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論文

Detailed visualization of radioactive hotspots inside the Unit 1 reactor building of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station using an integrated Radiation Imaging System mounted on a Mecanum wheel robot

佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 大浦 正利*

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(7), p.856 - 870, 2024/07

In the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, understanding the distribution of radioactive substances and dose-equivalent rates is crucial to develop detailed decontamination plans and minimize worker exposure. In this study, we remotely visualized radioactive hotspots and dose-equivalent rate distribution in Unit 1 reactor building of the station using a Mecanum wheel robot equipped with a Compton camera, simultaneous localization and mapping device, and survey meter. We successfully visualized high-concentration radiation hotspots on the U-shaped piping of the drywell humidity control system and the atmospheric control piping in the ceiling in front of the transverse in-core probe room. Furthermore, the hotspot location was identified in three dimensions using the Compton camera used to analyze the atmospheric control piping. By simultaneously analyzing the dose-equivalent rate data acquired by the survey meter and the hotspot locations visualized by the Compton camera, it was confirmed that the hotspots caused elevated dose-equivalent rates in the surrounding area. Using this robot system in unexplored areas, such as the higher floors of reactor buildings, in future will enable us to obtain information on radiation hotspot locations and dose-equivalent rate distribution.

論文

Development of a radioactive substance detection system integrating a Compton camera and a LiDAR camera with a hexapod robot

佐藤 優樹; 角藤 壮*; 田中 孝幸*; 嶋野 寛之*; 諸橋 裕子; 畠山 知圭*; 中島 準作; 石山 正弘

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1063, p.169300_1 - 169300_7, 2024/06

A system for locating radioactive substances using a hexapod robot equipped with a Compton camera and light detection and ranging camera was developed, and its performance evaluation test was conducted at FUGEN, a nuclear facility owned by Japan Atomic Energy Agency. In the test, by projecting images of radioactive substances acquired with the Compton camera onto a three-dimensional model of the work environment acquired with a light detection and ranging camera, the locations where radioactive substances have accumulated and the dose rate is higher than the surrounding area were successfully visualized and identified.

論文

高温ガス炉

野口 弘喜; 佐藤 博之; 西原 哲夫; 坂場 成昭

化学工学, 88(5), p.211 - 214, 2024/05

次世代革新炉の一つである高温ガス炉は、安全性が高く、非常に高温熱が取り出せることから水素製造等の多様な熱利用が可能である。日本では、「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」において、原子力機構(JAEA)が保有する我が国唯一の高温ガス炉HTTRを活用した大量かつ安価なカーボンフリー水素製造に必要な技術開発の推進が示された。さらに「GX実現に向けた基本方針」では、原子力の安全性向上を目指し、新たな安全メカニズムを組み込んだ高温ガス炉を含む次世代革新炉に開発・建設に取り組むことが示された。これらの政策に沿って、JAEAでは、高温ガス炉の優れた安全性の検証に加え、世界初の高温ガス炉の核熱を用いた水素製造試験に取り組み、また、産業界と協力して高温ガス炉実証炉の建設に向けた検討も開始した。本稿では、国内における高温ガス炉の研究開発の現状を紹介する。

論文

First demonstration of a single-end readout position-sensitive optical fiber radiation sensor inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station based on wavelength-resolving analysis

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1062, p.169227_1 - 169227_6, 2024/05

We have developed a new position-sensitive optical fiber radiation sensor that achieves single-end readout and high dose rate application. The sensor determines the incident position of radiation on the optical fiber by using the wavelength dependency of light attenuation within the fiber. Through the analysis of the output wavelength spectrum from the fiber end, the incident position of radiation on the optical fiber can be inversely estimated using the spectrum unfolding procedure. Using this optical fiber sensor, we conducted a measurement of radiation distribution inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The actual trend of incident position of radiation was successfully reproduced in a high dose rate area, with a maximum dose rate exceeding 100 mSv/h. This validates the effectiveness of our new position-sensitive optical fiber radiation sensor.

論文

Production rates of long-lived radionuclides $$^{10}$$Be and $$^{26}$$Al under direct muon-induced spallation in granite quartz and its implications for past high-energy cosmic ray fluxes

櫻井 敬久*; 紅林 泰*; 鈴木 颯一郎*; 堀内 一穂*; 高橋 唯*; 堂下 典弘*; 菊地 聡*; 門叶 冬樹*; 岩田 尚能*; 田島 靖*; et al.

Physical Review D, 109(10), p.102005_1 - 102005_18, 2024/05

銀河宇宙線の永年変化は銀河の活動に密接に関係しており、局所的な銀河磁場・星間雲・超新星残骸の近くの環境が反映される。高エネルギー銀河宇宙線によって大気中で生成される高エネルギーミューオンは、深い地層まで透過し、岩石中に放射性同位体を生成する。$$^{10}$$Beや$$^{26}$$Alのような長寿命の放射性核種は岩石中に蓄積されるため、高エネルギーミューオンの収量の長期変動、ひいては数百万年間の高エネルギー銀河宇宙線(GCR)の長期変動の調査に利用できる。本研究では、CERN SPSのCOMPASS実験ラインにて、160GeV/cの正ミューオンを合成石英プレートと花崗岩コアに照射して、岩石中の$$^{10}$$Beと$$^{26}$$Alの生成断面積を測定した。更に、ミューオンが直接起こす核破砕反応とミューオンが生成した二次粒子が引き起こす反応が、岩石中での長寿命核種の生成にそれぞれどの程度寄与するかを明らかにした。

論文

宇宙天気研究に基づく社会インフラ防護と被害予測,4; 航空機被ばく

佐藤 達彦; 久保 勇樹*

プラズマ・核融合学会誌, 100(5), p.218 - 223, 2024/05

宇宙天気災害の一つとして、巨大な太陽フレアに伴って突発的に発生する高エネルギー陽子による宇宙線被ばくがある。本稿では、航空機乗務員の宇宙線被ばくに焦点を絞って、そのメカニズムや規制の現状を解説するとともに、近年日本で開発された航空機被ばく警報システムWASAVIESの概要について紹介する。

論文

The Impact of dose rate on responses of human lens epithelial cells to ionizing irradiation

松谷 悠佑; 佐藤 達彦; 谷内 淑恵*; 伊達 広行*; 浜田 信行*

Scientific Reports (Internet), 14, p.12160_1 - 12160_14, 2024/05

電離放射線による被ばく後のヒト水晶体上皮細胞(HLEC)の反応に関する知識は、放射線防護や治療分野で懸念される放射線白内障の発生メカニズムを理解するために重要である。しかし、長期にわたる放射線被ばく後のHLECにおける生物学的影響は未だ十分に研究されていない。本研究では、様々な線量率を用いて光子線を照射した後のHLECのDNA二本鎖切断(DSB)の時間変化と細胞生存率を測定し、ヒト肺線維芽細胞(WI-38)と比較するとともに、照射中や照射後のDSB修復動態を考慮した細胞応答を予測可能モデルにより解析した。その結果、HLECの修復率はWI-38より低いことが明らかになった。また、0.033$$sim$$1.82Gy/minの線量率の範囲では、両細胞の生存率に対して線量率の有意な影響は認められなかった。一方、修復後に残存するDSBは、モデル予測と比較して逆線量率効果を示し、水晶体に対する放射線の影響を評価する際の逆線量率効果の重要性を浮き彫りにした。

論文

Determination of $$^{90}$$Sr in highly radioactive aqueous samples via conversion to a kinetically stable 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid complex followed by concentration-separation-fractionation based on capillary electrophoresis-liquid scintillation

大内 和希; 原賀 智子; 廣瀬 和生*; 黒澤 結香*; 佐藤 義行; 渋川 雅美*; 齋藤 伸吾*

Analytica Chimica Acta, 1298, p.342399_1 - 342399_7, 2024/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01

従来の高線量試料分析法では被ばくリスクが高く、大量の二次放射性廃棄物が発生することから、放射線放出量を低減できる迅速な分析法が強く望まれている。このニーズに取り組むため、我々は液体シンチレーションカウンティングと2点検出によるキャピラリー過渡的等速電気泳動(ctITP)を組み合わせた$$^{90}$$Sr定量法を開発した。これは、1,4,7,10-テトラアザシクロドデカン-1,4,7,10-テトラ酢酸(DOTA)-$$^{90}$$Sr錯体を1回の操作で分離・分画する方法である。高線量の放射性試料をマイクロリットルレベルで取り扱うことができ、従来のイオン交換法よりも大幅に高速であるこの方法により、実高線量廃棄物中の$$^{90}$$Srを選択的に定量した。ctITPにおける濃縮・分離の成功は、Sr-DOTA錯体が解離不活性であることに起因する。

論文

Existence of local polar domains in perovskite oxyfluoride, BaFeO$$_2$$F

勝又 哲裕*; 鈴木 涼*; 佐藤 直人*; 小田 良哉*; 本山 慎吾*; 鈴木 俊平*; 中島 護*; 稲熊 宜之*; 森 大輔*; 相見 晃久*; et al.

Chemistry of Materials, 36(8), p.3697 - 3704, 2024/04

ペロブスカイト型酸窒化物のBaFeO$$_2$$Fを高圧合成によって作製した。得られた物質はSHGシグナルが観測されたことから自発分極の存在を示唆していたため、分極発現機構を放射光高エネルギーX線回折で調べた。得られた2体相関分布関数をフィットした結果、方位の異なる局所的な分極発現機構を見出した。BaFeO$$_2$$Fは磁性材料でもあるため、磁気ドメインと強誘電ドメインが共存していると考えられる。

報告書

東海再処理施設周辺の環境放射線モニタリング結果; 2022年度

國分 祐司; 中田 陽; 瀬谷 夏美; 小池 優子; 根本 正史; 飛田 慶司; 山田 椋平*; 内山 怜; 山下 大智; 永井 信嗣; et al.

JAEA-Review 2023-046, 164 Pages, 2024/03

JAEA-Review-2023-046.pdf:4.2MB

核燃料サイクル工学研究所では、「日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所再処理施設保安規定、第IV編環境監視」に基づき、再処理施設周辺の環境放射線モニタリングを実施している。本報告書は、2022年4月から2023年3月までの間に実施した環境放射線モニタリングの結果及び大気、海洋への放射性物質の放出に起因する周辺公衆の線量算出結果について、取りまとめたものである。なお、上記の環境放射線モニタリングの結果において、2011年3月に発生した東京電力株式会社(2016年4月1日付けで東京電力ホールディングス株式会社に変更)福島第一原子力発電所事故で放出された放射性物質の影響が多くの項目で見られた。また、環境監視計画の概要、測定方法の概要、測定結果及びその経時変化、気象統計結果、放射性廃棄物の放出状況、平常の変動幅の範囲を外れた値の評価について付録として収録した。

論文

Application of transition-edge sensors for micro-X-ray fluorescence measurements and micro-X-ray absorption near edge structure spectroscopy; a case study of uranium speciation in biotite obtained from a uranium mine

蓬田 匠; 橋本 直; 奥村 拓馬*; 山田 真也*; 竜野 秀行*; 野田 博文*; 早川 亮大*; 岡田 信二*; 高取 沙悠理*; 磯部 忠昭*; et al.

Analyst, 149(10), p.2932 - 2941, 2024/03

本研究では、ウラン鉱山より採取した黒雲母に含まれるUの分布状態と化学種を分析するため、超電導転移端センサー(TES)をマイクロビーム蛍光X線分光分析時の検出器として用いる手法を開発した。通常のシリコンドリフト検出器(SDD)の約220 eVのエネルギー分解能の蛍光X線スペクトルでは、13.615 keVのU L$$alpha$$$$_{1}$$線の蛍光X線と13.395 keVのRb K$$alpha$$線の蛍光X線を分離することは困難であった。一方、TESを用いることにより13 keVのエネルギー領域で50 eVのエネルギー分解能が達成され、U L$$alpha$$$$_{1}$$とRb K$$alpha$$の蛍光X線を完全に分離することができた。このTESを用いたピーク分離により、マイクロ蛍光X線分析における微量Uの正確なマッピング解析と、マイクロX線吸収端近傍構造分光における信号対バックグラウンド比の減少を達成できた。

論文

Changes in molecular conformation and electronic structure of DNA under $$^{12}$$C ions based on first-principles calculations

関川 卓也; 松谷 悠佑; Hwang, B.*; 石坂 優人*; 川井 弘之*; 大野 義章*; 佐藤 達彦; 甲斐 健師

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 548, p.165231_1 - 165231_6, 2024/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.11(Instruments & Instrumentation)

放射線の人体に与える影響の主な原因として、遺伝情報を担うDNAの損傷が考えられている。しかし、DNAが放射線損傷によりどのような分子構造変化を示すかは十分理解されていない。DNAに放射線を照射すると様々な種類のDNA損傷が形成されることが報告されていることから、我々のグループではDNAが受ける損傷と放射線によって引き起こされる様々なパターンのイオン化の関係を調べてきた。これまでDNAを模した剛体モデルを用いた簡易な体系における解析を行っていたが、人体への影響を考える上で重要と考えられるDNAの分子構造変化を解析するためにはより詳細な計算を必要とする。そこで、本研究では分子構造に基づいて電子状態を議論できる第一原理計算ソフトウェアOpenMXを用いてDNAの分子構造変化を明らかにすることを試みた。具体的には、放射線により1電子及び2電子が電離した状況のDNAを仮定し、最安定構造、バンド分散、及び波動関数を計算した。発表では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて計算した放射線の線種及びエネルギーとDNAの分子構造変化の関係とともに議論する。また、放射線物理・固体物理の双方の観点から、放射線がもたらすDNAの基礎物性変化(DNA損傷の最初期過程に相当)について議論する。

論文

ベントナイト中でのナトリウムシリケート水和物によるセメンテーションとその評価

西塔 祐稀*; 石渡 翔丸*; 堀内 美里*; 西木 悠人*; 菊池 亮佑*; 大竹 翼*; 川喜田 竜平; 高山 裕介; 三ツ井 誠一郎; 佐藤 努*

資源・素材講演集(インターネット), 11(1), 7 Pages, 2024/03

地下を利用した様々な工学技術(地層処分、地下貯留、石油増進回収等)において、人工バリアや岩盤のセメンテーションが注目されている。しかし、どのような鉱物でどのようにセメンテーションが進行して、どのような物性に変化するのかについての理解は不十分である。それらの理解のためには、実験室でセメンテーションを再現すること、セメンテーション後の構造の変化や物性の変化を詳細に調べることが重要となる。そこで本研究では、難透水性のベントナイト(乾燥密度0.6Mg/m$$^{3}$$)と、Na$$_{2}$$SiO$$_{3}$$溶液を用いて70$$^{circ}$$Cで浸漬および通水実験を行い、その後の内部構造、鉱物組成、透水係数の変化等を調べた。走査電子顕微鏡での観察結果から、浸漬および通水実験ともに、ベントナイトの空隙を埋めるようにナトリウムシリケート水和物(NSHあるいはNASH)が確認された。また、通水実験では、通水時間が長くなるにつれて透水係数の低下が認められた。本研究で示されたセメンテーション法やセメンテーション後の物性変化の詳細な検討法は、セメントとともに地下に設置されるベントナイトの物性変化や、貯留岩へのアルカリ攻法による帽岩への影響を調べる上で有用なものになると考えられる。

論文

Development of failure mitigation technologies for improving resilience of nuclear structures, 1; Failure mitigation by passive safety structures without catastrophic failure

笠原 直人*; 山野 秀将; 中村 いずみ*; 出町 和之*; 佐藤 拓哉*; 一宮 正和*

Transactions of the 27th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 27) (Internet), 8 Pages, 2024/03

本研究では、受動安全構造を適用することによって破損拡大抑制方法を提案する。受動安全構造のアイデアを超高温条件および過大地震時の次世代高速炉に適用した。

論文

Dissolution behavior and aging of iron-uranium oxide

頓名 龍太郎*; 佐々木 隆之*; 岡本 芳浩; 小林 大志*; 秋山 大輔*; 桐島 陽*; 佐藤 修彰*

Journal of Nuclear Materials, 589, p.154862_1 - 154862_10, 2024/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Materials Science, Multidisciplinary)

原子炉構造材料のステンレス鋼成分である鉄とUO$$_{2}$$の高温反応により生成したFeUO$$_{4}$$化合物の溶解挙動を大気条件下で調べた。化合物はU$$_{3}$$O$$_{8}$$とFe$$_{3}$$O$$_{4}$$を出発原料として電気炉で調製し、X線回折、走査型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法、X線吸収微細構造分光法を用いて固体状態を分析した。FeUO$$_{4}$$化合物の浸出試験を最長3か月行い、水中に溶存する核種の濃度を調べた。FeUO$$_{4}$$の溶解の初期段階で3価のFeイオンと5価のUイオンの間で酸化還元反応が起こることが提案された。還元された2価のFeイオンは、溶存酸素の存在下で最終的に3価のイオンに酸化され、水酸化鉄がFeの溶解度を制限することが熱力学的に推論された。一方、6価のU(すなわちウラニルイオン)の濃度は、メタショエパイトやウラン酸ナトリウムなどの二次鉱物の存在によって制限され、その後、Fe酸化物などへの収着によって減少したと考えられる。RuやCeなどの核分裂生成物の多価イオン濃度も減少したが、これは上記の理由によるものと考えられる。一方、可溶性Csイオンの濃度は減少しなかった。この解釈の妥当性は、参照試料(Feを含まないU$$_{3}$$O$$_{8}$$)の溶解挙動と比較することで裏付けられた。

論文

Measurement of the neutron capture cross section of $$^{185}$$Re in the keV energy region

片渕 竜也*; 佐藤 八起*; 武部 花凛*; 井頭 政之*; 梅澤 征悟*; 藤岡 諒*; 齋藤 辰宏*; 岩本 信之

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(2), p.224 - 229, 2024/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05(Nuclear Science & Technology)

Measurements of the neutron capture cross section of $$^{185}$$Re have been limited in the keV energy region. In addition, existing measured data have discrepancies. In this study, the neutron time-of-flight method was employed to measure the capture cross section of $$^{185}$$Re at Tokyo Institute of Technology. The capture $$gamma$$-rays were detected with a large volume NaI(Tl) detector. The pulse-height weighting technique was applied to obtain the capture yield. The present results were corrected for neutron scattered effects and impurities in the sample. The measured cross sections were determined with the standard capture cross section of gold in the energy range from 15 to 90 keV, and compared with measured and evaluated data. The results of the measurement provided improved accuracy relative to previous studies in the keV energy range.

論文

Development of contamination detection system combined with various remote devices

森下 祐樹; 宮村 浩子; 佐藤 優樹; 大浦 正利*

Radiation Measurements, 171, p.107064_1 - 107064_7, 2024/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05(Nuclear Science & Technology)

アルファおよびベータ汚染位置の検出は、核施設の除染にとって重要である。廃炉現場の高線量率環境では、作業員による直接の汚染測定は困難である。そこで、新しいシンチレータベースの検出器を用いた遠隔自動汚染測定システムを開発した。50mm$$phi$$$$times$$厚さ100$$mu$$mのYAlO$$_{3}$$(Ce)(YAP:Ce)シンチレータにフラットパネル型マルチアノード光電子増倍管を結合させた。検出器はロボットの下部に下向きに設置された。エネルギー測定機能があり、エネルギー測定によりアルファ粒子とベータ粒子および$$^{222}$$Rnアルファ粒子を識別できる。エネルギー情報を使用すると、アルファ粒子とベータ粒子を同時に識別し、マッピングすることができる。さらに、ゆっくりと動くロボットを使用すると、1回の測定で統計的に十分なカウントを取得できるため、アルファ粒子のみを使用して表面汚染密度を評価できる。遠隔自動汚染測定システムは、作業員が立ち入ることができない環境における汚染分布の可視化に役立つ。

論文

Radioactivity estimation of multiple radiation sources using a Compton camera to investigate radioactively contaminated objects

佐藤 優樹

Applied Radiation and Isotopes, 203, p.111083_1 - 111083_9, 2024/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), radioactive substances released during the accident were deposited on various equipment and building structures. During the decommissioning work, an investigation of the deposition of radioactive substances inside the contaminated equipment and structures can provide information on the cause and progression of the accident. This study introduces a quantitative evaluation method of radioactivity using a Compton camera, a type of gamma-ray imager, to investigate the deposition and contamination level of radioactive substances on contaminated objects at the FDNPS. Multiple $$^{137}$$Cs radiation sources with varying radioactivity were placed horizontally in one dimension within the field of view of the Compton camera, and a proof-of-principle study was conducted to evaluate the radioactivity of each source quantitatively.

論文

$$^{149}$$Sm synchrotron-radiation-based M$"{o}$ssbauer spectroscopy of Sm-based heavy fermion compounds

筒井 智嗣; 東中 隆二*; 水牧 仁一朗*; 小林 義男*; 中村 仁*; 伊藤 孝; 依田 芳卓*; 松田 達磨*; 青木 勇二*; 佐藤 英行*

Interactions (Internet), 245, p.9_1 - 9_10, 2024/01

$$^{149}$$Sm synchrotron-radiation-based M$"{o}$ssbauer spectroscopy has been applied to Sm-based heavy fermion intermetallics, Sm$$Tr_2$$Al$$_{20}$$ ($$Tr$$ = Ti, V and Cr) and SmOs$$_{4}$$Sb$$_{12}$$. The isomer shifts obtained demonstrate that the Sm valence states in these compounds are intermediate. Since the difference of the isomer shifts in 22.502 keV $$^{149}$$Sm M$"{o}$ssbauer effect between Sm$$^{2+}$$ and Sm$$^{3+}$$ state is comparable to the 2nd order Doppler shift, consideration of the 2nd order Doppler shift is required to precisely discuss Sm valence state through the shifts of the M$"{o}$ssbauer spectra. In addition, the plots of the isomer shifts obtained by the M$"{o}$ssbauer spectroscopy against the Sm valence states estimated from Sm L-edge X-ray absorption spectroscopy exhibit a linear correlation except for that in SmOs$$_4$$Sb$$_{12}$$. This implies that the origin of the intermediate valence state in SmOs$$_4$$Sb$$_{12}$$ differs from that in Sm$$Tr_2$$Al$$_{20}$$ ($$Tr$$ = Ti, V and Cr).

論文

統合型放射線イメージングシステムiRISを用いた放射能汚染可視化の実証

佐藤 優樹

知能と情報, 35(4), p.81 - 86, 2023/11

福島第一原子力発電所(1F)事故により1Fサイト内外に飛散・沈着した放射性物質の分布を3次元的に可視化するために、放射性物質可視化カメラであるコンプトンカメラに、3次元測域センサを基盤とした環境認識デバイスやドローンを組み合わせた統合型放射線イメージングシステムiRIS(アイリス: integrated Radiation Imaging System)の開発を進めている。本稿では、iRISのコンセプトおよびその原理を説明するとともに、1Fサイト内ならびに帰還困難区域におけるホットスポット可視化の実証例を紹介する。

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