令和3年度核燃料サイクル工学研究所放出管理業務報告書(排水)

中田 陽; 金井 克太; 國分 祐司; 永岡 美佳; 小池 優子; 山田 椋平*; 久保田 智大; 平尾 萌; 吉井 秀樹*; 大谷 和義*; et al.

JAEA-Review 2022-079, 116 Pages, 2023/03

JAEA-Review-2022-079.pdf:2.77MB

本報告書は、原子力規制関係法令を受けた「再処理施設保安規定」、「核燃料物質使用施設保安規定」、「放射線障害予防規程」、「放射線保安規則」及び茨城県等との「原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定書」、「水質汚濁防止法」並びに「茨城県条例」に基づき、令和3年4月1日から令和4年3月31日までの期間に日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所から環境へ放出した放射性排水の放出管理結果をとりまとめたものである。再処理施設、プルトニウム燃料開発施設をはじめとする各施設からの放射性液体廃棄物は、濃度及び放出量ともに保安規定及び協定書等に定められた基準値を十分に下回った。

Thermal decomposition of perlite concrete under different water vapor pressures

岩崎 春*; 酒井 康宏*; 菊地 晋; 古賀 信吉*

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 147(11), p.6309 - 6322, 2022/06

https://doi.org/10.1007/s10973-021-10917-w

高速炉の構造コンクリートに用いられるパーライトコンクリートの多段的な熱分解反応に対する雰囲気水蒸気の影響について、速度論解析手法(KDA)による各反応段階の詳細を検討した。その結果、水蒸気の影響により、水酸化カルシウムの熱分解反応の遅れや炭酸カルシウムの熱分解反応の加速を特定した。

Thermal behavior and kinetics of the reaction between liquid sodium and calcium hydroxide

菊地 晋; 古賀 信吉*

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 147(7), p.4635 - 4643, 2022/04

https://doi.org/10.1007/s10973-021-10856-6

ナトリウム冷却高速炉では、構造コンクリートを保護するライナが破損に至るような液体ナトリウムの漏えいが発生した場合、ナトリウム-コンクリート反応が発生する。高速炉構造コンクリートは主要な部位にシリカ系コンクリートが使用され、その表層に断熱・保護機能を持たせたパーライトコンクリートを敷設している。そのため、ナトリウム-コンクリート反応の初期段階におけるパーライトコンクリートとナトリウムの反応に着目する必要がある。本研究では、その第一段階として、ナトリウムと水酸化カルシウムとの反応を対象とした熱分析を実施した。その結果、当該反応は550Kで開始し、反応生成物としてカルシアや水酸化ナトリウムが生成することが分かった。また、当該反応の速度論評価を実施し、活性化エネルギーを求めた。

Thermally stimulated liquid Na-CaCO reaction; A Physicogeometrical kinetic approach toward the safety assessment of Na-cooled fast reactors

古賀 信吉*; 菊地 晋

Industrial & Engineering Chemistry Research, 61(7), p.2759 - 2770, 2022/02

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c04773

In this study, we characterized the kinetic features of the thermally stimulated reaction of CaCO with the liquid Na as a model process of the liquid Na-structural concrete reaction that possibly occurs under a postulated severe accident in a Na-cooled fast reactor. Two sampling conditions characterized by the dispersion of CaCO powders in the liquid Na and the limited contact of liquid Na with the CaCO pellet surface were applied to investigate the kinetics and physicogeometrical mechanism of the liquid Na-CaCO reaction using differential scanning calorimetry (DSC) and morphological observations of the products. Under both sampling conditions, the exothermic liquid Na-CaCO reaction started at the initial contact area of the reactants and proceeded while liquid Na penetrated CaCO powder and pellet, exhibiting the apparent multistep reaction behaviors.

Kinetic study on eutectic reaction between boron carbide and stainless steel by differential thermal analysis

菊地 晋; 中村 勤也*; 山野 秀将

Mechanical Engineering Journal (Internet), 8(4), p.20-00542_1 - 20-00542_13, 2021/08

https://doi.org/10.1299/mej.20-00542

ナトリウム冷却高速炉の仮想的過酷事故条件では、炭化ホウ素(BC)とステンレス鋼(SS)との共晶反応が発生する恐れがある。当該共晶反応の速度論的挙動は、ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故の評価における重要現象の一つである。本研究では、BC-SS共晶反応の速度論的特徴を明らかにするための第一段階として、既往のアプローチとは異なる、BCとSSの試薬を用いたTG-DTA測定を実施した。その結果、昇温速度の増加に伴い当該共晶反応の温度が1483Kから1534Kにシフトする速度論的な特徴が出現し、Kissinger法により活性化エネルギーと前指数因子を算出した。ここで求めた高温域における速度論パラメータは既往知見と概ね一致することが分かった。

Study on eutectic melting behavior of control rod materials in core disruptive accidents of sodium-cooled fast reactors, 2; Kinetic study on eutectic reaction process between stainless steel with low boron carbide concentration and stainless steel

菊地 晋; 高井 俊秀; 山野 秀将; 坂本 寛*

Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 28) (Internet), 9 Pages, 2021/08

https://doi.org/10.1115/ICONE28-62252

ナトリウム冷却高速炉の仮想的過酷事故条件では、炭化ホウ素(BC)とステンレス鋼(SS)との共晶反応が発生する恐れがある。当該共晶反応挙動は、ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故の評価における重要現象の一つである。本研究では、共晶反応がある程度進展した反応界面の状態を模擬するために、低濃度のBCを含有したSSペレットをSS容器に挿入した反応試験を実施した。その結果、高温域において、共晶反応がある程度進展した状態を模擬した場合では、通常のBC-SS共晶反応よりも反応速度定数が小さいことが分かった。

Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.

Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03

https://doi.org/10.1038/s41550-020-01271-2

2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。

令和元年度核燃料サイクル工学研究所放出管理業務報告書(排水)

中野 政尚; 藤井 朋子; 永岡 美佳; 小池 優子; 山田 椋平; 久保田 智大; 吉井 秀樹*; 大谷 和義*; 檜山 佳典*; 菊地 政昭*; et al.

JAEA-Review 2020-070, 120 Pages, 2021/02

JAEA-Review-2020-070.pdf:2.47MB

本報告書は、原子力規制関係法令を受けた「再処理施設保安規定」、「核燃料物質使用施設保安規定」、「放射線障害予防規程」、「放射線保安規則」及び茨城県等との「原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定書」、「水質汚濁防止法」並びに「茨城県条例」に基づき、平成31年4月1日から令和2年3月31日までの期間に日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所から環境へ放出した放射性排水の放出管理結果をとりまとめたものである。再処理施設,プルトニウム燃料開発施設をはじめとする各施設からの放射性液体廃棄物は、濃度及び放出量ともに保安規定及び協定書等に定められた基準値を十分に下回った。

Insight into Kondo screening in the intermediate-valence compound SmOsSb uncovered by soft X-ray magnetic circular dichroism

斎藤 祐児; 藤原 秀紀*; 保井 晃*; 門野 利治*; 菅原 仁*; 菊地 大輔*; 佐藤 英行*; 菅 滋正*; 山崎 篤志*; 関山 明*; et al.

Physical Review B, 102(16), p.165152_1 - 165152_8, 2020/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.165152

Through a high-precision soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) study of the intermediate-valence compound SmOsSb, we show our successful approach of revealing unprecedented details of Kondo screening below a characteristic temperature of 20 K in the paramagnetic phase. The multiplet XMCD structure at the Sm edge sensitive to the 4 configuration enabled us to observe a clear difference between the temperature evolution above and below with one- and two-component behavior, respectively. Our findings are in strong contrast to the conventional Kondo crossover that coincides with the valence transition, but are qualitatively accounted for by theoretical XMCD predictions combined with the two-fluid phenomenology recently proposed. This work contributes to the large context of Kondo physics that is closely related to quantum criticality in heavy fermion systems.

Study on eutectic melting behavior of control rod materials in core disruptive accidents of sodium-cooled fast reactors, 1; Project overview and progress until 2018

山野 秀将; 高井 俊秀; 古川 智弘; 菊地 晋; 江村 優軌; 神山 健司; 福山 博之*; 東 英生*; 西 剛史*; 太田 弘道*; et al.

Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 10 Pages, 2020/08

https://doi.org/10.1115/ICONE2020-16102

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故(CDA)評価における重要な課題の一つに、制御棒材の炭化ホウ素(BC)とステンレス鋼(SS)の共晶溶融反応及び移動挙動がある。CDAの数値解析では、このような挙動のシミュレーションはこれまで行われたことがないため、物理モデルを開発しそれをCDA解析コードに組み入れる必要がある。本研究では、BC-SS共晶溶融実験、共晶溶融の熱物性計測、共晶溶融反応の物理モデル開発に焦点を当てている。共晶実験では、可視化実験,反応速度実験,材料分析を行う。物性は液相から固相までの範囲で測定する。これらの反応速度や物性を基に、シビアアクシデント解析コードのための物理モデルを開発する。本発表はプロジェクト全体概要及び2018年度までの進捗概要について報告する。この論文における具体的成果は、共晶溶融実験において固化したBC-SS共晶試料のホウ素濃度分布で、これはコンピュータコードに組み込まれた共晶物理特性の検証に用いられる。