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報告書

レーザークリーニングによる鋼材表面塗装膜の分離・除去

山根 いくみ; 高橋 信雄; 澤山 兼吾; 西脇 大貴; 松本 孝志; 小川 潤平; 野村 光生; 有馬 立身*

JAEA-Technology 2021-038, 18 Pages, 2022/02

JAEA-Technology-2021-038.pdf:1.61MB

人形峠環境技術センターの設備解体撤去による解体物の発生予想量は全体で約13万トンである。そのうち放射性廃棄物でない廃棄物(以下NR: Nonradioactive wasteという)となる非放射性廃棄物は約80%である。しかしながら、このNR対象となる鋼材の一部には汚染された可能性を否定できないものがあり、これらについては汚染が疑われる部分の表面塗装膜を分離・除去させた後、搬出のためのサーベイを実施してからNRとしている。現在の分離・除去方法ではグラインダー等の回転研磨工具による手作業を採用しているが、この方法は粉塵の飛散と吸入防止のためのグリーンハウスの設置や作業員のタイベックスーツと全面マスクの着用を必要とする。このため、分離・除去方法のさらなる改良による作業の短時間化(低コスト化)、作業員への負荷低減、そして、過剰な研磨による二次廃棄物発生の抑制が望まれている。そこで本研究では、工事現場等で塗装膜分離・除去に使用されるレーザークリーニング技術に着目した。NR対象物の塗装膜分離・除去技術の向上を目的とし、レーザークリーニング装置を用いたNR鋼材表面塗装膜の分離・除去性能評価、高速度カメラによる塗装膜飛散挙動の観測と塗装膜回収方法の検討、鋼材表面の粉体に対するレーザー分離・除去性能評価、鋼材表面上のウラン化合物の熱力学的評価を行った。またこれらに基づいて、今後のレーザークリーニング技術の導入による実作業への適合性についても検討して今後の展開について整理した。

論文

Reply to "Comment on '$$^{138}$$La-$$^{138}$$Ce-$$^{136}$$Ce nuclear cosmochronometer of supernova neutrino process'"

早川 岳人; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 小川 建吾*; 中田 仁*

Physical Review C, 79(5), p.059802_1 - 059802_2, 2009/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:1.45(Physics, Nuclear)

われわれは超新星ニュートリノ過程が発生してからの時間を計測する$$^{138}$$La(T$$_{1/2}$$=102 Gyr)-$$^{138}$$Ce-$$^{136}$$Ce核宇宙時計を提案している。仮に$$^{138}$$Laの72keV以下に1$$^+$$状態が存在している場合、1$$^+$$状態はベータ崩壊するアイソマーになる可能性がある。その場合、ニュートリノ過程で生成された$$^{138}$$Laは再び破壊されてしまうため問題である。最近、Byelikov等は$$^{138}$$Laのガモフ=テラー遷移強度を計測し、$$^{138}$$Laの低エネルギー状態には、まず1$$^+$$状態がないということを示した。われわれの計算結果はこの実験結果と一致しており、$$^{138}$$Laには問題のアイソマーは存在しないというのが結論である。

論文

$$^{138}$$La-$$^{138}$$Ce-$$^{136}$$Ce nuclear cosmochronometer of supernova neutrino process

早川 岳人; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 小川 建吾*; 中田 仁*

Physical Review C, 77(6), p.065802_1 - 065802_5, 2008/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:64.55(Physics, Nuclear)

長寿命の放射性同位体は恒星や銀河系の年齢を計測する原子核宇宙時計として用いられている。10億年から1000億年の半減期を有する原子核宇宙時計として、$$^{40}$$K, $$^{87}$$Re, $$^{176}$$Lu, $$^{187}$$Re, $$^{232}$$Th, $$^{238}$$Uの6種類が知られていた。これらは、中性子の捕獲反応過程で生成されており、恒星の中で中性子捕獲反応が発生してから現在までの年齢を計測することに用いられる。しかし、超新星爆発のニュートリノ元素合成過程の原子核宇宙時計はこれまで提案されていなかった。われわれは、約1050年の半減期を有する$$^{138}$$Laを用いた超新星爆発のための原子核宇宙時計を提案する。この時計は、太陽系生成以前の元素合成を記録している前太陽系グレインに適用可能である。われわれは、要求される実験誤差と理論的な誤差を評価し、最近の前太陽系グレインの研究によってこの原子核宇宙時計が有効であることを示した。

論文

A New isomer in $$^{136}$$Ba populated by deep inelastic collisions

静間 俊行; Gan, Z. G.*; 小川 建吾*; 中田 仁*; 大島 真澄; 藤 暢輔; 早川 岳人; 初川 雄一; 菅原 昌彦*; 宇都野 穣; et al.

European Physical Journal A, 20(2), p.207 - 210, 2004/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:71.74(Physics, Nuclear)

深部非弾性散乱反応により$$^{136}$$Baの核異性体の同定に成功した。$$gamma$$線の同時計測データーの解析から、核異性体の励起エネルギーを3357keV、スピン及びパリティを10$$^+$$と決定した。また、$$gamma$$線の時間相関の分析から、核異性体の半減期として、94$$pm$$10nsを得た。さらに、殻模型計算から、核異性体に対して、2つの中性子が$$h_{11}$$軌道をとる配位であることを明らかにした。

論文

Measurement of $$B(M1)$$ for the $$pi p_{3/2} nu p_{1/2}^{-1}$$ doublet in $$^{68}$$Cu

Hou, L.; 石井 哲朗; 浅井 雅人; 堀 順一; 小川 建吾*; 中田 仁*

Physical Review C, 68(5), p.054306_1 - 054306_6, 2003/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:34.19(Physics, Nuclear)

FNS施設の14MeV中性子を用いて($$n$$,$$p$$) 反応により$$^{68}$$Cu$$^{m}$$を生成し、その$$gamma$$崩壊を2台のBaF$$_{2}$$ 検出器を用いて同時測定することにより、$$^{68}$$Cuの励起準位の寿命を測定した。第一励起準位(84keV, 2$$^{+}$$)の半減期7.84(8)nsが得られた。この寿命は、$$B(M1; 2^{+}rightarrow1^{+} )=0.00777(8) mu_{N}^{2}$$に相当する。隣接核のg因子の実験値を用いることにより、この$$B(M1)$$値は最小限のモデル空間$$pi p_{3/2}nu p_{1/2}^{-1}$$の殻模型計算により予測可能である。また、$$f_{7/2}^{-r}(p_{3/2} f_{5/2}p_{1/2})^{n+r} (r=0,1)$$モデル空間での殻模型計算により、$$B(M1)$$ 値が小さくなることが説明できた。

論文

High performance tokamak experiments with a ferritic steel wall on JFT-2M

都筑 和泰; 木村 晴行; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 神谷 健作; 篠原 孝司; 小川 宏明; 星野 克道; Bakhtiari, M.; 河西 敏; et al.

Nuclear Fusion, 43(10), p.1288 - 1293, 2003/10

 被引用回数:39 パーセンタイル:75.57(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは、原型炉のブランケット構造材料の候補である低放射化フェライト鋼とプラズマとの適合性を調べる実験を進めてきている。昨年度にはフェライト鋼内壁を真空容器内に全面的に設置する作業を行い、今年度より実験を開始している。プラズマ生成,制御は問題なく行われ、金属不純物の放出も検出限界以下であった。改善閉じ込め(Hモード)も実現され、そのしきいパワーもこれまでと同等であった。プラズマ安定性に関してもこれまでの所悪影響は観測されておらず、規格化$$beta$$が3を超える放電との共存性も示された。高速イオンのリップル損失に関しても顕著な低減が実証された。以上のように、フェライト鋼の悪影響は小さく、有望な結果を得ている。JFT-2Mでは、その他にも先進的、基礎的な研究を行っている。先進的粒子供給手法であるコンパクトトロイド(CT)入射実験においては、再現性よくプラズマ中へ入射が行われ、CT入射に伴う密度の急上昇が初めて明確に観測された。

論文

Impurity desorption behavior from low activation ferritic steel installed in the JFT-2M tokamak

都筑 和泰; 佐藤 正泰; 川島 寿人; 小川 宏明; 木村 晴行; 岡野 文範; 鈴木 貞明; 小又 将夫; 沢畠 正之; 篠原 孝司; et al.

Journal of Nuclear Materials, 313-316, p.177 - 181, 2003/03

 被引用回数:9 パーセンタイル:54.62(Materials Science, Multidisciplinary)

低放射化フェライト鋼は核融合原型炉の候補材料であるが、ステンレス鋼と比較して錆びやすく酸素の吸蔵量も大きい。そのため、実際に装置に導入する場合、設置作業中の錆びの発生やそれに伴う真空特性の劣化が懸念される。また、プラズマ実験中は、物理及び化学スパッタリングによる不純物放出も懸念される。JFT-2Mにおいては、先進材料プラズマ試験の第二段階においてフェライト鋼を真空容器内に部分的に設置し、真空特性,及びプラズマ実験中の不純物放出が問題にならないレベルであることを実証してきた。第三段階ではフェライト鋼を全面的に設置したが、表面積が大きく設置作業期間も長いので、より大きな影響がでる可能性がある。実験に先立ち予備排気試験を行い、2か月程度大気にさらしたフェライト鋼が問題なく排気できることを確認した。講演では第三段階の初期結果も示し、不純物放出の観点からの低放射化フェライト鋼のプラズマへの適用性を議論する。

論文

Recent activities on the compatibility of the ferritic steel wall with the plasma in the JFT-2M tokamak

都筑 和泰; 佐藤 正泰; 川島 寿人; 伊世井 宣明; 木村 晴行; 小川 宏明; 宮地 謙吾; 山本 正弘; 柴田 孝俊

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1386 - 1390, 2002/12

 被引用回数:14 パーセンタイル:66.86(Materials Science, Multidisciplinary)

低放射化フェライト鋼は原型炉の構造材の候補材料であるが、強磁性体であるため、閉じ込め,安定性の劣化が懸念されている。そのため、プラズマへの適用性を実証していくことが不可欠であり、JFT-2Mにおいては三段階で試験を進めることになっている。これまでに第二段階であるフェライト鋼板の真空容器内部分的設置による適合性予備試験を終了したが、プラズマに対する悪影響は観測されておらず、トロイダル磁場リップルの低減が可能であるなど、むしろプラズマの改善に役立つことが実証されている。第三段階では、リップルの理想的な低減と、プラズマ安定性への影響のさらなる理解を目標にフェライト鋼板を真空容器内に全面的に設置することになっており、現在設置工事を行っている。また、リップルの実測、及び誤差磁場の計測のため高精度の磁場計測器を開発し、設置前の磁場測定まで終了した。リップル率,誤差磁場成分とも十分な精度で参照データを取得できた。

論文

Research activities on Tokamaks in Japan; JT-60U, JFT-2M and TRIAM-1M

二宮 博正; 狐崎 晶雄; 清水 正亜; 栗山 正明; JT-60チーム; 木村 晴行; 川島 寿人; 都筑 和泰; 佐藤 正泰; 伊世井 宣明; et al.

Fusion Science and Technology, 42(1), p.7 - 31, 2002/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:27.27(Nuclear Science & Technology)

先進定常トカマク運転に必要な高い総合性能を維持する科学的基盤を確立するため、JT-60Uは改善閉じ込めモードの運転制御シナリオの最適化を進め、各種のプラズマ性能を向上してきた。この結果、定常トカマク炉に向けた顕著な成果を得た。これらの成果の詳細を報告する。JFT-2Mでは、高性能プラズマの開発と核融合炉で採用が予定されている構造材料開発のための先進的研究と基礎的な研究を進めている。真空容器外側に設置したフェライト鋼により、トロイダル磁場リップルが減少することが示された。真空容器内の20%の領域にフェライト鋼を設置しても、プラズマ性能への影響は見られなかった。TRIAM-1Mの結果についても報告する。

論文

JFT-2Mにおける低放射化フェライト鋼のプラズマ適合性試験; 真空容器内への部分的設置

都筑 和泰; 伊世井 宣明; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 木村 晴行; 小川 宏明; 三浦 幸俊; 小川 俊英; 柴田 孝俊; 秋山 隆*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 78(5), p.455 - 461, 2002/05

JFT-2Mにおいては、核融合原型炉の構造材の有力候補である低放射化フェライト鋼(F82H)のプラズマへの適用性を調べる実験を段階的に進めている。本実験では、最終段階の真空容器内壁の全面フェライト鋼化の前段階として、フェライト鋼板を真空容器内に部分的に設置し、不純物放出、及び磁気的影響の予備的評価を行った。また表面特性改善のため、その場ボロン化設備を新設した。真空排気,プラズマ生成は、設置前と同様の手法で行い、不純物放出,プラズマ制御への影響が小さいことを確認した。またプラズマ安定性を調べる実験を行い、磁気的特性がロックトモードに悪影響を与えないことを示した。一連のデータ取得後ボロンコーティングを行い、その有効性を確認したボロン化後、$$beta_{n}$$=2.7の高規格化$$beta$$プラズマの生成を行うことができ、プラズマ高性能化にとっても有望な結果を得た。

論文

Progress of advanced material tokamak experiment (AMTEX) program on JFT-2M

木村 晴行; 佐藤 正泰; 川島 寿人; 伊世井 宣明; 都筑 和泰; 小川 宏明; 小川 俊英; 三浦 幸俊; 山本 正弘; 柴田 孝俊; et al.

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.837 - 841, 2001/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:70.37(Nuclear Science & Technology)

低放射化フェライト鋼(F82H)のプラズマへの適用性試験(先進材料プラズマ試験)がJFT-2Mで進展している。真空容器とトロイダル磁場コイルの間にフェライト鋼板を挿入することによりトロイダル磁場リップル低減を実証した(第1段階)。第2段階ではフェライト鋼板を真空容器の内部に部分的に設置してプラズマへの適合性を予備的に調べており、これまでのところフェライト鋼の強磁性や真空特性がプラズマに及ぼす悪影響は観測されていない。フェライト鋼板のプラズマ-壁相互作用の改善のためボロンコーティングを実施した。プラズマ密度の上限はフェライト鋼板設置後、ボロンコーティングを行うことにより1.6倍以上に増加した。真空容器内壁を全面的にフェライト鋼化してプラズマとの適合性を本格的に調べる試験(第3段階)のための設計と準備が進行中である。

口頭

Cosmic clock and thermometer for neutrino process

早川 岳人; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 小川 建吾*; 中田 仁*

no journal, , 

太陽系に存在する重元素の約99%は、中性子の捕獲反応で生成されたと考えられている。しかし、陽子過剰領域側には中性子の捕獲反応では生成できない希少な同位体比を持つ35核種の安定同位体が存在する。これらの同位体はp核と呼ばれている。35核種のうち27核種が超新星爆発の光核反応で生成された証拠は発見されている。しかし、残り8核種が生成された起源は不明である。残り8核種のうち、2核種は大質量星の重力崩壊による超新星爆発時に発生するニュートリノの入射反応で生成されたとする仮説が提唱されている。その検証には、始原的隕石の分析や、天体観測によって、これらの原子核が生成された天体環境を知ることが重要である。そこで、これらの核種が生成された年代を評価できる原子核宇宙時計を提唱する。また、原子核宇宙時計として機能しない場合には、原子核宇宙温度計として有効である可能性があること示す。

口頭

超新星爆発におけるニュートリノ過程の原子核宇宙時計の提唱

早川 岳人; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 小川 建吾*; 中田 仁*

no journal, , 

太陽系に存在する約290核種の安定同位体のうち、最も起源が謎なのは35核種のp核と呼ばれる同位体である。このうち、27核種が超新星爆発の光核反応で生成された証拠をわれわれが太陽組成に発見している。そのため、残り8核種の起源が残された謎である。これら8核種のうち、La-138, Ta-180の起源として、超新星爆発におけるニュートリノ入射反応(ニュートリノ過程),高エネルギー宇宙線による破砕反応,遅い中性子捕獲反応の弱い分岐(Ta-180のみ)が提唱されている。この中で、ニュートリノ過程による生成仮説が現在最も有力である。しかし、太陽組成,天体観測データ,始原的隕石等の証拠がない。La-138の基底状態は101Gyrの半減期でベータ崩壊する。La-138と娘核であるCe-138の量から、La-138が生成された年代を知ることができる。しかし、ここで問題になるのは娘核であるCe-138の初期量の評価である。Ce-138の初期量を評価する手法が必要である。そこで、われわれはCe-138はp核であり、p核に関するScaling則を適用する手法でLa-138をニュートリノ過程の原子核宇宙時計として提案する。

口頭

Cosmic clock for neutrino-induced reaction nucleosynthesis

早川 岳人; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 小川 建吾*; 中田 仁*

no journal, , 

原子核宇宙時計とは長寿命の放射性同位体を用いて年代を計測する手段である。1億年から100億年の半減期を持つ放射性同位体が限られており、これまでこの半減期を持つ6個の原子核宇宙時計が提案された。それらは遅い中性子捕獲反応過程及び、急速な中性子捕獲反応過程のための原子核宇宙時計である。一方、ニュートリノ風を伴った超新星爆発では、多量のニュートリノが爆発機構だけでなく元素生成にも寄与している。このニュートリノ入射反応による元素合成過程(ニュートリノ過程)は、外層の炭素層,ヘリウム層でおもに発生すると考えられている。このニュートリノ過程のための原子核宇宙時計は提案されていなかった。そこで、ニュートリノで生成されるLa-138を用いた原子核宇宙時計を提案する。さらに、La-138が原子核宇宙時計の機能に対する影響を議論する。

口頭

超新星爆発のニュートリノ過程による重元素の生成及び原子宇宙時計

早川 岳人; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 小川 建吾*; 中田 仁*

no journal, , 

重元素合成過程の一つに超新星爆発におけるニュートリノ反応が挙げられる。超新星爆発の中心部で発生した多量のニュートリノは、外層で荷電反応及び中性荷電反応で軽元素だけでなく重元素を生成すると考えられている。生成される重元素はLa-138とTa-180が有力候補である。La-138の中性子数はN=81であり、N=82の魔法数に近い。そのため、原子核は球形に近く殻模型の描象で理解できる。このLa-138は天然に存在しているが、基底状態は1.05$${times}$$10$$^{11}$$年の半減期でベータ崩壊する準安定状態である。そのため、太陽系生成以前に発生したニュートリノ反応による元素の生成の年代を測定できる。そのための手法を提案する。同時に、殻模型の計算を行い核構造が元素の生成と原子核宇宙時計に与える影響を議論する。

口頭

Nuclear cosmic clock of neutrino induced-reaction process

早川 岳人; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 小川 建吾*; 中田 仁*

no journal, , 

重力崩壊型の超新星爆発において、コアの重力崩壊によるエネルギーはニュートリノによって運搬されると考えられている。O/NeレイヤーやCレイヤーの外層に到着したニュートリノはエネルギーを運搬するだけでなく、既に存在していた重元素と核反応を起こし新たに重元素を生成する。このニュートリノ生成過程では、長い半減期を有するLa-138を生成する。このLa-138の生成量とベータ崩壊によって生成される娘核の量から、La-138が生成された年代、すなわちニュートリノに起因する超新星爆発の発生した年代を評価可能である。その手法と原子核構造の与える影響について述べる。

口頭

次世代ナトリウム冷却高速炉における原子炉構造の検討; 照射変形を考慮した炉心構成要素の挿入・引抜き性

松原 慎一郎*; 今岡 健悟*; 碇本 岩男*; 小川 伸太*; 衛藤 将生*; 川崎 信史

no journal, , 

高速増殖炉の炉心槽内に設置された炉心構成要素には、定格出力時の照射変形(スエリング, 照射クリープ)等により、燃料交換時においても残留変形が生じている。その変形による摩擦力を考慮した炉心構成要素の挿入・引抜き性について検討した結果の概要を紹介する。

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