Local electronic structure and dynamics of hydrogen in CeO

幸田 章宏*; 伊藤 孝; 平石 雅俊*; 岡部 博孝*; 門野 良典*

Physical Review B, 114(2), p.L020101_1 - L020101_7, 2026/07

https://doi.org/10.1103/wg52-7mdg

The local electronic states of muon (Mu) as an isotope of hydrogen (H) in high-quality single-crystalline ceria (CeO) are investigated using muon spin rotation/relaxation (SR) and first-principles density functional theory (DFT) calculations. Upon positive muon implantation, both paramagnetic (Mu) and diamagnetic (Mu) states are observed below 10 K. Magnetic field dependence of the Mu signals combined with DFT results provides evidence for the formation of a polaron state, consisting of Mu bonded to a ligand oxygen and a 4 electron localized on a nearby Ce site. The crystal-orientation dependence of the Mu signal suggests strong anisotropy of the 4 electron due to the spin-orbit coupling with lifted degeneracy. Furthermore, the Mu state exhibits transition to the Mu state that corresponds to another Mu state (exhibiting a diamagnetic response due to fast spin/charge fluctuations) at temperatures above 10 K, before disappearing above 30 K. These findings suggest rapid diffusive motion of the 4 electrons and/or Mu (as well as H) at higher temperatures.

CIGMA experiments on integral phenomena related to thermal hydraulics in a reactor containment vessel and building during a severe accident

安部 諭; Hamdani, A.; 相馬 秀; 半谷 亮介; 大森 将嗣; 大和田 明彦; 大宮 聡人*; 柴本 泰照

Nuclear Engineering and Design, 449, p.114787_1 - 114787_13, 2026/04

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2026.114787

The Fukushima Daiichi accident underscored the urgent need to understand complex thermal-hydraulic phenomena governing containment integrity and gas mixture distribution during a severe accident. In response, the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) established the CIGMA (Containment InteGral Measurement Apparatus) facility, a flagship large-scale installation capable of high-temperature, high-pressure experiments with a steam-air-helium gas mixture. This paper presents key findings from a comprehensive experimental campaign with CIGMA. The JT-SJ series demonstrated the effectiveness of external surface cooling in suppressing top head flange overheating. The CC-SP series revealed spray-induced mixing mechanisms that rapidly homogenize flammable stratifications. The CC-PL series identified condensation processes of the gas mixture that are decisive for containment cooling strategies. Finally, the CC-SJ series provided insights into inter-compartment gas transport relevant to the multi-stage explosions in Unit 3 of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. These results establish a high-fidelity experimental database, offering benchmarks for CFD validation and advancing the development of robust hydrogen mitigation and accident management strategies worldwide.

Temperature effect on radiolytically generated hydrogen yield from a plutonium nitric acid aqueous solution

樋川 智洋; 宝徳 忍; 熊谷 友多; 阿部 侑馬*; 小山 幹一*; 深谷 洋行; 伴 康俊; 木田 孝; 長谷川 聡*; 中野 正直*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 63(3), p.322 - 327, 2026/03

https://doi.org/10.1080/00223131.2025.2541067

燃料再処理施設における水素安全に資するため、放射線分解により生成する水素発生に対する温度の影響を調べた。プルトニウム硝酸水溶液の放射線分解による水素発生量を、室温から溶液の沸騰温度までの温度について実験的に取得した。その結果、沸騰条件まで温度を上昇させても有意な水素発生量の上昇は見られなかった。さらに溶液の撹拌が水素生成に与える影響についても検討したところ、室温での静的条件と混合条件の間で水素生成に違いがみられなかった。これらの知見は、溶液の温度上昇や沸騰が水素生成を大幅に増加させないことを示唆しており、重大事故時の水素リスク評価に貢献する。

Differences between radiation dose values under wearing and non-wearing geometries of personal dosimeters during sleep

廣内 淳; 高原 省五; 渡邊 正敏*

Health Physics, 130(1), p.87 - 93, 2026/01

https://doi.org/10.1097/HP.0000000000002001

福島第一原子力発電所事故後の住民の帰還に伴い、住民の線量は安全を醸成するために測定された。しかしながら、各住民の線量は同じエリアに住む住民でさえ、その振る舞いや居住環境によって異なる。従来の研究では、被験者は外出時には個人線量計を胸部に着用するように言われているが、室内では着用の必要が無かった。本研究では、就寝時に個人線量計を着用した場合と着用しなかった場合の線量指示値の違いを調査した。放射線量の高い2つの家屋において、成人ファントムの胸部上(着用時を模擬)、頭上付近(未着用時を模擬)に個人線量計を置き、その指示値を比較した。さらに、指示値の違いの原因を調査するため、放射線輸送計算を用いて就寝時の線量を計算した。結果として、着用時の線量は未着用時に比べて1階で約4%、2階で約15%低かった。さらに線量と線量比(未着用時/着用時)は窓からの距離に応じて、それぞれ約20%、約30%異なった。

Frustrated random-singlet state with ice-type structural fluctuation in spinel titanates

花咲 徳亮*; 服部 崇幸*; 薦田 匠*; 源 拡栄*; 鳥越 秀平*; 山下 智史*; 中澤 康浩*; 中野 岳仁*; 吉見 光平*; 八島 光晴*; et al.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 123(1), p.e2517926123_1 - e2517926123_6, 2026/01

https://doi.org/10.1073/pnas.2517926123

In ice, it is well-known that the orientation of HO molecules is disordered by geometrical frustration. Ice-analogous materials having a pyrochlore lattice display interesting phenomena such as the spin-ice state and the magnetic monopole. In the spinel titanate MgTiO, the Ti ions have a quantum spin in the pyrochlore lattice. The Ti ions are displaced, accompanied by the spin-singlet formation. Since this displacement pattern follows the ice rule, the title compound is a material analogous to ice. When a small quantity of Ti ions are replaced with Mg ions, the ice-type structural fluctuation exists. In this structural ice-type state, the spins are also fluctuating at a nanosecond scale down to 0.3K. We ascribed this phenomenon to the gapless frustrated random-singlet state, in which the spin-singlet pairs are resonating, and the orphan spins are hopping.

Experimental analysis of non-condensable gas and steam distribution due to condensation in the CIGMA facility simulating the reactor building

Hamdani, A.; 相馬 秀; 安部 諭; 柴本 泰照

Nuclear Engineering and Technology, 9 Pages, 2026/00

https://doi.org/10.1016/j.net.2026.104219

This study experimentally investigates non-condensable gas transport induced by steam condensation using the CIGMA facility, simulating reactor building conditions of Fukushima Daiichi Unit 3 during a severe accident. Steam and helium, used as a hydrogen surrogate, were continuously injected into the CIGMA's vessel equipped with partition plates representing the hierarchical structure of the reactor building. Parametric experiments were conducted by varying flow path ratio, steam-to-helium mass ratio, and cooling conditions. The results show that steam condensation is the dominant mechanism controlling non-condensable gas accumulation by increasing the relative concentration of helium. The highest helium concentrations generally occur below the injection point rather than at the injection elevation, indicating downward transport followed by condensation-driven accumulation. Shapiro ternary diagram analysis indicates that condensation-driven changes in gas composition lead to prolonged residence within flammability and detonation regions. These findings highlight the critical role of condensation in hydrogen distribution and provide experimental insight relevant to hydrogen risk assessment and mitigation in reactor buildings during severe accidents.

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和7年度)

浅森 浩一; 末岡 茂; 小松 哲也; 小形 学; 内田 真緒; 西山 成哲; 田中 桐葉; 小林 智晴; 三ツ口 丈裕; 村上 理; et al.

JAEA-Review 2025-035, 29 Pages, 2025/10

JAEA-Review-2025-035.pdf:1.12MB

本計画書では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第4期中長期目標期間(令和4年度令和10年度)における令和7年度の研究開発計画を取りまとめた。本計画の策定にあたっては、これまでの研究開発成果や大学等で行われている最新の研究成果に加え、地層処分事業実施主体や規制機関等の動向を考慮した。研究の実施にあたっては、地層処分事業における概要・精密調査や国の安全規制に対し研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を推進する。

On turbulence production in a jet passing through a grid-type obstacle; An LES approach

安部 諭; 廣瀬 意育; 柴本 泰照

Results in Engineering (Internet), 27, p.106307_1 - 106307_16, 2025/09

https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.106307

乱流ジェットの相互作用は、さまざまな工学的応用において熱および物質移動において重要な役割を果たす。特に、原子炉内におけるジェットの合流現象は、炉心出口温度(CET)を炉心加熱の指標として用いる際の信頼性を検証する上で重要である。CETは、事故時の対応方針の判断や原子炉の安全運転を確保するための主要な指標の一つである。これらのジェット相互作用の力学を理解することは、原子炉の安全性および運用効率の向上に不可欠である。さらに、シビアアクシデント時の格納容器内熱流動の分野では、格子状障害物とジェットの相互作用挙動が大きな関心を集めている。本研究では、格子状障害物の影響を受けるジェット流の流動特性をより深く理解するために、大渦シミュレーション(LES)を用いた。特に、乱流生成メカニズムに焦点を当てている。乱流モデルの精度向上のため、コヒーレント構造Smagorinskyモデル(CSM)を導入した。実験データとの比較により、LESがジェット流れの挙動解析に有用であることを確認した。ジェットの渦構造はQ-criterionを用いて可視化した。さらに、格子状障害物が乱流運動エネルギー生成率に及ぼす影響について、各位置における周方向プロファイルおよび累積生成量を通じて分析を行った。

Validating terrestrial SER in 12-, 28-, and 65-nm SRAMs estimated by simulation coupled with one-time neutron irradiation

高見 一総*; 五味 唯美*; 安田 隆一*; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 神田 浩樹*; 福田 光宏*; 橋本 昌宜*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 72(8), p.2622 - 2628, 2025/08

https://doi.org/10.1109/TNS.2025.3534564

地上環境での中性子起因ソフトエラーは半導体デバイスの信頼性問題を引き起こす。我々のこれまでの研究で、シミュレーションと単一中性子照射を用いて地上環境のSERを推定する新たな手法を開発した。本手法の妥当性は設計ルール65nmのPlanar型SRAMについて検証されたが、デバイスの微細化や新たな製造プロセスのデバイスが増加しているため、より新しいプロセスのデバイスに関しても適用可能か検証する必要がある。そこで本研究では、設計ルール12nmのFinFET SRAMおよび28nmのPlaner型SRAMに対する本評価手法の適用可能性を検証した。その結果、本手法で推定したSERはRCNPの白色中性子照射で得たSERと28%以内の一致を示すことを明らかにした。

Seismic fragility evaluation of a thin-walled vessel in a sodium-cooled fast reactor

渡壁 智祥; 山野 秀将; 二神 敏

Transactions of the 28th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT28) (Internet), 10 Pages, 2025/08

座屈と疲労の両破損モードを対象にした、高速炉の原子炉容器のフラジリティ評価法がこれまでに開発された。既往報告において、ループ型高速炉の原子炉容器を対象にしたフラジリティを提示した。近年、JAEAは日本の民間協力会社と共同でタンク型高速炉の設計を検討している。タンク型容器のフラジリティは、座屈の代わりに疲労を破損と想定した提案法によってまだ評価されていない。本報告では、最初の試みとして、過大地震荷重下でのタンク型容器の基本特性を調査するため、タンク型容器の設計形状に近い薄肉単純円筒モデルを用いてフラジリティを評価した。