軟X線領域のXAFS測定による模擬廃棄物ガラスの構造評価(共同研究)

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

JAEA-Research 2020-009, 48 Pages, 2020/09

JAEA-Research-2020-009.pdf:4.67MB

廃棄物ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その廃棄物ガラスの化学組成によって変化する。本研究では原料ガラスや模擬廃棄物ガラス試料を作製し、軟X線領域のXAFS測定によりホウ素(B),酸素(O)及び廃棄物成分のセリウム(Ce)やセシウム(Cs)等の化学的状態及び局所構造を評価した。化学組成や原料ガラス形態等が異なるガラス試料を対象に、BのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、NaO濃度が高くなるとB-Oの4配位sp構造(BO)の存在比が高まる傾向を確認した。また、OのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、OのK吸収端スペクトルで観察されるプリエッジの高さは、試料中のFe濃度に依存することを確認した。長期化学的耐久性を評価した浸出試験前後のガラス試料表面を対象に、BのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、浸出試験後に試料表面のB-Oの4配位sp構造(BO)の存在比が高まる傾向を確認した。また、CeやCsのM吸収端等のXANESスペクトルを測定した結果、表層に存在するCeは浸出試験により酸化され、表層のCsの多くが浸出試験後に失われていることを確認した。また、XAFS測定に供したガラス試料の状態をラマン分光測定で確認した結果、原料ガラス形態や作製方法によって同様な化学組成であってもラマンスペクトルが異なることを確認した。

Room-temperature adsorption behavior of cesium onto calcium silicate insulation

Rizaal, M.; 斉藤 拓巳*; 岡本 孝司*; Erkan, N.*; 中島 邦久; 逢坂 正彦

Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00563_1 - 19-00563_10, 2020/06

https://doi.org/10.1299/mej.19-00563

福島第一原子力発電所2号機において、一次冷却系の断熱材に使用されているケイ酸カルシウムへのセシウム(Cs)の吸着がペデスタル領域の高線量に影響している可能性が指摘されている。本研究では、高温でのCs吸着挙動評価の前段階として、室温でCsをケイ酸カルシウムに吸着させる試験を行った。吸着速度の解析の結果、基本的な吸着機構は化学吸着であることが示唆された。また、等温における吸着量のCs濃度依存性の評価により、単分子層の形成の後に多分子層が形成することが示唆された。

Experimental determination of the emissivity of nuclear graphite at high temperature conditions

Chai, P.; Wu, Y.*; 岡本 孝司

Mechanical Engineering Journal (Internet), 6, p.20-00204_1 - 20-00204-7, 2020/00

https://doi.org/10.1299/mel.20-00204

高温ガス炉(HTGR)には高温環境で、伝熱の主要な形態が輻射である。したがって、炉心材料(主に原子炉用黒鉛)の放射率は、原子炉の安全性評価にとって重要だ。この論文では、赤外線温度計を使用し、原子炉用黒鉛IG-110の放射率を測定した。さらに、想定される空気侵入事故でグラファイトの酸化の影響も評価された。その結果、IG-110グラファイトの放射率は、温度が上昇するにつれてわずかに低下することがわかった。さらに、予備酸化された試料で比較的高い放射率が検出された。測定データに基づいて、2つの実験式を提案された。また、一般的に使用されている放射率は、工学的判断では保守的であると結論付けることもできる。

福島第一廃炉の基盤研究拠点(CLADS)

岡本 孝司

保全学, 17(4), P. 1, 2019/01

CLADSは、福島第一原子力発電所(1F)の安全な廃炉基盤研究を遂行し、廃炉を完遂するための基盤研究のハブとしての活動を進めている。原子炉や燃料の安全は、「止める」「冷やす」「閉じ込める」を確保する事であるが、「閉じ込める」が極めて重要になる。40年以上にわたる閉じ込めを十分な信頼性をもって確保しつつ、遠隔操作で廃炉作業を進め、さらには、廃炉作業で出てきた大量の燃料デブリや、廃棄物を安全に管理し、処理処分していく事が必要になる。CLADSは、このための基盤研究を推進し、20年後の安全な廃炉プロジェクト、40年後の廃炉の完遂を目指し、より安全に、より環境負荷が小さく、より合理的な廃炉を目指した研究開発を進める。

Study on Pu-burner high temperature gas-cooled reactor in Japan; Introduction scenario

深谷 裕司; 後藤 実; 植田 祥平; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Proceedings of 9th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2018) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2018/10

日本におけるプルトニウム燃焼高温ガス炉の導入シナリオの研究を経済産業省が2015年に示した「長期エネルギー需要見通し」に基づき実施した。その予測では、原子力による発電容量が2010年付近のピークである50GWeから減り、2030年には30GWeになる。その発電容量を保つために、軽水炉は2025年から2030年まで導入されなければならない。2030年以降は安全性、経済性の観点で軽水炉より優れた高温ガス炉が電力需要とプルトニウム燃焼の観点から導入される。この評価では、ウラン燃料高温ガス炉の導入も想定する。プルトニウム燃焼高温ガス炉は再処理により分離されるプルトニウムを燃焼するため、優先的に導入される。さらに、水素製造とそれによるCO削減効果も評価した。その結果、効果的なプルトニウム燃焼とCO削減効果が確認できた。

Study on Pu-burner high temperature gas-cooled reactor in Japan; Test and characterization for ZrC coating

植田 祥平; 相原 純; 水田 直紀; 後藤 実; 深谷 裕司; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Proceedings of 9th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2018) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2018/10

プルトニウム燃焼高温ガス炉に用いるセキュリティ強化型安全(3S-TRISO)燃料においては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を不活性母材とするPuO-YSZ燃料核へ、遊離酸素ゲッターの特性を有する炭化ジルコニウム(ZrC)を直接被覆する。2017年度に実施した模擬のCeO-YSZ粒子への臭化物化学蒸着法に基づくZrC被覆試験の結果、粒子装荷量100gの条件において被覆層厚さ約3から18mのZrC層の被覆に成功した。

Development of security and safety fuel for Pu-burner HTGR, 5; Test and characterization for ZrC coating

植田 祥平; 相原 純; 後藤 実; 橘 幸男; 岡本 孝司*

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 4 Pages, 2017/07

プルトニウム燃焼高温ガス炉に用いるセキュリティ強化型安全(3S-TRISO)燃料においては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を不活性母材とするPuO-YSZ燃料核へ、遊離酸素ゲッターの特性を有する炭化ジルコニウム(ZrC)を直接被覆する。2015年度より開始した模擬のYSZ粒子への臭化物化学蒸着法に基づくZrC被覆試験の結果、粒子装荷量100gの条件において被覆層厚さ約18から21mのZrC層の被覆に成功した。また、走査型電子顕微鏡(STEM)を通じて、臭化物法の原料ガスによるYSZ表面の劣化は観察されなかった。

Ion species/energy dependence of irradiation-induced lattice structure transformation and surface hardness of NiNb and NiTa intermetallic compounds

小島 啓*; 金野 泰幸*; 越智 雅明*; 千星 聡*; 堀 史説*; 斎藤 勇一*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Materials Transactions, 58(5), p.739 - 748, 2017/05

https://doi.org/10.2320/matertrans.MBW201612

NiNb及びNiTa金属間化合物に対して、1-200MeVの広範囲のエネルギーのイオン(He-Au)を照射して、照射効果のイオン種依存性とエネルギー依存性を、斜入射X線回折とX線吸収微細構造分析を利用して系統的に調べた。どちらも、照射量レベルは異なるものの、イオン照射によって秩序構造の結晶構造から非晶質構造に変態することが分かった。また、そのような照射効果を決定づけるのは、弾性衝突に伴う材料への付与エネルギーであることが判明した。

Overview of JENDL-4.0/HE and benchmark calculations

国枝 賢; 岩本 修; 岩本 信之; 湊 太志; 岡本 力; 佐藤 達彦; 中島 宏; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 北谷 文人; et al.

JAEA-Conf 2016-004, p.41 - 46, 2016/09

https://doi.org/10.11484/jaea-conf-2016-004

加速器を用いた種々のアプリケーションを開発・設計するための基礎データとして、中性子や陽子入射の高エネルギー核データを整備する必要がある。本研究では、光学モデルや前平衡モデル計算における最新の知見を投入してJENDL/HE-2007の見直しを行うと共に、特に医療分野で需要の高いLiやBe等の核種を新たに加えて、約130核種に対する200MeVまでの中性子・陽子核データライブラリJENDL-4.0/HEを完成させた。本発表においては、ライブラリの概要を説明すると共に、粒子輸送計算コードPHITSやMCNPXを用いた中性子透過計算等における積分検証結果を中心に報告する。

Spin-current probe for phase transition in an insulator

Qiu, Z.*; Li, J.*; Hou, D.*; Arenholz, E.*; N'Diaye, A. T.*; Tan, A.*; 内田 健一*; 佐藤 浩司*; 岡本 聡*; Tserkovnyak, Y.*; et al.

Nature Communications (Internet), 7, p.12670_1 - 12670_6, 2016/08

https://doi.org/10.1038/ncomms12670

Spin fluctuation and transition have always been one of the central topics of magnetism and condensed matter science. Experimentally, the spin fluctuation is found transcribed onto scattering intensity in the neutron-scattering process, which is represented by dynamical magnetic susceptibility and maximized at phase transitions. Importantly, a neutron carries spin without electric charge, and therefore it can bring spin into a sample without being disturbed by electric energy. However, large facilities such as a nuclear reactor are necessary. Here we show that spin pumping, frequently used in nanoscale spintronic devices, provides a desktop microprobe for spin transition; spin current is a flux of spin without an electric charge and its transport reflects spin excitation. We demonstrate detection of antiferromagnetic transition in ultra-thin CoO films via frequency-dependent spin-current transmission measurements, which provides a versatile probe for phase transition in an electric manner in minute devices.