MOX燃料製造設備の運転・保守経験を踏まえた「粉末秤量・均一化混合設備」の開発

川崎 浩平; 小野 高徳; 柴沼 公和; 後藤 健太; 會田 貴洋; 岡本 成利; 品田 健太; 市毛 秀和; 高瀬 龍弥; 逢坂 悠樹; et al.

JAEA-Technology 2022-031, 91 Pages, 2023/02

JAEA-Technology-2022-031.pdf:6.57MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が平成30年12月に公表したバックエンドロードマップにおいては、核燃料サイクル工学研究所内の施設の廃止措置に伴い、核燃料物質をプルトニウム燃料第三開発室(以下「Pu-3」)に集約し、長期的に安定・安全に貯蔵する計画である。核燃料物質の集約化の一環として、Pu-3において非密封のプルトニウム・ウラン混合酸化物(Mixed Oxide、以下「MOX」)粉末を熱処理ペレット化し、封入棒へ充填、密封し、集合体形状に組立て、集合体・保管体貯蔵設備に保管する「保管体化」を計画し、新規制基準を踏まえた保管体化に係る核燃料物質使用変更許可を取得した。この保管体化に当たっては、施設のリスク低減のため、ペレット製造工程内で取り扱うことができるプルトニウム量(熱処理ペレット以外の性状で蓋付きの粉末搬送容器に収納されていない状態の量)を50kgPu以下に制限することから、保管体化の処理の起点となる粉末の秤量及び均一化混合の工程を担う設備を小バッチサイズに対応させた「粉末秤量・均一化混合設備」を開発・設置し、下流の各工程設備での取扱量を小さくすることとした。粉末秤量・均一化混合設備の開発に当たっては、これまでのMOX燃料製造設備の運転・保守経験に基づく故障データを設計に反映し、信頼性・保守性をより向上させた。粉末秤量・均一化混合設備は、令和4年2月よりMOX粉末を使用した運転を開始し、約半年間の運転実績において故障データを反映した設計の妥当性が確認されている。本報告書は、粉末秤量・均一化混合設備の開発を通じて得られた知見と約半年間の運転実績を踏まえた設計の評価及び今後の設備開発における課題をまとめたものである。

ダイヤモンドへの低エネルギーイオン注入による発光センターの規則配列作製,2

田村 崇人*; 小松原 彰*; 寺地 徳之*; 小野田 忍; 大島 武; Christoph, M.*; Naydenov, B.*; McGuinness, L.*; Jelezko, F.*; 品田 賢宏*; et al.

no journal, , 

量子情報通信において有望な系の一つに挙げられるダイヤモンド中のSiVセンター(シリコンと原子空孔からなる発光センタ)の作製に関する研究を行った。早稲田大学が開発した数十keV級低エネルギー単一イオン注入技術を用いて、狙った位置にSiイオンを1個ずつ注入するとともに、その位置に同時に形成される空孔欠陥を再結合させることで、SiVセンターを作製した。作製したSiVセンターの共焦点顕微鏡像を観察したところ、狙い通り500nm間隔でSiVセンターの規則配列が形成されていることがわかった。さらに、注入イオン数に対する発光センターの生成数を調べた結果、1スポットあたりの注入イオン数が100個の領域においてSiVセンターからの発光が確認され、SiVセンターの生成収率が1%以上であることが明らかとなった。

ダイヤモンドへの低エネルギーSiイオン注入におけるSi-Vセンタ生成収率の評価

田村 崇人*; 小池 悟大*; 寺地 徳之*; 小野田 忍; McGuinness, L.*; Rogers, L.*; Christoph, M.*; Naydenov, B.*; Wu, E.*; Yan, L.*; et al.

no journal, , 

量子情報通信において重要な要素技術の1つである単一光子源として知られているシリコンと原子空孔からなるSiVセンターの生成収率を調べた。以前の研究で、60keVの低エネルギーSiイオンをスポット状に集束させてダイヤモンドに注入することで、SiVセンターの配列を作製することが可能であることを見出している。本研究では、1スポットあたりの注入イオン数を減らしていき、たった1つのSiVセンターを作製するための最小イオン注入量を求め、SiVセンターの収率を調べた。その結果、60keVの低エネルギーSiイオン注入の場合、SiVセンターが形成される収率が15%であることが分かった。