再処理施設用蒸気配管伸縮管継手保温材の改良

小松 誠司; 西田 哲郎; 川崎 一男; 軍司 光; 西野 将平; 神原 貴志*; 三浦 博人*; 鈴木 高一*; 木下 真登*; 兼井 達也*

日本保全学会第21回学術講演会要旨集, 5 Pages, 2025/07

核燃料サイクル工学研究所内の各施設においてプロセス用や空調用として使用している蒸気は、研究所内の中央運転管理室に設置された水管ボイラで製造され、地下の共同溝を介して各施設に供給している。各施設への蒸気供給配管は3系統(A系、B系、C系)あり、この内2系統(A系、B系)が再処理施設用の蒸気配管である。蒸気配管(伸縮管継手、蒸気トラップ等含む)は保温材で覆われており、2本の再処理施設用蒸気配管(A系、B系)が並行に敷設され、保守管理時における確認が困難な構造となっている。特に、伸縮管継手はA系、B系間の間隔が非常に狭く、保温材の脱着が困難であるため、伸縮管継手本体の外観点検が容易にできないことが課題となっていた。本稿では、容易な脱着を可能にした改良型保温材の特徴とその効果について報告する。

再処理施設用蒸気配管伸縮継手損傷の原因と対策

西野 将平; 西田 哲郎; 川崎 一男; 本橋 昌博; 神原 貴志*; 鈴木 高一*; 木下 真登*

日本保全学会第20回学術講演会要旨集, p.14 - 21, 2024/08

核燃料サイクル工学研究所内の各施設においてプロセス用や空調用として使用している蒸気は、研究所内の中央運転管理室に設置された4基の水管ボイラで製造され、地下の共同溝を介して各施設に供給されている。各施設への蒸気供給配管は3系統(A系、B系、C系)あり、このうち2系統(A系、B系)が再処理施設用となっている。令和4年11月4日、11月25日、再処理施設用の蒸気配管のうちB系に設置された伸縮継手からの蒸気漏えい事象が発生した。本報告では、事象発生の原因と対策について報告する。

Flexible waste management system for the future application of MA P&T technology to the current high-level liquid waste

深澤 哲生*; 鈴木 晶大*; 遠藤 洋一*; 稲垣 八穂広*; 有馬 立身*; 室屋 裕佐*; 遠藤 慶太*; 渡邉 大輔*; 松村 達郎; 石井 克典; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(3), p.307 - 317, 2024/03

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2226673

将来実用化されるMA分離変換技術を現在のHLLWに適用するため、柔軟な廃棄物管理システム(FWM)の開発を進めている。このFWMシステムは、MA分離変換技術が実現するまでの間、高レベル廃棄物(HLW)を顆粒体として貯蔵するシステムである。模擬HLLWからのロータリーキルンによる顆粒体製造と、現在のHLW貯蔵施設でのHLW顆粒体の一時貯蔵(約50年)のための基礎実験と予備的熱分析により、その主要プロセスの実現可能性をそれぞれ基本的に確認した。顆粒体製造実験では、ロータリーキルンによって比較的大きな粒子を製造できることが明らかになった。熱分析の結果、小さい直径のキャニスターを用いて、HLWよりも高い貯蔵密度で安全に貯蔵できることが示された。また、潜在的な放射性毒性及び処分場面積についてFWMシステムの有効性を評価し、FWMはこれらの要因を低減することができ、現行の再処理工場で発生するHLWの処分において大きなメリットがあることが示された。日本では軽水炉の燃料が長期間保管され、再処理工場の運転開始が間近とされているため、FWMシステムは高レベル放射性廃棄物処分の環境負荷低減に有効なシステムと考えられる。

水銀標的の気泡注入性能向上のための機械学習を用いた最適化

粉川 広行; 二川 正敏; 羽賀 勝洋; 都築 峰幸*; 村井 哲郎*

JAEA-Technology 2022-023, 128 Pages, 2022/11

JAEA-Technology-2022-023.pdf:9.0MB

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設では、ステンレス製の水銀標的容器内で流動する水銀にパルス陽子ビームを繰り返し入射し、核破砕反応により生成する中性子を最先端科学実験に供する。パルス陽子ビーム入射に伴い、水銀中には圧力波が発生し、圧力波の伝播と容器変形の相互干渉に起因するキャビテーション損傷、特に陽子ビーム入射部の損傷が標的容器の寿命を支配する。圧力波及び損傷の低減対策として、ヘリウムの微小気泡を水銀中に注入する方法を開発し、圧力波及び損傷の低減を実証した。所期の1MWの大強度陽子ビーム下における水銀標的容器の耐久性を向上させるには損傷をさらに低減する必要がある。微小気泡による圧力波低減効果の向上には、水銀中での直径が150m以下である気泡の体積含有率を高めることが求められる。気泡生成器から注入した気泡は浮力による上昇や流動過程での合泡などを起こし、水銀内を流動中に気泡の体積含有率は低下する。気泡生成器の設置位置を損傷が激しいビーム入射部に近づければ、ビーム入射部近傍の気泡体積含有率の低下を防ぐことが可能である。しかし、ビーム入射部に近づくほど、気泡生成器の設置空間が狭く流動抵抗が大きくなるため、冷却に十分な水銀流量の確保が困難になることや、水銀流速の低下により生成気泡径が大きくなる等の弊害が生じる。そこで、標的容器のビーム入射部近傍でより小さな気泡を高い密度で分布できるように、標的容器内部における気泡生成器の形状や設置位置、さらに水銀流動案内羽根の形状に関して機械学習による設計の最適化を試みた。気泡分布を考慮した水銀標的構造の設計では、多数の設計変数を考慮する必要があることから、ラテン超方格法に基づき約1000ケースの設計変数について数値解析を実施し、その結果を学習データとしてビーム入射部近傍での気泡分布(サイズや数密度)が最適になる設計を決定した。水銀の流量は標的容器の温度に、気泡生成器の形状は製作性や生成気泡径に影響を及ぼすことから、これらを制約条件とした。その結果、ビーム入射部近傍で半径が150m以下の気泡の密度を約20%増大できる解を見出した。

Solidification pressures and ages recorded in mafic microgranular enclaves and their host granite; An Example of the world's youngest Kurobegawa granite

鈴木 康太*; 河上 哲生*; 末岡 茂; 山崎 あゆ*; 鏡味 沙耶; 横山 立憲; 田上 高広*

Island Arc, 31(1), p.e12462_1 - e12462_15, 2022/09

https://doi.org/10.1111/iar.12462

Solidification pressure conditions and U-Pb zircon ages were determined and compared between mafic microgranular enclaves (MMEs) and their host granite from two sample localities in the Kurobegawa Granite (Hida Mountain Range, central Japan). The ages for MMEs tend to be younger than the host granites, although they overlap within uncertainty. In both lithologies, zircon occurs as the matrix mineral and as inclusions in plagioclase rims. Meanwhile, only in the host granites, zircon also occurs as early phases in plagioclase cores. Such differences in mode of occurrence of zircon suggest that the age variation reflects the difference in the timing of zircon crystallization between the MMEs and the host granites. Therefore, the MMEs record the same solidification pressures as the host granites and better represent the final solidification timing of the Kurobegawa Granite.

Chemical characterization of a volatile dubnium compound, DbOCl

Chiera, N. M.*; 佐藤 哲也; Eichler, R.*; 富塚 知博; 浅井 雅人; 安達 サディア*; Dressler, R.*; 廣瀬 健太郎; 井上 浩樹*; 伊藤 由太; et al.

Angewandte Chemie; International Edition, 60(33), p.17871 - 17874, 2021/08

https://doi.org/10.1002/anie.202102808

等温ガスクロマトグラフ法を用いて、105番元素ドブニウム(Db)の単一原子を対象として、揮発性オキシ塩化物を合成し、化学的性質を調べた。同一条件下で同族元素ニオブおよびタンタルの揮発性と比較したところ、NbOCl TaOCl DbOClの関係が得られた。これはDb分子中の共有結合性が周期表からの予想よりも強くなっているためと考えられる。本成果により、超アクチノイド元素の化学的性質に関する理論計算に対する信頼できる実験データを与えることができた。

Development and operation of an electrostatic time-of-flight detector for the Rare RI storage Ring

長江 大輔*; 阿部 康志*; 岡田 俊祐*; 大甕 舜一朗*; 若山 清志*; 細井 駿*; 鈴木 伸司*; 森口 哲朗*; 天野 将道*; 上岡 大起*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 986, p.164713_1 - 164713_7, 2021/01

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164713

An electrostatic time-of-flight detector named E-MCP has been developed for quick diagnostics of circulating beam and timing measurement in mass spectrometry at the Rare-RI Ring in RIKEN. The E-MCP detector consists of a conversion foil, potential grids, and a microchannel plate. Secondary electrons are released from the surface of the foil when a heavy ion hits it. The electrons are accelerated and deflected by 90 toward the microchannel plate by electrostatic potentials. A thin carbon foil and a thin aluminum-coated mylar foil were used as conversion foils. We obtained time resolutions of 69(1) ps and 43(1) ps (standard deviation) for a Kr beam at an energy of 170 MeV/u when using the carbon and the aluminum-coated mylar foils, respectively. A detection efficiency of approximately 90% was obtained for both foils. The E-MCP detector equipped with the carbon foil was installed inside the Rare-RI Ring to confirm particle circulation within a demonstration experiment on mass measurements of nuclei around Ge produced by in-flight fission of uranium beam at the RI Beam Factory in RIKEN. Periodic time signals from circulating ions were clearly observed. Revolution times for Ge, Ga, and Zn were obtained. The results confirmed successful circulation of the short-lived nuclei inside the Rare-RI Ring.

Enrichment of chalcophile elements in seawater accompanying the end-Cretaceous impact event

丸岡 照幸*; 西尾 嘉朗*; 小木曽 哲*; 鈴木 勝彦*; 大澤 崇人; 初川 雄一*; 寺田 靖子*

GSA Bulletin, 132(9-10), p.2055 - 2066, 2020/09

https://doi.org/10.1130/B35403.1

Chalcophile elements are enriched in the Cretaceous-Paleogene (KPg) boundary clays from Stevns Klint, Denmark. As concentrations of Cu and Ag correlate with those of Ir, we suggest that these elements were supplied to the oceans by processes related to the end-Cretaceous meteorite impact. Synchrotron X-ray fluorescence images reveal that Cu and Ag exist as trace elements in pyrite grains or as discrete phases specifically enriched in Cu or Ag. Based on their affinities with Cu, Ag and Ir, iron oxides/hydroxides and organic matter are potential candidates for scavenging carriers. Chalcophile elements adsorbed on iron oxides/hydroxides might be released during reductive dissolution of iron oxides/hydroxides and might be incorporated into pyrite produced simultaneously with the reductive dissolution of iron oxides/hydroxides. Both iron oxides/hydroxides and chalcophile elements were possibly released from the KPg target rocks (i.e., sedimentary rocks in this case) by impact heating.

Analysis of atomistic structural deformation characteristics of calcium silicate hydrate in 53-year-old tricalcium silicate paste using atomic pair distribution function

Bae, S.*; Jee, H.*; Suh, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡; Geng, G.*; et al.

Construction and Building Materials, 237, p.117714_1 - 117714_10, 2020/03

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117714

Although the atomistic structure and the deformation characteristics of calcium silicate hydrates (C-S-H) are of primary interest in cement chemistry, they have not been fully investigated. In this study, pair distribution function (PDF) analysis was conducted on a 53-year-old fully hydrated tricalcium silicate (CS) paste using in situ synchrotron high-energy X-ray scattering to probe the atomic structural deformation of C-S-H under external loading. The results were compared with those from our previous PDF study of a 131-day-old CS paste in order to elucidate the effect of aging on the mechanical characteristics of C-S-H. Three different strains measured by the strain gauge, by the lattice shifts (d-spacing) in the reciprocal space, and by the shift of the interatomic distance (r) in the real space were compared. In the range of r 20 , where most of the information was derived from C-S-H, the 53-year-old CS paste had a higher overall elastic modulus (18.3 GPa) and better resistance to compressive stress than the 131-day-old CS paste (elastic modulus: 8.3 GPa). Moreover, it was found that the macroscopic strains of the 53-year-old CS paste were presumably induced by mechanical deformation such as microcracks at the macroscale. The results provide experimental evidence for the atomistic and mesoscale mechanical behavior of C-S-H in the early and late ages.

An Experimental setup for creating and imaging He excimer cluster tracers in superfluid helium-4 via neutron-He absorption reaction

Sonnenschein, V.*; 辻 義之*; 國立 將真*; 久保 渉*; 鈴木 颯*; 富田 英生*; 鬼柳 善明*; 井口 哲夫*; 松下 琢*; 和田 信雄*; et al.

Review of Scientific Instruments, 91(3), p.033318_1 - 033318_12, 2020/03

AA2022-0319.pdf:4.36MB

https://doi.org/10.1063/1.5130919

For the purpose of future visualization of the flow field in superfluid helium-4, clusters of the triplet state excimer He are generated along the micro-scale recoil tracks of the neutron-absorption reaction n + He T + p. This reaction is induced by neutron irradiation of the He fraction contained in natural isotopic abundance liquid helium with neutron beams either from the Japan Proton Accelerator Research Complex, Materials and Life Science Experimental Facility (J-PARC)/Materials and Life Science Experimental Facility or from the Kyoto University Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science. These He clusters are expected to be ideal tracers of the normal-fluid component in superfluid helium with several advantageous properties. Evidence of the excimer generation is inferred by detection of laser induced fluorescence emitted from the He clusters excited by a purpose-built short pulse gain-switched titanium:sapphire (Ti:sa) laser operating at a wavelength of 905 nm. The setup and performance characteristics of the laser system including the Ti:sa and two continuous wave re-pumping lasers are described. Detection at the fluorescence wavelength of 640 nm is performed by using optical bandpass filtered photomultiplier tubes (PMT). Electrical noise in the PMT acquisition traces could successfully be suppressed by post-processing with a simple algorithm. Despite other laser-related backgrounds, the excimer was clearly identified by its fluorescence decay characteristics. Production of the excimer was found to be proportional to the neutron flux, adjusted via insertion of different collimators into the neutron beam. These observations suggest that the apparatus we constructed does function in the expected manner and, therefore, has the potential for groundbreaking turbulence research with superfluid helium.