令和3年度福島第一原子力発電所の炉内付着物サンプル等の分析; 令和3年度開始廃炉・汚染水対策事業費補助金に係る補助事業(燃料デブリの性状把握のための分析・推定技術の開発)

池内 宏知; 佐々木 新治; 大西 貴士; 仲吉 彬; 荒井 陽一; 佐藤 拓未; 多木 寛; 関尾 佳弘; 山口 祐加子; 森下 一喜; et al.

JAEA-Data/Code 2023-005, 418 Pages, 2023/12

JAEA-Data-Code-2023-005-01.pdf:24.59MB
JAEA-Data-Code-2023-005-02.pdf:32.18MB

東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業を安全かつ着実に実施するためには、炉内で生成した燃料デブリの組成や物理的・化学的特性等の性状を把握し、燃料デブリの取り出しや収納・保管等の実際の廃炉作業を検討するプロジェクトに提供していく必要がある。この目的から、1F2号機の内部調査で取得された付着物や堆積物等の汚染物サンプルを用いて、サンプル中の成分の把握及び燃料由来のウランを含む微粒子(U含有粒子)の詳細観察を行った。本報告書は、サンプルの成分由来やU含有粒子の生成過程等の解析評価に供するため、2021年度に得られた分析結果として、FE-SEM/WDX、FE-SEM/EDX、TEM/STEM-EDXによる詳細観察画像や元素分析結果、放射線測定結果及びICP-MSによる元素分析結果をデータベースとしてまとめたものである。

3D water management in polymer electrolyte fuel cells toward fuel cell electric vehicles

吉宗 航*; 樋口 雄紀*; 加藤 晃彦*; 日比 章五*; 山口 聡*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 野崎 洋*; 篠原 武尚; 加藤 悟*

ACS Energy Letters (Internet), 8(8), p.3485 - 3487, 2023/08

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01096

A multiscale water visualization technique for polymer electrolyte fuel cells was established by using multiprobe radiography with pulsed spallation neutron and synchrotron X-ray sources. The three-dimensional water distribution revealed that water back-diffusion from the cathode to the anode significantly contributes to the drainability of practical polymer electrolyte fuel cells toward fuel cell electric vehicles.

Current status of a JAEA development program on nuclear and radioactive materials detection techniques in major public events

小泉 光生; 高橋 時音; 弘中 浩太; 持丸 貴則*; 山口 郁斗*; 木村 祥紀; 谷垣 実*; 正木 弘子*; 原田 博司*; 後藤 淳*; et al.

Proceedings of INMM & ESARDA Joint Annual Meeting 2023 (Internet), 7 Pages, 2023/05

Development of radiation detector systems are essential to prevent nuclear terrorism in major public events. They are required to find nuclear and radioactive materials effectively at gates and in event sites. Overview of such detector system development program is given. (1) Broad area survey system: Broad area survey measurements are usually implemented to ensure radioactive materials, such as dirty bomb, are not placed in a site. To carry out the surveillance efficiently, combination of radioactive detector and mapping system is required. We are, therefore, developing a gamma-ray detector with a GPS system and a simultaneous localization and mapping (SLAM) system to cover outdoor and indoor surveillance. A secure low-power and long-range network system using Wi-SUN FAN is being tested. It would be beneficial to coordinate detector systems, to correct information. They are monitored in an operation center. An artificial intelligent (AI) program is also under development to eliminate false alert from an obtained gamma-ray spectrum. A compact Compton camera would be applicable to figure out the location of hidden radioactive materials. A system with GAGG crystals is being tested. (2) Neutron detector system using plastic scintillation detectors: Neutron detection would be useful to find out nuclear materials and neutron sources shielded in heavy-element materials. A plastic scintillation detector is chosen as a detector material, because that is low-cost, sensitive to fast neutrons, easy to handle, and thus easy to be deployed. Gamma-ray background can be reduced by employing a Pulse Shape Discrimination (PSD) technique to enhance the sensitivity to fast neutrons. Developments of systems using PSD plastic scintillation detectors are in progress.

The Translational, rotational, and phonon dynamics of water in ZrO/water nanofluid

吉田 亨次*; 真田 雄介*; 山口 敏男*; 松浦 直人*; 玉造 博夢; 内山 裕士*

Journal of Molecular Liquids, 366, p.120218_1 - 120218_9, 2022/11

https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.120218

The translational, rotational, and phonon dynamics of water in zirconium oxide (ZrO) nanofluid were investigated by quasi-elastic neutron scattering, O NMR relaxation, and inelastic X-ray scattering, respectively. The particle size of ZrO is 3 100 nm, and the concentration of ZrO nanoparticles is 5, 10, 20, and 30 wt%. The translational and rotational motions of water molecules become retarded with increasing the concentration of ZrO. This indicates that there is an attractive interaction between water molecules and the surface of the nanoparticles. The high-frequency sound velocity of the nanofluid obtained from phonon dynamics measurements is slightly larger than that of pure water although it is not much difference compared to the case of the translation and rotation. These findings indicate that water dynamics in the nanofluid is different from that of the bulk. It might be reasons for the enhancement of the thermal conductivity of the nanofluid.

Summation of flux pinning by columnar defects tilted at different angles in YBCO thin films

末吉 哲郎*; 榎畑 龍星*; 山口 裕史*; 藤吉 孝則*; 奥野 泰希*; 石川 法人

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31(5), p.8000305_1 - 8000305_5, 2021/08

https://ieeexplore.ieee.org/document/9356111

高温超電導体YBCO薄膜に対して高速重イオン照射すると、柱状欠陥が導入されて臨界電流密度(Jc)が向上することが知られている。特に、柱状欠陥を傾角で交差させると効果的にJc向上を達成できることも知られている。一方で、柱状欠陥の導入密度の最適値は、柱状欠陥の傾角度に依存し、かつ磁束自体の線張力と磁束ピニング力などの様々な要素が関わるために、簡単には決定できない。本研究では、様々な傾角で交差させた柱状欠陥を、照射量を変化させながら、Jcの磁場角度依存性を系統的に調べた。その結果、第一回の照射(5-710 ions/cm)では、顕著なJcの向上が見られたものの、第二回の照射(同じ照射量で、傾角度が異なる照射)ではどの傾角条件においてもJcの劣化が見られた。第二回の照射において、Jc向上効果が大きいはずのc軸方向からの照射条件でさえJcの劣化が見られたので、Jc向上のためには照射量のチューニングが非常に重要であることが判明した。

Status of study of long-term assessment of transport of radioactive contaminants in the environment of Fukushima (FY2018) (Translated document)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2020-007, 249 Pages, 2020/10

JAEA-Research-2020-007.pdf:15.83MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力(現東京電力ホールディングス)福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出された。この事故により放出された放射性核種は、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌などが生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することで空間線量率が上がってしまうのではないか(外部被ばくに関する懸念)、森林から河川に流出した放射性セシウムが農林水産物に取り込まれることで被ばくするのではないか、規制基準値を超えて出荷できないのではないか(内部被ばくに関する懸念)などの懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。日本原子力研究開発機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

Neutron emission spectrum from gold excited with 16.6 MeV linearly polarized monoenergetic photons

桐原 陽一; 中島 宏; 佐波 俊哉*; 波戸 芳仁*; 糸賀 俊朗*; 宮本 修治*; 武元 亮頼*; 山口 将志*; 浅野 芳裕*

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(4), p.444 - 456, 2020/04

https://doi.org/10.1080/00223131.2019.1691073

兵庫県立大学ニュースバル放射光施設ビームラインBL01において、MeVの単色直線偏光光子ビームをAuへ照射したときの中性子放出スペクトルを、飛行時間法により測定した。これより光核反応によって生成される2成分の中性子スペクトルを測定した。このうちの1つ成分(A)は、4MeVまでのエネルギーであり蒸発に類似したスペクトル形状を示した。もう一方の成分(B)は、4MeV以上のエネルギーでありバンプに類似したスペクトル形状を示した。中性子の放出強度において、成分(A)は角度依存は見られなかったが、成分(B)は偏光と検出器方向を成す角度の関数として、の関係を示すことがわかった。

福島における放射性セシウムの環境動態研究の現状(平成30年度版)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2019-002, 235 Pages, 2019/08

JAEA-Research-2019-002.pdf:21.04MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出され、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌等が生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することに対する懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。原子力機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

Evidence for momentum-dependent heavy fermionic electronic structures; Soft X-ray ARPES for the superconductor CeNiGe in the normal state

中谷 泰博*; 荒谷 秀和*; 藤原 秀紀*; 森 健雄*; 鶴田 篤史*; 橘 祥一*; 山口 貴司*; 木須 孝幸*; 山崎 篤志*; 保井 晃*; et al.

Physical Review B, 97(11), p.115160_1 - 115160_7, 2018/03

AA2018-0003.pdf:1.65MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.115160

We present clear experimental evidence for the momentum-dependent heavy fermionic electronic structures of the 4-based strongly correlated system CeNiGe by soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy. A comparison between the experimental three-dimensional quasiparticle dispersion of LaNiGe and CeNiGe has revealed that heavy fermionic electronic structures are seen in the region surrounding at a specific momentum. Furthermore, the wave vectors between the observed "heavy spots" are consistent with a result of neutron scattering reflecting magnetic correlations, which could be a trigger of the superconductivity in CeNiGe.

土壌流亡予測式USLEを用いた土砂及びCs移動解析プログラムSACT(Soil and Cesium Transport)利用マニュアル

齊藤 宏; 山口 正秋; 北村 哲浩

JAEA-Testing 2016-003, 68 Pages, 2016/12

JAEA-Testing-2016-003.pdf:6.4MB

SACT(Soil and Cesium Transport)は、福島第一原子力発電所事故後に地表に降下したCsを長期移行評価することを目的に、原子力機構が開発した土砂及びCs移行解析プログラムである。本プログラムは、既往のソフトウェア"ArcGIS"上で動作し、米国農務省を中心に開発された土壌流亡予測式"USLE"を用いて土砂の流亡土量を計算したのち、既往の計算式を用いて、砂に対して掃流砂の計算を、シルト及び粘土に対して浮流砂の計算を行う。さらに、各粒度の土粒子に吸着したCsの濃度比を考慮することでCsの移動量を計算する。SACTは、迅速に広範囲かつ長期の計算を行うことができるという特徴を有するとともに、着目する領域の土地利用や土壌、降雨特性等の地域性を考慮してパラメータの値を設定することにより、別途現場で取得されたデータを反映した計算を行うことも可能である。当マニュアルは、SACTが広く利用されるよう促進するとともに、利用方法、手順、注意点や最低限必要となる情報を提供するものである。