1F廃炉に向けた放射線源逆推定及び線源対策に係るデジタル技術の研究開発; 3D-ADRES-Indoor:デジタル技術を集約するプラットフォームの現状紹介

町田 昌彦; 山田 進; Kim, M.; 奥村 雅彦; 宮村 浩子; 志風 義明; 佐藤 朋樹*; 沼田 良明*; 飛田 康弘*; 山口 隆司; et al.

RIST News, (69), p.2 - 18, 2023/09

https://www.rist.or.jp/rnews/69/69s2.pdf

福島第一原子力発電所(1F)建屋内には、原子炉内から漏洩した放射性物質の汚染により高い放射線量を示す地点が多数存在し、廃炉作業を円滑に進める上での大きな障害の一つとなっている。この課題解決に資するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、経済産業省の廃炉・汚染水対策事業費補助金「原子炉建屋内の環境改善のための技術の開発(被ばく低減のための環境・線源分布のデジタル化技術の開発)」を受託し、令和3年度より2年間に渡り、放射線源の逆推定と推定線源に対する対策を仮想空間で実施可能とするためのデジタル技術の研究開発を実施してきた。本記事では、上記プロジェクトの成果(以下、前期プロジェクトと呼び、その2年間の研究開発の成果)を紹介する他、令和5年度4月より、新たに開始した継続プロジェクト(以下、後期プロジェクトと呼ぶ)の計画についても報告する。前期プロジェクトにて当初予定していた機械学習技術(LASSO)については、建屋内の複雑な構造情報と汚染源の性質を反映した一つの派生版手法へと結実させた成果を報告する他、実際の原子炉施設での検証結果を示す。更に、開発技術を集約したプラットフォームとしての機能を持つソフトウエア:3D-ADRES-Indoorを紹介し、継続して実施する予定の後期プロジェクトの研究開発計画も紹介する。

原子力災害時の車両汚染検査におけるゲート型モニタ活用に向けた性能調査試験(受託研究)

平岡 大和; 小松崎 丈二*; 花香 宣彦*; 岡本 明子; 齋藤 好彦*; 宗像 雅広; 外川 織彦

JAEA-Technology 2022-003, 70 Pages, 2022/07

JAEA-Technology-2022-003.pdf:2.53MB

原子力災害時の避難退域時検査では、多数の車両及び避難住民等の検査を行うことが想定される。現在は、車両の指定箇所をタイヤとワイパー部とし、要員によるGM管式サーベイメータ等の表面汚染測定器で検査することを基本としているが、効率的な避難退域時検査を実施するため、車両検査では可搬型の車両用ゲート型モニタの活用が検討されている。本研究では、そのための基礎データを取得することを目的に、車両用ゲート型モニタの性能調査試験を実施した。本試験では、避難退域時検査における簡易除染の判断基準であるOIL4相当の汚染を密封線源のBaで模擬した。これを実車両のタイヤとワイパー部に取り付け、車両用ゲート型モニタにより模擬汚染からの線の計数率を測定することとした。試験方法は、車両を静止させて測定する静止試験、実際の検査を模擬した走行試験、高BG環境下での性能を調べるための高BG環境試験の3試験を採用した。試験車両は、普通自動車として広く使用されているセダンを主とし、加えて車体のフロント部分がバスに似た造りであるバンも使用した。また、車両用ゲート型モニタは、(株)千代田テクノル製のガンマ・ポールを使用した。本試験の結果、OIL4初期設定値である40,000cpm相当の汚染が車両のタイヤ接地面に付着していたとき、車両が10km/h以下で車両用ゲート型モニタを通過すれば、99%以上の確率で、同じくワイパー部であれば、車速5km/h以下のとき84%以上の確率で汚染検知が可能であると推定された。タイヤ接地面の汚染がOIL4以上か未満かを判定するには、メーカーで設定する機器内の換算定数の調整を要することが示された。しかし、その場合であっても、ワイパー部はタイヤ接地面よりも汚染の検知が難しいため、タイヤ接地面とワイパー部の汚染を同時に判定・評価することは困難であることが示された。車両用ゲート型モニタを活用し、避難退域時検査の車両検査の効率化(迅速化)を図るには、タイヤ接地面とワイパー部の汚染の同時測定・評価の実現が課題であることが明らかとなった。

Numerical simulation of MCCI based on MPS method with different types of concrete

Chai, P.; 近藤 雅裕*; Erkan, N.*; 岡本 孝司*

Annals of Nuclear Energy, 103, p.227 - 237, 2017/05

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2017.01.009

半陰解法を用いた粒子法(MPS法)に基づいてMCCI現象を解析するため、マルチフィジックスモデルを使用して2次元計算コードを開発した。以前の研究とは対照的に、ガス発生については、アブレーション挙動への影響を調査するために、液体プール内の気泡の力のバランスを計算することにより解析した。さらに、コリウムと溶融コンクリート間の酸化還元反応からの熱放出を計算することにより、化学反応をモデル化した。コンクリートの種類に起因し、異なるアブレーションが生じると考えられる。この影響を評価するため、CCI-2およびCCI-3試験について、本研究で開発したコードを用いて解析した。解析結果は、軸方向および半径方向のアブレーション速度について、実験結果と一致している。珪質コンクリート試験で観察された異方性アブレーション挙動の原因として、ガス放出および化学反応による側壁近くの熱伝達の促進が挙げられることを解析結果は示唆している。一方、石灰石を多く含むコンクリートを使用した試験では、底部コンクリートからの大量のガス放出によって軸方向のアブレーションも促進されたため、等方性アブレーション挙動が生成された。アブレーション挙動に加えて、CCI-3試験の下部のクラスト形成とコンクリートとコリウムの界面プロファイルが、本研究で提案したモデルによりよく再現された。

原子力緊急時支援・研修センターの活動(平成25年度)

佐藤 猛; 武藤 重男; 秋山 聖光; 青木 一史; 岡本 明子; 川上 剛; 久米 伸英; 中西 千佳; 小家 雅博; 川又 宏之; et al.

JAEA-Review 2014-048, 69 Pages, 2015/02

JAEA-Review-2014-048.pdf:13.91MB

日本原子力研究開発機構は、災害対策基本法及び武力攻撃事態対処法に基づき、「指定公共機関」として、国及び地方公共団体その他の機関に対し、災害対策又は武力攻撃事態等への対処において、原子力機構の防災業務計画及び国民保護業務計画に則り、技術支援をする責務を有している。原子力緊急時支援・研修センターは、緊急時には、全国を視野に入れた専門家の派遣、防災資機材の提供、防護対策のための技術的助言等の支援活動を行う。また、平常時には、我が国の防災対応体制強化・充実のために、自らの訓練・研修のほか、国、地方公共団体、警察、消防、自衛隊等の原子力防災関係者のための実践的な訓練・研修、原子力防災に関する調査研究及び国際協力を実施する。平成25年度においては、原子力機構の年度計画に基づき、以下の業務を推進した。(1)国, 地方公共団体等との連携を図った指定公共機関としての技術支援活動、(2)国, 地方公共団体等の原子力防災関係者の人材育成及び研修・訓練、(3)原子力防災に係る調査・研究の実施及び情報発信、(4)国際機関と連携を図ったアジア諸国への原子力防災に係る国際貢献。また、指定公共機関としてこれまでに培った経験及び福島事故への初動時からの対応等を活かし、国レベルでの防災対応基盤の強化に向け、専門家として技術的な支援を行うとともに、支援・研修センターの機能の維持・運営及び国との連携を図った自らの対応能力強化などに重点的に取り組んだ。

Measurements of electron-induced neutrons as a tool for determination of electron temperature of fast electrons in the task of optimization laser-produced plasma ions acceleration

榊 泰直; 西内 満美子; 前田 祥太; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 小倉 浩一; 深見 智代; 松川 兼也*; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A705_1 - 02A705_4, 2014/02

https://doi.org/10.1063/1.4825154

高強度レーザーとプラズマの相互作用によるイオン発生において、電子特性の計測は不可欠である。そのため、様々な計測手法が提案されているが、今回我々は、光核中性子反応による中性子を計測することで、精度よく電子特性の計測を行う新規性の高い手法を提案する。この手法は、イオン加速エネルギー計測と共にピークパワー110W/cmのJ-KARENレーザーによって実証された。イオン加速エネルギーと本手法による計測結果は極めて相関をもつことがわかり、改良を重ねて行けば非常に良い計測器になり得ることがわかった。

Quantum spin nanotubes; Frustration, competing orders and criticalities

坂井 徹; 佐藤 正寛*; 岡本 清美*; 奥西 巧一*; 糸井 千岳*

Journal of Physics; Condensed Matter, 22(40), p.403201_1 - 403201_13, 2010/10

https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/40/403201

スピンナノチューブについての最近の理論的研究をレビューする。特に、S=1/2 3本鎖スピンチューブに焦点をあてる。3本鎖スピンラダーと違って、正三角形のユニットセルを持つスピンチューブはスピンギャップが開いている。ハバード模型に基づく有効理論によると、このユニットセルが二等辺三角形になる格子ひずみによりスピンギャップが消失する量子相転移が起きることが予測される。このことは、数値対角化と密度行列繰り込み群による数値解析により立証された。さらに、われわれは新しい磁場誘起秩序として、ネール秩序,ダイマー秩序,カイラル秩序,不均一秩序などが生じることや、新しいメカニズムによる磁化プラトー現象が起きることも、理論的に示すことに成功した。最近合成された実際のスピンチューブ物質についても簡単にレビューする。

Modeling of ultra-cold and crystalline ion beams

岡本 宏巳*; 杉本 寛*; 百合 庸介; 池上 将弘*; Wei, J.*

Proceedings of 10th International Computational Accelerator Physics Conference (ICAP 2009) (Internet), p.151 - 156, 2009/08

An ultimate goal in accelerator physics is to produce a "zero-emittance" beam, which is equivalent to making the beam temperature the absolute zero in the center-of-mass frame. At this limit, if somehow reached, the beam is Coulomb crystallized. Schiffer and co-workers first applied the molecular dynamics (MD) technique to study the fundamental features of various Coulomb crystals. Their pioneering work was later generalized by Wei et al. who explicitly incorporated discrete alternating-gradient lattice structures into MD simulations. This talk summarizes recent numerical efforts made to clarify the dynamic behavior of ultra-cold and crystalline ion beams. The MD modeling of beam crystallization in a storage ring is outlined, including how one can approach the ultra-low emittance limit. Several possible methods are described of cooling an ion beam with radiation pressure (the Doppler laser cooling).

Basic analysis of weldability and machinability of structural materials for ITER toroidal field coils

小野塚 正紀*; 清水 克祐*; 浦田 一宏*; 木村 政宏*; 門脇 宏和*; 岡本 護*; 中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 奥野 清

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.1431 - 1436, 2007/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2007.06.035

ITERトロイダル磁場コイル容器で使用される新しい構造材料である原子力機構が開発したJJ1鋼及び既存の高窒素316LN鋼の加工性及び溶接性を把握するための要素試験を実施した。JJ1の溶接時間の短縮を目指した電子ビーム溶接及び高効率TIG溶接の試験によれば、板厚40mmまでの電子ビーム溶接施工及び26g/minの溶着速度のTIG溶接施工が可能であることを確認した。また、切削加工試験の結果から、極低温用高強度ステンレス鋼の切削は304L, 316L等、従来のステンレス鋼に比べ難しく、製作精度確保のためには、切削条件の最適化を計る必要のあることがわかった。本発表では、これら要素試験の結果について発表する。

Crystalline beams in dispersion-free storage rings

池上 将弘*; 岡本 宏巳*; 百合 庸介

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 9(12), p.124201_1 - 124201_11, 2006/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevSTAB.9.124201

偏向電磁石によって誘起される運動量分散のために、テーパー冷却と呼ばれる特殊な冷却力がなければ、蓄積リングにおいてクリスタルビームの形成は困難であることが知られている。しかし、磁場偏向領域に電場を加えることによって、リング全周にわたって運動量分散を消すことが可能である。そのようなデフレクタを有する蓄積リングでは、通常の冷却力を用いて多次元クリスタルビームの形成が可能となる。これを確かめるため、分子動力学シミュレーションを実施し、無分散蓄積リングにおけるビーム結晶化について解析した。シミュレーション結果によれば、テーパー冷却なしでさまざまなクリスタルビームの形成が可能である。

Photoemission study of quasi-one-dimensional halogen-bridged compound [Ni(chxn)Br]Br

藤森 伸一; 井野 明洋; 岡根 哲夫; 藤森 淳; 岡田 耕三*; 真鍋 敏夫*; 山下 正廣*; 岸田 秀夫*; 岡本 博*

Surface Review and Letters, 9(2), p.1065 - 1069, 2002/04

https://doi.org/10.1142/S0218625X02003354

強相関一次元電子系の性質を調べるため、擬一元ハロゲン架橋化合物[Ni(chxn)Br]Brに対して角度分解光電子分光実験を行った。その結果、強相関一次元電子系で特徴的なスピン・電荷の自由度の分離に起因するスピノンとホロンによる二つのバンドは観測されず、Brillouin zoneの前半半分に一本のバンドのみが観測された。これらの結果は、スピノン・ホロンの二つの分散が観測されている他の強相関一次元電子系SrCuOなどの結果と異なっている。これらの結果について理論計算との比較を行い、[Ni(chxn)Br]Brの電子状態が、他の強相関一次元電子系とどのように異なっているかについての考察を行った。