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Reactions to Achieve Mass-spectrometric Discrimination in Simultaneous Plutonium-isotope Speciation with Inductively Coupled Plasma-Tandem Mass Spectrometry松枝 誠; 川上 智彦*; 小荒井 一真; 寺島 元基; 藤原 健壮; 飯島 和毅; 古川 真*; 高貝 慶隆*
Chemistry Letters, 51(7), p.678 - 682, 2022/07
被引用回数：12 パーセンタイル：56.63(Chemistry, Multidisciplinary)誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)を用いて、複雑な同位体干渉を受けることなく、様々なPu同位体を同時に同定するための新しい方法論を開発した。ICP-MS/MS及びDRC内でのCOガス反応を用いて、Pu同位体分析(
Pu, 
Pu, 
Pu, 
Pu, 
Pu)におけるAm, Cm, Uなどの同重体干渉によるバックグラウンドノイズ強度を除去した。
大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.
Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07
ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。
阿部 雄太; 大高 雅彦; 岡崎 航大*; 川上 智彦*; 中桐 俊男
Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 7 Pages, 2019/05
制御材に炭化ホウ素(B
C)を用いている原子炉(福島第一原子力発電所等)では、酸化物の約2倍の硬度を持つホウ化物が生成されているため、金属,酸化物及びホウ化物を判別しながら燃料デブリを取り出すのが効率的である。本報告は、レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)を用いた元素分析を用いて、金属,酸化物及びホウ化物を判別し、硬度計測方法への適用性を評価した。BWRの炉心溶融・移行挙動を解明するためのプラズマ加熱試験体(CMMR試験体)を用いた。測定は、EPMAによる試験体表面の元素マッピング情報および半定量情報を基に測定箇所を選定した後に、LIBS計測結果とビッカース硬度を比較した。その結果、Zrの結合状態に由来するLIBS蛍光発光強度の変化が確認され、材料硬度評価手法への応用が示唆された。
関 美沙紀; 石川 幸治*; 永田 寛; 大塚 薫; 大森 崇純; 鈴木 祐未*; 田仲 睦*; 川上 智彦*; 井手 広史; 土谷 邦彦
no journal, ,
通常の放射性雑固体廃棄物はドラム缶内に格納し、充填材を用いて固化体を作製するが、ドラム缶内に健全性を損なう物質を含まないこと等が要件となっている。金属アルミニウム(Al)は、その化学的性質上アルカリ性物質と接触すると水素ガスが発生し、保管施設等の安全な管理に影響することから、難廃棄物とされている。本研究では、JMTRの炉心構造材として、金属Al製中性子反射体を多く使用していることから、バイヤー法を応用したAl安定化処理技術の確立することを目的とし、炉外試験による基本的条件を調べた。その結果、合金の種類によって溶解時間に差はあるが溶解中に加温・撹拌することで大幅に短縮されること、合金に添加されている不純物元素はNaOHに不溶なので分離が可能であること、中和によって生成した水酸化物中には塩が多く含まれること、400
C
1000Cにて焼成することでアルミナとなることを確認した。
reaction to achieve mass-spectrometric discrimination for Pu isotopic analysis with inductively coupled plasma-mass spectrometry松枝 誠; 川上 智彦*; 小荒井 一真; 寺島 元基; 藤原 健壮; 飯島 和毅; 古川 真*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
誘導結合プラズマ質量分析計のDRCにCOを導入することでアクチノイド(Am, Cm, U)由来の干渉物質を除去し、Pu同位体(Pu, Pu, Pu, Pu, and Pu)の同時分析を可能にした。
長山 咲子*; 川上 智彦*; 横田 裕海; 阿部 雄太; 大高 雅彦; 藤本 勝成*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
福島第一原子力発電所の原子炉では制御材に炭化ホウ素を用いているため、金属、酸化物に加え、酸化物よりも約2倍の硬さを有するホウ化物が混在する燃料デブリが生成していると想定されており、廃炉作業における燃料デブリの切削・取出し作業が困難になると考えられている。このため、燃料デブリの組成や硬さを把握することは非常に重要となる。レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)は、軽元素から重元素まで同時計測し、その元素情報(組成比)から対象物を判別することが期待できる。本研究では、LIBS計測で得た元素情報に多変量解析を適用し作成した組成分布や硬さ分布の妥当性について報告する。
柳澤 華代; 松枝 誠; 川上 智彦*; 古川 真*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)はng/Lから
g/Lレベルの元素分析及び同位体分析が可能であり、その優れた感度や汎用性から原子力分野でも、核鑑識や核燃料製造、放射性廃棄物管理、被ばく線量評価、環境監視といった目的で放射性核種の分析に利用されている。福島第一原子力発電所の事故から約13年半が経過した現在、1-3号機内にある燃料デブリの取り出しは最大の課題である。この作業に伴い、燃料デブリ冷却のために注入される冷却水には放射性核種が混入する可能性があるため、その汚染状況を随時モニタリングする必要があるが、分析対象となる放射性核種は非常に多様であり、それぞれを個別に分析することは人的・時間的コストの観点から現実的でない。したがって、迅速かつ効率的な分析技術の開発が求められている。このような背景から、発表者らは今年度より、PerkinElmer製マルチ四重極ICP-MS NexION 5000にフローインジェクション分析法(FIA)を組み合わせた全自動多核種一斉分析システムの開発に取り組んでいる。本発表では、NexION 5000の特長について概説するとともに、開発中の分析システムを用いた実証試験の結果を紹介する。
松枝 誠; 柳澤 華代; 川上 智彦*; 照山 優子*; 豊田 大和*; 大槻 響*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)はアクチニドを同時に測定することができるが、アクチノイド同士で同重体干渉により定量を阻害する。そこで我々は、DGA樹脂(Eichrom Technologies社製)を用いた固相抽出(SPE)とコリジョン・リアクションセル(CRC)での酸化反応を用いたICP-MS法により、Th、U、Pu、Am、Cm同位体の同時測定技術を開発した。この方法は、フローインジェクションを用いたオンラインSPE-ICP-MS/MSとして自動化されているが、定量には試料マトリックスに起因する変動リスクが含まれている。本研究では、様々な種類の試料を適用し、試料マトリックスが分析システムに与える影響を評価した。
伊藤 央泰*; 柳澤 華代; 松枝 誠; 古川 真*; 川上 智彦*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)は、高感度な分析手法として、放射性核種の分析にも広く利用されている。ICP-MSでは、一般的に検量線法を用いて定量を行うが、この手法は、放射性標準溶液の調製が必要であり、核種の種類や濃度に応じて、法的管理が求められる。そのため、標準溶液の使用量削減が課題となっている。そこで本研究では、放射性標準溶液を使用せずに定量を行う間接定量法の構築を試みた。本手法では、基準とした元素の定量値と、同元素の安定同位体および異なる元素(分析対象元素)の放射性同位体との信号強度比を乗じることで、分析対象元素の濃度を間接的に算出する。実験の結果、PuおよびAmの定量分析に本手法が有効であることを確認した。
伊藤 央泰*; 古川 真*; 松枝 誠; 柳澤 華代; 川上 智彦*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
プルトニウム(Pu)は核燃料物質に指定され、分析における標準物質の利用も含め厳格な使用制限がある。しかし、代替物質を使用する上で論理的な解釈は十分ではない。本研究では、実験データから代替物質の選定基準を整理・解釈し、Pu間接定量の精度向上に有効な分析指針を設定した。
阿部 雄太; 中桐 俊男; 山下 拓哉; 野呂 純二*; 松島 朋裕*; 川上 智彦*
no journal, ,
原子力機構では、BWRのシビアアクシデント(SA)事故時に制御ブレード及び燃料ロッドが溶融落下した際に生ずる炉心物質の崩壊・溶融・移行挙動を調査するため、模擬燃料集合体のプラズマ加熱試験を実施している。本報では、模擬燃料加熱試験(CMMR-0)で得られた軸方向温度分布、X線CT撮像並びに材料分析を用いた評価手法を報告する。
岡崎 航大*; 阿部 雄太; Spaziani, F.*; 中野 菜都子*; 川上 智彦*
no journal, ,
原子力機構ではBWRシビアアクシデント(SA)事故時に制御棒及び燃料ロッドが溶融落下した際に生ずる炉心物質の崩壊・溶融・移行挙動を調査するため、模擬燃料集合体のプラズマ加熱試験を実施している。本報は、元素情報や硬度情報の測定をLIBSで行うにあたり、作成したプラズマ加熱試験体を用いてLIBSによる評価手法の検討を行った。
岡崎 航大*; 川上 智彦*; 阿部 雄太; 大高 雅彦; 佐藤 一憲
no journal, ,
レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)を燃料デブリ内の金属ホウ化物や金属酸化物の材料硬度評価への応用を検討するためCMMR試験体を用いて、LIBS及び硬度計測を実施した。その結果、Zrの結合状態に由来するLIBS蛍光発光強度の変化が確認され、材料硬度評価手法への応用が示唆された。
横田 裕海*; 藤本 勝成*; 川上 智彦*; 長山 咲子*; 岡崎 航大*; 幕内 悦予*; 阿部 雄太; 大高 雅彦
no journal, ,
本研究では、レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)による複数スペクトル同時計測データからの未知試料の組成同定のため、機械学習を用いたスペクトルデータの前処理および非負値行列因子分解を適用したデータに基づく組成推定決定木による判定処理手法を検討し、その適用性を確認した。
松枝 誠; 川上 智彦*; 照山 優子*; 寺島 元基; 飯島 和毅; 古川 真*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
アクチノイドは、高エネルギーの
線を放出することから、内部被ばくリスクが高い放射性物質であるため、原子力発電所や放射性廃棄物の安全管理上、その分析は重要となる。従来から利用されてきた線スペクトロメトリーによる分析方法では、多段階の前処理が必要であり、時間もかかるといった問題があった。誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)は、様々な自動前処理装置を組み合わせることで、前処理工程を省略し、迅速かつ簡便な分析法を実現する可能性を持つ。また、前処理装置との組合せは、ICP-MSを用いたアクチノイドの同時定量を実現する可能性を拡げることも可能である。本研究では、アクチノイド(Th, U, Pu, Am)の同時定量に向けた、全自動オンライン固相抽出(SPE)-ICP-MSシステムを開発した。
横田 裕海*; 藤本 勝成*; 川上 智彦*; 長山 咲子*; 阿部 雄太; 大高 雅彦
no journal, ,
周期表上の各元素はLIBS分析において其々固有のピークスペクトルを持つ。このため、分析試料からの各ピーク波長を識別することにより、試料の化学組成 を判別することができる。またこれが、一般的な試料同定手法となっている。本研究では、機械学習の手法を用いた標準試料のみを用い、データベースの参照もピーク波長のサーチも行わない新たなLIBSスペクトルの分析方法を提案する。
川上 智彦*; 長山 咲子*; 横田 裕海; 阿部 雄太; 大高 雅彦; 藤本 勝成*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)を用いて多地点を網羅的に計測し、計測位置情報とLIBSによる計測結果を関連付けることにより元素マッピングを行っている。制御雰囲気を窒素及びアルゴンでLIBS測定を実施し多変量解析を用いて解析方法を検討したので報告する。
松枝 誠; 川上 智彦*; 照山 優子*; 寺島 元基; 飯島 和毅; 古川 真*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
福島第一原子力発電所の廃炉に向けて、滞留水や廃棄物に含まれるアクチノイド(Th, U, Np, Pu, Am, Cmなど)の量を把握していく必要があるが、従来の放射能分析では時間や労力がかかる。ICP-MSは、アクチノイドの一斉分析による迅速化が可能であるものの、多数の同重体により定量が妨害される。今回、ICP-MSの反応セル内での気相反応と固相抽出を組み合わせた多段分離型の自動分析法によりアクチノイドの一斉検出を試みた。
松枝 誠; 川上 智彦*; 照山 優子*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
超ウラン元素及びベータ核種の放射線計測は、煩雑かつ時間のかかる前処理工程が必要であり、検体処理の労力や高線量試料による被ばくリスクの増大が懸念される。誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)を用いた手法は、装置内のコリジョン・リアクションセル(CRC)にて、イオンと各種ガスを反応させ、人の手で行ってきた前処理工程を省略し、分析対象と干渉物質を迅速に分離する技術が開発されてきた。なかでも、酸化反応による分離技術は、多くの放射性同位体(RI)の分析に利用されている。今回、酸化性ガスの中でも特に反応性の高いオゾンを用いて、超ウラン元素およびベータ核種のICP-MS分析における効果を検証し、RI分離法の開発を目指した。
松本 早織; 豊田 大和*; 富吉 真央*; 根本 忠洋*; 川上 智彦*; 谷口 拓海; 岡田 尚; 吉田 幸彦; 大杉 武史
no journal, ,
汚染水処理二次廃棄物について、処分の安全評価の際に必要となる廃棄体の分配係数(Kd)は固型化材の種類や配合によって異なるため、多量のデータ取得が必要となる。本報では、単体で取得した各材料のKdから廃棄物充填率の異なる固化体のKdを推測できるか検討するため、炭酸塩スラリー(CS)を充填した固化体を対象としてKdの取得を行うとともに、Kd推測にかかわる基礎的評価を行った。
