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國分 祐司; 中田 陽; 瀬谷 夏美; 小池 優子; 根本 正史; 飛田 慶司; 山田 椋平*; 内山 怜; 山下 大智; 永井 信嗣; et al.
JAEA-Review 2023-046, 164 Pages, 2024/03
JAEA-Review-2023-046.pdf:4.2MB
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、2022年4月から2023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多くの項目で見られた。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。
樋口 雄紀*; 吉宗 航*; 加藤 悟*; 日比 章五*; 瀬戸山 大吾*; 伊勢川 和久*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 野崎 洋*; 原田 雅史*; et al.
Communications Engineering (Internet), 3, p.33_1 - 33_7, 2024/02
The automotive industry aims to ensure the cold-start capability of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) for developing fuel cell electric vehicles that can be driven in cold climates. Water and ice behavior is a key factor in maintaining this capability. Previously reported methods for visualizing water and/or ice are limited to small-sized PEFCs ( 
50 cm
), while fuel cell electric vehicles are equipped with larger PEFCs. Here, we developed a system using a pulsed spallation neutron beam to visualize water distribution and identify water/ice phases in practical-sized PEFCs at a cold start. The results show direct evidence of a stepwise freezing behavior inside the PEFC. The produced water initially accumulated at the center of the PEFC and then froze, followed by PEFC shutdown as freezing progressed. This study can serve as a reference to guide the development of cold-start protocols, cell design, and materials for next-generation fuel cell electric vehicles.
Mo for production of medical 
Tc by Mo(
)Tc橋本 慎太郎; 永井 泰樹*
Journal of the Physical Society of Japan, 92(12), p.124202_1 - 124202_11, 2023/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)
Moの娘核種であるテクネチウム99m(Tc)は6時間の半減期で
線を出す放射性核種(RI)であり、SPECTなどの診断用RIとして世界中で用いられている。親核種のMoは原子炉で生成されているが、原子炉施設の老朽化等で安定供給が危ぶまれており、医療用加速器で濃縮Mo試料に陽子を照射し、Mo()
Tc反応を通じて生成する方法が提案されている。しかし、試料に微量に含まれるMo以外のMo同位体から、Tc以外のTcが生成される問題がある。そこで本研究では、高純度のTcを生成できるMo組成を調べるために、天然組成のMoの照射実験データに基づいて、全てのTc同位体生成の反応率を決定し、任意の組成をもつMo試料のTc同位体生成量をPHITSを用いて評価する手法を開発した。本手法の有効性を、濃縮Moで生成された各Tcの実測値との比較によって検証するとともに、高純度のTc生成には
Moの各不純物含有量の低減が必須であることを明らかにした。本成果は、照射時間等の施設固有の制約を考慮しながら、高純度のTcを生成する際に必要なMo原料の組成決定に重要な役割を果たす。
安田 陽介*; 松本 吉弘*; 篠原 武尚; 鍋島 史花*; 堀内 敬介*; 永井 大樹*
International Journal of Heat and Mass Transfer, 213, p.124291_1 - 124291_2, 2023/10
被引用回数：0 パーセンタイル：1.04(Thermodynamics)Behaviors of the working fluid in a flat-plate pulsating heat pipe (PHP), made of aluminum alloy, in the bottom- and top-heating orientations were visualized by neutron radiography. The results indicate that the initial distribution of the working fluid does not affect the startup characteristics of oscillation of the working fluid in regard to the specifications of flat-plate PHP used in this study.
and O in a reaction cell in triple quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry風間 裕行; 小無 健司*; 鈴木 達也*; 小山 真一; 前田 宏治; 関尾 佳弘; 大西 貴士; 阿部 千景*; 鹿籠 康行*; 永井 康介*
Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 38(8), p.1676 - 1681, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Chemistry, Analytical)Ultratrace analysis is crucial for understanding fuel debris in a nuclear reactor core after severe accidents. Triple quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry measured the ion-molecule reactions of actinides (
Np, 
Am, and 
Cm) in a reaction cell. These nuclides were included in the fuel debris. A gas-phase ion-molecule reaction model has been developed to simulate the gas-phase reactions in the reaction cell. The model simulation results correlate well with the flow rate dependence of experimental data accurately. Reaction constants derived from the model were compared with those reported values by Fourier transform ion-cyclotron resonance mass spectrometry to evaluate the performance of the model. The similarity between the two reaction constants was found.
大場 洋次郎; 元川 竜平; 金子 耕士; 永井 崇之; 土川 雄介; 篠原 武尚; Parker, J. D.*; 岡本 芳浩
Scientific Reports (Internet), 13, p.10071_1 - 10071_8, 2023/06
被引用回数：1 パーセンタイル：72.91(Multidisciplinary Sciences)The spatial distribution of constituent elements in borosilicate glasses containing simulated high-level radioactive liquid waste (HLLW) was investigated using neutron resonance absorption imaging. The resonance absorption dips of Rh, Pd, Na, Gd, Cs, and Sm were detected in the neutron transmission spectra of the glass samples. The neutron transmission images at the resonance energies of these elements provided the spatial distributions within the glass samples. Rh and Pd led sedimentation, while Gd, Sm, and Cs were uniformly dispersed. These results clearly show the potential of neutron resonance absorption imaging for characterizing borosilicate glasses.
永井 佑紀; 品岡 寛*
Journal of the Physical Society of Japan, 92(3), p.034703_1 - 034703_8, 2023/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)機械学習技術の一つであるスパースモデリング技術は、現在材料科学や固体物性において非常に重要な技術の一つとなっている。本論文では、超伝導体に対する理論にスパースモデリングを適用し、従来よりも100倍近い高速化を達成したことを報告する。従来の理論では自己無撞着にシミュレーションを行う際に必要な無限級数和をある程度カットオフして計算する必要があったが、スパースモデリングを用いることで、情報のスパース性を利用し無限級数和を実質的に数十個の情報で計算できることを示した。その結果、計算時間が劇的に短縮された。
Wallerberger, M.*; Badr, S.*; Hoshino, Shintaro*; Huber, S.*; Kakizawa, Fumiya*; 是常 隆*; 永井 佑紀; Nogaki, Kosuke*; 野本 拓也*; 森 仁志*; et al.
Software X (Internet), 21, p.101266_1 - 101266_7, 2023/02
被引用回数：8 パーセンタイル：88.45(Computer Science, Software Engineering)有限温度の多体量子系におけるグリーン関数の情報をスパースモデリング技術を用いて効率的に圧縮するsparse-irというパッケージを開発したことを報告する。このパッケージを用いることで、一粒子グリーン関数であれば数十個の情報でグリーン関数の全領域での松原振動数依存性を計算することが可能となる。発表代表者の永井はこのソフトウェアの応用例を示すために、このパッケージを使うことで超伝導状態のシミュレーションが精度よくできることを示した。今後、このパッケージを使うことで、重元素化合物などの強相関電子系の物性を精度よく計算することが可能となる。
伊勢川 和久; 瀬戸山 大吾*; 樋口 雄紀*; 松本 吉弘*; 長井 康貴*; 篠原 武尚
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1040, p.167260_1 - 167260_10, 2022/10
被引用回数：1 パーセンタイル：33.4(Instruments & Instrumentation)This paper reports on development of pulsed neutron imaging for phase differentiation between liquid water and ice with introduction of a gated image intensifier. Previous neutron-imaging systems for phase differentiation between liquid-water and ice, on the other hand, had some issues with temporal resolution, horizontal distribution of neutron wavelength, and field-of-view size. By using energy-selected pulsed neutron imaging with an optical image intensifier, the authors have achieved liquid-water/ice phase identification with a shorter temporal resolution than before with a suitable field of view area to observe commercial PEFCs.
Yb for producing 
Lu with high radionuclide purity by Yb(
)Lu永井 泰樹*; 川端 方子*; 橋本 慎太郎; 塚田 和明; 橋本 和幸*; 本石 章司*; 佐伯 秀也*; 本村 新*; 湊 太志; 伊藤 正俊*
Journal of the Physical Society of Japan, 91(4), p.044201_1 - 044201_10, 2022/04
被引用回数：2 パーセンタイル：46.35(Physics, Multidisciplinary)近年、神経内分泌腫瘍を治療するための医療用RIとしてLuが注目されており、加速器施設で重陽子を濃縮Yb試料に照射し、高純度のLuを製造する方法が検討されている。ただし、Yb試料には様々な同位体が微量に含まれており、Lu以外のLu同位体が不純物として生成される。医療用として利用するLuは一定の純度が求められるため、定量的にLuの不純物を評価する手法が求められていた。本研究では、実験値を基に関与する全てのYb()Lu反応の断面積を決定し、粒子輸送計算コードPHITSと組み合わせることで、Yb試料が任意の組成比をもつ場合の各Lu同位体の生成量を推定する新しい手法を開発した。他に、天然組成のYb試料へ25MeV重陽子を照射した実験も行い、本手法の有効性を検証した。また、市販の濃縮Yb試料に照射した条件で計算を行い、重陽子のエネルギーを15MeVとすることで、純度99%以上のLu生成を達成できることを示した。開発した手法は、加速器を用いて高純度の医療用Luを製造する際、必要な濃縮Yb試料の同位体組成を議論する上で重要な役割を果たすものである。
Cu and 
Cu via the Zn(n, p)Cu and 
Zn(n, np/d)Cu reactions using accelerator neutrons川端 方子*; 本石 章司*; 太田 朗生*; 本村 新*; 佐伯 秀也*; 塚田 和明; 橋本 慎太郎; 岩本 信之; 永井 泰樹*; 橋本 和幸*
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 330(3), p.913 - 922, 2021/12
被引用回数：7 パーセンタイル：72.21(Chemistry, Analytical)加速器中性子を利用し、将来有望な医療RIであるCu及びCuの大量合成に関して、実験に基づく生成量評価と臨床に必要な生成量のPHITSコード使用による評価、そして大量のターゲット物質からのCu同位体の分離精製手法開発を行った。実験では55.4gという大量の、天然亜鉛試料を利用し、加速器中性子の照射による生成率について定量的な評価を行った。また、同時に臨床的に必要な量のCu及びCuの製造の可能性について、それぞれ100gの濃縮ZnおよびZn試料に対して、40MeV、2mAの重陽子照射により発生する中性子を照射する数値シミュレーションを行い、その生成量を推定した。また、大量の天然亜鉛試料からCu及びCuを分離するために、熱分離と樹脂分離を組み合わせた分離方法を開発し、73%の分離効率と97%の亜鉛回収率が得られることを実証した。これらの結果、このような加速器中性子による生成と本分離手法の組み合わせで、臨床応用のために必要なCu及びCuの大規模生産を提供することができることがわかった。
尹 永根*; 森 欣順*; 鈴井 伸郎*; 栗田 圭輔; 山口 充孝*; 三好 悠太*; 長尾 悠人*; 芦苅 基行*; 永井 啓祐*; 河地 有木*
New Phytologist, 232(5), p.1974 - 1984, 2021/12
被引用回数：9 パーセンタイル：65.39(Plant Sciences)イネ植物(
)は中空の器官を持ち、これが水上の葉から水没した器官へ空気を供給する経路として機能すると推定される。しかし、イネにおけるガス移動はリアルタイムで可視化されていない。本研究では、部分的に水没したイネの葉に窒素13標識窒素([
N]N
)トレーサーガスを供給し、葉身、葉鞘、節間に沿って下方に移動するガスの動きを経時的に観察した。
樋口 雄紀*; 瀬戸山 大吾*; 伊勢川 和久; 土川 雄介; 松本 吉弘*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 長井 康貴*
Physical Chemistry Chemical Physics, 23(2), p.1062 - 1071, 2021/01
被引用回数：6 パーセンタイル：52.59(Chemistry, Physical)本研究は、パルス中性子源施設において行われた水と氷のイメージングに関する最初の報告である。固体高分子燃料電池(PEFC)内部の水分分布を可視化するために中性子イメージングを利用した。特に、エネルギー分解中性子イメージングは、液体の水と氷を区別することができる手法であり、氷点下の環境で動作するPEFCにおける氷の形成を調べるのに効果的である。水氷識別は、低中性子エネルギーにおいて液体の水と氷の断面積が異なることを利用した。実際のPEFC内の混相流(気体・液体・固体)の過渡的な凍結・融解現象を高い空間分解能で定量的に観測するためには、高強度で広いエネルギー範囲を持つパルス中性子ビームが最適である。本研究では、PEFCの流路を模擬して細い毛細管に封入した水を用い、パルス中性子ビームを照射して氷、液体水、過冷却水を識別し、毛細管内の水の凍結・融解現象を明らかにした。さらに、実物大の燃料電池を用いたその場観察へのステップとして、-30
Cまで冷却可能なサブゼロ環境チャンバーを製作し、大視野(300mm
300mm)での液体の水・氷分布の観察を可能にした。
品岡 寛*; 永井 佑紀
Physical Review B, 103(4), p.045120_1 - 045120_8, 2021/01
被引用回数：3 パーセンタイル：27.71(Materials Science, Multidisciplinary)核燃料物質であるウラン化合物や高温超伝導体である銅酸化物高温超伝導体などの強相関電子系における物性を評価するための方法の一つとして、問題を大規模量子不純物問題という有限量子多体系の問題に焼き直す手法が有力である。もし大規模量子不純物問題に問題を変換することができれば、通常の計算機ではなく量子コンピュータで問題を解くことも可能となるため、近年盛んに研究がなされている。しかしながら、問題を解く以前の問題として、大規模量子不純物問題に変換する手法の多くが数値的に不安定であった。本論文では、機械学習関連手法の一つであるスパースモデリングを用いることで、保持すべき情報量をしっかりと保持し数値的に安定に大規模量子不純物問題に変換する方法を開発したことを報告する。この手法の開発により、核燃料物質をはじめとする強相関電子系のシミュレーションに、スーパーコンピュータだけでなく量子コンピュータを使うことが可能となる。これらの結果は、広く原子力分野のためのシミュレーション技術開発に資する成果である。
ZnO using polyethylene by accelerator neutrons塚田 和明; 永井 泰樹*; 橋本 慎太郎; 湊 太志; 川端 方子*; 初川 雄一*; 橋本 和幸*; 渡辺 智*; 佐伯 秀也*; 本石 章司*
Journal of the Physical Society of Japan, 89(3), p.034201_1 - 034201_7, 2020/03
被引用回数：2 パーセンタイル：22.16(Physics, Multidisciplinary)ポリエチレン遮へい中のZnOに、50MeV重陽子と
Beによる(
)反応で生成した中性子を照射することで、Ga, 
Ga, 
Zn、並びにCuの特異な生成を実験的に確認した。特に、ポリエチレン遮へい内で得られた収率は、遮へいなしの実験と比較して、約20倍の収量を示した。一方、鉛遮へい内の金属Zn試料の照射におけるGa, Ga, Zn、並びにCuの収量と、ZnO及び金属Zn試料の照射におけるCu, 
Ni及びZnの収量は、遮へいによる影響はほとんど受けていない。この実験結果は、遮へい条件を調整することで、中性子反応に限らず陽子反応を含む多様で大量の放射性同位元素を、一度の照射で同時に合成できるという加速器中性子の注目すべき特性を示すものである。また、PHITSコードを利用した生成量予測を試み、本実験結果と比較することで、本生成量の特異性について評価した。
大葉 隆*; 石川 徹夫*; 永井 晴康; 床次 眞司*; 長谷川 有史*; 鈴木 元*
Scientific Reports (Internet), 10(1), p.3639_1 - 3639_11, 2020/02
被引用回数：18 パーセンタイル：83.61(Multidisciplinary Sciences)福島第一原子力発電所事故による住民の内部被ばく線量の再評価を行った。福島県民健康調査による896パターンの行動記録を解析し、大気拡散シミュレーションにより構築した放射性物質の時空間分布データベースを用いて、吸引による甲状腺線量を評価した。屋内退避による除染係数等の効果を考慮した結果、推定した甲状腺線量は測定に基づき評価した線量に近い値となった。1歳児の甲状腺線量の平均値と95パーセンタイル値は、それぞれ1.2から15mSv、7.5から30mSvの範囲であった。
永井 佑紀; 品岡 寛*
Journal of the Physical Society of Japan, 88(6), p.064004_1 - 064004_5, 2019/06
被引用回数：11 パーセンタイル：65.02(Physics, Multidisciplinary)核燃料物質であるウラン化合物や高温超伝導体である銅酸化物高温超伝導体などの強相関電子系における物性を評価するためには、動的平均場理論などの高精度なシミュレーション手法の開発が必須である。近年、機械学習関連手法の一つであるスパースモデリングを用いることで、シミュレーションにおいて保持すべき情報量が実際の数値計算の情報よりもはるかに少ないことが示されている。本論文では、このスパースモデリングの手法を厳密対角化を用いた動的平均場理論へと適用することにより、限られたシステムサイズから滑らかな自己エネルギーを計算する方法を提案する。なお、上記課題の解決にあたり、スパースモデリングによって得られる新しい基底を用いてグリーン関数を表現することによって、限られた基底の数で自己エネルギーを展開することに成功し、動的平均場理論の収束性とシステムサイズ依存性をコントロールすることに成功した。この手法の開発により、核燃料物質をはじめとする強相関電子系のシミュレーションの精度コントロールが可能となると期待できる。これらの結果は、広く原子力分野のためのシミュレーション技術開発に資する成果である。
小林 秀樹*; 永井 信*; Kim, Y.*; Yan, W.*; 池田 教子*; 伊川 浩樹*; 永野 博彦; 鈴木 力英*
Remote Sensing, 10(7), p.1071_1 - 1071_19, 2018/07
被引用回数：13 パーセンタイル：51.57(Environmental Sciences)春に葉が緑に色づき、秋には紅葉するといった、植物のフェノロジーは、生物学的応答と陸域炭素循環の特徴付けにおいて必須の状態情報である。そして、人工衛星によって広域的かつ長期的に観測されている地上の分光反射率が、フェノロジーの指標として広く利用されている。しかしながら、「実際のフェノロジーに対して、分光反射率がどのように変化するのか?」に対する正確な解釈を得るために必須である地上観測が、北方の針葉樹林では不足している。本研究では、アラスカ内陸部のクロトウヒ林においては初めてとなる、林冠スケールと下層植生、それぞれの分光反射率、そして植生指数(NDVI)の地上連続観測を行った。本観測により、(1)林冠スケールのNDVIは太陽の天頂角によって変化するが、下層植物のNDVIは天頂角に鈍感であること、(2)観測時間を統一するか太陽の天頂角を統一するかで、年間で最大のNDVIが観測される時期が異なること、(3)光合成の活発な期間から完全に外れているにも関わらず、NDVIが秋の1ヶ月間に高い値のままプラトーになること、が見いだされた。この結果は秋に起こるNDVIのプラトー現象によって、北方林における生育期の終わりを検出できる可能性が高いことを示唆している。このように我々が行っている分光反射率の地上連続観測は、北方高緯度地域において人工衛星ベースのフェノロジーアルゴリズムを開発・検証するためのベースライン情報を提供することができる。
岡本 芳浩; 永井 崇之; 金子 耕士; 元川 竜平; 芳賀 芳範; 山中 恵介*; 太田 俊明*
2017年度成果公開型利用成果報告書(立命館大学SRセンター), p.33 - 36, 2018/00
使用済核燃料再処理プロセスから発生した高レベル放射性廃液は、ホウケイ酸ガラス原料と混合され、化学的に安定なガラス固化体に製造される。ガラス固化体に含まれる軽元素の局所構造を解明するため、原料ガラス及び模擬放射性廃棄物ガラスを対象にBのK吸収端XANES測定を行い、ガラス組成によるBの局所構造を評価した。原料ガラスのNa濃度が高いほど、B-Oの4配位sp
構造(BO
)の割合が増え、3配位sp構造(BO
)の割合が減ることを明らかにした。
Mo production yield by Mo(
)Mo湊 太志; 塚田 和明; 佐藤 望*; 渡辺 智*; 佐伯 秀也*; 川端 方子*; 橋本 慎太郎; 永井 泰樹*
Journal of the Physical Society of Japan, 86(11), p.114803_1 - 114803_6, 2017/11
被引用回数：9 パーセンタイル：56.98(Physics, Multidisciplinary)核診断に使われるTcの親核であるMoの生成量の測定と計算を行った。MoはMo(
,
)Mo反応によって作られ、中性子源はC(
,)反応を用いた。中性子のエネルギー範囲は熱領域から約40MeVまでである。測定されたMoの生成量は、最新のC(,)反応の実験データおよびJENDL評価済み断面積を用いて予測された数値計算結果と一致していることが分かった。次に、経済的に適したMoの生成法を模索するため、Mo生成の条件を変えた新しい系統的な数値計算を実施した。考慮した条件は、MoOサンプルの質量、炭素標的とサンプル間の距離、重陽子ビームの半径、照射時間である。得られたMoの生成量より、一つの加速器でMoの日本の需要量の約30%を担うことができることが分かった。また、1日2回MoからTcを溶出することで、Moの需要量の約50%まで引き上げることが可能であることが分かった。
