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論文

Structural and compositional characteristics of Fukushima release particulate material from Units 1 and 3 elucidates release mechanisms, accident chronology and future decommissioning strategy

Martin, P. G.*; Jones, C. P.*; Bartlett, S.*; Ignatyev, K.*; Megson-Smith, D.*; 佐藤 志彦; Cipiccia, S.*; Batey, D. J.*; Rau, C.*; 末木 啓介*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10, p.22056_1 - 22056_17, 2020/12

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

The structural form and elemental distribution of material originating from different Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant reactors (Units 1 and 3) is hereby examined to elucidate their contrasting release dynamics and the current in-reactor conditions to influence future decommissioning challenges. Complimentary computed X-ray absorption tomography and X-ray fluorescence data show that the two suites of Si-based material sourced from the different reactor Units have contrasting internal structure and compositional distribution. The known event and condition chronology correlate with the observed internal and external structures of the particulates examined, which suggest that Unit 1 ejecta material sustained a greater degree of melting than that likely derived from reactor Unit 3. In particular, we attribute the near-spherical shape of Unit 1 ejecta and their internal voids to there being sufficient time for surface tension to round these objects before the hot (and so relatively low viscosity) silicate melt cooled to form glass. In contrast, a more complex internal form associated with the sub-mm particulates invoked to originate from Unit 3 suggest a lower peak temperature, over a longer duration. Using volcanic analogues, we consider the structural form of this material and how it relates to its environmental particulate stability and the bulk removal of residual materials from the damaged reactors. We conclude that the brittle and angular Unit 3 particulate are more susceptible to further fragmentation and particulate generation hazard than the round, higher-strength, more homogenous Unit 1 material.

論文

Compositional and structural analysis of Fukushima-derived particulates using high-resolution X-ray imaging and synchrotron characterisation techniques

Martin, P. G.*; Jones, C. P.*; Cipiccia, S.*; Batey, D. J.*; Hallam, K. R.*; 佐藤 志彦; Griffiths, I.*; Rau, C.*; Richards, D. A.*; 末木 啓介*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10(1), p.1636_1 - 1636_11, 2020/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.5(Multidisciplinary Sciences)

Both the three-dimensional internal structure and elemental distribution of near-field radioactive fallout particulate material released during the March 2011 accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant is analysed using combined high-resolution laboratory and synchrotron radiation X-ray techniques. Results from this study allow for the proposition of the likely formation mechanism of the particles, as well as the potential risks associated with their existence in the environment, and the likely implications for future planned reactor decommissioning. A suite of particles is analyzed from a locality 2 km from the north-western perimeter of the site north of the primary contaminant plume in an area formerly attributed to being contaminated by fallout from reactor Unit 1. The particles are shown to exhibit significant structural similarities; being amorphous with a textured exterior, and containing inclusions of contrasting compositions, as well as an extensive internal void volume bimodal in its size distribution. A heterogeneous distribution of the various elemental constituents is observed inside a representative particle, which also exhibited a Fukushima-derived radiocesium ($$^{134}$$Cs, $$^{135}$$Cs and $$^{137}$$Cs) signature with negligible natural Cs. We consider the structure and composition of the particle to suggest it formed from materials associated with the reactor Unit 1 building explosion, with debris fragments embedded into the particles surface. Such a high void ratio, comparable to geological pumice, suggests such material formed during a rapid depressurisation and is potentially susceptible to fragmentation through attrition.

論文

Provenance of uranium particulate contained within Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant Unit 1 ejecta material

Martin, P. G.*; Louvel, M.*; Cipiccia, S.*; Jones, C. P.*; Batey, D. J.*; Hallam, K. R.*; Yang, I. A. X.*; 佐藤 志彦; Rau, C.*; Mosselmans, J. F. W.*; et al.

Nature Communications (Internet), 10(1), p.2801_1 - 2801_7, 2019/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:84.77(Multidisciplinary Sciences)

二次イオン質量分析(SIMS)測定とシンクロトロン放射(SR)分析技術を福島第一原子力発電所(FDNPP)の1号機原子炉由来のサブミリメートル粒状物質に対して分析を行った。これらの方法によりより大きなSiベースの放出物に含まれるミクロンスケールのU微粒子の分布、状態および同位体組成を調査することが可能であった。SRマイクロフォーカスX線蛍光(SR-micro-XRF)と吸収コントラストSRマイクロフォーカスX線トモグラフィー(SR-micro-XRT)を組み合わせることにより、U微粒子は粒子の外周の周りに位置することがわかった。高多孔質粒子これらの捕捉された粒子のいくつかのシンクロトロン放射マイクロフォーカスX線吸収端近傍構造(SR-micro-XANES)分析により、U(IV)酸化状態で存在することを明らかにした。このUが原発由来であることの確認は、FDNPPの1号機からの出所に特徴的な同位体濃縮比を有する二次イオン質量分析(SIMS)分析によって検証された。これらの結果は、使用済み燃料放出物が存在するという事象シナリオ(炉心1号機からある程度の炉心細分化および放出が起こったこと)の明確な証拠である。このUが環境や健康への危害を表す可能性は低いと予想されるが、将来的に母材であるSi含有バルク粒子の分解が生じると推定される。

論文

Instrumentation for diagnostics and control of laser-accelerated proton (ion) beams

Bolton, P.; Borghesi, M.*; Brenner, C.*; Carroll, D. C.*; De Martinis, C.*; Fiorini, F.*; Flacco, A.*; Floquet, V.*; Fuchs, J.*; Gallegos, P.*; et al.

Physica Medica; European Journal of Medical Physics, 30(3), p.255 - 270, 2014/05

 被引用回数:55 パーセンタイル:87.38(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)

Suitable instrumentation for laser-accelerated proton (ion) beams is critical to the development of integrated, laser-driven ion accelerator systems. Instrumentation aimed at beam diagnostics and control must be applied to the driving laser pulse, the laser-plasma that it forms at the target and the emergent proton (ion) bunch in a correlated way to develop these novel accelerators. This report is a brief overview of established diagnostic techniques and new developments based on material presented at the first workshop on "Instrumentation for Diagnostics and Control of Laser-accelerated Proton (ion) Beams" in Abingdon, UK. It includes radiochromic film (RCF), image plate (IP), the micro-channel plate (MCP), the Thomson spectrometer, prompt inline scintillation, time and space-resolved interferometry (TASRI) and nuclear activation schemes. Repetition-rated instrumentation requirements for target metrology are also addressed.

論文

Spectroscopy of $$^{257}$$Rf

Qian, J.*; Heinz, A.*; Khoo, T. L.*; Janssens, R. V. F.*; Peterson, D.*; Seweryniak, D.*; Ahmad, I.*; 浅井 雅人; Back, B. B.*; Carpenter, M. P.*; et al.

Physical Review C, 79(6), p.064319_1 - 064319_13, 2009/06

 被引用回数:28 パーセンタイル:83.93(Physics, Nuclear)

アルゴンヌ国立研究所の反跳核分離装置を用いて、$$^{257}$$Rfの$$alpha$$線,$$gamma$$線,内部転換電子測定実験を行った。$$^{257}$$Rfの励起状態に、高いK量子数を持った3準粒子状態と解釈される半減期160$$mu$$秒の新核異性体を発見した。また、$$alpha$$崩壊の抑止係数より、$$^{257}$$Rfの娘核である$$^{253}$$Noの1準粒子状態の中性子軌道配位を同定した。中性子数151核の1/2$$^{+}$$[620]準位の励起エネルギーの系統性より、中性子数152の変形閉殻の大きさが、原子番号が増えるにつれて大きくなることを明らかにした。

論文

Computational infrastructure for nuclear astrophysics

Smith, M. S.*; Lingerfelt, E. J.*; Scott, J. P.*; Nesaraja, C. D.*; Hix, W. R.*; Chae, K.*; 小浦 寛之; Meyer, R. A.*; Bardayan, D. W.*; Blackmon, J. C.*; et al.

AIP Conference Proceedings 847, p.470 - 472, 2006/07

インターネット上で利用可能な天体核物理に関するコンピュータシステムのサイトを再構築した。これは、天体物理のシミュレーションを最新の原子核物理の結果を用いて行うように作成されたシステムで、URL: nucastrodata.orgから無料で利用可能である。Java言語を用いて作成されたシステムであり、Windows, Macintosh, Unixといったプラットホームに依存せず、数回のマウス操作で中性子捕獲反応率、原子核質量等といった核データの可視化や、p過程やr過程といった元素合成計算の結果をアニメーション動画として表示することを平易に行うことが可能である。今回の再構築で特に原子核質量の可視化及びr過程元素合成の動画化のシステムを新たに開発した。

論文

New features in the computational infrastructure for nuclear astrophysics

Smith, M. S.*; Lingerfelt, E. J.*; Scott, J. P.*; Nesaraja, C. D.*; Chae, K.*; 小浦 寛之; Roberts, L. F.*; Hix, W. R.*; Bardayan, D. W.*; Blackmon, J. C.*

Proceedings of Science (Internet), 5 Pages, 2006/00

「天体核物理のためのコンピュータインフラストラクチャー」は、これまで天体物理シミュレーションにおける最新の核物理データの包含を能率化するように開発された。この「インフラストラクチャー」はnucastrodata.orgで自由にオンライン利用可能なコンピュータコードの集まりで、プラットホームに依存しないように構成されている。今回、原子核質量模型の可視化ツールにおいて反応・崩壊Q値、安定核種、魔法数、r過程経路などの表示/非表示など、新しい機能を追加し、利便性をより高めた。

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