Non-invasiveness evaluation of gas-sheet beam profile monitor; Observation of emittance reduction due to space-charge neutralization

山田 逸平; 小島 邦洸; 地村 幹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1084, p.171261_1 - 171261_12, 2026/04

https://doi.org/10.1016/j.nima.2025.171261

大強度粒子加速器の安定運転には、非破壊型のビーム形状(プロファイル)モニタが不可欠であり、ガスを導入してビームとの相互作用で形状を測るモニタ開発を進めている。ガス導入型は、高い二次粒子収量により高速かつ高精度なプロファイル計測を可能にする一方、ビームと導入したガスの相互作用がビーム品質に影響を与える可能性があるため、その非破壊性の定量的な評価が必須である。本研究では、3MeV負水素イオンビームを用いて、導入ガス流量に対するビーム電流値及び位相空間分布の変化を評価した。ビーム電流値については、予想通り導入ガス流量に対して線形に減少し、その減少率は荷電変換断面積と一致した。位相空間分布については、ビームライン圧力が10 Pa未満の範囲では変化が見られず、10 Pa以上に増加させた場合には、逆に分布の広がりに約5%の減少が見られた。本測定結果を解析的および数値的に検証した結果、ビーム・ガス相互作用により生成された正イオンが水素負イオンビームの電気的斥力を中和し、負電荷同士の反発力を抑制したため、分布の広がりの相対的な減少を起こすことがわかった。以上により、開発したモニタは、使用に際してビームを広げることなく、逆にビーム品質を向上させる事が分かり、加速器の安定運転に貢献可能であると言える。

Development of LASSO based optimized scheme for reconstructing radioactive source distributions using monitoring air dose rates

Shi, W.*; 町田 昌彦; 山田 進; 岡本 孝司*

Measurement, 258(Part D), p.119444_1 - 119444_15, 2026/01

https://doi.org/10.1016/j.measurement.2025.119444

Clarifying the distribution of radioactive sources within nuclear facilities is crucial for ensuring worker safety during decommissioning and for responding to accidents. However, air dose rate measurements in restricted areas are often limited due to complex structures and high radiation levels in contaminated rooms. To address this, we have proposed a machine learning-based approach, the Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO), to reconstruct radioactive source distributions in simplified room models. LASSO method indicates the good performance of reconstructing radioactive source with high accuracy inside simple room model. However, in more complex environments, obstacles can degrade reconstruction accuracy. To overcome these limitations, we developed an optimized scheme based on the LASSO method to improve inverse estimation in complex rooms. In this scheme, the impact of shielding structures is mitigated by normalizing the radioactive contributions from sources. A series of numerical simulations demonstrate that the optimized approach outperforms the non-optimized version in accurately reconstructing source distributions. Furthermore, experiments in a room with complex structures validate the effectiveness of the optimized method. The inverse estimations performed on experimental data confirm that the use of a normalized contribution matrix significantly improves accuracy by reducing the influence of shielding. Conclusively, this paper optimizes LASSO scheme for reconstructing radioactive source distributions in complex building room using air dose rate measurements. It shows significant improvements over existing scheme and is verified to be successfully applied in complicated situations with high accuracy. We confirm that optimized LASSO scheme holds significant promise for future monitoring and decommissioning projects in both operational and damaged nuclear facilities.

原子力機構における核セキュリティの法令遵守活動の改善

平田 智大; 塙 和鷹; 芝田 陵大; 山田 博之; 山崎 勝幸

第46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, 2025/12

原子力機構では、核セキュリティ関係法令遵守を確実にするため、事例研究や内部監査等の取組みを継続的に改善しつつ実施している。具体的に事例研究では、対象者を拡大するため、多くの事例を準備するとともに見出しを付けた事例集としてまとめた。法令遵守状況を機構内で確認する内部監査では、挙げられた良好事例を関係者へ展開し、防護措置の自主的改善につなげる取組みを実施した。本発表では、これらの取組みを報告する。

Development of a phoswich detector for low-energy gamma rays emitted from alpha emitters

森下 祐樹; 山田 勉*; 中曽根 孝政*; 菅野 麻里奈*; 佐々木 美雪; 眞田 幸尚; 鳥居 建男*

Radiation Measurements, 188, p.107502_1 - 107502_7, 2025/11

https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2025.107502

福島第一原子力発電所の廃止措置では、アルファ核種を含む配管の汚染検査は重要である。アルファ粒子の外部からの測定は非現実的であるため、検出はアルファ核種によって放出されるガンマ線を測定する方法がとられている。そのため、低エネルギーガンマ線を検出するためのフォスウィッチ検出器を開発し、実験的に検証した。検出器はエネルギー付与特性を考慮して設計され、YAP:CeまたはHR-GAGGシンチレータとBGOシンチレータの組み合わせで構成され、信号増幅には光電子増倍管を使用した。異なるガンマ線エネルギーを入射したとき、1層目と2層目のシンチレータ内のエネルギー付与の違いを示すことができた。この違いを識別し、低エネルギーガンマ線と高エネルギーガンマ線を効果的に識別することができた。

軽水炉MOX燃料の高度化に関する研究; 効果的なPu利用や使用済燃料削減に向けた燃料概念の検討

永沼 正行; 生澤 佳久; 周治 愛之; 鈴木 紀一; 山田 美一; 紙谷 正仁

JAEA-Research 2025-006, 165 Pages, 2025/09

JAEA-Research-2025-006.pdf:5.93MB

軽水炉MOX燃料の高度化に向けた研究として、既存炉で効果的なプルトニウム利用(例:プルサーマルプラントの必要基数の削減)や使用済燃料(中間貯蔵量)の削減に貢献できる燃料概念の検討を行った。具体的には、上記の目的にはPu装荷量増加が有効であることから、PWRを対象に現行のMOX燃料指針の範囲(Pu含有率:13wt%、燃焼度:45GWd/t、MOX燃料装荷:1/3)でPu装荷量増加の可能性を有する燃料の候補概念を抽出し、「炉心・燃料」、「フロントエンド」、「バックエンド」の観点で比較を行い有望な燃料概念の選定を行った。検討の結果、Pu装荷量増加の方策として、可燃性毒物などを集合体の外周部(主にコーナー部)に配置し、集合体内の出力ピーキングを調整することで、外周部の燃料要素のPu含有率を現行MOX燃料より増加でき、Pu装荷量の増加に有効であることが分かった。この方策に基づき、Pu装荷量の増加が期待できる燃料候補概念を幾つか考案し、現行MOX燃料炉心と同等の臨界性・出力ピーキングを維持する燃料仕様の評価を行った。各候補の特性比較の結果、集合体のコーナー部付近にUO-Gd燃料を装荷する燃料概念では、現行MOX燃料炉心より15%程度Pu装荷量を増加でき、かつ、開発負荷も少ないことが示され、最も有望な概念として選定された。この燃料概念について、核燃料サイクル諸量解析コードを用いた概略評価を行い、上記のPu装荷量の増加が、実際にプルサーマルプラントの必要基数や核燃料サイクル諸量にどの程度影響するか、定量的な見通しの確認を行った。

人間工学領域における科学コミュニケーションの展開

山田 泰行*; 榎原 毅*; 大場 恭子; 庄司 直人*; 鳥居塚 崇*; 八木 絵香*; 吉武 良治*

人間工学, 61(4), p.252 - 261, 2025/08

https://doi.org/10.5100/jje.61.252

本総説は、日本人間工学会科学コミュニケーション研究部会における検討をもとに、科学コミュニケーションに対する人間工学的理解を整理し、今後の展望を示すことを目的とする。最初に、科学コミュニケーションの定義、動向、形態を概観し、科学コミュニケーションの類型に応じた人間工学領域の実践事例を紹介した。次に、リスクマネジメントにおける科学コミュニケーションの位置づけ、科学コミュニケーションを実施する際の留意点、参加者の人間特性に応じた人間工学的対応、科学コミュニケーターに求められるコンピテンシーについて論じた。さらに、今後の実践と研究に向けた課題を整理し、人間工学領域における科学コミュニケーションの方向性を提案した。本総説が、人間工学領域における科学コミュニケーションの共通理解の形成と、将来的な発展の基盤となることを期待する。

Effect of potassium doping on the electrical properties of stacked graphene layers

山田 貴壽*; 小川 修一*; 吉越 章隆; 津田 泰孝; 増澤 智昭*; 岡田 光博*; 小橋 和文*; 沖川 侑揮*

Japanese Journal of Applied Physics, 64(7), p.07SP17_1 - 07SP17_5, 2025/07

https://doi.org/10.35848/1347-4065/aded98

Effect of potassium (K) concentration on electrical properties of stacked graphene layers was investigated. Stacked graphene layers were fabricated by repeated wet transfer process using chemical vapor deposited (CVD) single layer graphene on copper foils. Two kinds of K concentration in potassium hydroxide (KOH) solutions were used to change the K concentration in the stacked graphene layers. Non-doped stacked graphene layers were also fabricated as reference. In synchrotron-radiation X-ray photoelectron spectra, peaks due to K and carbon (C) were obtained. It was found from the obtained peak intensities that K/C peak intensity ratio was increase with increasing of K concentration in KOH solution. No defect or damage in the stacked graphene layers during doping process using KOH solutions was not formed from results of Raman spectroscopy. Sheet resistance, sheet carrier density and carrier mobility were measured by means of Hall effect measurements. Carrier polarity was changed from hole to electron by K doping. Although the sheet carrier densities of lightly and heavily K-doped graphene layers were almost same, the highest carrier mobility was obtained for lightly K-doped graphene layers. Electrons are doped from K atoms to compensate for the naturally existing holes in the stacked graphene layers, and the excess electrons doped from K atoms in the conduction band, which were measured the sheet carrier density, contribute to carrier transport. However, the additional K atoms act as scattering centers and inhibit carrier transport, which explains the decrease in carrier density in the highly K-doped graphene layers.

Nanoconfinement-driven energy-efficient CO capture and release at high pressures on a unique large-pore mesoporous carbon

Szab, L.*; 井上 瑞基*; 関根 由莉奈; 元川 竜平; 松本 悠佑*; Nge, T. T.*; Ismail, E.*; 一ノ瀬 泉*; 山田 竜彦*

ChemSusChem, 18(10), p.e202402034_1 - e202402034_13, 2025/05

https://doi.org/10.1002/cssc.202402034

テクニカルリグニンを使用して、約2030nmの細孔サイズを持つ大細孔メソポーラスカーボンを開発した。ソフトテンプレート過程において、コポリマーテンプレートからユニークな円筒形の超分子凝集体が形成された。この特異なナノ構造は、PluronicテンプレートとPEGグラフト化リグニン誘導体(グリコールリグニン)の両方にポリエチレングリコール(PEG)セグメントが存在するために形成した。結果として得られた大細孔メソポーラスカーボンにおいて、毛管凝縮により270Kで 飽和圧力に近い条件においてCOの吸収が大幅に増加した。

Development of a compact detector for measurement of alpha contamination in piping

森下 祐樹; Peschet, L.; 山田 勉*; 中曽根 孝政*; 菅野 麻里奈*; 佐々木 美雪; 眞田 幸尚; 鳥居 建男*

Radiation Measurements, 183, p.107414_1 - 107414_6, 2025/04

https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2025.107414

原子力施設の廃止措置では、作業員がアルファ線を放出する核種に被ばくするのを防ぐために、配管の汚染を検査することが重要である。ガンマ線と中性子を使用する従来の方法では検出下限値が高いため、少量のアルファ核種の検出には不十分であった。この問題を解決するために、配管内で直接核種を測定するためのコンパクトな検出器を開発した。この検出器は、アルファ粒子用のZnS(Ag)シンチレータとベータ粒子(ガンマ線)用のプラスチックシンチレータで構成され、小型の光電子増倍管に接続された。このシステムは、パルス形状弁別(PSD)によってアルファ線とベータ線を区別する高い精度を実証した。モンテカルロシミュレーションと実験測定により検出器の有効性が確認され、ベータ線とガンマ線に対する感度は無視できるほど小さく、かつ、アルファ粒子に対する検出効率は51.3%であった。この検出器は、福島第一原子力発電所の廃炉作業現場など、ベータ線とガンマ線のバックグラウンドが高い環境におけるアルファ線汚染の直接測定に効果的である。

Reduction and phase transformation of Ce-doped zirconolites

林崎 康平; 廣岡 瞬; 山田 忠久*; 砂押 剛雄*; 村上 龍敏; 齋藤 浩介

Ceramics (Internet), 8(1), p.24_1 - 24_12, 2025/03

https://doi.org/10.3390/ceramics8010024

Zirconolite is a wasteform that can immobilize Pu. Herein, zirconolites comprising Ce as a Pu simulant and Al as a charge compensator of Ce/Pu were synthesized by sintering raw CaO, ZrO, TiO, CeO, and AlO powder mixtures at 1400C in static air. The reduction behavior and phase transformation of zirconolites during their heat treatment in an Ar-H gas flow were investigated. All zirconolite compositions first underwent reduction at 1050C by forming a small domain of perovskite phase. Ce-Al co-doped zirconolite showed a smaller fraction of phase transformation in perovskite than Ce-doped zirconolite, indicating the advantage of using a charge compensator to prevent perovskite formation.