Material attractiveness evaluation of fuel assembly of accelerator-driven system for nuclear security and non-proliferation

大泉 昭人; 菅原 隆徳; 相楽 洋*

Annals of Nuclear Energy, 169, p.108951_1 - 108951_9, 2022/05

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108951

使用済燃料に含まれる高レベル放射性廃棄物処分の負担軽減のために、商業サイクルから分離したマイナーアクチノイドを加速器駆動システム(ADS)により核変換させる、分離変換サイクルの研究開発が進められている。扱われる燃料の化学形態や組成が既往サイクルとは異なるため、分離変換サイクルに要求される保障措置(SG)の検認精度や核物質防護(PP)のレベルについて検討する必要がある。本研究では、核セキュリティーや核不拡散の観点でADS施設の貯蔵プールに保管されている燃料集合体の盗取や不正利用を想定し、SGの査察目標やPPの設計レベルの検討に資する物質不正利用価値が評価された。その結果、ADS施設に必要なSGの査察目標やPPの設計レベルを決める上で重要な要素の一つとして、基本的な燃料物性に基づいた定量的なコンポーネントを作成した。また、一般的な沸騰型軽水炉(BWR)のMOX燃料集合体の同評価結果と比較された。核セキュリティーの観点では、ADSの燃料集合体は、BWRのMOX燃料集合体よりも不正利用価値が低いという結果となった。核不拡散の観点では、ADSの燃料集合体中のプルトニウム(Pu)は、BWRのMOX燃料集合体中のPuよりも不正利用価値が低いという結果となったが、ADSの燃料集合体中のウラン(U)は、自発核分裂中性子発生数の差により、BWRのMOX燃料集合体中のPuと不正利用価値が同等かわずかに高いという結果となった。さらに、今回の評価を通し、多くの超ウラン元素やレアアースを含んでおり、かつU-234が同位体組成比の多くを占めるUを含んでいるADSの照射前の燃料集合体を、現行の規制基準における新燃料と位置付けるか使用済み燃料と位置付けるか判断が困難であるという新たな課題が抽出された。

加速器駆動システムを用いた分離変換サイクルにおける核不拡散性に関する研究,2; 燃料集合体中のウランの評価

大泉 昭人; 菅原 隆徳; 相楽 洋*

第42回日本核物質管理学会年次大会会議論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/11

使用済燃料に含まれる高レベル放射性廃棄物処分の負担軽減のために、商業サイクルから分離したマイナーアクチノイドを加速器駆動システム(ADS)により核変換させる、分離変換サイクルの研究開発が進められている。扱われる燃料の化学形態や組成が既往サイクルとは異なるため、分離変換サイクルに要求される保障措置(SG)の査察目標や核物質防護(PP)のレベルについて検討する必要がある。本研究では、ADS施設の貯蔵プールに保管されている燃料集合体(新燃料及び使用済燃料)について、SGの査察目標やPPレベルの設計検討に資する物質の不正利用価値度が評価された。さらに、一般的な沸騰型軽水炉(BWR)のMOX燃料集合体(新燃料及び使用済燃料)の同評価結果と比較された。その結果、ADS燃料集合体は、BWRのMOX燃料集合体と比べて、不正利用価値が同等か低いということが明らかとなった。さらに、ADS新燃料には、多くのMAやレアアースが含まれていること、またUの同位体割合が非常に多いUであることから、現行の規制において、照射済燃料と未照射燃料のどちらと見なすべきか議論の余地があるという課題が新たに抽出された。

Modulation of Dirac electrons in epitaxial BiSe ultrathin films on van der Waals ferromagnet CrSiTe

加藤 剛臣*; 菅原 克明*; 伊東 直洋*; 山内 邦彦*; 佐藤 匠*; 小口 多美夫*; 高橋 隆*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治; 佐藤 宇史*

Physical Review Materials (Internet), 4(8), p.084202_1 - 084202_6, 2020/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.084202

We investigated the Dirac-cone state and its modulation when an ultrathin film of topological insulator BiSe was epitaxially grown on a van der Waals ferromagnet CrSiTe (CST) by angle-resolved photoemission spectroscopy. We observed a gapless Dirac-cone surface state in six quintuple-layer (6QL) BiSe on CST, whereas the Dirac cone exhibits a gap of 0.37 eV in its 2QL counterpart. Intriguingly, this gap is much larger than those for BiSe films on Si(111). We also revealed no discernible change in the gap magnitude across the ferromagnetic transition of CST, suggesting the very small characteristic length and energy scale of the magnetic proximity effect. The present results suggest a crucial role of interfacial coupling for modulating Dirac electrons in topological-insulator hybrids.

Resonant X-ray scattering of PrRuP

石井 賢司; 筒井 智嗣*; Hao, L.*; 長谷川 朋生*; 岩佐 和晃*; 坪田 雅己; 稲見 俊哉; 村上 洋一*; Saha, S. R.*; 菅原 仁*; et al.

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310(2, Part1), p.e178 - e180, 2007/03

充填スクッテルダイトPrRuPは、=62Kで構造相転移を伴った金属絶縁体転移を示す。電子のないLaRuPが転移を示さないことから、Prの電子が転移に重要な役割を果たしていると考えられており、このようなPrの電子状態に関する知見を得るために、Prの, 吸収端での共鳴X線散乱実験を行った。において、に対応する超格子反射でエネルギーに依存しない格子ひずみに加えて共鳴散乱成分が観測された。したがって、単位胞内の2つのPr原子は、確かに異なる電子状態になっているといえる。さらに、散乱光の偏光を分離した実験を行ったところ、両吸収端とも偏光が変わるような散乱は非常に小さいことがわかった。これは、2つのPrの散乱テンソル(つまり、共鳴散乱の中間状態であるPrの電子状態)の差が等方的であることを意味している。

断層の形状に関する調査

菅原 正明*; 丸山 亮*; 神原 洋*

JNC TJ7420 2005-047, 79 Pages, 2003/03

JNC-TJ7420-2005-047.pdf:12.71MB

断層運動による地下水流動への影響を調査する手法の開発に資するため,断層中に胚胎するとされる豊羽鉱脈鉱床の形状について情報を収集し,整理・解析した。豊羽鉱床を代表する4系統の鉱脈群(但馬-播磨,出雲-信濃,宗谷,空知)について,複数レベルの鉱脈平面図及び断面図をスキャンすることにより鉱脈の3次元的な分布特徴を画像データとして記録し,豊羽鉱床の代表的鉱脈の形態的特徴を鉱脈図,地質鉱床断面図及び鉱床スケッチを基に主要レベルごとに抽出した。鉱脈の形状は,浅部から深部に向かって,膨縮に富んだサイモイドカーブ脈比較的一定の脈幅を有する緩いサイモイドカーブ脈比較的一定の脈幅を有する直線性に富んだ脈の順に変化する傾向が認められる。これは封圧の増加に対応して形成された剪断性割れ目の形状特性と考えられる。豊羽鉱山で求められた鉱脈のトレース長分布は,大津ほか(2001)で示された不確実性の幅の中にほぼ入っていることから,亀裂トレース長累積頻度分布は,規模,地域,岩種を問わず,ほぼ同一直線上にのると考えられる。

Two-Dimensional Fluid Simulation of Glow Discharge Plasma Reactors for Immobilization of Krypton

林 晋一郎; 池田 諭志; 田中 正明*; 酒井 洋輔*; 菅原 広剛*

Computer Physics Communications, 125, p.60 - 74, 2000/00

https://doi.org/10.1016/S0010-4655(99)00462-2

放射性クリプトンを長期に安定して貯蔵する方法として、金属マトリックス中に固定化する方法を開発している。本方法は、グロー放電プラズマ中で生成するクリプトンイオンを利用し、加速電圧の調節により、スパッタリングでアモルファス合金を作製しつつその合金中にクリプトンをイオン注入し固定化する技術である。本技術の評価、性能向上の検討には、グロー放電プラズマ中のイオン、電子状態等を解析することが有効となる。このため、流体モデルとPoisson方程式を組み合わせた2次元のプラズマのシミュレーションコードを整備し、このコードを用いて、3電極構造を持つイオン注入固定化装置のプラズマのシミュレーションを行った。計算結果は、定性的に実測値と一致した。

Cooling of extraction electrode of an ion source in long-pulse operation

堀池 寛; 近藤 梅夫*; 森田 洋昭*; 菅原 享*; 白形 弘文; 田中 茂

Review of Scientific Instruments, 50(11), p.1452 - 1457, 1979/00

イオン源のロングパルス運転を行い、その引出電極の冷却の実験を行った。電極には強制水冷却を行う銅電極を用いて 1~5A、30KeVのビームを最大10秒間引き出した。その時電極グリッド部分の平均熱負荷は最高130W/cmで、この様な高熱負荷は電極配置をビームの発散が悪くなる、従って電極熱負荷が大きくなる様にセットしたため得られたものである。接地電極の温度を2本の熱電対で測定した。その温度は230C以下に抑えられたがそれは冷却水の沸騰熱伝達によるものである。ビーム引き出し実験終了後、電極の目視観察を行ったが何らの損傷や変形は見られなかった。

Experimental Study on Effect of Heat Flux Tilt on Rod Bundie DryoutLimitation

菅原 悟; 照沼 幸司; 鴨志田 洋

CNS'95 Conferense, , 

炉工に装荷された燃料集合体は、集合体内の軸方向及び系方向に非均一な分布を持つのみならず燃料棒内にも系方向に非均一な分布を持つ。そのため、燃料棒の表面熱流束は周方向に非均一な分布(「熱流束傾斜」)を呈することになる。しかし、これまでの実規模擬燃料集合体を電気加熱して行う伝熱流動試験では、技術上の困難さから、全世界的に、集合体内の非均一な出力分布は模擬できても燃料棒表面熱流束の周方向の非均一性は模擬できていなかった。ただし、ATRのような圧力管型炉では、一般にドライアウトが出力の高い外層燃料棒においかつ熱流束傾斜によって熱流束が低くなるバンドル中心部に面した位置で発生するため熱流束傾斜を考慮しなくてもドライアウト実験は保守側の結果を与えると評価した。 本研究では、熱流束傾斜を考慮してない従来のドライアウト実験の保守性定量的に明らかにすることを目的としている。

放射線分布の3次元表示方法及び装置

鳥居 建男; 佐藤 優樹

小澤 慎吾*; 菅原 洋*

特願 2018-173023  公開特許公報  特許公報

【課題】地表の広い範囲における放射性物質の位置を高精度で検出して3次元表示可能とする。 【解決手段】3次元位置を検出可能な移動体(ドローン10)に搭載された放射線検出器(コンプトンカメラ20)を用いて放射線を測定し、前記移動体(10)の移動に伴って得られる複数位置での前記放射線検出器(20)による測定結果と前記移動体(10)の3次元位置情報とを用いることによって、放射線分布の3次元マップを作成し、該放射線分布の3次元マップを、3次元の地形データ又は航空写真と重ね合せて表示する際に、放射線検出器(20)による放射線測定値を、地表(6)面の単位面積毎の測定にかかった時間に応じて時間補正する。更に、放射線検出器(20)と地表(6)面の距離に応じて距離補正したり、放射線検出器(20)に対する放射線の入射角度に応じて角度補正したりすることもできる。