Study on actinide burning core concepts for the future phaseout of a fast reactor fuel cycle

毛利 哲也; 永沼 正行; 大木 繁夫

Nuclear Technology, 209(4), p.532 - 548, 2023/04

https://doi.org/10.1080/00295450.2022.2133514

高速炉燃料サイクルが実用化され長期間使用された後の遠い将来におけるフェーズアウトの段階において、燃料サイクル内に存在するPuやMAを多重リサイクルにより低減できる高速炉燃焼炉心の概念を検討した。多重リサイクルによってPuやMAは高次化する。高次化によりナトリウムボイド反応度が増加するとともにドップラ係数が減少することで炉心の成立性に影響を及ぼす。これに対し炉心の扁平化,燃焼度引き下げ、さらに被覆管及びラッパ管への炭化ケイ素(SiC)材導入という3つの反応度係数改善策を取り入れることで成立性のある炉心概念を見出した。特に、SiC構造材による中性子スペクトルの軟化は反応度係数の改善だけでなくPuやMAの高次化を間接的に緩和する効果もあることが確認された。これらにより本燃焼炉心はPuとMAが大幅に減少するまで、例えば原子力発電設備容量30GWeを起点としたフェーズアウトシナリオを仮定した場合は初期のインベントリの約99%を消費するまで、多重リサイクルを継続することが可能となった。高速炉は、自ら生み出したPuや長寿命のMAを最小化できる自己完結型のエネルギーシステムになる可能性がある。高速炉は、将来の環境負荷低減のための重要な選択肢の一つとなり得る。

Partial breakdown of translation symmetry at a structural quantum critical point associated with a ferroelectric soft mode

石井 悠衣*; 山本 有梨沙*; 佐藤 直大*; 南部 雄亮*; 河村 聖子; 村井 直樹; 尾原 幸治*; 河口 彰吾*; 森 孝雄*; 森 茂生*

Physical Review B, 106(13), p.134111_1 - 134111_7, 2022/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.134111

We report that complete suppression of a phonon-driven structural phase transition causes partial breakdown of a three-dimensional translation symmetry in a well-defined sublattice. This state is revealed for a dielectric compound, BaSrAlO, that comprises an AlO network incorporated into a hexagonal Ba(Sr) sublattice. Pair distribution function analyses and inelastic neutron scattering experiments provide clear-cut evidence of the AlO network forming a continuum of Al-O short-range correlations similar to glasses, whereas the Ba(Sr) sublattice preserves the original translational symmetry. This glassy network significantly dampens the phonon spectrum and transforms it into the broad one resembling those typically observed in glass materials.

Quantifying the dislocation structures of additively manufactured Ti-6Al-4V alloys using X-ray diffraction line profile analysis

山中 謙太*; 黒田 あす美*; 伊藤 美優*; 森 真奈美*; Bian, H.*; 菖蒲 敬久; 佐藤 茂男*; 千葉 明彦*

Additive Manufacturing, 37, p.101678_1 - 101678_12, 2021/01

https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101678

Ti-6Al-4V alloy is widely used in aerospace and biomedical industries, and its preparation using additive manufacturing techniques has recently attracted considerable attention. Herein, the dislocation structures developed during electron beam and laser beam powder-bed fusion (EB-PBF and LB-PBF, respectively) of the Ti-6Al-4V alloy were quantitatively examined via XRD line profile analysis. Accordingly, a higher dislocation density and finer crystallite size were observed at the top cross-section from the XRD line profile analysis, suggesting that the extent of phase decomposition depended on the duration of the exposure to the elevated temperature. Nonetheless, the saturated dislocation density was as high as 10 m, where dislocation strengthening affected the overall strength of the EB-PBF specimen. Diffraction peaks of sufficient intensity that enabled the analysis of the dislocation structures in both the (')-matrix and the nanosized beta-phase precipitates at the (')-laths were obtained under high-energy synchrotron radiation; this revealed that the beta-phase had a much higher dislocation density than the surrounding (')-matrix. The enhanced dislocation accumulation in the nanosized -phase precipitates probably reflects the elemental partitioning that occurred during post-solidification cooling. The valuable insights provided in this study are expected to promote further development of alloy preparation using additive manufacturing processes.

Status of study of long-term assessment of transport of radioactive contaminants in the environment of Fukushima (FY2018) (Translated document)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2020-007, 249 Pages, 2020/10

JAEA-Research-2020-007.pdf:15.83MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力(現東京電力ホールディングス)福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出された。この事故により放出された放射性核種は、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌などが生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することで空間線量率が上がってしまうのではないか(外部被ばくに関する懸念)、森林から河川に流出した放射性セシウムが農林水産物に取り込まれることで被ばくするのではないか、規制基準値を超えて出荷できないのではないか(内部被ばくに関する懸念)などの懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。日本原子力研究開発機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

福島における放射性セシウムの環境動態研究の現状(平成30年度版)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2019-002, 235 Pages, 2019/08

JAEA-Research-2019-002.pdf:21.04MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出され、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌等が生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することに対する懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。原子力機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

Presence of -martensite as an intermediate phase during the strain-induced transformation of SUS304 stainless steel

秦野 正治*; 久保田 佳基*; 菖蒲 敬久; 森 茂生*

Philosophical Magazine Letters, 96(6), p.220 - 227, 2016/06

https://doi.org/10.1080/09500839.2016.1190876

さびにくい鉄鋼材料として原子炉シュラウドをはじめ最も実用材料として使用されているステンレス鋼SUS304の加工誘起マルテンサイト変態における中間相として六方晶相が出現することを明らかにした。SUS304に応力を加えると結晶構造が変わり、強度や延性が向上することが知られているが、機械的性質のさらなる向上のためには、この相変態のプロセスを解明することが大変重要である。本研究ではSPring-8の高輝度放射光を用いることにより、「室温において」今までないとされてきた中間相とその応力依存性を観測、さらに、ローレンツ透過電子顕微鏡観察により、結晶粒界面に生成した中間相を介して新しい相に変態する全く別のプロセスの存在を明らかにした。

グローブボックスフィルターケーシングの腐食原因と補修技術

森 英人; 山本 昌彦; 田口 茂郎; 佐藤 宗一; 北尾 貴彦; 駿河谷 直樹

日本保全学会第11回学術講演会要旨集, p.132 - 138, 2014/07

東海再処理施設のグローブボックスフィルターケーシングに腐食による微細な貫通孔が生じた。調査の結果、貫通孔周辺は、溶接時の熱影響により鋭敏化が進み耐食性が低下していたことに加え、塩素を含む湿潤環境の影響により、腐食が進行したことが原因として考えられた。このため、貫通孔を含む周辺部位を撤去し、新たに製作したケーシングの一部をTig溶接により接続した。本件ではこれら一連の作業内容について報告する。

Magnetic properties of RFeO (R=Yb and Lu)

吉井 賢資; 池田 直*; 福山 諒太*; 永田 知子*; 神戸 高志*; 米田 安宏; 福田 竜生; 森 茂生*

Solid State Communications, 173, p.34 - 37, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.ssc.2013.08.030

RFeO(R=YbおよびLu)の磁性を調べた。これらの物質は、マルチフェロイック電子強誘電体RFeOの関連物質である。磁気転移温度は270Kであり、RFeOの転移温度230-250Kより明らかに高かった。また、RFeOでも報告されている、スピングラスおよび交換バイアス現象を観測した。これらは、磁気的な乱雑性の存在を示しており、磁気熱量効果のブロードなピークと一致する結果であった。また、磁気熱量効果より得られた、室温に近い磁気冷却温度は、この物質群が応用に適していることを示す。

Exchange bias in multiferroic FeO (=Y, Er, Tm, Yb, Lu and In)

吉井 賢資; 池田 直*; 西畑 保雄; 真栄田 大介*; 福山 諒太*; 永田 知子*; 狩野 旬*; 神戸 高志*; 堀部 陽一*; 森 茂生*

Journal of the Physical Society of Japan, 81(3), p.033704_1 - 033704_4, 2012/03

https://doi.org/10.1143/JPSJ.81.033704

磁性と誘電性が共存するマルチフェロイックFeO(=Y, Er, Tm, Yb, Lu and In)の交換バイアスを観測した。小さいイオンの場合(=Tm, Yb, Lu and In)、100-150K以下で交換バイアス磁場は1kOe以上の大きな値を示した。この性質は、強磁性的相互作用と反強磁性相互作用の競合に由来する磁気的グラス状態により発現する。交換バイアス磁場は、イオンを小さくすると大きくなる傾向を示した。すなわち、サイト元素を置換することにより交換バイアスを制御できる可能性が示され、応用的にも興味深い結果が得られた。

Collapsing processes of charge ordered structure in charge- and spin- frustrated ferrite YbFeO

松本 圭右*; 小山 司*; 森 茂生*; 吉井 賢資; 池田 直*

Journal of Physics; Conference Series, 320, p.012085_1 - 012085_5, 2011/09

https://doi.org/10.1088/1742-6596/320/1/012085

表記酸化物はFeとFeが電荷秩序配列することによる新規なタイプの強誘電体である。本物質につき、Feの一部をMnに置き換えた場合の電荷秩序構造の変化を透過電子顕微鏡により観察した。10%ほどの置換により、電荷秩序構造は破壊され、FeとMnの短距離イオン秩序が発生することがわかった。この系は室温で比誘電率が1000ほどの値を示すが、この性質は短距離イオン秩序による電気双極子を起源とすると考えられる。