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神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*; 上野 彰
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.525 - 528, 2024/10
J-PARCで高周波(RF)駆動型負水素(H
)イオン源が運転を始めてから10年が経過した。2023/2024年の運転期間中、1台のRF駆動型Hイオン源が、60mAのHビーム電流を発生し、リニアックが50mAのビーム電流を3GeV高繰り返しシンクロトロン(RCS)に入射できるようにした。イオン源の連続運転時間は4,900時間を超え、これまでの最長時間である2022/2023年の期間の4,412時間に比べて運転時間を大幅に更新した。本論文では、2023/2024年のRF駆動型Hイオン源の運転状況と現在開発中であるJ-PARC製高周波内部アンテナの現状について報告する。
竹田 武司; 柴田 大受
JAEA-Review 2024-040, 29 Pages, 2024/09
JAEA-Review-2024-040.pdf:1.33MB
日本の第6次エネルギー基本計画では、2050年までのカーボンニュートラルを目指したエネルギー政策の道筋を示すことが重要なテーマとなっている。2030年に向けた日本の原子力研究開発(R&D)への政策対応には、国際連携による2030年までの小型モジュール炉(SMR)技術の実証が盛り込まれている。これを踏まえ、脱炭素化と経済成長を同時に達成するGreen Transformation (GX)の実現に向けて、今後10年を見据えた取組の基本方針が取りまとめられた。海外に目を向けると、米国、カナダ、欧州、中国、ロシアを中心に、重工メーカーやR&D機関のみならずベンチャー企業も含めて、国際的にSMRのR&D活動が活発である。このような状況下で、原子力機関(NEA)の原子力施設安全委員会(CSNI)は、SMRの安全性への影響評価を支援するために、SMRに関する専門家グループ(EGSMR)を招集した。EGSMRの取組として、SMRの導入や研究活動に関する最新情報の収集を主目的とした数回にわたるアンケートへの回答の提出が求められた。これに対して、筆頭著者から、JAEAに加えて日立GEニュークリア・エナジー株式会社、三菱重工業株式会社からの情報に基づき回答した。アンケートに対する日本の回答の多くは、CSNI Technical Opinion Paper No.21 (TOP-21)のベースとなる情報である。本報告書では、整理した公開可能な日本のアンケート回答と付加情報を示し、TOP-21の記載内容の一部を補完した。これにより、EGSMRの活動(2022-2023年)を中心とした日本におけるSMRに関するR&Dの調査結果をまとめた。本報告書は、SMRに関する今後の国際協力の議論や国内外の原子力分野の人材育成に役立てることを目的としている。この中で、日本の革新炉のR&Dの主なトピックスとして、高温ガス炉(HTGR)とナトリウム冷却高速炉(SFR)に関して、実用化に必要な技術と現状のギャップを同定している。また、HTGRと水素製造施設の相互接続に関連して、水素製造施設からの可燃性ガスの漏洩と異常発生が安全性に与える影響等について整理している。
田村 浩司; 中西 隆造; 大場 弘則; 狩野 貴宏; 柴田 卓弥; 平等 拓範*; 若井田 育夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 61(8), p.1109 - 1116, 2024/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)For the development of the remote elemental analysis method in a radiation environment based on the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), the radiation effects on the laser oscillation properties of the single crystal (SC) Nd: YAG microchip laser (MCL) were investigated and compared with those of ceramics Nd: YAG MCL. The laser oscillation properties were measured under gamma-ray irradiation as a function of dose rate. The effects on the SC MCL properties were found to be very small compared to those on the ceramics, indicating minimal radiation effects on the LIBS signal when using SC MCL. Pulse energy and oscillating build-up time (BUT) were measured for a cumulative dose exceeding 1400 kGy. The pulse energy remained stable, and the laser continued to oscillate under irradiation. The BUT also remained stable, demonstrating negligible optical loss accumulation that could affect laser properties even at the demonstrated cumulative dose. The results indicate that the effects of dose rate and cumulative dose on SC MCL laser properties were minimal. The SC MCL was then integrated into the LIBS system, and the gadolinium signal of composite oxides, simulating fuel debris, was successfully measured at the dose rate of 5 kGy/hr. These findings highlight the radiation tolerance of SC MCL as a laser medium for remote LIBS applications in harsh radiation environments.
柴田 裕樹; 齋藤 裕明; 林 博和; 高野 公秀
日本原子力学会和文論文誌(インターネット), 23(3), p.74 - 80, 2024/08
放射性廃棄物の減容化・有害度低減を目指し、使用済核燃料から長寿命放射性核種であるマイナーアクチノイドを分離し、加速器駆動システム(ADS)で核変換する技術の開発が進められている。窒化物燃料はADSによるマイナーアクチノイド含有核変換用燃料の主要な候補燃料形態である。燃料の設計や開発において照射中の窒化物燃料のふるまいを把握することが必要であり、FEMAXI-7を基にした窒化物燃料ふるまい解析モジュールを開発した。PCMIなどの機械的特性に着目し、窒化物燃料ふるまい解析したところ、2年間の照射条件では被覆管破損は起きないことが明らかとなった。
イオン源の運転状況柴田 崇統*; 大越 清紀; 上野 彰; 池上 清*; 神藤 勝啓; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 小栗 英知
加速器, 21(2), p.94 - 100, 2024/07
2022年11月10日から2023年6月22日までのJ-PARCの利用運転では、高周波負水素イオン源を用いて負水素イオン源からビーム電流60mAで4,412時間の連続運転を達成した。今回が初めての年間を通して利用運転期間に1台のイオン源での運転であった。J-PARCでの将来のアップグレードの要件を満たすために、現在のイオン源を構成する機器の健全性評価を行った。また、新たに製作している高周波アンテナコイルを用いたRFイオン源を現在試験中である。
ion source神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*
Journal of Physics; Conference Series, 2743, p.012023_1 - 012023_5, 2024/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Particles & Fields)J-PARCの高周波駆動セシウム添加型負水素イオン源用の新しいJ-PARC製アンテナの試験を行ってきている。最初のJ-PARC製アンテナの開発後、コーティングからの不純物ガス放出が懸念されたため、アンテナのエナメルコーティングの組成を変更した。新しいアンテナによる高密度プラズマ生成の試験中に、質量分析と分光スペクトル測定を行い、新アンテナからのガス放出特性を監視した。その結果、新アンテナからは顕著となる不純物の放出がないことを確認した。新アンテナを用いたHビーム引き出しを行い、Hビーム特性を測定した。新アンテナを使用してJ-PARCの高周波駆動セシウム添加型負水素イオン源より引き出したHビームのエミッタンスはSNS製アンテナを使用した場合と同様であることが分かった。新アンテナの耐久試験を促進するために、2MHz高周波入力電力を約60kWで5%のデューティーファクター(50Hzの繰り返しでパルス幅1ms)を新アンテナに印加し、高密度プラズマを生成した。この運転パラメータはJ-PARC加速器で運転するパラメータである2MHz高周波入力電力約30kW、25Hzの繰り返しでパルス幅0.8msに比べてはるかに高い値である。本発表では、新しいJ-PARC製アンテナの特性の結果を示すとともに、J-PARC加速器運用で使用するための新しいアンテナの実現の可能性について議論する。
柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 中野 治久*; 星野 一生*; 宮本 賢治*; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*; 池上 清*; 川井 勲*; 小栗 英知; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 2743, p.012007_1 - 012007_5, 2024/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Particles & Fields)高周波イオン源より引き出された負水素イオンビームの位相空間での振動について、電子、陽子および負水素イオンのイオン源引出領域での輸送過程を考慮した単純な3次元のParticle-In-Cell(PIC)法で調べた。J-PARC高周波負水素イオン源の配位で単孔の引き出し孔近傍を計算領域とした。プラズマ密度振動と引き出された負水素イオンビームの特性を理解するために、イオン源内のドライバー領域プラズマからの電子及び陽子の流れをプラズマ生成のために駆動している高周波の基本波(2MHz)と2倍高調波(4MHz)で変化させて、シミュレーションを実施した。数値解析の結果、プラズマパラメータの振動と様々な高周波位相で引き出された負水素イオンの軌道との間で主な物理過程が見いだされた。本発表では、振動の機構を抑える対処法についても議論する。
深谷 裕司; 後藤 実; 柴田 大受
IAEA-TECDOC-2040, p.133 - 136, 2023/12
日本では、エネルギー資源の確保を目的として、高速増殖炉によるマルチリサイクル核燃料サイクルの確立に向けたバックエンド技術の開発を進めてきた。高速増殖炉開発は基礎研究にとどまっているが、軽水炉燃料サイクルに関しては、ウラン燃料の再処理技術や処分技術をその過程で完成させた。これらの技術は事業者に引き継がれ、実用化されつつある。現在、日本では、高温工学試験研究炉(HTTR)、商用高温ガス炉概念であるガスタービン高温炉設計GTHTR300、及び関連する再処理技術が完成し、国内実証炉計画が進行中である。このような背景から、日本における代表的な核燃料サイクル政策は再処理であるが、日本では、商用高温ガス炉の利用を拡大するために、様々な核燃料サイクルシナリオを検討してきた。そこで、本研究では、そのシナリオと関連技術の開発状況について紹介する。
芝田 陵大; 天野 宰; 山田 博之; 宮地 紀子; 中村 仁宣
第44回日本核物質管理学会年次大会会議論文集(インターネット), 4 Pages, 2023/11
原子力機構では、核物質防護是正処置プログラム「PPCAP」を2019年9月から導入し、PPCAP活動活性化のための取組みを継続的に実施してきた。その結果、導入から4年間で3,700件以上の是正活動に係るインプット情報を得て、必要な改善等に取組んできた。これらの活動を通じ、法令遵守や気づきの意識向上等、核セキュリティ文化を醸成してきている。本発表では、PPCAPによる是正活動、及びPPCAP活動活性化のための取組みについて報告する。
小山 真一; 池内 宏知; 三次 岳志; 前田 宏治; 佐々木 新治; 大西 貴士; Tsai, T.-H.; 高野 公秀; 深谷 洋行; 中村 聡志; et al.
廃炉・汚染水・処理水対策事業事務局ホームページ(インターネット), 216 Pages, 2023/11
令和3年度及び4年度に原子力機構が補助事業者となって実施した令和3年度開始「廃炉・汚染水対策事業費補助金に係る補助事業(燃料デブリの性状把握のための分析・推定技術の開発(燃料デブリの分析精度向上、熱挙動の推定及び簡易分析のための技術開発))」の成果概要を最終報告として取りまとめた。本報告資料は、廃炉・汚染水・処理水対策事業事務局ウェブサイトにて公開される。
神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*; 上野 彰
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.928 - 931, 2023/11
2014年秋よりJ-PARCで運用を開始した高周波駆動型大強度負水素イオン源の2022年秋から2023年夏までの運転状況について報告する。J-PARCでは、リニアックで50mAの負水素イオンビームを引き出すために、イオン源よりビームエネルギー50keVでビーム電流60mAのビームを生成・引き出している。これまで、J-PARCでは2022年夏までの運転で4001時間のイオン源連続運転を達成した。また、2022年秋より運転を再開した後、イオン源は年末年始や年度末の運転休止期間などを挟んで、2023年6月まで途中で交換することなく、1台のイオン源で運転を継続した。本発表では、J-PARC負水素イオン源の運転状況を報告する。また、イオン源グループで試験を進めている高周波プラズマ生成用のJ-PARC製内部アンテナの状況についても併せて報告する。
上出 英樹; 川崎 信史; 早船 浩樹; 久保 重信; 近澤 佳隆; 前田 誠一郎; 佐賀山 豊; 西原 哲夫; 角田 淳弥; 柴田 大受; et al.
次世代原子炉が拓く新しい市場; NSAコメンタリーシリーズ, No.28, p.14 - 36, 2023/10
高速炉、高温ガス炉を始めとする次世代原子炉の開発が進み、日本を含む世界の電力あるいは熱利用など産業利用の市場への貢献が目前となっている。ここでは、世界の動向を含め日本の開発状況についてまとめ、特に第4世代原子力システム国際フォーラム(GIF)の活動ならびに日本の高速炉、高温ガス炉、世界のSMRについて開発の現状を解説した。
永井 崇之; 岡本 芳浩; 山岸 弘奈*; 柴田 大輔*; 小島 一男*; 長谷川 毅彦*; 佐藤 誠一*; 深谷 茜音*; 畠山 清司*
JAEA-Research 2023-004, 45 Pages, 2023/09
JAEA-Research-2023-004.pdf:6.07MB
ホウケイ酸ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、その化学組成によって変化する。本研究は、ガラス固化体を模擬したガラス(以下、模擬廃棄物ガラス)を対象に軟X線領域のXAFS測定を実施し、原料ガラス成分のホウ素(B)やケイ素(Si)、廃棄物成分の鉄(Fe)やセシウム(Cs)の化学的状態等を評価した。模擬廃棄物ガラスの化学的安定性を把握するため、浸出試験に供したガラス表面を対象に、BのK吸収端、FeのL
、L
吸収端及びCsのM
、M
吸収端のXANESスペクトル測定を行った。その結果、浸出液に曝露されたガラス表面は変化し、明瞭なXANESスペクトルが得にくくなることが分かった。BのK吸収端XANESスペクトルから、浸出試験後の試料表面は未浸漬の試料表面と比較してB-Oの3配位構造(BO)が増加し、4配位構造(BO)が減少する傾向を確認した。FeのL、L吸収端及びCsのM、M吸収端のXANESスペクトルから、浸漬時間が長くなるに従って、ガラス表面に存在するCsが浸出液中へ溶出することを確認した。未浸漬の模擬廃棄物ガラスを対象に、SiのK吸収端XANESスペクトルを測定した結果、NaO濃度によるXANESスペクトルの変化が廃棄物成分濃度による変化より大きいことを確認した。
Mao, W.; Gao, S.*; Gong, W.; Bai, Y.*; Harjo, S.; Park, M.-H.*; 柴田 曉伸*; 辻 伸泰*
Acta Materialia, 256, p.119139_1 - 119139_16, 2023/09
被引用回数：20 パーセンタイル：96.70(Materials Science, Multidisciplinary)変形誘起塑性(TRIP)鋼は、変形誘起マルテンサイト変態(DIMT)に伴う加工硬化率の向上により、強度と延性の優れた組み合わせを示す。TRIP鋼や合金の加工硬化挙動におけるDIMTの役割を定量的に評価することは、強度と延性の両立を可能にする先進材料を設計するための指針を与えるが、変形中に相組成が変化し続け、応力と塑性ひずみの両方が構成相間で動的に分配されるため、その評価は困難である。本研究では、Fe-24Ni-0.3C(wt.%)TRIPオーステナイト鋼の引張変形とその場中性子回折測定を行った。中性子回折測定による応力分割と相分割に基づく解析手法を提案し、試験片の引張流動応力と加工硬化率を、オーステナイト母相,変形誘起マルテンサイト、DIMT変態速度に関連する因子に分解し、試料の加工硬化挙動における各因子の役割を考察した。さらに、回折プロファイル解析により測定した転位密度を用いてオーステナイトとマルテンサイト間の塑性ひずみ分配を間接的に推定し、材料中のオーステナイトとマルテンサイト間の応力・ひずみ分配の全体像を構築した。その結果、変形誘起マルテンサイト変態速度とマルテンサイトが負担する相応力の両方が、材料の全体的な引張特性に重要な役割を果たしていることが示唆された。提案した分解解析法は、TRIP現象を示す多相合金の機械的挙動を調べるために広く適用できる可能性がある。
高畠 容子; 渡部 創; 新井 剛*; 佐藤 隆博*; 柴田 淳広
Applied Radiation and Isotopes, 196, p.110783_1 - 110783_5, 2023/06
被引用回数：1 パーセンタイル：35.82(Chemistry, Inorganic & Nuclear)An adsorbent used for the recovery of trivalent minor actinides (MA(III); Am and Cm) from high level liquid waste generated from reprocessing of spent nuclear fuel was subjected to micro-PIXE analysis to improve its elution performance. The experimental adsorbent comprised SiO particles, a polymer coating, and an TODGA. The particles to be analyzed were subjected to Nd adsorption and an elution operation, but Nd in the adsorbent was found to be uniformly distributed. This might have been caused by individual differences in the amount of impregnated TODGA. The remaining Nd species were not localized to a specific part of the adsorbent after the adsorption operation. Some Nd elements were retained in the adsorbent after elution, probably because of the poor diffusion of the mobile phase inside the adsorbent. An adsorbent having a different microstructure from the first was then evaluated, and rapid elution was observed on new adsorbent along micro-PIXE analysis
dynamics in the H conductors LaH
O
玉造 博夢; 福井 慧賀*; 飯村 壮史*; 本田 孝志*; 多田 朋史*; 村上 洋一*; 山浦 淳一*; 倉本 義夫*; 佐賀山 基*; 山田 武*; et al.
Physical Review B, 107(18), p.184114_1 - 184114_8, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)Using an incoherent quasi-elastic neutron scattering (QENS) technique, we investigate H dynamics in a series of oxyhydrides LaHO that exhibit characteristic high H conductivity. In the end member LaH (
= 0), two kinds of H dynamics are identified: the jump diffusion and the localized motion. The jump length in the jump diffusion mode increases with increasing 
. The localized motion is identified as a jump between the two inequivalent sites. These dynamics are corroborated by our molecular dynamical simulations. Our QENS data suggest that similar H dynamics occurs also in oxyhydrides LaHO ( 
0), whose H concentration dependence is consistent with the previous measurement of ionic conductivity. We also discuss the possibility that LaHO is an example of H ion conductors governed by the concerted migration mechanism. The identified H dynamics is a key to understanding the anomalous hydrogen concentration dependence of the diffusion coefficient in lanthanum hydrides, which has been a longstanding mystery in this compound.
天野 宰; 芝田 陵大; 佐藤 義治; 山崎 勝幸; 白茂 英雄; 中村 仁宣
Proceedings of INMM & ESARDA Joint Annual Meeting 2023 (Internet), 6 Pages, 2023/05
日本では、原子力事業者に核セキュリティ文化の醸成活動を義務付けられてからおよそ10年が経過した。この間、世界の原子力情勢は大きく変化し、法令遵守や核セキュリティ文化を重視する姿勢がますます重要になっている。原子力機構では、法令遵守及び核セキュリティ文化醸成活動方針を理事長が定め、その方針に基づいて、本部及び全国6か所の拠点で様々な活動が行われている。最終的には、これらの活動結果について、毎年評価し、改善を行ってきている。事例研究は、核セキュリティ上のリスクに対する感受性、法律の正しい理解等、法令遵守や核セキュリティ文化醸成のためのスキルを身につけることができる活動の一つである。事例研究の手順は、危険余地トレーニング(KYT)の手法を参考に作成した。KYTは、参加者(グループ)が4つの質問を通じて、事例への対応方法を議論するトレーニングである。まず、参加者には、核セキュリティ上のリスクがある想定事例のイラストと説明文が与えられる。その後、グループ内で4つの設問に従い、ディスカッションを行う。このグループディスカッションを通じて、参加者は核セキュリティのリスクを効果的に認識することができる。2022年度の事例研究では、核セキュリティ担当者、警備員、一般職員等、参加者の役割に応じて自由に事例を選択できるように23事例を用意した。事例研究の実施後、有効性評価のため、参加者に対し、アンケートへの記入を求めた。アンケートの結果、事例研究は核セキュリティリスクに対する感度の向上と法律の正しい理解につながることが示された。全体として、事例研究結果より、JAEAの取り組みは核セキュリティ文化の維持・向上させるのに十分であることを示唆していた。
大道 博行*; 山田 知典; 猿田 晃一; 宮部 昌文; 伊藤 主税; 柴田 卓弥; 井上 薫*; 寺林 稜平*; 長谷川 秀一*
Physica Scripta, 98(3), p.035112_1 - 035112_22, 2023/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)kW級の疑似連続発振レーザー(パルス時間10ms)と金属・金属酸化物との相互作用について、レーザー誘起絶縁破壊や連続的なレーザー誘起溶融・蒸発と機械的応答、それに続く様々な種類の粒子や破片の放出に関する特性評価を行った。ファイバーレーザーと高速度カメラを用いて、相互作用ダイナミクスを観察した。放出された微粒子をカスケードインパクターや自作コレクターで捕集して電子顕微鏡で観察した。照射痕形状はデジタル光学顕微鏡で観察し、ターゲットから噴出した総質量を求めた。その結果、金属との相互作用のしきい値は、酸化物との相互作用のしきい値よりも低く安定していた。またステンレス鋼では、レーザーで加熱された薄層からの熱伝導により生じる溶融層のダイナミクスと、隣接する固体層による機械的応答の少ない連続的な粒子放出が支配的であることが分った。一方、酸化物では溶融のほか、比較的深い相互作用領域での破壊と、比較的大きなレーザーショット間変動のある脆性材料応答が重要な役割を果たすらしいことが分った。
TaS
のX線磁気円二色性による研究; FeTiSとの比較芝田 悟朗; Won, C.*; Kim, J.*; 野中 洋亮*; 池田 啓祐*; Wan, Y.*; 鈴木 雅弘*; 小出 常晴*; 田中 新*; Cheong, S.-W.*; et al.
Photon Factory Activity Report 2022 (インターネット), 2 Pages, 2023/00
Feをインターカレートした遷移金属ダイカルコゲナイド化合物FeTiSおよびFeTaSは、巨大な保磁力および垂直磁気異方性を示す強磁性体になることが知られている。我々は以前、FeTiSについてのX線磁気円二色性(XMCD)実験の結果から、Fe
の凍結していない軌道磁気モーメントが結晶場の1次摂動によって直接磁気異方性エネルギーを生むことを明らかにした。今回、FeTiSよりもさらに強い磁気異方性を示す遷移金属ダイカルコゲナイドFeTaSについて同様にXMCD実験を行い、磁気異方性の強さが何によって左右されているかを探ることを試みた。
篠原 正憲; 角田 淳弥; 柴田 大受; 平田 勝
JAEA-Evaluation 2022-006, 198 Pages, 2022/11
JAEA-Evaluation-2022-006.pdf:23.34MB
日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」)は、外部有識者からなる高温ガス炉及び水素製造研究開発・評価委員会において、第3期中長期計画期間(平成27年度から令和3年度)の事後評価及び第4期中長期計画期間(令和4年度から令和10年度)の事前評価を受けた。その結果、第3期中長期計画期間の事後評価については、技術系委員10名のうち、2名の委員がS評価、7名の委員がA評価及び1名の委員がB評価とし、総合評価としてA評価を受けた。また、人文・社会系委員1名の委員がB評価、1名の委員がC評価とし、総合評価としてB評価を受けた。第4期中長期計画期間の事前評価については、複数の評価委員が「要改善」と評価した項目はあるものの、過半の委員が妥当と判断した。本報告書は高温ガス炉及び水素製造研究開発・評価委員会の構成、評価項目、評価結果及び原子力機構の措置について記載したものである。
