Development of phenomenological degradation models for Cr-Coated Zr alloy cladding under high-temperature oxidation conditions

谷口 良徳; Luu, V. N.; 田崎 雄大; 宇田川 豊; 勝山 仁哉

Annals of Nuclear Energy, 231, p.112177_1 - 112177_16, 2026/06

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2026.112177

Advanced technology fuels (ATF) with improved oxidation resistance are under development to enhance the safety of light water reactors. Cr-coated Zr alloy cladding, a promising near-term ATF, exhibits excellent oxidation resistance below the Cr-Zr eutectic temperature. However, its gradual loss of protective effect over time, even without mechanical damage, indicates the need to understand its degradation mechanisms. This article presents a phenomenological model describing degradation due to high-temperature oxidation, focusing on Zr ingress into the Cr coating and the formation of oxygen pathways that accelerate oxygen uptake into the Zr matrix. The model was validated against experimental data at 1200C and 1300C, reproducing key trends such as oxide growth, weight gain, and oxygen concentration profiles. Applying the same parameters to a different PVD-coated cladding test gave reasonable agreement at 1200C, while discrepancies at 1300C suggest Cr-Zr eutectic reactions from local temperature variations, highlighting the model's sensitivity near the eutectic point.

Analysis of the effect of crack curvature in Mini-C(T) specimen on fracture toughness evaluation

下平 昌樹; 河 侑成; 高見澤 悠; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄

Journal of Pressure Vessel Technology, 148(2), p.021504_1 - 021504_10, 2026/04

https://doi.org/10.1115/1.4070669

最新の原子炉圧力容器の構造健全性評価においては、マスターカーブ法に基づく正確な破壊靭性参照温度Tの取得が必要である。破壊靭性参照温度TはMini-C(T)破壊靭性試験片によって取得可能であり、この試験片の寸法や亀裂形状に関しては、ASTM規格のE1921や日本電気協会電気技術規程JEAC4216に規定されている。最近、ASTM E1921では評価の正確性や試験を行う上での利便性を向上させるために、亀裂形状に関する規定の変更が行われてきた。このような規格の改定に伴うMini-C(T)試験片の許容亀裂形状の変化は、亀裂先端の塑性拘束状態を変化させ、T評価に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、ASTM E1921やJEAC4216に規定される亀裂形状に関する要求の妥当性について議論するため、Mini-C(T)試験片の亀裂湾曲が破壊靭性評価に及ぼす影響について、ワイブル応力解析を含む有限要素解析によって定量的に評価した。その結果、ASTM E1921-21で定められた最大湾曲を有する亀裂形状の場合、亀裂先端の塑性拘束が弱められ、理想的な直線状亀裂を有するMini-C(T)試験片で得られる破壊靭性値に比べて高めの破壊靭性値が得られる可能性を示した。また、上述の最大湾曲を許容した場合、非保守的なTが取得されることをワイブル応力解析によって示した。一方、JEAC4216で許容される最大湾曲を有する亀裂形状の場合は、理想的な直線状亀裂の場合と比べてTの有意な差は見られなかった。

再処理特別研究棟における新規熱中症対策の導入

谷 陸; 井上 里司*; 溝口 崇史*; 須田 翔哉; 中嶋 瞭太; 井上 秀毅*; 双石 就朗*; 大内 靖弘; 原賀 智子; 清水 修

JAEA-Technology 2025-018, 32 Pages, 2026/03

JAEA-Technology-2025-018.pdf:2.4MB

夏季の気温上昇に伴い、作業現場での熱中症発生件数が増加傾向にある。特に高温多湿環境下での業務においては、短時間の曝露でも重大な健康障害に至る事例が報告されている。また近年、職場における熱中症対策は法令上の義務として定められ、作業環境の管理および労働者の健康確保が求められている。これまで再処理特別研究棟では、作業前の体調確認および給水所の位置の工夫等を中心とした基本的な熱中症対策を実施してきた。しかし、作業環境温度の上昇傾向や作業時間の長時間化に伴い、従来の対策のみでは十分なリスク低減効果が得られない可能性が指摘されていた。今回、大型スポットクーラーの設置およびクールベストを導入し、作業環境および個人負荷の両面から作業環境の改善を図った。これらの対策導入前後において、温度・湿度・WBGT値等のデータを収集し、環境条件および作業者の快適性に与える影響を評価した。本報告書は、解体作業における熱中症発生リスクを低減するための具体的対策の効果を検証し、今後の作業環境改善につなげることを目的としている。

音響異方性を有する溶接金属部での柱状晶伝搬エコーに関する超音波解析; 加圧水型原子炉1次系ステンレス鋼配管の粒界割れを対象として(令和6年度原子力規制研究技術基盤構築事業費補助金「原子力規制研究の強化に向けた技術基盤構築事業」)

松井 哲也; 下平 昌樹; 山口 義仁; 外山 健; 勝山 仁哉

JAEA-Research 2025-017, 41 Pages, 2026/03

JAEA-Research-2025-017.pdf:4.52MB

日本原子力研究開発機構安全研究センターでは、2024年度より先進的な検査・構造健全性評価技術に関する基盤研究を進めており、その一環として超音波シミュレータによる模擬探傷画像及び機械学習を活用して超音波探傷結果診断技術を開発予定である。本研究では、そこで用いる超音波シミュレータの適用性を検証するため、シミュレータによるフェーズドアレイ超音波探傷での解析結果と実機事例を比較した。実機事例として、数少ない公開結果である2020年に報告された関西電力大飯発電所3号機加圧器スプレイライン配管溶接部における粒界割れの超音波探傷結果を比較対象とした。配管溶接部に対する入射角45のフェーズドアレイリニアスキャンを模擬した解析において、亀裂によるコーナーエコー及び端部エコーはその亀裂の位置に正しく検出された。一方、解析において溶接金属部内に強い柱状晶伝搬エコーが検出され、その強度は柱状晶異方性の対称軸角度への依存性が高いことがわかった。また、入射角31の場合にも強い柱状晶伝搬エコーが得られ、その柱状晶伝搬エコーは亀裂のコーナーエコーと繋がって、配管内表面における亀裂位置から溶接内部にまたがる形状であった。これは、実機事例とよく一致していることから、フェーズドアレイの入射角31で実測された溶接内部エコーの原因としては柱状晶伝搬エコーも考えられる可能性が示唆された。

Effects of non-decontamination human activities on the reduction of ambient dose equivalent rates in residential areas near the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

Kim, M.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; Malins, A.*; 阿部 智久; 中間 茂雄; 町田 昌彦; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 294, p.107931_1 - 107931_8, 2026/03

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2026.107931

福島第一原子力発電所近傍の居住地域で、除染以外の人間活動(交通など)が空間線量率に与える影響を、現地調査とシミュレーションにより定量評価した。現地調査では、Cs沈着量と交通量を収集したところ、交通量が多い地域ほどCs沈着量の減少が顕著であることが確認され、車両の移動などがセシウムのウェザリングを促進する可能性が示唆された。3D-ADRESによるモンテカルロシミュレーションでも、人間活動が舗装面の空間線量率低下を加速し、最大約50%の減少が見られた。これにより、除染以外の人為的活動が空間線量率低下に大きく寄与することが明らかになった。

Magnetic signature of chiral phonons revealed by neutron spectroscopy in ferrimagnetic FeZnMoO

Bao, S.*; Liao, J.*; Huang, Z.*; Shangguan, Y.*; Ma, Z.*; Zhang, B.*; Cheng, S.*; Xu, H.*; Song, Z.*; Dong, S.*; et al.

Physical Review Letters, 136(9), p.096502_1 - 096502_8, 2026/03

https://doi.org/10.1103/pq5m-32wj

Lattice vibrations can carry angular momentum and magnetic moments under broken inversion or time-reversal symmetry, forming so-called chiral phonons. While such excitations have been explored in nonmagnetic systems via optical probes, their direct detection in magnetic materials and coupling to spin excitations remain largely unexplored. Here, using neutron spectroscopy, sensitive to both nuclear and magnetic scattering, we reveal the magnetic signature of chiral phonons in ferrimagnetic FeZnMoO with Curie temperature K. Below , we observe enhanced magnetic scattering of phonons at small momenta, arising from strong magnon-phonon coupling. In addition, out-of-plane intensity modulation, phonon mode splitting, and field-induced Zeeman shifts are observed, all closely associated with the ferrimagnetic order. These features vanish above , where phonon spectra are dominated by nuclear scattering. These observations demonstrate the existence of chiral phonons carrying substantial magnetic moments that directly contribute to magnetic scattering, and establish neutron spectroscopy as a powerful, momentum-resolved probe of their magnetic character.

Effect of coaxial HPGe detector structure on -ray beam measurements

Omer, M.; 静間 俊行*; 小泉 光生; 平 義隆*; Zen, H.*; 大垣 英明*; 羽島 良一*

Radiation Physics and Chemistry, 240, p.113467_1 - 113467_8, 2026/03

https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2025.113467

Coaxial high-purity germanium detectors are widely used in applications requiring high-resolution -ray spectroscopy. However, the internal structure of these detectors, particularly the geometry of the inactive volumes inside the detector core, can significantly influence their performance in beam detection configurations. This study investigates the impact of detector structure on the spectral response to pencil-like -ray beams, based on a comparison of -ray spectra measured with two coaxial high-purity germanium detectors that have similar active volumes but distinct internal geometries. Experimental measurements were conducted at the UVSOR synchrotron facility using collimated laser Compton scattered -ray beams with an energy of MeV. Monte Carlo simulations using the Geant4 toolkit were performed to refine the detector models and replicate experimental results. The results reveal that the front layer thickness and the presence of structural elements such as the cold finger strongly affect the spectral features, particularly the appearance of a coincidence sum peak of the annihilation radiation at 1.022 MeV. Off-axis irradiation significantly improves the detection efficiency and reduces undesired induced interactions within inactive volumes. Additionally, the observed pair production signatures are validated through the available theoretical cross section data, confirming the dominant role of internal structures in shaping the detector response under beam geometry. These findings are essential for optimizing detector configurations in precision -ray beam experiments. This work is a contribution of the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) to the International Atomic Energy Agency (IAEA) under the agreement of the coordinated research program (CRP), J02015 (Facilitation of Safe and Secure Trade Using Nuclear Detection Technology - Detection of RN and Other Contraband). A part of this work was conducted at the BL1U of UVSOR Synchrotron Facility, Institute for Molecular Science (IMS program 23IMS6602).

2025年度核データ+TOMOEプロジェクト合同研究会報告

須山 賢也

核データニュース(インターネット), (143), p.52 - 62, 2026/02

https://doi.org/10.3327/ndnews.143.0_52

核データ研究会は核データに関する国内会議として最も長い歴史を持ち、日本の多くの大学、研究機関、産業界からの参加者を集め、当分野における課題の解決と新テーマの発掘を行う場として重要な役割を果たしてきた。毎回多数の学生が参加することから、将来を担う若手が発表する機会であるとともに最先端の研究に触れる場ともなっている。2025年度は2024年度の研究会でアナウンスされたように、ERATO関口三体核力プロジェクト(TOMOEプロジェクト)との合同開催である「2025年度核データ+TOMOEプロジェクト合同研究会」として最新の原子核物理研究の成果とのシナジー効果を目指して実施した。これまで、核データ研究会の内容はともかく運営の具体的な方法については核データニュースではあまり報告されてこなかったのではなかろうか。引き継ぎ資料となることも意図しつつ、本稿では開催準備の事も含めて報告を行う。

Evaluation of sources and seasonal variations of dissolved Cs in stream water in forested catchments

佐久間 一幸; 吉村 和也; 中西 貴宏; 林 誠二*; 辻 英樹*; 舟木 泰智; 飯島 和毅

Science of the Total Environment, 1014, p.181397_1 - 181397_9, 2026/02

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2026.181397

2011年福島第一原子力発電所事故により陸域環境へ多くの放射性セシウムが放出された。河川水中の溶存態放射性セシウムの発生源と季節変動を制御する要因を理解することは、環境放射能汚染の評価と低減に極めて重要である。2015年から2021年にかけ、渓流水、湧水、地下水、落葉溶出水、土壌間隙水、土壌浸透水における溶存態Cs濃度と溶存有機炭素(DOC)を調査した。源流域では、溶存態Cs濃度は地下水中の濃度と比較して湧水直後に増加した。約3年間の渓流水モニタリングにおいて、溶存態Cs濃度は水温、DOC濃度、K濃度と相関を示した。三成分混合モデルにより、渓流水の組成は主に地下水、森林落葉層/表土、土壌間隙水に由来することが明らかとなった。特に夏季の渓流水には土壌間隙水が顕著に影響しており、降水に従い地下水位の変動が要因と考えられる。溶出水も冬季の渓流水に比べ夏季の渓流水により影響を与えていた。これらの知見は、溶存態Csの季節変動が、温度依存性のある森林落葉層/表土からの溶出と土壌間隙水からの寄与増加によって駆動されることを示唆している。本研究は森林源流域河川における溶存態Csの発生源と季節的駆動要因を特定した初めての研究である。

溶融及び凝固条件が模擬廃棄物ガラス構造に与える影響

永井 崇之; 青山 雄亮; 岡本 芳浩; 長谷川 毅彦*; 佐藤 誠一*; 菊池 哲也*; 畠山 清司*

JAEA-Research 2025-012, 43 Pages, 2026/01

JAEA-Research-2025-012.pdf:6.99MB

高レベル放射性廃液のガラス固化プロセス研究において、模擬廃棄物ガラスに内在した析出物をXRDで検出しているが、析出物の状態(微細、極微量)によってXRDパターンに析出物ピークが観察されない場合がある。本研究は、ガラス中の廃棄物成分の溶存状態をより詳細に把握するため、溶融条件や凝固条件を変えて作製した模擬廃棄物ガラスを対象に、ラマン分光測定等によりガラス構造を評価した。XRDパターンで析出物ピークが観察されなかった模擬廃棄物ガラスをラマン分光測定した結果、ガラス相内の微細な異物を検出できることが分かった。また、ガラス作製において、溶融状態のガラスを撹拌することや、溶融状態からの冷却速度を速くすることによって、ガラス相内の異物生成を抑制する可能性が高いことを確認した。ラマン分光計を用いて模擬廃棄物ガラスのSi-O架橋組織を評価した結果、異物が内在する部位と異物が存在しない部位でSi-O架橋組織に違いはなかった。このため、ラマン分光測定で検出された異物はCeOやCaMoOでなく、spinel等の化合物組成であると考えられる。高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設において、模擬廃棄物ガラス内部の状況をX線透過画像観察した結果、溶融状態のガラスを撹拌する操作は、ガラス相内に内在する気泡を低減する効果が認められた。また、ガラスに含まれるMo, Ce, SiのXAFS測定を行った結果、溶融状態での撹拌操作はガラスに含まれるMo, Ce, Siの化学状態に影響しないことを確認した。