令和5年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング及び無人航空機による放射線モニタリングに係る技術開発(受託研究)

普天間 章; 眞田 幸尚; 中間 茂雄; 佐々木 美雪; 越智 康太郎; 澤幡 義郎*; 川崎 義晴*; 岩井 毅行*; 平賀 祥吾*; 萩野谷 仁*; et al.

JAEA-Technology 2024-022, 170 Pages, 2025/03

JAEA-Technology-2024-022.pdf:15.09MB

2011年(平成23年)3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震による津波が原因で、東京電力福島第一原子力発電所事故が発生し、大量の放射性物質が周辺環境に飛散した。事故直後から、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手段として、有人ヘリコプター等を用いた航空機モニタリングが活用されている。日本原子力研究開発機構は、原子力規制庁からの受託事業として、本モニタリング技術を原子力施設等の事故時における緊急時モニタリングに活用し、モニタリング結果を迅速に提供するため、全国の発電所周辺におけるバックグラウンド放射線量や地形的特徴、管制空域等の情報を事前に整備している。令和5年度の受託事業では以下について実施した。九州電力(株)川内原子力発電所の周辺について航空機モニタリングを実施し、バックグラウンド放射線量及び管制区域等の情報を整備した。緊急時における航空機モニタリングの実効性向上に資するため、原子力総合防災訓練において航空機モニタリングを実施するとともに、国内初となる原子力防災訓練での無人機の訓練フライトを実施した。無人航空機による放射線モニタリングの技術開発を進め、緊急時モニタリングに必要とされる要件を満たす無人航空機を選定し、その飛行性能を調査した。本報告書は、これら令和5年度の受託研究において得られた結果及び抽出された技術的課題についてまとめたものであり、今後の緊急時対応技術向上に資する知見を提供する。

Proposal of a nonlinear spring model on piping support structures for an elastoplastic response analysis method

滝藤 聖崇; 奥田 幸彦; 西田 明美; Li, Y.

Journal of Pressure Vessel Technology, 146(6), p.061301_1 - 061301_12, 2024/12

https://doi.org/10.1115/1.4066278

In probabilistic risk assessment against earthquakes for nuclear power plants, developing a realistic response analysis method for the fragility assessment of piping systems considering input seismic motions exceeding the design assumptions is important. Piping systems typically exhibit complex three-dimensional shapes, and the arrangement and stiffness of the piping support structures significantly affect the response characteristics of the entire piping system. Therefore, developing a realistic response analysis method for piping systems, including support structures is necessary. In this study, a method is proposed for modeling the elastoplastic hysteresis characteristics of piping support structures to establish a seismic response analysis method for piping systems, including support structures. First, the authors proposed an elastoplastic spring model that can express the elastoplastic hysteresis characteristics of a piping support structure. Subsequently, using this model, the authors perform a simulation analysis for the loading test of a piping support structure. The analysis and test results correlated well, confirming the effectiveness of the proposal of the model.

Investigating the effect of supports on reinforced concrete slab subjected to oblique missile impact

Kang, Z.; 奥田 幸彦; 西田 明美; 坪田 張二; 伊東 雅晴; Li, Y.

Proceedings of 31st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE31) (Internet), 9 Pages, 2024/11

https://doi.org/10.1115/ICONE31-135948

飛翔体衝突を受ける鉄筋コンクリート(RC)板構造の局部損傷については、板構造に対して垂直に衝突する研究が主であり、斜め衝突に関する研究はほとんど行われていないのが現状である。本研究では、飛翔体の衝突角度を変化させた試験条件に対する飛翔体衝突試験を実施し、RC板構造の局部損傷挙動を確認するとともに、試験結果の分析や解析条件に関する検討等を通じて解析手法を整備し、試験結果との比較により解析手法の妥当性を確認することを目的とする。本論文では、斜め衝突の支持部の剛性によるRC板構造の反力への影響に着目する。これまでに、斜め衝突試験を実施している。試験時のRC板構造試験体の支持部の剛性を確認するために、支持部の静的載荷試験を実施した。得られた荷重-変位の関係等をもとに支持部の剛性を推定して解析モデルに反映し、解析結果と実験結果を比較し、得られた知見について報告する。

Neutron transmission imaging system with a superconducting kinetic inductance detector

Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 曽山 和彦; 小山 富男*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 2776, p.012009_1 - 012009_9, 2024/06

https://doi.org/10.1088/1742-6596/2776/1/012009

We optimized the design and operating conditions of our superconducting neutron detector to improve spatial resolution. We obtained the best spatial resolution of 10 m when a Gd Siemens star pattern was mounted at close contact with the detector in the cryostat. We compared the effect of a different sample-detector distance on a spatial resolution when the samples were placed either at cryogenic temperature or at room temperature. We found the appearance of clear Bragg dips by the measurements of natural FeS single crystals and succeeded in mapping the distribution of differently-oriented crystals by choosing several Bragg dips of the FeS crystals to compose the transmission images.

Numerical analyses on perforation damage using test results of reinforced concrete panel subjected to oblique impact

Kang, Z.; 奥田 幸彦; 西田 明美; 坪田 張二; Li, Y.

Transactions of the 27th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 27) (Internet), 10 Pages, 2024/03

飛翔体衝突を受ける鉄筋コンクリート板構造の局部損傷については、板構造に対して垂直に衝突する研究が主であり、斜め衝突に関する研究はほとんど行われていないのが現状である。これまでに、飛翔体衝突による建屋外壁の影響評価に係る解析手法の整備のため、飛翔体の剛性の違い及び衝突角度等が局部損傷に与える影響を評価することを目的とし、RC板構造の局部損傷に係る衝突試験を実施した。本研究では、RC板構造を飛翔体が貫通する局部損傷である「貫通」に着目し、貫通を再現するために必要となる飛翔体衝突影響評価に係る解析手法の整備を目的とし、試験結果と解析結果の比較によりコンクリートの損傷評価等に係る解析手法の妥当性確認を実施した。本論文では、RC板構造の貫通損傷に関わる解析手法の妥当性確認を通して得られた知見を報告する。

Neutron transmission CB-KID imager using samples placed at room temperature

石田 武和*; Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 小山 富男*; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 214(3-4), p.152 - 157, 2024/02

https://doi.org/10.1007/s10909-023-03030-9

We built a new cryostat to apply a current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) for conducting neutron transmission imaging of room temperature samples under pulsed neutrons. A Wood's metal alloy of melting temperature 75.2C was placed at room temperature to inspect the measurement system at J-PARC. Since one of the four phases of Wood's metal is a fine Cd-rich needle phase (width 25 m and length 5 mm), it is suitable for observing fine mosaic structure selectively by neutron imaging. The spatial resolution of the CB-KID imager was estimated as 10 m by using a Gd Siemens-star pattern. The CB-KID system is useful to conduct transmission imaging for various materials rather easily at room temperature.

Effect of Mn substitution on the electronic structure for Mn-doped indium-tin oxide films studied by soft and hard X-ray photoemission spectroscopy

大槻 太毅*; Ishida, Tatsuhiro*; Tsutsumi, Naoya*; 小林 正起*; Inagaki, Kodai*; 吉田 鉄平*; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 保井 晃*; 北川 彩貴*; et al.

Physical Review Materials (Internet), 7(12), p.124601_1 - 124601_6, 2023/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.124601

InMnSnO is a diluted magnetic semiconductor combining transparent, ferromagnetism, and semiconducting properties. We report the electronic structure of InMnSnO (x = 0.0, 0.2, and 0.3) by means of hard X-ray photoemission spectroscopy (HAXPES), soft X-ray resonant photoemission spectroscopy (RPES), and X-ray absorption spectroscopy (XAS). The spectral shape of the Mn - XAS spectra indicates that the valence of the substitutional Mn ions is divalent. The In 3 and O core-level shifts with Mn substitution suggest the hole doping due to the Mn ions. The valence-band spectra exhibit the well-defined features associated with the donor states across the Fermi level (EF) and the valence-band edge. The valence-band maximum (VBM) shifts to higher binding energy and the spectral weight near EF decreases with increasing Mn concentration, which is consistent with the hole doping nature observed in the core-level shift. The Mn -3 RPES reveals that the hump structure around 1.9 eV above the VBM is originating from the Mn 3 impurity band and the valence-band state consists of the O 2 band strongly hybridized with the Mn 3 orbital. Furthermore, there is no contribution of the Mn 3 orbital to the spectral weight close to . Based on our results, we argue the possible mechanism of the ferromagnetism for InMnSnO.

Exploring spin-polarization in Bi-based high- cuprates

岩澤 英明*; 角田 一樹; 石田 茂之*; Le Fvre, P.*; Bertran, F.*; 吉田 良行*; 永崎 洋*; Santander-Syro, A.*; 奥田 太一*

Scientific Reports (Internet), 13, p.13451_1 - 13451_7, 2023/08

https://doi.org/10.1038/s41598-023-40145-1

The role of spin-orbit interaction has been recently reconsidered in high- cuprates, stimulated by the recent experimental observations of spin-polarized electronic states. However, due to the complexity of the spin texture reported, the origin of the spin polarization in high- cuprates remains unclear. Here, we present the spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) data on the facing momentum points that are symmetric with respect to the point, to ensure the intrinsic spin nature related to the initial state. We consistently found the very weak spin polarization only along the nodal direction, with no indication of spin-splitting of the band. Our findings thus call for a revision of the simple application of the spin-orbit interaction, which has been treated within the standard framework of the Rashba interaction in high- cuprates.

核燃料再処理施設におけるグローブボックス用グローブの物性調査; 定期交換したグローブの物性と使用可能年数の推測

山本 昌彦; 西田 直樹; 小林 大輔; 根本 良*; 林 宏幸*; 北尾 貴彦; 久野 剛彦

JAEA-Technology 2023-004, 30 Pages, 2023/06

JAEA-Technology-2023-004.pdf:1.94MB

日本原子力研究開発機構の東海再処理施設において核燃料物質の取り扱いに使用するグローブボックス用グローブ(以下、「グローブ」という。)は、内部規則にて使用期限が定められており、グローブボックスに取り付け後、異常の有無に係わらず最長4年で交換している。一方、グローブの材質は合成ゴムであることから、使用環境(使用頻度、薬品、放射線量等)によってその劣化度合は異なる。そこで、本件では使用環境毎にグローブを分類し、その物性値を測定すること等により、グローブの劣化状況に応じた使用可能年数の技術的評価手法を確立するとともに、グローブの使用可能な年数を推測した。外観上の異常もなく定期交換したグローブについて、測定した物性値は、新品のグローブの納品時に確認している受入基準値を満足し、新品のグローブと同等の物理的特性を有していることが分かった。このため、使用期限を迎えたこれらグローブは、新品のグローブの最長使用年数である4年を追加した合計8年間の使用が可能であると考えられた。また、グローブの物性値と使用年数をプロットして外挿線を作成した結果、使用年数8年における物性値は、過去にグローブの破損等が報告されている物性値よりも安全側の値を示し、非管理区域の倉庫にて8年及び23年間保管した長期保管グローブの物性値と有意な差は見られなかった。これらより、東海再処理施設におけるグローブの最長使用年数は8年と設定した。なお、グローブの点検頻度、項目は従来の実施内容から変更せず、異常が確認されれば使用年数に関係なく速やかに交換される管理であることから、使用年数を8年に延長した場合でもグローブ使用に伴う安全性の低下(リスクの上昇)は生じない。また、使用年数の延長に伴い、グローブの購入費、グローブ交換等の作業労力、廃棄物発生量を従来よりもそれぞれ約4割低減させることができ、定期のグローブ交換に伴う汚染発生のリスク、作業者の被ばくのリスクも低減され、グローブ管理の効率化・合理化が図られた。

Investigation on damage evaluation index with ductility factor based on simulation analysis for loading test of piping support structure

奥田 幸彦; 滝藤 聖崇; 西田 明美; Li, Y.

Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 9 Pages, 2023/05

地震に対する確率論的リスク評価(PRA)において、設計上の想定を超える入力地震動を対象とした配管系のフラジリティ評価に資する現実的応答解析手法の構築は重要課題の一つである。特に、配管系はプラント固有の複雑なルート形状を有していることから、配管支持構造物の配置や剛性等が、配管系全体の応答特性に与える影響が大きいことが知られている。一方、従来の耐震設計では弾性応答を仮定した評価手法が採用されていることから、弾性応答を超える過大な入力地震動に対する現実的応答解析手法の構築のためには、配管支持構造物を含めた配管系の現実的応答を推定できる弾塑性応答解析手法の開発が望まれている。筆者らは、配管支持構造物を含む配管系の弾塑性応答解析手法の整備を目的として、これまでに配管支持構造物載荷試験及び弾塑性特性を考慮した材料モデルの最適化検討を実施してきた。本論文では、既報の配管支持構造物載荷試験を対象とした弾塑性応答解析により再現性を確認するとともに、試験結果と解析結果の分析・評価により塑性率と損傷状態との良好な相関が得られたことから、配管支持構造物に対する損傷評価指標として塑性率が有効であることを示す。