プルトニウム燃料第二開発室の廃止措置状況; GB No.W-9、F-1及び内装設備の解体

永井 佑哉; 周治 愛之; 川崎 猛; 會田 貴洋; 木村 泰久; 根本 靖範*; 小沼 武司*; 冨山 昇*; 平野 耕司*; 薄井 康弘*; et al.

JAEA-Technology 2022-039, 117 Pages, 2023/06

JAEA-Technology-2022-039.pdf:11.96MB

日本原子力研究開発機構は多くの原子力施設を保有しているが、その多くで老朽化・高経年化への対応、東日本大震災及び福島第一原子力発電所の事故を受けた耐震化や新規制基準への対応が求められ、多額の予算を要する状況である。このため、役割を終えた原子力施設についても根本的なリスク低減及び維持管理費用の削減のために施設の廃止措置を進めることが望ましいが、廃止措置及び発生する放射性廃棄物の処理処分に必要な施設の整備・維持管理にも多額の費用が必要となる。この状況を踏まえ、原子力機構では(1)継続利用する施設を絞り込む「施設の集約化・重点化」、(2)新規制基準・耐震化対応、高経年化対策、リスク低減対策等の「施設の安全確保」及び(3)廃止措置、廃棄物の処理処分といった「バックエンド対策」を3つの柱とした「施設中長期計画」を策定した。本計画において、プルトニウム燃料第二開発室は廃止施設として位置付けられており、施設内に設置された設備の解体撤去を進めている。今回の解体撤去対象は、焙焼還元炉、ペレット粉砕設備、これらを包蔵するグローブボックスNo.W-9及びW-9と隣々接の工程室内に設置されているグローブボックスNo.D-1とを連結するトンネル形状のグローブボックスNo.F-1の一部であり、許認可等による約4年の作業中断期間を含めて平成26年2月から令和2年2月の約6年間をかけて作業を実施した。本報告書では、本解体撤去における作業実績、解体撤去を通して得られた知見をまとめたものである

Self-learning Monte Carlo for non-Abelian gauge theory with dynamical fermions

永井 佑紀; 田中 章詞*; 富谷 昭夫*

Physical Review D, 107(5), p.054501_1 - 054501_16, 2023/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.107.054501

近年我々が開発している自己学習モンテカルロ法は、モンテカルロ法を機械学習によって加速する方法であり、あらゆるマルコフ連鎖モンテカルロ法を加速する可能性を秘める応用範囲の広い手法である。本論文では、数値シミュレーションが極めて難しく計算コストの高い格子量子色力学のモンテカルロシミュレーションに対して、自己学習モンテカルロ法を適用できたことを報告したものである。このシミュレーションではゲージ場を扱うため、通常のモンテカルロシミュレーションよりも複雑である。特に、ゲージ場とフェルミオン場が含まれる際には計算コストが跳ね上がる特徴をもつ。このような数値的にチャレンジングである系に対して、自己学習モンテカルロ法による有効模型構築を実施することに成功した。その結果、自己学習モンテカルロ法の応用範囲が極めて広いことを示すとともに、格子量子色力学モンテカルロシミュレーションを高速化できることを示した。

sparse-ir; Optimal compression and sparse sampling of many-body propagators

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

https://doi.org/10.1016/j.softx.2022.101266

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。

軟X線領域のXAFS測定によるホウケイ酸ガラスの構造評価,2(共同研究)

永井 崇之; 岡本 芳浩; 山岸 弘奈*; 小島 一男*; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*; 畠山 清司*

JAEA-Research 2022-008, 37 Pages, 2022/10

JAEA-Research-2022-008.pdf:5.27MB

ホウケイ酸ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その化学組成によって変化する。本研究は、原料ガラスや模擬廃棄物ガラスを対象に軟X線領域のXAFS測定を実施し、原料ガラス成分のホウ素(B)やケイ素(Si)、廃棄物成分の鉄(Fe)やセシウム(Cs)の化学的状態等を評価した。模擬廃棄物ガラスの化学的安定性を把握するため、浸出試験に供した模擬廃棄物ガラス表面を対象に、FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端XANESスペクトルを測定した。その結果、浸出時間の経過とともにガラス試料重量の減少や浸出液中の溶出元素濃度の増加が確認された状況と同様、CsのM、M吸収端XANESスペクトルが消失し、FeのL、L吸収端スペクトル形状が変化することを確認した。また、浸出試験後の模擬廃棄物ガラスは、ラマン分光測定でも観察されたように表面に化合物層を形成するため、明瞭なBのK吸収端XANESスペクトルは得られないことが分かった。NaO濃度によるSi局所構造への影響を確認するため、NaO濃度が異なる原料ガラスを対象に、全電子収量法(PEY)でSiのK吸収端XANESスペクトルを測定した。その結果、NaO濃度が高くなるとSiのK吸収端ピークエネルギーは低下し、7wt%NaO前後でピーク強度が高くなることを確認した。

Fast phase differentiation between liquid-water and ice by pulsed neutron imaging with gated image intensifier

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

https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167260

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.

Zeeman effects on Yu-Shiba-Rusinov states

町田 理*; 永井 佑紀; 花栗 哲郎*

Physical Review Research (Internet), 4(3), p.033182_1 - 033182_12, 2022/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.033182

重元素化合物や高温超伝導体をはじめとする物性科学における重要な系では、電子の相関効果が非常に重要である。本論文では、超高分解能の走査型トンネル顕微鏡によって、meVスケールの低エネルギー励起状態の磁場依存性を測定することに成功したことを報告する。その測定の結果、系の基底状態のスピン状態の変化を実験によって観測することができた。また、本研究によって、電子のスピンに関する情報を高精度に測定できる手法が確立された。

1週間で学べる! Julia数値計算プログラミング

永井 佑紀

1週間で学べる! Julia数値計算プログラミング, 244 Pages, 2022/06

本書は、Juliaという習得しやすい高速なプログラミング言語を利用することによって、「誰もが気軽に簡単に数値計算を行う事ができる」ことを目指して書かれた。どのくらい簡単かを示すため、本書は「1週間で学べる!」と銘をうち、7日間で自分が行いたい数値計算をJulia言語で実行できるようになることを目的としている。Juliaは科学技術計算を行うために作られた非常に新しい言語である(2018年にバージョン1がリリース)。Pythonのように書きやすく習得しやすく、Matlabのように簡単な数学のような記述で線形代数が扱え、FortranやCのような計算速度が速い言語である。関数電卓のような簡便さで数式をコードに変えることができるため、プログラミング特有の些事に悩まされることなく目の前の物理の問題に注力することが可能である。講義で習った量子力学や統計力学、固体物理学等を手ではなく計算機で解いてみたい学部生や大学院生、実験データを再現するスペクトル等を理論的に求めたい実験家、ハミルトニアンを解析したい理論家等、物理に関わるあらゆる方がJulia言語による数値計算の恩恵を受ける事ができる。

Nanoscopic structure of borosilicate glass with additives for nuclear waste vitrification

元川 竜平; 金子 耕士; 大場 洋次郎; 永井 崇之; 岡本 芳浩; 小林 大志*; 熊田 高之; Heller, W. T.*

Journal of Non-Crystalline Solids, 578, p.121352_1 - 121352_7, 2022/02

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121352

We investigated the nanoscopic structure of borosilicate glasses as a host for high-level radioactive liquid waste (HLLW) in the presence of the additives NaO and CaO/ZnO with and without LiO. These additives have been practically used to lower the glass melting point, suppress the macroscopic phase separation, and increase the chemical durability of glasses. Small-angle neutron scattering was used to elucidate the effect of the additives on the nanoscopic structure along with macro- and atomic-scale observations obtained using neutron imaging and X-ray diffraction, respectively. The borosilicate glass formed a microphase-separated structure of SiO- and BO-rich domains approximately 100 nm in size in the absence of NaO, even in a structure homogeneous on a millimeter scale, and the domain spacing decreased with increasing NaO content rate. The CaO/ZnO additives induced inhomogeneities, such as void structures several nanometers in size, although the inhomogeneity was suppressed by the coaddition of LiO. These results provide insights into the performance of host glasses for HLLW vitrification; incorporating HLLW into glasses is likely to cause changes in the nanoscopic structure of host glasses similar to those revealed here.

Crystal structure of ULnO (Ln = Gd, Er) solid solution

Pham, V. M.*; 有馬 立身*; 稲垣 八穂広*; 出光 一哉*; 秋山 大輔*; 永井 崇之; 岡本 芳浩

Journal of Nuclear Materials, 556, p.153189_1 - 153189_9, 2021/12

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153189

純Ar及びAr-10%H雰囲気1973Kで8時間焼結させた(1-x)UO-xLnO (Ln=Gd or Er; x= 0 to 0.4)試料の結晶構造変化を評価した。UOに対してLnOを添加した場合の構造への影響を、X線回折(XRD)及びX線吸収微細構造(XAFS)法によって調べた。UOにLnOを添加していくと、40mol%LnO組成まで、UO-LnO固溶体の格子定数が減少していった。これらの試料の格子定数の値は、化学量論比(U,Ln)Oの固溶体とほぼ同じであったことから、試料中のO/M比は2.00に近い状態にあるとみられる。U原子L吸収端のXANES解析は、試料中のUの酸化数に関して、4価に加えて、より高い5価あるいは6価の生成を示した。また、EXAFS解析から、U-OとGd-Oの原子間距離はxの増加とともに減少したが、Er-Oの原子間距離は単調に減少しないことがわかった。

Noninvasive imaging of hollow structures and gas movement revealed the gas partial-pressure-gradient-driven long-distance gas movement in the aerenchyma along the leaf blade to submerged organs in rice

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

https://doi.org/10.1111/nph.17726

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。