各事故シナリオにおける原子力サイトごとの被ばく線量と屋内退避時の被ばく低減係数の評価(受託研究)

廣内 淳; 渡邊 正敏*; 林 奈穂; 長久保 梓; 高原 省五

JAEA-Research 2024-015, 114 Pages, 2025/03

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原子力事故によって汚染された地域では、事故後の初期及び長期にわたって、居住環境での滞在を通じて放射線を被ばくする。同じ事故シナリオであっても、原子力サイトごとに気象条件や周辺環境が違うため被ばく線量が異なり、防護措置の一つである屋内退避をした場合の被ばく低減効果も異なる。事故初期において屋内退避をした場合に想定される被ばく線量、または想定される被ばく低減効果などの情報は、住民や原子力防災計画を策定する国・自治体にとって重要な情報となる。そこで本報告書では、日本における原子力施設を有するサイトで、過去のシビアアクシデント研究で示された3つのシナリオ、原子力規制委員会で定められている放出シナリオ、東京電力福島第一原子力発電所事故を想定したシナリオの5つの事故シナリオに対して、確率論的事故影響評価コードの一つであるOSCAARを用いて被ばく線量及び屋内退避による被ばく低減効果を評価した。被ばく低減効果はサイト間で約20%の違いが見られ、これは風速のサイト間の違いによることを示した。

Effects of different accident scenarios and sites on the reduction factor used for expressing sheltering effectiveness

廣内 淳; 渡邊 正敏*; 林 奈穂; 長久保 梓; 高原 省五

Journal of Radiological Protection, 45(1), p.011506_1 - 011506_11, 2025/03

https://doi.org/10.1088/1361-6498/adba6e

原子力発電所事故によって汚染された地域に住む公衆は、初期から長期にわたって被ばくする。同じような事故シナリオであっても、放射線量や防護措置の一つである屋内退避の効果は、気象条件や周辺環境に左右される。原子力発電所事故の初期における放射線量と屋内退避の効果は、公衆だけでなく、原子力防災対策を計画する国や地方自治体にとっても重要な情報である。本研究では、レベル3PRAコードの一つであるOSCAARコードを用いて、過去のシビアアクシデント研究で利用された3つのシナリオ、原子力規制委員会が定めたシナリオ、福島第一原子力発電所事故に対応するシナリオの計5つの事故シナリオについて、日本国内の原子力施設を有するサイトにおける放射線量と屋内退避の効果を評価した。屋内退避の効果は、同一サイトにおける事故シナリオ間で最大約50%、同一事故シナリオのサイト間で約20%50%の差があった。事故シナリオ間の放射性核種組成の違いと、サイト間の風速の違いが、主にこのような屋内退避の効果の違いを引き起こした。

Possible field-induced quantum state in a rhombic lattice antiferromagnet KCoPOHO

藤原 理賀; 萩原 雅人; 幸田 章宏*; 中村 惇平*; 松尾 晶*; 金道 浩一*; 石角 元志*

Physical Review Materials (Internet), 9(1), p.014406_1 - 014406_9, 2025/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.9.014406

We reported the magnetic behavior of a rhombic lattice quantum antiferromagnet KCoPOHO. The rhombic lattice model is equivalent to a model of a square lattice with two different diagonal components, and competing exchange interactions potentially produce exotic quantum states. This compound is well characterized by the = 1/2 state. The magnetic structure of KCoPOHO is identified as an incommensurate helical structure, characterized by a magnetic modulation propagation vector = (0.1747(1) 0 0) with an in-plane moment rotating along the axis. Moreover, a magnetic field-induced phase transition is observed at approximately 1 T. The application of a magnetic field suppresses spin ordering and enhance spin fluctuations. Our experimental results suggest the presence of a quantum phase in the magnetic phase diagram of the spin-1/2 Heisenberg rhombic lattice antiferromagnet with easy-plane anisotropy.

Unique magnetic transition process demonstrating the effectiveness of bond percolation theory in a quantum magnet

Zheng, X.-G.*; 山内 一宏*; 萩原 雅人; 西堀 英治*; 河江 達也*; 渡邊 功雄*; 内山 智貴*; Chen, Y.*; Xu, C.-N.*

Nature Communications (Internet), 15, p.9989_1 - 9989_12, 2024/11

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54335-6

Like the crystallization of water to ice, magnetic transition occurs at a critical temperature after the slowing down of dynamically fluctuating short-range correlated spins. Here, we report a unique type of magnetic transition characterized by a linear increase in the volume fraction of unconventional static short-range-ordered spin clusters, which triggered a transition into a long-range order at a threshold fraction perfectly matching the bond percolation theory in a new quantum antiferromagnet of pseudo-trigonal Cu(OH)Cl. Static short-range order appeared in its Kagome lattice plane below Ca. 20 K from a pool of coexisting spin liquid, linearly increasing its fraction to 0.492(8), then all Kagome spins transitioned into a stable two-dimensional spin order at ____$. The unconventional static nature of the short-range order was inferred to be due to a pinning effect by the strongly correlated coexisting spin liquids. This work presents a unique magnetic system to demonstrate a complete bond percolation process toward the critical transition. Meanwhile, the unconventionally developed magnetic order in this chemically clean system should shed new light on spin-liquid physics.

France-Japan collaboration on severe accident studies in sodium-cooled fast reactors, 2; Methodologies and calculations of severe accident phases

曽我部 丞司; 石田 真也; 田上 浩孝; 岡野 靖; 神山 健司; 小野田 雄一; 松場 賢一; 山野 秀将; 久保 重信; 久保田 龍三郎*; et al.

Proceedings of International Conference on Nuclear Fuel Cycle (GLOBAL2024) (Internet), 4 Pages, 2024/10

日仏協力の枠組みにおいて、タンク型ナトリウム冷却高速を対象とした過酷事故の評価手法を定義し、解析評価を実施した。

Ferroelectricity induced by a combination of crystallographic chirality and axial vector

永井 隆之*; 萩原 雅人; 横井 里江*; 森分 博紀*; 木村 剛*

Journal of the American Chemical Society, 146(33), p.23348 - 23355, 2024/08

https://doi.org/10.1021/jacs.4c06283

Ferroelectric materials compatible with magnetism and/or conductive properties provide a platform for exploring unconventional phenomena, such as the magnetoelectric effect, nonreciprocal responses, and nontrivial superconductivity. Though recent studies on multiferroics have offered several approaches, the search for magnetic and/or conducting ferroelectric materials is still a challenging issue under the traditional "d-ness" rule, refusing active d electrons. Here, we propose the emergence of ferroelectricity through a combination of crystallographic chirality and axial vector, accepting even non-d magnetic ions. This proposal is demonstrated in quasi-one-dimensional magnetic systems SrMVO (M = Ni, Mg, and Co). The ferroelectric phase transition is observed by measurements of neutron powder diffraction and dielectric properties in all compositions. Structural analyses and first-principles calculations indicate that these magnetic compounds are identified as proper-type ferroelectrics whose ferroelectric phase transition is achieved by spiral motions of crystallographic screw chains formed by edge-shared MO6 octahedra, considered as the combination of locally defined chirality and axial vector. Computationally predicted magnitude of spontaneous polarization of SrMVO reaches 10C/cm, comparable to that of conventional ferroelectrics, despite the incorporation of non-d magnetic elements. The mechanism proposed in this study offers a unique approach to the exploration of new ferroelectrics beyond the traditional paradigms.

Creep deformation and rupture behavior of 9Cr-ODS steel cladding tube at high temperatures from 700C to 1000C

今川 裕也; 橋立 竜太; 宮澤 健; 鬼澤 高志; 大塚 智史; 矢野 康英; 丹野 敬嗣; 皆藤 威二; 大沼 正人*; 光原 昌寿*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(6), p.762 - 777, 2024/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2269178

日本原子力研究開発機構は、ナトリウム冷却高速炉(SFR)の燃料被覆管材料として9Cr-ODS鋼の開発を進めている。これまでの研究で、650Cから850Cを対象にクリープ破断式が策定されている。本研究では、700Cから1000Cでのクリープ強度評価を目的とし、クリープ試験を実施した。クリープ試験には内圧クリープ試験法と開発中のリングクリープ試験法の2種類の試験方法を使用し、リングクリープ試験方法の妥当性の検証も合わせて実施した。その結果、9Cr-ODS鋼は母相の相変態による強度変化がほとんど起こらず、700Cから1000Cまでを対象に一つの式でクリープ破断傾向を表せることが明らかとなった。リングクリープ試験方法の妥当性検証では、解析により試験片への応力集中の影響を明らかにした。初期応力が高いと塑性変形が起こり、早期破断に至る可能性がある。これらの検討の結果は、今後、中性子照射した9Cr-ODS鋼のクリープ試験の実施と評価をする際に不可欠である。

Formulation of high-temperature strength equation of 9Cr-ODS tempered martensitic steels using the Larson-Miller parameter and life-fraction rule for rupture life assessment in steady-state, transient, and accident conditions of fast reactor fuel

宮澤 健; 丹野 敬嗣; 今川 裕也; 橋立 竜太; 矢野 康英; 皆藤 威二; 大塚 智史; 光原 昌寿*; 外山 健*; 大沼 正人*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 593, p.155008_1 - 155008_16, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2024.155008

This paper discusses the applicability of J.L. Straalsund et al.'s technique for combining the Larson-Miller parameter (LMP) and life-fraction rule to form a single high-temperature strength equation for 9Cr- oxide-dispersion-strengthened (ODS) tempered martensitic steels (TMS). It uses the extensive dataset on creep rupture, tensile, and temperature-transient-to-burst tests of 9Cr-ODS TMS cladding tubes in the -phase, /-duplex, -phase matrices, which are accumulated by the Japan Atomic Energy Agency so far. The technique is adequately applicable to 9Cr-ODS TMS cladding tubes. A single high-temperature strength equation expressing the mechanical strength in different deformation and rupture modes (creep, tensile, temperature-transient-to-burst) is derived for 9Cr-ODS TMS cladding tubes. This equation can predict the rupture life of the cladding tubes under various stresses and temperatures over time. The applicable range of the high-temperature strength equation is specified in this study and the upper limit temperature for the equation is found to be 1200C. At temperatures higher than 1200C, the coarsening and aggregation of nanosized oxide particles and the to phase transformation are reported in previous studies. The high-temperature strength equation can be well applied to the creep and tensile strength in the -phase matrix, the creep strength in the -phase matrix and the temperature-transient-to-burst strength in both phases except for the low equivalent stress (43 MPa) at temperatures exceeding 1050C. The mechanism of the notable consistency between creep and tensile strength in the -phase matrix is discussed by analyzing the high-temperature deformation data in the light of existing deformation models.

, , X線同時解析による迅速多核種分析技術

大島 真澄*; 後藤 淳*; 早川 岳人*; 浅井 雅人; 金 政浩*; 篠原 宏文*

Isotope News, (790), p.19 - 23, 2023/12

放射性廃棄物や燃料デブリなど多くの放射性核種が様々な濃度で含まれる試料を分析する場合、一般的なスペクトル解析では限界があり、個々の核種を化学分離したのち定量する必要がある。特に液体シンチレーションカウンタ(LSC)を用いた分析では化学分離は必須である。本著では、筆者らが開発したスペクトル全体をフィットして定量するスペクトル定量法(SDM法)について解説し、LSCで測定した線及びX線スペクトルとゲルマニウム半導体検出器で測定した線スペクトルをSDM法を用いて統合解析することで、40核種が2桁の強度比で混入した試料中の放射能を定量できることを示し、化学分離を簡素化した新しい放射性核種定量法として有効であることを示した。

Effect of starch retrogradation on molecular dynamics of cooked rice by quasi-elastic neutron scattering

平田 芳信*; 中川 洋; 山内 宏樹; 金子 耕士; 萩原 雅人; 山口 秀幸*; 大元 智絵*; 勝野 那嘉子*; 今泉 鉄平*; 西津 貴久*

Food Hydrocolloids, 141, p.108728_1 - 108728_7, 2023/08

https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108728

結晶化度は食品や材料の機械的性質に反映される。結晶化度は澱粉の構造ダイナミクスと関係しているはずである。本研究では、中性子準弾性散乱(QENS)を用いて、炊飯澱粉の老化に伴う分子ダイナミクスの変化を調べた。測定されたQENSの幅は老化に伴い狭くなった。また、弾性非干渉散乱構造因子(EISF)は増加し、老化現象に伴い分子ダイナミクスが空間的に抑制されることが示された。低移動度と高移動度をそれぞれ結晶相と非晶質相に対応させた2値分布の連続拡散モデルを用いてEISFを解析したところ、低移動度成分の割合が老化によって増加することが示された。