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報告書

使用済燃料の分析法の最近の進歩,総説

吉田 善行; 渡部 和男; 伊藤 光雄; 上野 隆; 竹下 英文

JAEA-Review 2008-062, 34 Pages, 2009/01

JAEA-Review-2008-062.pdf:4.07MB

近年、使用済燃料(SF)の分析法が急速に刷新されている。それは、アクチノイド(U, Np, Pu, Am, Cm)及び核分裂生成物の核種分析に用いられる誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)が著しく進歩したことによる。ICP-MSは基本的に、分析に必要な試料量、すなわち分析対象元素の絶対量及び試料溶液の容量のいずれもが極少量で済むため、強い放射能を有するSFの分析に多大な威力を発揮する。すなわちICP-MSを適用することによって、分析作業者の被ばく線量の低減化が可能になり、分析操作で生じる放射性廃液の量を大幅に削減することが可能となる。さらに、ICP-MSに先立って、同法による核種分析において妨害となる同重体を有する元素を分離しておく必要があるが、その分離法においても顕著な進歩がみられる。本総説では、このような目覚ましい進展がみられるSFの分離法,核種定量法に焦点を当て、50数編の論文に基づいてこの分野の最近の進歩をまとめ、あわせて今後の展望,課題などを明らかにする。

論文

放射線による絹の新しい応用開拓

竹下 英文; 石田 一成*; 吉井 文男

放射線と産業, (90), p.19 - 23, 2001/06

最近絹を繊維以外の分野に応用する気運が高まっている。原研では絹の微粉末化と水溶化の研究を行っている。本稿では得られた成果と繭から絹を製造する工程について紹介する。繭はセリシンとフィブロインからなるが、通常はセリシンを除きフィブロインが絹の主成分である。照射効果の研究では絹くずを用いた。絹の微粉末化は、機械的粉砕のみでは困難であった。しかし、250kGy以上の照射の後ボールミル粉砕により径が100$$mu$$m以下の微粉末が得られた。微粉化粉砕では、分子量低下が起きるため、500kGy照射では60%が水に可溶になる。可溶成分の分子量は15,000~20,000である。絹は機能性のタンパク質であるため、生体適合性にすぐれており、本技術で得た材料は、化粧品や吸・放湿性、触感性を改善する添加剤としての用途が期待できる。

論文

原子力利用の経済規模

武久 正昭*; 田川 精一*; 柏木 正之*; 富永 洋*; 石川 勇*; 大岡 紀一; 釜田 敏光*; 細淵 和成*; 幕内 恵三; 竹下 英文; et al.

原子力利用の経済規模; NSAコメンタリーシリーズ, No.9, 139 Pages, 2001/01

平成11年度に、原研は科技庁研究技術課(現在、文科省研究振興局量子放射線研究課)から委託調査を受け、「放射線利用の国民生活に与える影響に関する研究」と題する調査を実施した。調査実施主体は原研高崎研である。具体的には原研高崎研のなかに放射線フロンティア研究委員会放射線利用経済効果専門部会を作り、約20名の放射線利用専門家に委員となって戴いた。工業,農業,及び医学・医療といった異なる分野からの委員が参集して下さった。1年間(実質は6ヶ月)の活動により、我が国において放射線利用がどの程度拡がっているが、経済規模(金額)の形で数値が報告された。約8兆6千億円であった。また、成果の一部は放射線利用シンポジウム等で公開された。この成果報告に興味を持たれた田畑米穂先生(東大名誉教授)が、原子力研究システム懇話会から成果報告冊子を出してはどうかと原研に進めて下さった。研究事務局では専門部会に諮ったところ了解が得られた。最終的には「原子力利用の経済規模」という標題で刊行が決まった。標題が放射線利用から原子力利用に変わったのは、原研に東電グループが協力して原発の経済規模を求め、放射線利用と合体してくれたからである。詳細に検討するといろいろ課題は残っているものの、システマティックに我が国の原子力利用の経済規模を求めるのに成功した。本外部発表票の発表者は、上記経済効果専門部会に原研高崎から参加した専門家である。

論文

ゆとりある国民生活に貢献する放射線; 放射線利用の経済規模

柳澤 和章; 久米 民和; 幕内 恵三; 竹下 英文

放射線と産業, (88), p.46 - 53, 2000/12

俗に、原子力量はエネルギー利用と放射線利用の2本柱と言われてきているが、その柱の高さ(経済規模)がこれまで明らかでなかった。今回の調査の結果、平成9年度の時点で原子力利用は約16兆円、対GDP比3.2%になっていることが初めて明らかになった。民主導で開始された放射線利用は、官主導で開始されたエネルギー利用(原発)に比べその経済規模は小規模で、せいぜい数百億円と多くの原子力専門家は考えていた節がある。ところが、いざ蓋を開けてみると、放射線を使った半導体産業(約5兆円規模)や自動車産業(ラジアルタイヤ1兆円規模)などの躍進により、医学・医療用(約1兆円)とあわせて8兆6千億円の規模にあることが判明した。これに対して、エネルギー利用の経済規模は7兆3千億円となっており、まさに、事実は小説よりも奇なりの格言とおりの結果となった。驚くのは経済規模だけでなく、放射線利用の中身であり、私たちの生活の隅々まで実に巧みに利用の便に供されていることがわかった。生活の基盤はエネルギーで支えるが、生活のゆとりは放射線で支えている感をもった。このような良いことは、一部専門家の常識として止めておくのではなくて、広く国民に知らせしめ放射線利用の恩恵を感じ取って頂くのがよいと考える。

論文

Production of fine powder from silk by radiation

竹下 英文; 石田 一成*; 上石 洋一*; 吉井 文男; 久米 民和

Macromolecular Materials and Engineering, 283, p.126 - 131, 2000/11

絹は古代より優れた衣料素材として利用されている。さらに近年では絹タンパクとしての機能に着目して衣料分野以外への応用も進められている。絹の微粉末化は、このような分野においては重要な加工処理の一つである。絹繊維は機械的強度が高く、機械的な粉砕のみで微粉末を得ることは困難である。そのため微粉末化にあたっては、酸またはアルカリで機械的強度を落としたり、あるいはいったん濃厚塩水溶液を用いて高温で溶解するなどの前処理が必要となる。しかしながら、これら湿式法では、溶解-透析などの手間や、廃液処理の必要が生じるなど、問題が残る。著者らは、乾式前処理として放射線照射法の適用を検討し、絹の微粉末化に有効な手段であることを示した。

論文

放射線処理による絹の微粉化

竹下 英文; 石田 一成*; 上石 洋一*; 吉井 文男; 久米 民和

食品照射, 35(1-2), p.49 - 53, 2000/10

最近、絹タンパク質の優れた生理学的な特性が着目され、新しい機能材料としての利用開発が期待されている。特に、人の肌との親和性から、医療材料や化粧品素材への応用が期待され、微粉化は、このような分野においては重要な加工プロセスの一つである。絹繊維は機械的強度が高く、機械的な粉砕のみで微粉末を得ることは困難である。このため微粉化にあたっては、水を加えて凍結固化する、アルカリ処理で脆化させる、あるいは濃厚中性塩水溶液に溶解後乾燥するなどの前処理が必要になる。しかしながら、これら湿式の方法では、溶解-透析-乾燥などの手間や、廃液処理の必要が生じるなど問題が残る。演者らは乾式前処理として放射線照射法の適用を検討し、絹の微粉化に有効な手段であることを示した。

論文

絹タンパクの放射線分解

Pewlong, W.*; Sudatis, B.*; 竹下 英文; 吉井 文男; 久米 民和

食品照射, 35(1-2), p.54 - 58, 2000/09

絹タンパク質は優れた生理学的な特性を有しており、新しい機能材料としての利用開発が期待されている。そこで、環境汚染防止及び資源のリサイクルに役立てることを目的に、絹タンパク質の放射線加工処理による改質効果に関する検討を行った。絹繊維は、500~2500kGyの照射で引張強度が低下し、とくに酸素存在下での劣化が著しかった。また、絹繊維は水に対して不溶であるが、放射線分解により著しく溶解性が増大した。照射した絹繊維を純水中で121$$^{circ}C$$、1時間加熱した場合、酸素中2500kGyで約40%が溶解した。また、0.5N HCl溶液で100$$^{circ}C$$、1hの加水分解を行った場合、未照射では約10%しか溶解しなかったが、酸素中2500kGyの照射では70%以上が溶解した。

論文

植物の生育に対する低エネルギー電子線の照射効果

竹下 英文; Pham, T. L. H.*; 吉井 文男; 久米 民和

食品照射, 35(1-2), p.59 - 63, 2000/09

植物の生育を促進することは、食糧を増産する技術に繋がる。このような期待される方法の一つとして、放射線照射が試みられている。しかし、発芽率の増大や生育促進効果があるという報告も多数あるが、再現性の点で信頼に欠けるものが多かった。従来、照射には透過力の高い$$gamma$$線が用いられているため、刺激効果と同時に損傷が起こり、効果を不明確にしていると考えられる。そこで、植物本来の機能を損なうことなく植物体表面に刺激効果を与えるため、照射深度の調節が可能な低エネルギーの電子線を用いることを試みた。その結果、低エネルギー電子線照射(150-250keV)は、種子(ダイズ、トウモロコシ)の発芽及び生育を促進し、特に根の成長に顕著な効果があることがわかった。また、ダイズ種子に低エネルギー電子線を照射することによって、子葉におけるファイトアレキシンの誘導が促進された。

論文

わが国における放射線利用の経済規模

柳澤 和章; 久米 民和; 幕内 恵三; 竹下 英文

原子力eye, 46(8), p.62 - 68, 2000/08

放射線は工業分野に限らす、農業(アイソトープ利用も含む)及び医学・医療分野でも利用され国民福祉の向上に役立ってきている。ところが、その利用度を定量的に説明しようとすると意外にわからないことが多い。物事の実態を定量化する尺度として、俗に「ヒト、モノ、カネ」といわれるが、放射線利用産業の売上高(すなわち経済規模は)一体どの位の拡がりを持って存在しているのであろうか。このような素朴な疑問の答えるため、平成11年度、科学技術庁からの委託により原研を中心に大学、民間が一致協力して我が国における放射線利用の経済規模を網羅的に調べあげた。その結果、以下のような知見を得た。(1)放射線を利用した産業の経済規模は、工業で7兆2,627億円、農業で1,167億円、医学・医療で1兆1,905億円となった。この三分野の合計は8兆5,699億円となっている。(2)エネルギー利用の経済規模は、放射線利用とほぼ同じような考え方で算出すると約7兆2,742億円となった。(3)放射線利用とエネルギー利用の合計を原子力利用の経済規模と称するとその額は約16兆円となる。半導体加工(約5兆4千億円)を放射線利用に含めるかどうかによって、放射線利用とエネルギー利用の大小関係は逆転するが、いずれにいても放射線利用はエネルギー利用に勝るとも劣らぬ経済規模を有していた。

論文

Thermal degradation behavior of $$gamma$$-irradiated acetyloxy end-capped poly(oxymethylene)

長谷川 伸; 竹下 英文; 吉井 文男; 佐々木 明; 幕内 恵三; 西本 清一*

Polymer, 41(1), p.111 - 120, 2000/01

 被引用回数:54 パーセンタイル:84.23(Polymer Science)

放射線照射したポリオキシメチレンの熱分解挙動について検討した。これまでに報告されていることに基づき、末端構造が分解に強く影響していることが知られている。そこで、この末端基構造に着目し、照射による新たな末端構造の生成について、FTIR測定にて、定性・定量分析を行った。その結果、分解と末端基の数に関連性を見出し、分解機構をよりよく説明することができた。

論文

Effect of combination of irradiation and zeolite on pyrolysis of polymer materials

長谷川 伸; 竹下 英文; 吉井 文男; 幕内 恵三; 西本 清一*

IAEA-TECDOC-1023, p.413 - 424, 1998/06

廃プラスチックの再資源化のため、ポリプロピレン(PP)とポリオキシメチレン(POM)の放射線とゼオライトとの併用による熱分解について研究した。ゼオライト存在下で照射したPPは、熱分解が100$$^{circ}$$Cも低い温度から開始した。その場合の空気中照射では、熱分解生成物に酵素を含むチトン類などの有用物質が得られた。POMに対しては、ゼオライトが照射後の熱分解に有効であることがわかった。ゼオライトは、照射POMの分解の開始温度のほかに、分解の終了温度を著しく低下させることができた。これら照射ポリマーの熱分解にはゼオライトの構造が著しく影響した。

論文

RBS/channeling analysis of damage and annealing processes of Nb-implanted TiO$$_{2}$$

青木 康; 山本 春也; 竹下 英文; 楢本 洋

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 136-138, p.400 - 403, 1998/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:54.57(Instruments & Instrumentation)

二酸化チタンにニオブをドープすることにより、二酸化チタンの電気特性(半導体特性)を制御することが可能であると考えられている。本研究ではニオブのドープ法としてイオン注入法を用い、室温・低温注入を施した後、大気中で焼鈍を行った。ニオブ注入中及び焼鈍過程における二酸化チタン表面注入層の微視的構造をRBS/チャンネリング法を用いて解析し、注入後ある程度結晶性を維持している場合は1段階の焼鈍過程(500$$^{circ}$$C)で結晶が回復し、アモルファス状態からの回復では3段階の焼鈍過程が存在することを明らかにした。結晶が回復した後の状態ではニオブ原子は、Ti格子位置に置換し、二酸化チタン表面層に均一に分布することが分かった。さらに置換したニオブは二酸化チタン中でNbO$$_{2}$$-TiO$$_{2}$$型の固溶体を形成していることを明らかにした。

論文

Properties of thin boron coatings formed during deuterated-boronization in JT-60

柳生 純一; 荻原 徳男; 西堂 雅博; 岡部 友和; 平塚 一; 三代 康彦; 楢本 洋; 山本 春也; 竹下 英文; 青木 康; et al.

Journal of Nuclear Materials, 241-243, p.579 - 584, 1997/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:75.08(Materials Science, Multidisciplinary)

デカボランを用いたボロナイゼーションでは、第一壁上に作製されたボロン膜中に10-12%の軽水素が含まれる。重水素放電を実施した際、この軽水素がプラズマ燃料を希釈してしまうため、ボロナイゼーション後に約100ショットの調整放電が必要であった。軽水素濃度を減らす目的で、重水素化ボロナイゼーションを実施した。作製したボロン膜を分析したところ、ボロン膜中に軽水素は、2-4%に減少していることが判った。重水素放電においても、ボロナイゼーション直後からプラズマ中の軽水素濃度は少なく、調整放電も不要であった。更に、ボロン膜を内壁全面に渡って均一に作製するために、真空容器内にデカボランガス供給口を12箇所設けた。その結果、トロイダル方向に105nm-255nm厚さのボロン膜が作製された。

論文

Stopping-powers and straggling of $$^{15}$$N ions for nuclear reaction analysis at 6.385 MeV

Goppelt-Langer, P.*; 山本 春也; 青木 康; 竹下 英文; 楢本 洋

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 118(1), p.7 - 10, 1996/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:55.83(Instruments & Instrumentation)

$$^{15}$$Nイオンと$$^{1}$$Hとの共鳴核反応を利用した水素のプロファイリングの研究で重要になる6MeV領域の$$^{15}$$Nイオンの阻止能とストラグリングの効果を実験的に測定し、今までの測定値に大きな誤差が存在することを、計算値(実験式)と対比することによって明らかにした。これらのデータは、当該分野の標準的なデータベースであるZieglerらのシステムに採用されることとなった。

論文

Light and heavy element profiling using heavy ion beams

Goppelt-Langer, P.*; 山本 春也; 青木 康; 竹下 英文; 楢本 洋

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 118, p.251 - 255, 1996/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:23.68(Instruments & Instrumentation)

タンデム加速器からの重イオン、典型的には16MeV $$^{16}$$O$$^{5+}$$イオンをラザフォード後方散乱分光及び弾性反跳粒子分光に利用して、それぞれ重元素の測定を行った研究の報告である。特に弾性反跳粒子分光に関しては、入射粒子の阻止能、ストラグリング及び各種反跳軽粒子の阻止能、ストラグリングの評価を実験及び計算の結果を対比した。その結果、検出感度は、重イオン利用により約1桁向上した。深さ分解能としては、重元素マトリックス中で100$AA$、軽元素マトリックス中では250$AA$を得た。

論文

L X-ray spectra of Fe and Cu by 0.75 MeV/u H, He, Si and Ar ion impacts

影山 拓良*; 川面 澄*; 高橋 竜平*; 荒井 重義*; 神原 正*; 大浦 正樹*; Papp, T.*; 金井 保之*; 粟谷 容子*; 竹下 英文; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 107(1-4), p.47 - 50, 1996/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:32.11(Instruments & Instrumentation)

高速のイオン-原子衝突では内殻電子の励起・電離が起きる。KX線については従来多くの研究があるが、LX線は複雑な遷移を有するため研究例が少ない。本研究では、0.75MeV/uのH, He, SiおよびArイオンによってFe及びCuターゲットから放出されるLX線スペクトルを高分解能結晶分光器を用いて測定した。その結果、H及びHeに較べてSiやArイオンではスペクトルがより複雑な構造を持つことが分かった。理論計算との比較から、多重空孔の生成がスペクトルの複雑化の原因であることを明らかにした。

論文

JT-60U用その場ボロン化処理装置により作製したボロン膜中の水素分析

西堂 雅博; 柳生 純一; 山本 春也; Goppelt-Langer, P.*; 青木 康; 竹下 英文; 楢本 洋

第4回TIARA研究発表会要旨集, 0, p.44 - 45, 1995/00

JT-60Uで実施した第4回その場ボロン化処理(ボロン・コーティング)で作製したボロン膜中の水素濃度分析を、高崎研・高機能材料第2研究室と共同で行った。分析法として、$$^{15}$$Nを用いた共鳴核反応法及び高エネルギー$$^{16}$$O及び$$^{58}$$Niを使用した反跳粒子検出法を採用した。前者の場合には、膜厚が厚いと深さ分布を得るためには時間がかかること、また、軽水素と重水素の分離測定は、困難であることが判明した。後者の場合には、膜厚が厚く(~1$$mu$$m)ても、深さ分布を得るのに短時間で良いこと、また、軽水素と重水素の分離測定が可能であること、さらには、30MeV$$^{58}$$Niを使用した場合には、母材元素であるボロンの反跳スペクトルを得ることができるため、水素の定量がボロン濃度を内部標準として使用できる利点のあることが判明した。

論文

Analysis of hydrogen in Nb/Cu multilayers using ion beams

山本 春也; Goppelt-Langer, P.*; 楢本 洋; 青木 康; 竹下 英文

Journal of Alloys and Compounds, 231, p.310 - 314, 1995/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:55.32(Chemistry, Physical)

本研究では、$$^{15}$$N核反応法及び$$^{16}$$Oを用いた反跳粒子検出法を用いて金属多層膜中の水素分布を高い深さ分解能(~100$AA)$で測定を行った。試料は、MBE蒸着法によりMgO、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$基板上に成膜したNb及びCu多層膜(100$AA~800AA)$に種々の条件で水素を導入したものを用いた。結果、Cu膜中にはほとんど水素は存在せず、Nb層中に局在し、しかも、水素濃度がNbの膜厚が薄くなるにしたがい減少していくことが明らかになった。また、水素を高濃度及び低濃度に導入した試料においても、同様な傾向があることがわかった。発表では、本分析手法の詳細を加えて報告を行う。

論文

Charge states of fast ions in glancing collisions with aligned atoms in Si crystals

工藤 博*; 福生 太郎*; 石原 豊之*; 竹下 英文; 青木 康; 山本 春也; 楢本 洋

Physical Review A, 50(5), p.4049 - 4056, 1994/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.55(Optics)

Si結晶を用いて、〈100〉及び〈110〉結晶軸にほぼ平行に2.5及び3.5MeV/uのイオンを入射させ、2次的に生成するkeV領域の電子の分光測定を行った。同一速度のイオンについて、2次電子収量の比較を行い、原子列と斜入射衝突するイオンの荷電状態を決定した。その結果、He$$^{2+}$$、C$$^{4+}$$、O$$^{5+}$$等の比較的軽いイオンは標的原子からは電子を捕獲しないが、Si、S、Cl等の重いイオンになると入射時の荷電状態によって、電子を失ったり、あるいは捕獲したりする複雑な挙動も示すことが明らかとなった。

論文

Dynamic measurements of water adsorption on Li$$_{2}$$O

竹下 英文; 渡辺 斉*

Journal of Nuclear Materials, 208, p.186 - 190, 1994/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:48.32(Materials Science, Multidisciplinary)

トリチウム増殖材料として研究開発が進められている酸化リチウム(Li$$_{2}$$O)では、水蒸気との化学反応性を定量的に把握することが効率的なトリチウム回収システムを検討する上で重要となる。このような観点から、本報ではブランケットの増殖材領域におけるトリチウムインベントリーの主要な要素である吸着インベントリーを評価するために、Li$$_{2}$$Oに対する水蒸気の吸着挙動を調べたので、その結果について報告する。実験では、所定温度に保ったLi$$_{2}$$O試験上に一定濃度の水蒸気を含むキャリアガスを流し、下流の水蒸気濃度が入口濃度に等しくなったところで試料温度を階段状に昇降させ、試料により放出又は吸収される水分量を測定した。実験から水蒸気吸着は温度に対して可逆的であり、900K付近で溶解過程と競合していることが分かった。また、実験結果の解析から、水蒸気吸着量を温度の関数として評価した。

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