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.

Bayesian approach to model temperature dependence of Charpy absorbed energy and uncertainty evaluation of ductile-to-brittle transition temperature for reactor pressure vessel steel

高見澤 悠; 西山 裕孝

Journal of Pressure Vessel Technology, 148(3), p.031501_1 - 031502_12, 2026/06

https://doi.org/10.1115/1.4070725

原子炉圧力容器(RPV)鋼の中性子照射脆化は、プラント運転中の監視試験試験(シャルピー衝撃試験)で得られる延性‐脆性遷移温度(DBTT)を用いて評価されてきた。RPVの構造健全性評価の信頼性を確保するためには、監視試験に内包される不確かさを考慮した十分な安全余裕を考慮する必要がある。本研究では、日本と米国で製造された約1,900の未照射および照射済み材料のデータセットを用いて、シャルピー吸収エネルギー変動の温度依存性を評価するモデルを開発した。次に、モンテカルロサンプリングとベイズ推定を用いてシャルピー試験データの確率分布を推定し、41Jエネルギーレベル()におけるシャルピー延性‐脆性遷移温度の確率分布を評価した。試験片数との不確かさの関係を詳細に評価した結果、日本製鋼材と米国製鋼材のの不確かさはほぼ同等であり、中性子照射によっても変化がない(材料の不均質性に明確な変化がない)ことがわかった。一方、製造方法に関しては、母材と溶接金属のの不確かさはほぼ同等であったが、熱影響部(HAZ)の不確かさが大きいことが示された。

CIGMA experiments on integral phenomena related to thermal hydraulics in a reactor containment vessel and building during a severe accident

安部 諭; Hamdani, A.; 相馬 秀; 半谷 亮介; 大森 将嗣; 大和田 明彦; 大宮 聡人*; 柴本 泰照

Nuclear Engineering and Design, 449, p.114787_1 - 114787_13, 2026/04

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2026.114787

The Fukushima Daiichi accident underscored the urgent need to understand complex thermal-hydraulic phenomena governing containment integrity and gas mixture distribution during a severe accident. In response, the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) established the CIGMA (Containment InteGral Measurement Apparatus) facility, a flagship large-scale installation capable of high-temperature, high-pressure experiments with a steam-air-helium gas mixture. This paper presents key findings from a comprehensive experimental campaign with CIGMA. The JT-SJ series demonstrated the effectiveness of external surface cooling in suppressing top head flange overheating. The CC-SP series revealed spray-induced mixing mechanisms that rapidly homogenize flammable stratifications. The CC-PL series identified condensation processes of the gas mixture that are decisive for containment cooling strategies. Finally, the CC-SJ series provided insights into inter-compartment gas transport relevant to the multi-stage explosions in Unit 3 of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. These results establish a high-fidelity experimental database, offering benchmarks for CFD validation and advancing the development of robust hydrogen mitigation and accident management strategies worldwide.

加速器冷却水設備における防錆剤変更による電蝕の抑制; 腐食とコストの削減

出井 竜美; 菅沼 和明; 藤来 洸裕; 鈴木 勝夫; 鈴木 博*; 仲田 守浩*; 細川 英洸*; 小野瀬 勇一郎*; 渡辺 泰広; 篠崎 信一; et al.

JAEA-Technology 2026-003, 27 Pages, 2026/03

JAEA-Technology-2026-003.pdf:1.3MB

加速器冷却水設備配管系統は異なる金属で構成されることも多いため電蝕が不可避である。本試験では、まず無酸素銅と炭素鋼の間で電蝕が起こること、またこれまで使用されてきた防錆剤ではその電蝕の抑制ができないことを確認した。次に新たに導入した防錆剤による電蝕の抑制を確認した。また新しい防錆剤に変更することにより、補給水の節水および防錆剤コスト削減が実現できた。

令和6年度東京電力福島第一原子力発電所周辺における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; 越智 康太郎; 佐々木 美雪; 中間 茂雄; 川崎 義晴*; 岩井 毅行*; 平賀 祥吾*; 萩野谷 仁*; 松永 祐樹*; 山田 勉*; et al.

JAEA-Technology 2025-016, 253 Pages, 2026/03

JAEA-Technology-2025-016.pdf:20.16MB

2011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に起因する東京電力福島第一原子力発電所事故直後から、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する航空機を用いた空からの測定方法が採用されている。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、令和6年度に東京電力福島第一原子力発電所周辺の航空機モニタリングを実施した。実施内容は、以下の通りである。過去のモニタリング結果との比較から空間線量率等の変化量を評価し、その変化要因について考察した。航空機モニタリングによる空間線量率の換算精度向上のために、地形の起伏を考慮に入れた解析を行った。地形の起伏を考慮する前後の解析結果を比較し、本手法による換算精度向上の効果を評価した。有人ヘリコプターについては、空気中のラドン子孫核種の弁別手法を測定結果に適用し、ラドン子孫核種が航空機モニタリングに与える影響を評価した。より効率的に広範囲な航空機モニタリングを展開するため、無人航空機によるモニタリングの技術開発を進めた。

東海再処理施設周辺の環境放射線モニタリング結果; 2024年度

國分 祐司; 細見 健二; 井上 和美; 小池 優子; 内山 怜; 佐々木 一樹; 前原 勇志; 松尾 一樹; 上杉 美咲; 山下 大智; et al.

JAEA-Review 2025-057, 168 Pages, 2026/03

JAEA-Review-2025-057.pdf:2.43MB

核燃料サイクル工学研究所では、「日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所再処理施設保安規定 第IV編 環境監視」に基づき、再処理施設周辺の環境放射線モニタリングを実施している。本報告書は、2024年4月から2025年3月までの間に実施した環境放射線モニタリングの結果、及び大気、海洋への放射性物質の放出に起因する周辺公衆の線量算出結果について、取りまとめたものである。なお、上記の環境放射線モニタリングの結果において、2011年3月に発生した東京電力株式会社(2016年4月1日付けで東京電力ホールディングス株式会社に変更)福島第一原子力発電所事故で放出された放射性物質の影響が一部の項目で見られた。また、環境監視計画の概要、測定方法の概要、測定結果及びその経時変化、気象統計結果、放射性廃棄物の放出状況、平常の変動幅の範囲を外れた値の評価について付録として収録した。

幌延深地層研究計画における地下施設での調査研究段階(第3段階: 令和2年度以降の必須の課題2020-2024年度)研究成果報告書

中山 雅; 石井 英一; 青柳 和平; 早野 明; 大野 宏和; 尾崎 裕介; 望月 陽人; 武田 匡樹; 木村 駿

JAEA-Research 2025-016, 141 Pages, 2026/03

JAEA-Research-2025-016.pdf:13.37MB

幌延深地層研究計画は、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施している地層処分技術に関する研究開発の計画である。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」および「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めている。2020年度からは、北海道および幌延町により受け入れられた、「令和2年度以降の幌延深地層研究計画」で示した令和2年度以降の必須の課題である、(1)実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、(2)処分概念オプションの実証、(3)地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証について、第3期および第4期中長期目標期間を目途に取り組むこととしている。本報告書では、上記の令和2年度以降の必須の課題のうち、2020年度から2024年度までに所期の目標を達成した課題について調査研究の成果を取りまとめた。今後これらの課題で得られた成果については、2024年度から実施している、「坑道スケールピットスケールでの調査・設計・評価技術の体系化」において、坑道やピットの配置に係る考え方、人工バリア材料などの設置方法、それらの閉じ込め性能を評価する手法の体系的な整理に反映していく。

高速炉燃料集合体領域の要素分割法の開発

菊地 紀宏; 今井 康友*; 吉川 龍志; 田中 正暁; 大島 宏之

JAEA-Data/Code 2025-018, 96 Pages, 2026/03

JAEA-Data-Code-2025-018.pdf:5.54MB

日本原子力研究開発機構では、ナトリウム冷却高速炉(高速炉)の燃料集合体内の詳細な熱流動評価を目的として、有限要素法による詳細熱流動解析コードSPIRALの整備を進めている。高速炉での特長的なワイヤスペーサ型燃料集合体では、計算に利用する計算格子(要素)の品質が予測精度に大きく影響するため、燃料集合体ピンバンドル領域に高品質の要素を配置することが数値解析を実行する上で重要な課題となる。複雑な燃料集合体領域の要素分割を行う手段としては、燃料集合体形状をCADデータで再現した上で市販されている汎用の計算格子生成プログラム(メッシャー)を利用することが考えられるが、極めて煩雑な作業となる。そこで、高品質の要素分割を効率的に配置するため、燃料集合体の幾何形状(設計情報)と要素分割を設定するパラメーターを入力条件として、燃料集合体領域の要素分割を自動で実行するメッシャーを開発した。本報では、このメッシャーの各種要素分割モデルの詳細とその利用法について詳説する。本メッシャーでは、複雑形状となる燃料集合体領域に対して、計算格子を規則的に配置するためマルチブロック法による領域分割を行った上で、それぞれのブロック領域で曲線座標系による境界適合格子を生成し、最終的に統合して一つの燃料集合体体系とする要素分割法を採用した。また、隣接するブロック領域間での要素の連続性を維持するため、六面体(Hexa)要素とプリズム状の(Prism)要素を併用する要素配置とした。以上の六角形断面のラッパ管で囲まれた燃料集合体に対する基本的な要素分割機能に加え、溶融燃料の排出を促進するため燃料集合体内部にダクトを設けた変則的な燃料集合体に対する要素分割も可能である。本メッシャーの開発によって、様々な条件における複雑な燃料集合体領域の要素分割を正確かつ効率的に実行することが可能となった。

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.