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報告書

JMTRタンクヤード・コンクリート壁面の補修工法の妥当性確認試験

菅谷 直人; 岡田 祐次; 西村 嵐; 園部 博; 木村 伸明; 木村 明博; 塙 善雄; 根本 浩喜

JAEA-Testing 2020-004, 67 Pages, 2020/08

JAEA-Testing-2020-004.pdf:8.17MB

材料試験炉(JMTR)では、2014年度に液体廃棄物の廃棄設備であるタンクヤードにおいて、廃液配管及び廃液タンクからの放射性廃液の漏えい事象が発生した。本事象に対応するため、2016$$sim$$2019年度にかけてタンクヤード内の廃液タンク, 廃液配管等の取替え工事を行った。一方、本取替え工事において、廃液配管等の支持構造物である大型サポート(架構造型サポート)の据付け時にタンクヤード躯体コンクリート壁面に複数のひび割れが発生した。このため、ひび割れが発生したコンクリート壁面の補修が必要となった。特に、架構造型サポートを固定する一部の基礎ボルト(あと施工接着系アンカーボルト)周辺部では、隆起を伴うひび割れ(コーン状破壊)が観測された。コンクリート壁のコーン状破壊部における補修工法は規格化されているが、補修後にあと施工接着系アンカーボルトを打設するための妥当性を確認する強度基準は存在しなかった。本報告書は、コンクリート壁面のコーン状破壊部の補修工法として断面修復工法の選定及びあと施工接着系アンカーボルトの強度基準の設定をし、タンクヤードと同類の鉄筋コンクリート造である既設建家を用いて、コーン状破壊部を模擬し、選定した断面修復工法により補修した壁面にあと施工接着系アンカーボルトを打設後、あと施工接着系アンカーボルトの引張試験を行い、設定した強度基準との比較により、補修工法の妥当性評価についてまとめたものである。この試験結果から、本補修工法による、タンクヤード躯体コンクリート壁面におけるコーン状破壊部の補修に資した。

論文

Improvement of plant reliability based on combining of prediction and inspection of crack growth due to intergranular stress corrosion cracking

内田 俊介; 知見 康弘; 笠原 茂樹; 塙 悟史; 岡田 英俊*; 内藤 正則*; 小嶋 正義*; 木倉 宏成*; Lister, D. H.*

Nuclear Engineering and Design, 341, p.112 - 123, 2019/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:53.3(Nuclear Science & Technology)

原子力プラントでは、リスク基準保全(RBM)にサポートされた信頼性基準保全(RCM)に基づくプラント信頼性向上策が採用されつつある。RBMは主要な材料に生じつつある欠陥をその進展過程で予測し、検査、保全を最適に組合せて実施されるものである。プラント全体にわたり、IGSCCを早期検出することにより、水化学制御などの適切な対応策の適用が可能となる。腐食環境とき裂進展の予測を組合せ、IGSCC決定因子である腐食電位、材料のSCC感受性、残留応力の不確実さが余寿命予測に及ぼす影響を定量的に評価した。結論として、(1)予測による重点検査箇所の効率的な選定、(2)検査による予測精度の向上、を結合させることによりプラントの信頼性向上に貢献できることを示した。

報告書

模擬廃棄物ガラス試料(バナジウム含有ホウケイ酸ガラス)のXAFS測定

永井 崇之; 小林 秀和; 捧 賢一; 菖蒲 康夫; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 松浦 治明*; 内山 孝文*; 岡田 往子*; 根津 篤*; et al.

JAEA-Research 2016-015, 52 Pages, 2016/11

JAEA-Research-2016-015.pdf:37.48MB

本研究は、資源エネルギー庁の次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業の実施項目「高レベル廃液ガラス固化の高度化」として、バナジウム(V)含有模擬廃棄物ガラスを対象に、放射光XAFS測定によりガラス原料に内包された廃棄物成分元素の局所構造を評価した。本研究で得られた成果を、以下に列挙する。(1)バナジウム(V)は、組成に関係なく比較的安定な4配位構造と考えられ、ガラス原料フリットではVがガラス相に存在する可能性が高い。(2)亜鉛(Zn), セリウム(Ce), ネオジム(Nd), ジルコニウム(Zr), モリブデン(Mo)はガラス相に存在し、Ce原子価はガラス組成によって3価と4価の割合に差が認められた。(3)ルテニウム(Ru)はガラス相からRuO$$_{2}$$として析出し、ロジウム(Rh)は金属と酸化物が混在し、パラジウム(Pd)は金属として析出する。(4)高温XAFS測定を行ったZrとMoの結果、ガラス溶融状態におけるZr, Moの局所構造の秩序が低下する傾向を確認した。(5)ガラス溶融炉温度1200$$^{circ}$$Cの条件で、模擬廃棄物ガラスの高温XAFS測定を行い、今後、試料セルの形状等の最適化を図ることで、良質な局所構造データ取得が期待できる。

論文

Computations of stress intensity factors for semi-elliptical cracks with high aspect ratios by using the tetrahedral finite element; Fully automated parametric study

岡田 裕*; 神谷 裕仁*; 河合 浩志*; Li, Y.; 小坂部 和也*

Engineering Fracture Mechanics, 158, p.144 - 166, 2016/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:42.84(Mechanics)

本研究では四面体有限要素及び仮想亀裂閉口積分法(VCCM)を用いて、亀裂形状や荷重条件を考慮したメッシュの生成、境界条件の設定や応力拡大係数の計算等の機能を有する自動的解析システムを開発した。また、この解析システムを用いて、平板,厚肉円筒や複雑形状部位に存在する高アスペクト比亀裂の応力拡大係数の解を考察した。その結果、厚肉円筒や複雑形状部位に存在する高アスペクト比亀裂の応力拡大係数は平板中に存在する高アスペクト比亀裂の応力拡大係数を用いて評価できることを確認した。

論文

Development of stress intensity factors for surface cracks with large aspect ratio in plates

Li, Y.; 長谷川 邦夫; 勝又 源七郎; 小坂部 和也*; 岡田 裕*

Journal of Pressure Vessel Technology, 137(5), p.051207_1 - 051207_8, 2015/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.57(Engineering, Mechanical)

近年、原子力発電所で確認されたき裂の多くは、その長さの半分よりも深さが大きい高アスペクト比表面き裂である。供用期間中検査でき裂が確認された場合は、日本機械学会の維持規格等を用いてき裂を有する設備の健全性を評価する必要があるが、現状の維持規格には高アスペクト比き裂に対する応力拡大係数の解が整備されていない。本研究では、き裂を有する構造物の健全性を評価することを目的に、平板中に存在する高アスペクト比表面半楕円き裂の応力拡大係数を有限要素解析により提案した。提案解の一部について比較可能な既存解とよく一致したことから、本提案解の有効性及び実用性を明確にした。

報告書

水環境調整設備の調整運転

馬籠 博克; 岡田 祐次; 冨田 健司; 飯田 一広; 安藤 均; 米川 昭久; 上田 晴康; 塙 博; 菅野 勝; 作田 善幸

JAEA-Technology 2015-025, 100 Pages, 2015/09

JAEA-Technology-2015-025.pdf:78.32MB

日本原子力研究開発機構では、軽水炉利用の高度化及び高経年化に対応するため、軽水炉燃料及び材料の照射試験を実施する準備を進めている。JMTRは第165運転サイクル後の2006年8月に停止し、再稼働に向けて照射施設の整備を進めており、燃料及び材料の中性子照射試験を行うための燃料異常過渡試験装置及び材料照射試験装置を2008年度から2012年度にかけて製作、設置した。材料照射試験装置は、IASCC(照射誘起応力腐食割れ: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)研究に供するものであり、主として3基の水環境調整設備で構成されている。本報告書は、水環境調整設備の性能確認を目的として、2013年度に実施した調整運転についてまとめたものである。

論文

Model magnet development of D1 beam separation dipole for the HL-LHC upgrade

中本 建志*; 菅野 未知央*; Xu, Q.*; 川又 弘史*; 榎本 瞬*; 東 憲男*; 出崎 亮; 飯尾 雅実*; Ikemoto, Yukio*; 岩崎 るり*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4000505_1 - 4000505_5, 2015/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

近年、大強度加速器施設におけるビーム高強度化を実現するため、強い放射線環境下で安定に高磁場を形成可能な超伝導磁石システムが求められている。本研究では、大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider: LHC)の高輝度化アップグレード計画において、数十MGy級の耐放射線性を有するビーム分離用双極超伝導磁石システム(D1システム)を開発することを目指している。このシステムには超伝導材料や電気絶縁材料が用いられるが、電気絶縁材料にはコイル線材間の隙間を埋める成形性と十分な耐放射線性が要求される。我々は高い成形性、放射線照射時の低分解ガス生成能と高強度維持を実現したガラス繊維強化ビスマレイミドトリアジン(BT)樹脂を開発した。従来のガラス繊維強化エポキシ(G10)樹脂の場合、10MGyの$$gamma$$線照射後、4$$times$$10$$^{-5}$$mol/gのガスが発生し、曲げ強度が初期値の60%である280MPaまで低下したのに対し、BTでは100MGyの$$gamma$$線照射後、5$$times$$10$$^{-5}$$mol/gのガス発生量と初期値の90%である640MPaの曲げ強度を示した。今後、NbTi系超伝導線材の開発と磁石デザインを行ない、D1システム用モデル磁石を製作する予定である。

論文

High proton radiation tolerance of InAsSb quantum-well-based micro-Hall sensors

Abderrahmane, A.*; Ko, P. J.*; 岡田 浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 柴崎 一郎*; Sandhu, A.*

IEEE Electron Device Letters, 35(12), p.1305 - 1307, 2014/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

AlInSb/InAsSb/AlInSbヘテロ構造量子井戸マイクロホールセンサーは、高移動度,低有効質量,高電子飽和速度といった優れた特徴をもつことから、宇宙環境への応用が期待されている。しかし、その宇宙放射線に対する耐性については明らかにされていない。そこで、AlInSb/InAsSb/AlInSbヘテロ構造量子井戸マイクロホールセンサーの耐放射線性を明らかにするために、高崎量子応用研究所TIARAのイオン注入器を用いて、380keV陽子線を10$$^{11}sim$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$照射し、センサーの特性変化を調べた。照射により生成する深い準位の欠陥によって移動度は低下し、10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$以上の照射によって磁気感度の低下が生じたが、10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$照射後もマイクロホールセンサーとして機能しうることが分かった。これは低軌道(LEO)で換算すると約1000年に相当する照射量であり、耐放射線性は十分に高いことが示された。

論文

Proton irradiation enhancement of low-field negative magnetoresistance sensitivity of AlGaN/GaN-based magnetic sensor at cryogenic temperature

Abderrahmane, A.*; Ko, P. J.*; 岡田 浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武; Sandhu, A.*

IEEE Electron Device Letters, 35(11), p.1130 - 1132, 2014/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:61.23(Engineering, Electrical & Electronic)

宇宙用磁気センサーへの応用が期待されるAlGaN/GaNマイクロホールセンサーの縦方向と横方向の磁気抵抗に対する陽子線照射効果を明らかにするため、室温にて380keV陽子線を10$$^{14}$$cm$$^{-2}$$の線量照射した。磁気特性変化を調べた結果、照射後も同等の磁気感度を維持し、4Kといった低温における最低検出磁気強度もほぼ同等であった。一方、磁気抵抗感度は160から417V/(A$$cdot$$T)へとむしろ向上することが分かった。この値は、これまで報告されてきたAlGaN/GaN系マイクロホールセンサーの磁気抵抗感度の中で最高値である。このことから、このレベルの線量の陽子線照射により磁気抵抗感度の改善が図れることを明らかにした。

報告書

軽水炉照射環境下におけるIASCC研究のための水環境調整設備の整備,2

馬籠 博克; 岡田 祐次; 塙 博; 作田 善幸; 菅野 勝; 飯田 一広; 安藤 均; 米川 昭久; 上田 晴康; 柴田 光敦

JAEA-Technology 2014-023, 267 Pages, 2014/07

JAEA-Technology-2014-023-01.pdf:103.68MB
JAEA-Technology-2014-023-02.pdf:71.92MB

日本原子力研究開発機構では、軽水炉利用の高度化及び高経年化に対応するため、軽水炉燃料及び材料の照射試験を実施する準備を進めている。JMTRは第165運転サイクル後の2006年8月に停止し、再稼働に向けて照射施設の整備を進めており、燃料・材料の中性子照射試験を行うための燃料異常過渡試験装置及び材料照射試験装置を2008年度から2012年度の間に製作、設置した。本報告書は、先に報告したJAEA-Technology 2013-019「軽水炉照射環境下におけるIASCC研究のための水環境調整設備の整備(1)」(2008年度から2010年度までの整備報告)の続報で、2011年度から2012年度までに実施したIASCC(照射誘起応力腐食割れ: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)研究のための材料照射試験装置の水環境調整設備等の整備についてまとめたものである。

論文

HCM12A Cr-rich oxide layer investigation using 3D atom probe

菊地 賢司*; 岡田 徳行*; 加藤 幹雄*; 内田 博*; 斎藤 滋

Journal of Nuclear Materials, 450(1-3), p.237 - 243, 2014/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:67.77(Materials Science, Multidisciplinary)

加速器駆動未臨界炉(ADS)のビーム入射窓及び構造材料候補材の一つである12Crのフェライト・マルテンサイト鋼(HCM12A)について、3次元アトムプローブ(3DAP)を用いて鉛ビスマス中でHCM12A鋼の表面に形成した酸化物層の構造を調べた。試験材は、三井造船の材料腐食ループにおいて450-500$$^{circ}$$Cの鉛ビスマス中で5,500時間使用された試験片ホルダー部から採取したものである。酸化物層は外側にマグネタイト(Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$)層、内側に鉄-クロムのスピネル層((FeCr)$$_{3}$$O$$_{4}$$)の2重構造で、全体の厚さは約18$$mu$$mであった。3DAP用試料はこれらの層の境界から500-700nm離れたスピネル層から製作した。3DAP分析の結果、クロムと酸素濃度が高く、鉄濃度が低い約10nm程度の領域が観測された。クロム高濃度領域の周囲ではシリコンも高濃度であった。スピネル層中の鉛及びビスマス濃度は検出限界以下であった。

論文

軽水炉実機水環境模擬照射装置の整備

北岸 茂; 遠藤 泰一; 岡田 祐次; 塙 博; 松井 義典

UTNL-R-0486, p.7_1 - 7_10, 2014/03

JMTRでは、現行軽水炉の長寿命化対策、科学技術の向上等のための課題の解決に活用される研究開発基盤の構築のため、最先端研究基盤事業において、軽水炉実機水環境模擬照射装置の整備を行っている。本装置は、温度,圧力,水質を制御し、軽水炉(BWR及びPWR)条件の水環境を模擬しながら、炉内構造材等の中性子照射が行える照射装置である。装置整備にあたっては、設置場所の環境整備を行うとともに、装置の設計、製作及び据付を行っている。本報告では、当該装置の整備状況について報告する。

論文

Effect of annealing on proton irradiated AlGaN/GaN based micro-Hall sensors

Abderrahmane, A.*; 高橋 大樹*; 田代 起也*; Ko, P. J.*; 岡田 浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武; Sandhu, A.*

AIP Conference Proceedings 1585, p.123 - 127, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:41.94

380keV陽子線を1$$times10^{14}$$, 1$$times10^{15}$$, 1$$times10^{16}$$cm$$^{-2}$$照射したAlGaN/GaNマイクロホールセンサーの673Kでの熱処理の影響を調べた。カソードルミネッセンス測定を室温で行い、熱処理前後での変化を調べたところ、GaN層からのバンド間発光の回復が起こっていることが分かった。また、磁気特性や増加した直列抵抗の回復が観察されたが、高照射量である1$$times10^{16}$$cm$$^{-2}$$の試料においては熱処理後もなお高抵抗であり、初期値の72%までの回復であることが判明した。

論文

Partial recovery of the magnetoelectrical properties of AlGaN/GaN-based micro-Hall sensors irradiated with protons

Abderrahmane, A.*; 田代 起也*; 高橋 大樹*; Ko, P. J.*; 岡田 浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武; Sandhu, A.*

Applied Physics Letters, 104(2), p.023508_1 - 023508_4, 2014/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:75.8(Physics, Applied)

380keV陽子線を高線量(1$$times10^{16}$$cm$$^{-2}$$)照射したAlGaN/GaNマイクロホールセンサーの磁電特性の熱処理による回復を調べた。熱処理温度の上昇と共に電子移動度とシート抵抗、磁気感度の回復が観察された。しかし、400$$^{circ}$$Cまでの熱処理では、シート抵抗の回復は72%に留まった。電流・電圧特性とラマン分光測定により、照射欠陥の減少によるトラップ密度の減少と結晶性の改善が起こっていることが明らかとなり、これによってデバイス特性の回復が生じていると結論できた。

報告書

軽水炉照射環境下におけるIASCC研究のための水環境調整設備の整備,1

岡田 祐次; 馬籠 博克; 塙 博; 近江 正男; 菅野 勝; 飯田 一広; 安藤 均; 柴田 光敦; 米川 昭久; 上田 晴康

JAEA-Technology 2013-019, 236 Pages, 2013/10

JAEA-Technology-2013-019.pdf:45.07MB

日本原子力研究開発機構では、軽水炉利用の高度化及び高経年化に対応するため、軽水炉燃料及び材料の照射試験を実施する準備を進めている。JMTRは第165運転サイクル後の2006年8月に停止し、再稼働に向けて照射施設の整備を進めており、燃料・材料の中性子照射試験を行うための燃料異常過渡試験装置及び材料照射試験装置を2008年度から2012年度の間に製作、設置する予定である。本報告書は、2008年度から2010年度までに実施した照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion)研究のための材料照射試験装置の水環境調整設備等の整備についてまとめたものである。

論文

Effect of proton irradiation on AlGaN/GaN micro-Hall sensors

Abderrahmane, A.*; 小出 将太*; 岡田 浩*; 高橋 大樹*; 佐藤 真一郎; 大島 武; Sandhu, A.*

Applied Physics Letters, 102(19), p.193510_1 - 193510_4, 2013/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.67(Physics, Applied)

380keV陽子線照射による窒化アルミニウムガリウム/窒化ガリウム(AlGaN/GaN)マイクロホール効果センサーの磁電特性の変化を調べた。その結果、照射量の増加とともに、電流・電圧特性の劣化、センサーの磁気感度安定性の低下が観察された。加えて、高温領域で電子移動度が劇的に減少し、その結果シート抵抗が急激に増加することも判明した。ラマン分光法による分析から、これらがGaN結晶性の低下に起因するものであることが分かったが、結晶歪みは観測されなかった。

論文

Effect of Proton Irradiation on 2DEG in AlGaN/GaN Heterostructures

Abderrahmane, A.*; 小出 将太*; 田原 知行*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 岡田 浩*; Sandhu, A.*

Journal of Physics; Conference Series, 433, p.012011_1 - 012011_8, 2013/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:18.37

AlGaN/GaNマイクロホールセンサーの磁電特性に対する陽子線照射の影響を5.4Kから室温の範囲で調べた。380keV陽子線を1$$times$$10$$^{14}$$cm$$^{-2}$$照射したところ、シート抵抗はほぼ変化せず、センサーの絶対感度は照射に対して安定であることがわかった。しかし、二次元電子ガス層の界面での散乱に起因するとみられる電子移動度の減少が観察され、それは特に低温領域において顕著であった。磁電特性の変化を調べたところ、Shubnikov de Haas振動の減衰及びランダウプラトーの消失があらわれたが、これらは電子移動度が減少したことによるものと考えられる。

論文

軽水炉安全研究のための水環境調整設備の整備

岡田 祐次; 馬籠 博克; 飯田 一広; 塙 博; 近江 正男

UTNL-R-0483, p.10_4_1 - 10_4_10, 2013/03

原子力機構において、軽水炉(BWR)の長期利用にかかわる原子炉圧力容器の照射脆化及び炉心構成機器の応力腐食割れに関して、BWRの温度,圧力,水質等の影響を確認する目的で、JMTR(Japan Materials Testing Reactor:材料試験炉)にBWR照射環境下における照射誘起応力腐食割れ(IASCC)評価を行う水環境調整設備の整備を実施した。本報告では、JMTR再稼働後に飽和温度キャプセルを利用した照射試験のために使用する水環境調整設備の整備の概要について報告する。

論文

Robust Hall effect magnetic field sensors for operation at high temperatures and in harsh radiation environments

Abderrahmane, A.*; 小出 将太*; 佐藤 真一郎; 大島 武; Sandhu, A.*; 岡田 浩*

IEEE Transactions on Magnetics, 48(11), p.4421 - 4423, 2012/11

 被引用回数:14 パーセンタイル:34.75(Engineering, Electrical & Electronic)

近年、高温高放射線場で動作する磁場モニター用ホール効果センサーの開発が求められており、AlGaN/GaNヘテロ構造を利用した高感度ホール効果センサーに期待が寄せられている。今回、400$$^circ$$Cでも安定動作するAlGaN/GaN 2次元電子ガス磁気センサーを開発し、その耐放射線性について検討した。耐放射線性評価には、高崎量子応用研究所TIARAイオン注入装置の380keV陽子線を使用した。380keV陽子線を1$$times$$10$$^{14}$$/cm$$^2$$照射すると、比較用試料であるAlGaAs/GaAs, AlInSb/InAsSb/AlInSb磁気センサーは大きな劣化を示したが、AlGaN/GaN磁気センサーは照射前とほぼ同様の特性を維持していた。このことから、本研究で作製したAlGaN/GaN磁気センサー試料は高い耐放射線性を持つことが明らかとなった。

論文

Effects of proton irradiation on the magnetoelectric properties of 2DEG AlGaN/GaN micro-hall sensors

岡田 浩*; Abderrahmane, A.*; 小出 将太*; 高橋 大樹*; 佐藤 真一郎; 大島 武; Sandhu, A.*

Journal of Physics; Conference Series, 352, p.012010_1 - 012010_5, 2012/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:11.3

The effects of 380 keV proton irradiation on AlGaN/GaN micro-Hall sensors were investigated by magnetoresistance measurements. The sheet resistance increased after irradiation at a proton dose of 1$$times$$10$$^{13}$$ cm$$^{-2}$$ due to the decrease of carrier mobility rather than the decrease of sheet carrier density. Our experiments showed that AlGaN/GaN two-dimensional electron gas (2DEG) structures were promising candidates for Hall sensors operable in harsh radiation environments.

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