。放射性微粒子の元素同定や同位体組成を分析するためには、化学的な前処理が不要な分析操作が望まれている。本研究では、これらの要件を満たす吸収分光装置を製作し、原子炉の制御材料につかわれるガドリニウム(Gd)原子の基底準位からの遷移の吸収信号の取得を目指している。そこで、光源の小型化と同位体レベルでの分解能を達成するために、連続発振可能で、波長可変型の半導体レーザーを光源とするリトロー型の外部共振型半導体レーザーを制作した。また、Gd中性原子が蒸気化していることを確認するため、Gd中性原子の発行信号を観測した。今後はGd中性原子の吸収信号取得を行う。
大道 博行*; 山田 知典; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 古河 裕之*; 長谷川 秀一*
no journal, ,
燃料デブリ取り出しに関連するレーザー切断時に発生する微粒子(エアロゾル)発生機構の研究を行っている。この一環で、原子力機構・楢葉遠隔技術開発センターに設置されている高出力ファイバーレーザー照射によるセラミックス,金属,重コンクリートから噴き出したプルームと微粒子を、高速度カメラと電子顕微鏡を用い記録し、詳細に観察した。また物理モデルを用いた解析を行った。
山田 知典; 大道 博行*; 伊藤 主税; 宮部 昌文; 柴田 卓弥; 長谷川 秀一*
no journal, ,
燃料デブリ取り出しに関連するレーザー切断時に発生する微粒子(エアロゾル)発生機構の研究を行っている。本研究では、高出力ファイバーレーザー照射時に発生する微粒子をレーザー照明及び高速度カメラを利用して撮影し、その画像解析から飛散挙動について評価を行った。
宮部 昌文; 山田 知典; 柴田 卓弥; 伊藤 主税; 大道 博行; 長谷川 秀一*
no journal, ,
レーザーアブレーションは材料加工や物質創成、分析など、様々な分野でその応用が研究されている。福島の廃炉でも、強い放射能を有する燃料デブリ等の廃炉関連物質の遠隔分析にアブレーションで生じる発光を分光するレーザー誘起ブレークダウン分析法(LIBS)の利用が望まれている。しかし、元素組成だけでなく核種組成の情報が必要な場合も多く、LIBSでは十分な核種分解能が得られないことが問題になっている。我々は、これまで減圧ガス中で冷却させたレーザープラズマに共鳴レーザーを照射し、透過光の吸収量から核種分析可能な分解能が得られることを実証した。しかし、この方法でもスペクトルの線幅は室温における原子の運動に伴うドップラー拡がりによって数GHzの幅を持つため、同位体シフトの小さな核種では遠隔核種分析が困難であった。そこで本研究では、2本の共鳴レーザー光を対向させてレーザープラズマに照射し、2段階共鳴励起で生じる高励起状態原子からの共鳴蛍光を分光することで、高分解能の分光計測が行えることを実証した。これにより、同位体シフトの小さい核種でも遠隔核種分析の可能性が示された。
宮部 昌文; 山田 知典; 柴田 卓弥; 伊藤 主税; 大道 博行; 長谷川 秀一*
no journal, ,
廃炉ではレーザー切断技術の利用が期待されているが、切断時に発生するヒューム等による環境汚染が懸念されている。そこでヒューム中の原子や微粒子の生成機構やその特徴を明らかにし、その核種組成を迅速分析するため、レーザーアブレーションに伴う原子発光分光や、発生した微粒子を光フラグメンテーションにより原子化する実験を行なった。半導体レーザーを
Caの共鳴吸収波長に同調させ、透過光強度の時間変化をオシロスコープで観測すると、アブレーション後数ミリ秒で、原子の消滅に伴う透過光強度の回復が観測された。さらに50ミリ秒後にフラグメンテーションレーザー光を、試料に当たらないよう注意しながら、残留する微粒子のプルームに照射すると、再び原子吸収による透過光のパルス状の減衰が観測された。この減衰パルスはアブレーション光を遮断し、フラグメンテーション光のみを照射すると現れないことから、分解された微粒子由来の信号であることが確かめられた。本研究により、レーザー切断等で発生する微粒子の再原子化によるオンライン分析の可能性を示すことができた。
