Development of a method for the determination of spontaneous fission nuclides in irradiated fuel and applicability to Pu quantification in fuel debris by dual time neutron measurements

長谷 竹晃; 小菅 義広*; 相楽 洋*; 中岫 翔; 能見 貴佳; 奥村 啓介

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 7, p.41 - 46, 2025/05

https://doi.org/10.15669/pnst.7.41

This paper provides an overview of plutonium quantification in irradiated fuel including fuel debris at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants, named Dual Time Measurement (DTM) method. Spontaneous fission nuclides in irradiated fuel decrease exponentially with the passage of time according to the mainly half-life of Cm-244 (half-life of about 18.11 years). By measuring neutrons two times with long time intervals, Pu-240 effective mass (half-life of about 6,500 years) and Cm-244 mass can be quantified. Pu mass can be quantified by utilizing the correlation between ratio of Cm-244/ Pu-240 effective mass and Pu/ Pu-240 effective mass. The applicability of DTM method was evaluated numerically. The results show that long time interval was required to reduce the random errors. In the case that the interval between the first and second measurements is 32 years, Pu-240 effective mass and Pu can be quantified with uncertainties of 10-50% depending on the presence of water in storage canister and the burnup condition of irradiated fuel including the mixture of several burnup compositions in fuel debris.

次世代高速炉用燃料中のプルトニウム定量へのパッシブ中性子非破壊測定技術の適用可能性

江口 綾*; 相楽 洋*; 三星 夏海; 長谷 竹晃

第45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), 2 Pages, 2024/11

次世代高速炉用燃料には、ウランおよびプルトニウムに加え、マイナーアクチノイドやランタノイド等の核分裂生成物が含まれ、新燃料であっても核物質以外を由来とする中性子およびガンマ線の高いバックグラウンドが想定されている。本研究では、次世代高速炉用燃料中のプルトニウム定量のために、同時計数法、Differential Die Away Self Interrogation (DDSI)法を用いたパッシブ中性子非破壊測定技術の適用可能性を評価することを目的とする。

Three-dimensional electrical resistivity structure beneath a strain concentration area in the back-arc side of the northeastern Japan Arc

臼井 嘉哉*; 上嶋 誠*; 長谷 英彰*; 市原 寛*; 相澤 広記*; 小山 崇夫*; 坂中 伸也*; 小河 勉*; 山谷 祐介*; 西谷 忠師*; et al.

Journal of Geophysical Research; Solid Earth, 129(5), p.e2023JB028522_1 - e2023JB028522_22, 2024/05

https://doi.org/10.1029/2023JB028522

将来の地層処分システムに重大な影響を及ぼす可能性がある地震・火山活動の潜在的なリスクを適切に評価するためには、その背景にあるプレートの沈み込みやそれに起因する流体及びマグマの生成・移動等に関する理解が必要である。本研究では、広帯域電磁探査により、東北日本弧背弧側のひずみ集中域における比抵抗構造を推定した。その結果、ひずみ集中域では二種類の異なるひずみ集中機構が共存していることが示唆された。浅い低比抵抗層と地殻下部の低比抵抗体は、それぞれ低弾性率領域と低粘性領域として機能すると考えられ、ひずみ集中の原因となっていると考えられる。また、下部地殻の低比抵抗体の端部と大地震の震源との間に空間的な相関関係が見られることから、下部地殻のせん断帯は、脆い上部地殻の断層に応力負荷を引き起こし、その結果、大地震を発生させた可能性を示唆する。さらに、地殻下部から第四紀の火山に至る低比抵抗体も認められ、火山への流体供給経路を示唆していると考えられる。

Impact of the ground-state 4 symmetry for anisotropic hybridization in the heavy-fermion superconductor CeNiGe

藤原 秀紀*; 中谷 泰博*; 荒谷 秀和*; 金井 惟奈*; 山神 光平*; 濱本 諭*; 木須 孝幸*; 山崎 篤志*; 東谷 篤志*; 今田 真*; et al.

Physical Review B, 108(16), p.165121_1 - 165121_10, 2023/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.165121

We report the ground-state symmetry of the Ce 4 states in the heavy-fermion superconductor CeNiGe, yielding anisotropic hybridization between the Ce 4 states and conducting electrons. By analyzing linear dichroism in soft X-ray absorption and core-level hard X-ray photoemission spectra, the 4 symmetry is determined as -type , promoting predominant hybridization with the conducting electrons originating from the Ge site. The band structures probed by soft X-ray angle-resolved photoemission indicates that the Ge 4 components contribute to the band renormalization through the anisotropic hybridization effects, suggesting that the control of the electronic structures of Ge orbital gives an impact to achieve the exotic phenomena in CeNiGe.

Applicability of differential die-away self-interrogation technique for quantification of spontaneous fission nuclides for fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants

長谷 竹晃; 相樂 洋*; 小菅 義広*; 能見 貴佳; 奥村 啓介

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(4), p.460 - 472, 2023/04

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2114958

This paper provides an overview of the applicability of the Differential Die-Away Self-Interrogation (DDSI) technique for quantification of spontaneous fissile nuclides in fuel debris at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. In this research, massive fuel debris stored in a canister was evaluated, and the void space of the canister was assumed to be filled with water for wet storage and air for dry storage. The composition of fuel debris was estimated based on elements such as the inventory in the reactor core and operation history. The simulation results show that for wet storage, the DDSI technique can properly evaluate the neutron leakage multiplication and quantify spontaneous fissile nuclides with a total measurement uncertainty (TMU) of approximately 8%. For dry storage, the known-alpha technique, which was previously established, can be applied to quantify spontaneous fissile nuclides with a TMU of approximately 4%. In both cases, the largest uncertainty factor is the variation in water content in the canister. In the case of wet storage, the uncertainty could be significantly increased in cases where the fuel debris is extremely unevenly distributed in the canister.

非核化達成のための要因分析と技術的プロセスに関する研究; 南アフリカの事例調査

田崎 真樹子; 木村 隆志; 清水 亮; 玉井 広史; 中谷 隆良; 須田 一則

JAEA-Review 2022-056, 54 Pages, 2023/01

JAEA-Review-2022-056.pdf:1.86MB

2018年度から開始した「非核化達成のための要因分析と技術的プロセスに関する研究」の一環で、南アフリカの核開発及び非核化の事例を調査し、それらを7つの非核化要因((1)核開発の動機、(2)非核化決断時の内外情勢、(3)核開発の進捗度、(4)制裁の効果、(5)非核化のインセンティブ、(6)非核化の国際的枠組、(7)非核化の方法及び非核化の検証)から分析すると共に、同国の非核化の特徴及び非核化からの教訓を導いた。南アフリカは、1970年代にその原子力活動を、「平和的核爆発」の研究開発から、「限定的な核抑止力」の開発へ、さらに「運搬可能な核兵器」の製造に移行させ、1980年代後半までに自主開発・生産した高濃縮ウランを使用し6つの核爆発装置を完成させた。しかし1989年にアパルトヘイト政策の撤廃と共に非核化を決断し、自ら核爆発装置及び関連施設等を廃棄し、核兵器不拡散条約に加入して国際原子力機関(IAEA)と包括的保障措置協定(CSA)を締結・発効させ、IAEAの検証を受け、その後、核開発のペナルティを受けることなく非核兵器国として国際社会に復帰した。以降、南アフリカは現在に至るまで原子力の平和的利用を継続している稀有な国であり、特にその自主的な非核化は今後必要とされ得る非核化の参考例になると思われる。南アフリカが非核化を決断した主な要因は、冷戦緩和に伴う南部アフリカ地域の安全保障環境の改善であり、それに加え、同国のデ・クラーク大統領が、主にアパルトヘイト政策に起因する制裁等により余儀なくされていた国際的な孤立状態の改善と、国内の政治・経済の疲弊状態からの脱却が必要であるとの強い意志を抱いていたことである。そしてデ・クラーク大統領がその意志を貫くには、アパルトヘイト制度の撤廃と共に非核化の完遂が必要不可欠であった。今後必要とされ得る非核化の検証の観点からの教訓としては、検証の正確性及び完全性の向上を図る上で、核兵器等の廃棄と同時並行的に検証活動を行う必要があること、また非核化対象国による核物質等の隠蔽(未申告)を防止するために、非核化対象国が検証前にIAEAとCSAに加え追加議定書を締結することが望ましい。さらに非核化の方法について、核兵器(核爆発装置を含む)及び関連資機材や施設の廃棄等の他に、核活動に携わった技術者や科学者が有する核関連の技術やノウハウの拡散を防ぐ手段が必要とされることが挙げられる。

非核化達成のための要因分析と技術的プロセスに関する研究; イラクの事例調査

田崎 真樹子; 木村 隆志; 清水 亮; 玉井 広史; 中谷 隆良; 須田 一則

JAEA-Review 2022-020, 82 Pages, 2022/09

JAEA-Review-2022-020.pdf:2.14MB

2018年度から開始した「非核化達成のための要因分析と技術的プロセスに関する研究」の一環として、イラクの原子力・核開発及び非核化の事例を調査し、併せて非核化の特徴を分析すると共に、イラクの非核化からから導き出し得る教訓について考察した。イラクは、1974年のインド核実験を契機として秘密裏の核開発に乗り出し、当初は自国でのプルトニウム生産、後に高濃縮ウラン生産に焦点を当てTuwaitha原子力研究所を中心に、ウラン濃縮施設(電磁同位体分離法及び遠心分離法施設)や核兵器研究開発施設等を建設した。イラクの非核化は、1991年の湾岸戦争での敗北により、同年の国際連合安全保障理事会決議第687号(1991)を受入れざるを得なかったことから始まる。同決議は、イラクの非核化を含む大量破壊兵器(WMD)廃棄の枠組みを規定しており、うち非核化に係り、国際原子力機関(IAEA)は、国際連合大量破壊兵器廃棄特別委員会(UNSCOM)の支援と協力を得て、イラクの過去の核活動の検証及びイラクによる核物質や核関連施設及び設備・機器等の廃棄、撤去、無害化等の監視・検証を行い、1997年後半までにイラクの核開発の全体像を明らかにした。イラクの非核化の特徴としては、イラクが非核化を受入れざるを得なかったこと、検証を行うIAEAに対して、後にIAEA保障措置協定追加議定書(AP)として結実した未申告の核活動を探知することが可能な査察手段や方法を実施する権限が付与されたこと、イラクのWMD廃棄を促進させるための経済制裁がそれほど功を奏しなかったこと、さらにイラクの非核化とその後のイラク戦争によるフセイン体制の崩壊が、リビア、北朝鮮及びイランの非核化に影響を与えたこと等が挙げられる。またイラクの非核化の教訓としては、APの普遍化や、不正利用されることがなく本来目的に適う経済制裁の必要性、外交交渉等の努力による非核化対象国にも非核化のインセンティブを段階的に与えられるような、かつ明確なロードマップを伴った非核化の枠組みや措置の必要性等が挙げられる。

非核化達成のための要因分析と技術的プロセスに関する研究; リビアの事例調査

玉井 広史; 田崎 真樹子; 清水 亮; 木村 隆志; 中谷 隆良; 須田 一則

JAEA-Review 2021-073, 19 Pages, 2022/03

JAEA-Review-2021-073.pdf:1.51MB

2018年度から開始した「非核化達成のための要因分析と技術的プロセスに関する研究」の一環で、リビアの核開発及び非核化の事例を調査し、その非核化の特徴を分析した。リビアについては、独裁者カダフィ氏が革命による政権奪取後の1970年台初頭から国内支持基盤の確立とアラブ社会における地位の確保を目指して大量破壊兵器(WMD)の開発・取得に関心を寄せているとの疑惑があり、米英の諜報機関も注視していたとされるが、その実態については長らく国際社会に明らかにされていなかった。1980年代に入り、同国のテロ支援及び航空機テロの実行に対する国際社会の制裁強化により、経済が疲弊し社会混乱に陥っていたことは、2000年代初頭にWMD開発を断念し非核化を決断した一因と考えられる。この決断を促した要因には、経済制裁に加え、ほぼ同時進行していたイラク戦争により、同様にWMDを志向していたイラクのフセイン体制の崩壊を目の当たりにしたことや、ドイツ船籍の船舶が米国の臨検を受けた際、リビアによる遠心分離機資機材の秘密裏の調達が暴かれ動かぬ証拠を握られたことが挙げられる。リビアの非核化プロセスの進行は早かったが、これは、リビアが非核化の決断を反故にして核開発に逆戻りすることを阻止するという米英をはじめ国際社会の意思に加え、米英等の非核化プロセスのメイン・プレイヤーの役割分担が明確化されていたこと、リビアサイドは独裁者の一存で物事が決められたこと、更には、イラクの事例が見せしめ的な効果をもたらしたことが奏功したと考えられる。非核化の検証には国際原子力機関(IAEA)が中心的な役割を果たした。当時、包括的保障措置協定を締結していたリビア国内における全ての関連施設・活動を検認するため、追加議定書の署名を同国に促すとともに、批准前の段階から、リビアの積極的な協力を得て、補完的なアクセスに加えて、追加議定書で認められている以上の活動も行って、リビアの核開発計画の全容を解明することに成功した。核物質及び関連資機材等のリビア国内からの撤去とその検証により、リビアの非核化は成功裏に終了したが、その成功の要因には、上述したほかにリビアの科学技術力が未発達で、自前の開発及び秘密裏に調達した資機材を活用する能力がなかったことも検証の結果、判明している。こうした国際社会の成功体験から、リビアの事例は非核化の良好事例とされており

非核化達成のための要因分析に関する研究,10; 研究の取りまとめ; 非核化対象国毎の非核化要因分析と分析から得られた教訓

田崎 真樹子; 清水 亮; 木村 隆志; 中谷 隆良; 玉井 広史; 須田 一則

第42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, 2021/11

「非核化のための要因分析に関する研究」のまとめとして、8つの非核化対象国(南アフリカ,イラク,リビア,ウクライナ,カザフスタン,ベラルーシ,北朝鮮及びイラン)を、8つの非核化要因(核兵器開発等の動機、非核化決断時の内外情勢、核開発の進捗度、制裁の効果、非核化の国際的枠組み、非核化の対価、非核化の方法、非核化の検証方法/検証者)から分析した結果と、分析から得られた非核化に係る教訓等について報告する。

Estimation of vibration characteristics of nuclear facilities based on seismic observation records

山川 光稀*; 猿田 正明*; 森谷 寛*; 山崎 宏晃*; 西田 明美; 川田 学; 飯垣 和彦

Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 28) (Internet), 6 Pages, 2021/08

https://doi.org/10.1115/ICONE28-64337

中越沖地震や東北地方太平洋沖地震等、近年大規模地震が多く発生し、原子力施設の耐震評価は重要課題となっている。原子力施設の耐震評価をより高い精度で行うためには、原子炉建屋の局部応答を考慮して施設内の機器への入力を精緻に評価する必要がある。このため、近年では原子炉建屋の現実的な局部応答を評価可能な、3次元有限要素モデルが耐震評価へ活用されつつある。原子炉建屋の3次元有限要素モデルについては、柏崎刈羽原子力発電所を対象として2007年新潟県中越沖地震の観測記録を用いたベンチマーク解析なども行われている。しかしながら、その結果は解析者によって異なり、3次元モデルを用いた地震応答解析手法はまだ確立されていないのが現状である。原子炉建屋の壁や床の局部応答評価など、3次元有限要素モデルの精度を向上させるためには、地震観測記録を活用したモデルの妥当性確認が重要となる。本研究では、原子炉建屋の固有振動数や固有モードなどの基本的な応答特性を分析するとともに、地震動の強さの違いによる応答特性への影響評価を行い、原子炉建屋の地震時挙動を明らかにする。これらの分析を通して、原子炉建屋の固有振動数と地震動の強さとの関係を定量的に評価する。さらに、原子炉建屋の回転変位と固有モードに対応する建屋変形に起因する変位の比を比較する。