火災受信盤の更新(廃棄物安全試験施設)

畠山 祐一; 平井 功希; 池上 雄太*; 佐野 成人; 冨田 健; 宇佐美 浩二; 田上 進

JAEA-Technology 2024-020, 33 Pages, 2025/03

JAEA-Technology-2024-020.pdf:2.21MB

廃棄物安全試験施設(WAste Safety TEsting Facility: WASTEF)は、使用済燃料の再処理によって発生する高レベル放射性廃棄物の長期貯蔵とその後の地層処分に関する安全性試験研究を実施することを目的として、昭和57年12月に運転を開始した施設である。本施設は、コンクリートセル5基、鉛セル1基、グローブボックス6基、フード7基から構成され、ウラン、プルトニウムを含む核燃料物質、ネプツニウム、アメリシウムなどの放射性同位元素を使用できる大型施設である。施設には、消防法及び使用施設等の技術基準に関する規則に基づき建家全体を対象とした自動火災報知設備が設置されている。これは、安全管理上重要な位置付けにあり、健全性、信頼性の十分に高い設備であるが、設置後30年以上の長期使用により自動火災報知設備の構成機器のうち、火災受信盤の老朽化が著しく、更に使用部品の多くが生産中止となり調達が不可能な状態となったため、設備の性能・維持が困難な状況に陥ってきた。そのため、WASTEFの安全・安定な運転を確保する目的で、火災受信盤の更新を実施した。本報告書では、令和4年度に実施した火災受信盤の更新についてまとめたものである。

Development of a radioactive substance detection system integrating a Compton camera and a LiDAR camera with a hexapod robot

佐藤 優樹; 角藤 壮*; 田中 孝幸*; 嶋野 寛之*; 諸橋 裕子; 畠山 知圭*; 中島 準作; 石山 正弘

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1063, p.169300_1 - 169300_7, 2024/06

https://doi.org/10.1016/j.nima.2024.169300

A system for locating radioactive substances using a hexapod robot equipped with a Compton camera and light detection and ranging camera was developed, and its performance evaluation test was conducted at FUGEN, a nuclear facility owned by Japan Atomic Energy Agency. In the test, by projecting images of radioactive substances acquired with the Compton camera onto a three-dimensional model of the work environment acquired with a light detection and ranging camera, the locations where radioactive substances have accumulated and the dose rate is higher than the surrounding area were successfully visualized and identified.

Fundamental evaluation of hydrogen behavior in sodium for sodium-water reaction detection of sodium-cooled fast reactor

山本 智彦; 加藤 篤志; 早川 雅人; 下山 一仁; 荒 邦章; 畠山 望*; 山内 和*; 江田 優平*; 由井 正弘*

Nuclear Engineering and Technology, 56(3), p.893 - 899, 2024/03

https://doi.org/10.1016/j.net.2023.10.043

In a secondary cooling system of a sodium-cooled fast reactor (SFR), rapid detection of hydrogen due to sodium-water reaction (SWR) caused by water leakage from a heat exchanger tube of a steam generator (SG) is important in terms of safety and property protection of the SFR. For hydrogen detection, the hydrogen detectors using atomic transmission phenomenon of hydrogen within Ni-membrane were used in Japanese proto-type SFR "Monju." However, during the plant operation, detection signals of water leakage were observed even in the situation without SWR concerning temperature up and down in the cooling system. For this reason, the study of a new hydrogen detector has been carried out to improve stability, accuracy and reliability. In this research, the authors focus on the difference in composition of hydrogen and the difference between the background hydrogen under normal plant operation and the one generated by SWR and theoretically estimate the hydrogen behavior in liquid sodium by using ultra-accelerated quantum chemical molecular dynamics (UA-QCMD). Based on the estimation, dissolved H or NaH, rather than molecular hydrogen (H), is the predominant form of the background hydrogen in liquid sodium in terms of energetical stability. On the other hand, it was found that hydrogen molecules produced by the sodium-water reaction can exist stably as a form of a fine bubble concerning some confinement mechanism such as a NaH layer on their surface. In parallel, we observed experimentally that the fine bubbles of H stably existed in the liquid sodium than expected before. This paper describes the comparison between the theoretical estimation and experimental results based on hydrogen form in sodium in the development of the new hydrogen detector in Japan.

軟X線領域のXAFS測定によるホウケイ酸ガラスの構造評価,3(共同研究)

永井 崇之; 岡本 芳浩; 山岸 弘奈*; 柴田 大輔*; 小島 一男*; 長谷川 毅彦*; 佐藤 誠一*; 深谷 茜音*; 畠山 清司*

JAEA-Research 2023-004, 45 Pages, 2023/09

JAEA-Research-2023-004.pdf:6.07MB

ホウケイ酸ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その化学組成によって変化する。本研究は、ガラス固化体を模擬したガラス(以下、模擬廃棄物ガラス)を対象に軟X線領域のXAFS測定を実施し、原料ガラス成分のホウ素(B)やケイ素(Si)、廃棄物成分の鉄(Fe)やセシウム(Cs)の化学的状態等を評価した。模擬廃棄物ガラスの化学的安定性を把握するため、浸出試験に供したガラス表面を対象に、BのK吸収端、FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端のXANESスペクトル測定を行った。その結果、浸出液に曝露されたガラス表面は変化し、明瞭なXANESスペクトルが得にくくなることが分かった。BのK吸収端XANESスペクトルから、浸出試験後の試料表面は未浸漬の試料表面と比較してB-Oの3配位構造(BO)が増加し、4配位構造(BO)が減少する傾向を確認した。FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端のXANESスペクトルから、浸漬時間が長くなるに従って、ガラス表面に存在するCsが浸出液中へ溶出することを確認した。未浸漬の模擬廃棄物ガラスを対象に、SiのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、NaO濃度によるXANESスペクトルの変化が廃棄物成分濃度による変化より大きいことを確認した。

Mg-ion storage materials based on MnO frameworks

下川 航平*; 畠山 拓也*; Li, H.*; 市坪 哲

Current Opinion in Electrochemistry, 38, p.101209_1 - 101209_8, 2023/04

https://doi.org/10.1016/j.coelec.2023.101209

A wide variety of crystal structures for MnO is promising for basic frameworks of cathode materials in next-generation batteries such as Mg rechargeable batteries. In this short review, recent progress on MnO-based cathode materials for Mg rechargeable batteries is summarized, especially focusing on the structures of the polymorphs, -MnO and -MnO, to discuss the criteria for achieving topotactic reactions during magnesiation.

JAEA大洗研究所モニタリングポストの試験研究炉における変遷と新規制基準適合対応

濱口 拓; 山田 純也; 小松崎 直也*; 畠山 巧; 瀬谷 夏美; 武藤 保信; 宮内 英明; 橋本 周

JAEA-Technology 2022-038, 65 Pages, 2023/03

JAEA-Technology-2022-038.pdf:4.3MB

平成23年3月の東京電力福島第一原子力発電所の事故の反省を踏まえ、我が国では原子炉等の設計基準の強化及び設計の想定を超える事象にも対応するシビアアクシデントやテロ対策を追加した審査の新しい基準(いわゆる新規制基準)が策定された。新規制基準ではこれら事象への対策強化のほか、モニタリングポストについても設計基準事故時における迅速な対応のために必要な情報を伝達する伝送系は多様性を確保したものとすること、非常用電源設備、無停電電源装置又はこれらと同様以上の機能を有する電源設備を設けることが要求された。本報では、大洗研究所のモニタリングポストの変遷を振り返り、試験研究炉の新規制基準に適合するための原子炉設置変更許可の変更、設工認の申請、使用前事業者検査、モニタリングポストの改良点等についてまとめた。また、新規制基準によるモニタリングポスト設備の改良に伴い同時期に実施した原子力災害対策特別措置法に基づく検査対応及びKURAMA-IIの設置についても述べた。このほか、付録として新規制基準対応の設工認申請書のうち本文及び参考資料を収録した。

Achievement of low beam loss at high-intensity operation of J-PARC 3 GeV RCS

Saha, P. K.; 岡部 晃大; 仲野谷 孝充; 吉本 政弘; 菖蒲田 義博; 原田 寛之; 田村 文彦; 沖田 英史; 畠山 衆一郎; 守屋 克洋; et al.

Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1 - 5, 2023/01

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2022/proceedings/PDF/TUOP/TUOPA03.pdf

The RCS beam power for operation to the MLF has been increased to 800 kW recently. The total beam loss even at the designed 1 MW beam power has been well controlled, but the uncontrolled beam losses, especially those caused by the foil scattering of the circulating beam during multi-turn injection are still high and causes extremely high residual radiation at the injection area. To further minimizing such a beam loss, we have implemented a new approach by minimizing the injection beam size and using a smaller size stripper foil. A smaller foil reduces foil hitting of the circulating beam and the corresponding foil scattering uncontrolled beam losses. In addition, an optimized transverse painting area matching with a smaller injection beam also gives a smaller circulating beam emittance to reduce beam loss at the collimator section and its downstream. The corresponding residual radiation for operation at 700 kW beam power was measured to be significantly reduced at the injection area, collimator section and it's downstream. A smaller injection beam size was also tested at 1MW beam power and the residual beam loss is minimized to 0.01%, which is nearly 1/4 reduction from the previous 1 MW test operation in 2020.

J-PARC 3GeVシンクロトロン1MW運転状況,2

山本 風海; 山本 昌亘; 山崎 良雄; 野村 昌弘; 菅沼 和明; 藤来 洸裕; 神谷 潤一郎; 仲野谷 孝充; 畠山 衆一郎; 吉本 政弘; et al.

Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.277 - 281, 2023/01

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2022/proceedings/PDF/TUP0/TUP004.pdf

J-PARC 3GeVシンクロトロン(3GeV Rapid Cycling Synchrotron, RCS)は物質生命科学実験施設(Materials and Life science experimental Facility: MLF)および主リング(Main Ring: MR)に最大1MW相当のビームを供給している。RCSは改良を重ねつつ徐々にビーム出力を上げていき、2015年に1MW相当の試験運転に成功した。その後、供用運転としても段階的にビーム出力を増加しながら、1MWの連続運転試験を断続的に行ってきたが、2020年6月に二日間の連続運転試験を実施した際には、最終的に冷却水温度が上昇し、機器の温度を下げることが出来なくなりインターロックが発報する事態となった。その後冷却水設備の熱交換器の洗浄を実施し、2022年6月に再度1MWビーム連続運転試験を行った。2022年6月の試験時は猛暑日となり、熱交換器の性能は改善されていたにも関わらず、1MWでは運転を継続できなかった。一方、600kWであれば猛暑日であっても運転できることを確認した。

軟X線領域のXAFS測定によるホウケイ酸ガラスの構造評価,2(共同研究)

永井 崇之; 岡本 芳浩; 山岸 弘奈*; 小島 一男*; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*; 畠山 清司*

JAEA-Research 2022-008, 37 Pages, 2022/10

JAEA-Research-2022-008.pdf:5.27MB

ホウケイ酸ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その化学組成によって変化する。本研究は、原料ガラスや模擬廃棄物ガラスを対象に軟X線領域のXAFS測定を実施し、原料ガラス成分のホウ素(B)やケイ素(Si)、廃棄物成分の鉄(Fe)やセシウム(Cs)の化学的状態等を評価した。模擬廃棄物ガラスの化学的安定性を把握するため、浸出試験に供した模擬廃棄物ガラス表面を対象に、FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端XANESスペクトルを測定した。その結果、浸出時間の経過とともにガラス試料重量の減少や浸出液中の溶出元素濃度の増加が確認された状況と同様、CsのM、M吸収端XANESスペクトルが消失し、FeのL、L吸収端スペクトル形状が変化することを確認した。また、浸出試験後の模擬廃棄物ガラスは、ラマン分光測定でも観察されたように表面に化合物層を形成するため、明瞭なBのK吸収端XANESスペクトルは得られないことが分かった。NaO濃度によるSi局所構造への影響を確認するため、NaO濃度が異なる原料ガラスを対象に、全電子収量法(PEY)でSiのK吸収端XANESスペクトルを測定した。その結果、NaO濃度が高くなるとSiのK吸収端ピークエネルギーは低下し、7wt%NaO前後でピーク強度が高くなることを確認した。

Magnetism of AlFeGeO with andalusite structure

柿本 和勇*; 高田 早紀*; 太田 寛人*; 原口 祐哉*; 萩原 雅人; 鳥居 周輝*; 神山 崇*; 三田村 裕幸*; 徳永 将史*; 畠山 温*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 91(5), p.054704_1 - 054704_7, 2022/05

https://doi.org/10.7566/JPSJ.91.054704

The magnetism of AlFeGeO from to with the andalusite structure was examined. AlFeGeO at low temperatures was found to show a weak ferromagnet-like behavior for and a spin glass behavior for . The small spontaneous magnetization observed in the weak ferromagnet-like samples may be caused by the existence of Dzyaloshinsky-Moriya interaction and the difference in the magnitude of the magnetic moments of Fe in the octahedral and trigonal bipyramidal sites. The appearance of the spin glass behavior implies that the dilution of Fe ions by Al ions in AlFeGeO causes the competition between ferromagnetic and antiferromagnetic interactions. The dependence of the site occupancy of Fe ions suggests that FeGeO with the andalusite structure cannot be synthesized.