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宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 薄井 絢; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 奈良 孝幸; et al.
JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 179, 2014/03
平成24年度の3台の静電加速器は、ユーザのキャンセルを除きほぼ年間計画に沿って運転された。運転日数はタンデム加速器で171日、イオン注入装置で149日、シングルエンド加速器で168日であり、年間の運転時間は各々2,073時間, 1,847時間, 2,389時間で例年と同水準の運転時間であった。平成21年度から新たに創設され、実施機関として採択された文部科学省補助事業の「先端研究施設共用促進事業」では、11日の利用があった。タンデム加速器では故障による停止はなかったが、イオン注入装置ではイオンの生成不良で1日、シングルエンド加速器ではタンク内のイオン源ガス流量調整バルブの故障により4日停止した。イオン注入装置では、高速クラスターイオン研究開発グループからの要望で水素化ヘリウム(HeH)の分子イオンの生成試験を実施し、ビーム強度は200kVで50nAであった。タンデム加速器では、核融合炉構造材料開発グループからの要望でタングステン(W)イオンの加速試験を行い、15MeV、4価で20nAのビームが得られた。
須郷 由美; 佐々木 祐二; 石岡 典子
no journal, ,
Am, Cm, Lnは、同じ原子価をもちイオン半径が近いことから化学的性質が似ており、それらを相互に分離することは極めて困難な課題であった。近年著者らは、アミド系配位子であるジグリコールアミド(DGA), ジオキサオクタンジアミド(DOODA), ニトリロ三酢酸アミド(NTA)のアルキル鎖の長さが異なる親水性配位子と疎水性配位子を組合せることによって、Am/Cm/Lnの相互分離が可能となることを見いだした。本研究では、構造の異なる親水性、疎水性配位子の水溶液およびドデカン溶液に
線を照射し、耐放射線性と配位子構造との相関性のほか、放射線分解に及ぼす配位子の初期濃度,希釈媒体,共存硝酸の影響などについて系統的に明らかにした。
内藤 裕之; 伊藤 主税; 伊東 秀明; 今泉 和幸; 伊藤 敬輔
no journal, ,
福島第一原子力発電所の燃料デブリ取出しに向けた遠隔検査技術としてファイバスコープによる観察技術とレーザー誘起ブレークダウン分光による元素分析技術を組み合わせた新型光ファイバプローブを開発している。光ファイバは放射線環境下では伝送性能が低下するため、純粋石英コアにOH基を1000ppm含有させることで耐放射線性に優れたファイバを開発してきた。今回、線照射試験によりその耐放射線性能を確認し、積算線量1
10
Gyまで観察及び分光が行える見通しを得た。今後、実機仕様の光ファイバを製作して放射線環境下での観察・分光試験を行い、観察用波長域を決定するとともに、赤外線分光による照射下での元素分析を実証する。
中野 純一; 塚田 隆; 山縣 諒平
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所では、海水が炉心に注入された。圧力容器(RPV)から落下した燃料デブリおよび核分裂生成物の放出により格納容器(PCV)内が高い放射線量となった。水の放射線分解によりO
, 過酸化水素,ラジカル等が生じるため、PCVおよびRPV鋼の腐食が懸念される。希釈人工海水中、50
Cでの腐食試験を4.4kGy/hおよび0.2kGy/hの線量率の線照射下、および非照射下での腐食試験を行った。ヒドラジン(NH
)を10mg/Lおよび100mg/Lを添加し、線照射下での腐食に及ぼす影響を評価した。NH無添加の場合、0.2kGy/hと非照射下での腐食減量はほぼ同等であり、4.4kGy/hでの腐食減量は非照射下での1.7倍程度であった。
津田 修一; 佐藤 達彦; 小川 達彦
no journal, ,
イオンビームに対する生物効果を実験的に評価する上で、入射ビームの飛跡およびその近傍における詳細なエネルギー付与分布データは重要である。本研究では機構で開発されたエネルギー付与分布計算モデルの精度検証を行うために、壁なし型の組織等価比例計数管を用いて、イオンビームの飛跡沿いに生成される高エネルギー電子を含む線エネルギー(y)分布を様々なエネルギーのイオン種に対して系統的に取得してきた。これまでに核子当たり数100MeVの炭素等について幅広い照射ビーム条件においてy分布データを取得し、yはエネルギー付与の指標として適していることを示した。2012年度から、核子当たり数10MeVのイオンビームを用いて報告の少ない径方向のy分布を取得し、イオンビームと二次粒子のy分布計算モデルをより向上させることを目的として、TIARAにおいて実験を開始した。本発表では、ペンシル状の50MeVヘリウムイオンに対してこれまでに取得した径方向のy分布およびRadilal dose分布データ等について報告するとともに、2013年度の計画について述べる。
箱田 照幸; 山本 春也; 下山 巖; 吉川 正人; 有谷 博文*
no journal, ,
放射線還元法は水中の貴金属イオンを還元析出させて微粒子を作製できる方法である。我々は、これまでに試みられたことのなかった低エネルギー電子線を用いて、エタノールを含む水中の貴金属イオンの放射線還元を試行したところ、その水溶液表面に貴金属微粒子からなる薄膜が形成されることを初めて見いだした。本研究では、この薄膜の原子組成,生成量,化学組成をラザフォード後方散乱法で、その構造を電子顕微鏡により調べ、薄膜の形成条件,原子組成や構造の解明を目指した。1mmol/Lの塩化白金酸イオンとOHラジカル捕捉剤である0.5-20v%のエタノールを含む水溶液に、電子の水中飛程が20
mの低エネルギー電子線を2kGy照射して得た薄膜を調べた結果、薄膜形成には低濃度エタノールが不可欠であった。また、得られた薄膜が2-5nmの金属Pt粒子が互いに接合して連なった網目状構造物であることが初めてわかった。このことから、低エネルギー電子線による放射線還元法が、蒸着法でしか形成できなかった薄膜状貴金属の新規作製法となる可能性があることがわかった。
玉田 正男
no journal, ,
現在、高崎量子応用研究所には、量子ビーム応用研究施設として、線照射施設,電子線照射施設,イオン照射施設がある。イオン照射施設のサイクロトロンではフラットトップ加速と磁場の高安定化技術とを組み合わせてビーム径を数mmから数mにまで絞り込み、細胞や微細化した半導体の特定の位置に照射を可能とするマイクロビーム・シングルイオンヒット技術などを世界に類を見ないビーム技術として開発してきた。量子ビームテクノロジーの特長は、これまでの化学的な手法で達成した機能や性能をはるかに凌駕できる材料やこれまでに実現できなかった新しい特性を有する材料などが開発できることにある。量子ビームテクノロジーで得られた成果を社会への還元を目指し、世界No.1のビーム技術や特色のある照射技術の開発を目指すとともに、他に追従を許さないシーズを探求して行く必要がある。
河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 小柳 淳; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
no journal, ,
植物体内を移行する放射性セシウム動態について、詳細な解析を進めるため、供試植物の器官ごとのCs-137を可視化できる撮像能が必要である。そこで、ガンマカメラに高分解能化を目的とした改良を施した。取得画像のノイズを低減するための新たなピンホールコリメータ、20mm以上の厚さを持つタングステン高比重合金で製作した遮蔽体、より細分化したGAGGシンチレータアレイ、最新の位置弁別型光電子増倍管等を採用し、ガンマカメラを構築した。Cs-137点線源を用いて性能評価を実施した結果、視野範囲,感度を十分に確保しつつも、空間分解能の改善が認められた。これら評価試験の結果をもとに、Cs-137溶液を用いた植物実験においては、ダイズ子実に流入するセシウムの動態を捉えることに成功し、開発したピンホール型ガンマカメラの有用性が示された。
島田 明彦; 杉本 雅樹; 宮下 敦巳; 吉川 正人
no journal, ,
高い放射線環境下で進められる東京電力福島第一原子力発電所の廃炉に向けた作業を支援するため、機能性セラミック材料研究グループでは、これまで原子力機構等が実施した高分子系材料・機器の耐放射線性試験等の結果878件を収録した「高分子系材料・機器の耐放射線性データベース(Database of Radiation Resistance on Polymer Materials and Equipments: DRRPME)」を整備、公開した。本データベースには、高分子材料423件、機器・部品223件、油脂・塗料103件、有機複合材料129件が収録されており、高分子系材料や機器の名称,分類,放射線の種類等による検索ができるよう設計されており、放射線環境下で試験された高分子系材料や機器にはどのような種類があるのか、あるいはそれらがどの程度の放射線量に耐えるのか、といった情報を簡単な操作で取り出すことができる。このようなデータベースでこれまでに公開されていたものはない。本データベースは、東京電力福島第一原子力発電所事故の対応に限らず、原子力施設等の放射線環境下で使用する材料・機器の検討作業への活用も期待できる。
線照射による焼却灰のセメント固化体からの水素ガス発生,2中山 卓也; 川戸 喜実; 鈴木 眞司; 目黒 義弘
no journal, ,
原子力機構で発生した可燃物,難燃物の放射性廃棄物は焼却処理し、セメント固化体として廃棄体化することが検討されている。セメント固化体は内包する水の放射線分解により水素ガスが発生するおそれがある。廃棄体の健全性を評価するため、焼却灰の充填率,水セメント比,自由水の有無,線量率をパラメータとし、
Coを線源とする線照射を行い、焼却灰セメント固化体から発生する水素のG値の算出を試みた。焼却灰の充填率,水セメント比を変化させてもG値は2.8
0.6molecule/100eVと大きな差はなく、G値への顕著な影響は観察されなかった。一方、線量率が低く長時間照射した固化体ほどG値は大きくなる傾向を示した。また、固化体を乾燥させて自由水を蒸発させると、G値は乾燥前後で3.0から0.18molecule/100eVと大きく減少し、固化体から発生する水素は自由水量に大きく依存することがわかった。
中川 明憲; 小河原 貴史; 鬼澤 崇*; 花田 圭司; 中山 卓也; 目黒 義弘
no journal, ,
Coを線源とする線を用いてNO
分解中の活性汚泥の線に対する耐性を評価した。1, 10, 100Gy/hの線量率で1日約20時間、250時間に渡って照射することで、線量率に依存することなく600Gyの線量まで90%以上の分解率を維持できることを示した。
宮下 敦巳; 吉川 正人
no journal, ,
炭化ケイ素(SiC)を用いた半導体デバイスは高温・高電圧でも使えることが理論的に期待されているが、現状のSiC MOS-FETデバイスはゲート酸化膜とSiC結晶との界面に存在する欠陥のため期待される性能を出せていない。実験的に界面欠陥の構造を決定するのは困難なため、原子構造モデルを計算機上に生成して界面欠陥の構造を決定し、欠陥準位を同定することを目指している。初期構造として(0001)面の4H-SiC基板上に
水晶を接続した界面原子構造モデルを用い、従来通り加熱・急冷シミュレーションにて界面原子構造モデルを生成した。生成されたモデルから電子構造を導出したところ、バンドギャップ中にいくつかの欠陥準位が得られた。特に、3配位OとSiダングリングボンドのペアからなる欠陥は欠陥準位のエネルギーが伝導帯の直下にあり、デバイス性能を劣化させている欠陥である可能性が示唆された。基板のSiC層を4H構造から6H構造に転換してモデルを再構築し、電子構造を導出した結果、4Hモデルではバンドギャップ中にあった欠陥準位のエネルギーが、6Hモデルでは伝導帯に収斂されており、4H-SiC基板界面で多く観察される欠陥準位が、基板を6H-SiCに変えると大幅に減少すると言う実験結果とよく一致することから、モデルの妥当性が評価された。
鈴井 伸郎; 柴田 卓弥; 石井 里美; 河地 有木; 尹 永根; 瀬古 典明; 藤巻 秀
no journal, ,
植物体内における放射性セシウム(Cs)の非破壊イメージングを目的として、ヨウ化カリウム(KI)ターゲットにヘリウム(He)イオンビームを照射し、ポジトロン放出核種である
Csの製造を試みてきた。しかしながら、従来の手法で製造したCsトレーサ溶液にはターゲット由来のK
が高濃度で含まれており、Kが植物のCs吸収において拮抗作用を持つことから、植物体内におけるCs動態を解明する研究に用いるためには、Csトレーサ溶液からKを除去する必要があった。そこで本研究では、放射線グラフト重合技術を活用して開発したセシウム捕集材を用いることで、K濃度が低いCsトレーサ溶液の精製を試みた。まず、HeイオンビームをKIターゲットに照射し、Csを製造した。次に、照射後のKIターゲットを純水に溶解させ、陰イオン交換カラムに通液させることでヨウ素イオンを除去した後、Csを特異的に吸着するグラフト捕集材を充填したカラムに通液させた。この過程をポジトロンイメージング装置を用いて撮像したところ、Csが本カラムに吸着する明瞭な動画像を得ることに成功した。また、5mM(NH)SO溶液の通液により、本カラムからCsを溶出可能であることが確認された。溶出液中のK濃度が3M以下であったことから、植物体内におけるCs動態の研究に利用可能なCsトレーサが本手法により精製可能であることが確認できた。
線の植物の相同組換え活性に及ぼす効果坂本 綾子; 土岐 精一*; 日出間 純*
no journal, ,
イオンビームによって生じるDNA損傷は、修復の困難なクラスター損傷やDNA二本鎖切断が多いことが知られており、これらを修復するために誤りがちな修復機構である非相同末端結合(NHEJ)の経路が利用されると考えられている。しかし、植物のDNA修復機構にはこの他にも相同組換え(HR)などの経路があり、イオンビームを照射したときにどのようなメカニズムで修復が起こっているのかは明らかでない。そこで本研究では、HRの活性を検出する遺伝子マーカーを組み込んだシロイヌナズナを用い、線およびイオンビーム照射によってこれらの活性が上昇するかどうかを解析した。一部が重複・分断した大腸菌グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子が挿入されたシロイヌナズナに対して15-25Gyの107MeV 
He
または25Gyの線照射を行い、地上部のみを回収しGUS染色を行った。その結果、25Gyの線照射でもわずかに組換え活性の上昇が見られたが、25GyのHeではより強いHR活性の誘導が検出された。15GyのHeでは、25Gyの線と同程度のHR活性が検出された。このことから、Heは、同線量の線よりもHRを誘導する活性が高いことが明らかになった。
松尾 陽一郎*; 泉 佳伸*; 長谷 純宏; 坂本 綾子; 清水 喜久雄*
no journal, ,
高LETのイオンビームによる突然変異誘発の分子機構を明らかにするために、真核生物の出芽酵母をモデルとして研究を行ってきた。炭素イオンビームを照射した場合、LETの増加に伴って致死率およびURA3遺伝子の突然変異率が上昇し、かつヌクレオソーム構造のリンカーDNAにおいて局所的に突然変異が誘発された。我々は、突然変異が誘発される部位とヌクレオソーム構造との間に関係があるという仮説をたて、これを検証するために野生株と異なるヌクレオソーム上の位置にURA3遺伝子を持つ出芽酵母細胞を作成し、炭素イオンビームで誘発されるURA3遺伝子の突然変異誘発スペクトルを分析した。その結果、URA3のヌクレオソーム構造が異なる出芽酵母細胞では、野生株とは異なる位置に突然変異が生じた。このことから、突然変異の誘発されやすさがヌクレオソーム構造に依存する可能性が示唆された。
井上 利彦; 山下 真一郎; 山県 一郎; 吉武 庸光; 皆藤 威二; 関尾 佳弘; 林 長宏
no journal, ,
高Ni鋼は、良好な耐スエリング特性を有していることから燃料被覆管材料として開発されており、代表的な商用鋼の一つであるNimonic PE16('(Ni
(Ti,Al))析出型)は、英国の高速原型炉(PFR)にて約148dpaまでの照射実績を有している。その一方、高Ni鋼は、照射や高温熱時効に伴う延性の低下が課題であり、'析出物の粗大化や粒界での再析出がその要因の一つとされている。そこで、PE16の課題を克服するため、PE16で利用している'析出型とは異なる炭窒化物析出型の高Ni鋼(15Cr-35Ni鋼)と、'よりも安定と考えられる"(NiNb)を加えた'/"析出型の高Ni鋼(15Cr-43Ni鋼)の2鋼種を新たに開発し、各種材料特性評価を進めている。本研究では、系統的な条件での照射試験が可能な原子力機構高崎量子応用研究所イオン照射研究施設(TIARA)にてイオン照射を行い、新規に開発した高Ni鋼の照射下における微細組織安定性(耐スエリング性など)を評価し、相対比較材であるPNC316鋼よりも耐スエリング特性に優れることを確認した。
丹野 敬嗣; 大塚 智史; 山下 真一郎; 矢野 康英; 皆藤 威二; 大久保 成彰; 實川 資朗*; 沢井 友次
no journal, ,
原子力機構では高速炉燃料被覆管の第一候補材料としてと9Cr-ODS(酸化物分散強化型)フェライト鋼の開発を進めている。燃料被覆管は最高700Cで250dpaの照射にさらされるため、分散粒子の高温・重照射下での安定性を評価することが必要である。また、耐食性の観点から11Cr-ODS鋼も並行して開発を進めている。Crの増量により低温側で大きな照射硬化や延性低下が起こる可能性があり、これについても確認する必要がある。そこで比較的短期間で高照射量を達成することができるFeイオンを用いて、250dpaを目標とした照射を開始した。Feイオン照射後にナノインデンターを用いて硬さを調べた結果、9Cr-ODS鋼では、400C/60dpaの照射で照射硬化が見られた。11Cr-ODS鋼は9Cr-ODS鋼と比較して照射硬化が小さかった。これは11Cr-ODS鋼の非照射材が9Cr-ODS鋼よりも硬いためと考えられる。今後、照射量を増加させて高照射量側のデータ取得を行う。
横田 渉; 佐藤 隆博; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 江夏 昌志; 横山 彰人; 加田 渉*; et al.
no journal, ,
日本原子力研究開発機構のTIARAサイクロトロンで開発中の重イオンマイクロビーム・高速シングルイオンヒットシステムにおいて、マイクロビーム及びシングルイオンヒットの質や利便性を向上させる技術開発を継続して行った。シングルイオンヒット位置のリアルタイム検出技術の開発では、高感度CCDカメラと光学顕微鏡を組合わせて感度と集光率の双方を高めた検出システムを構築して、シングルイオンヒットによる発光体CaF:Euからのシンチレーションのリアルタイム位置検出を可能にし、目的を達成した。また、SEM(Secondary Electron Microprobe)を用いた従来方式では2次電子放出率が低いために計測できない320MeV-Cビームの大きさを、本システムを用いた調整により約10m10mに集束することに初めて成功した。
とCイオン照射による非晶質炭素薄膜からの二次電子放出に対する近接効果鳴海 一雅; 千葉 敦也; 山田 圭介; 的場 史朗; 齋藤 勇一
no journal, ,
高速領域(ボーア速度以上)のクラスターイオンが固体と衝突する際に誘起される二次電子放出には、近接効果と呼ばれる未解明の物理過程がある。この近接効果の起源を解明するために、非晶質炭素薄膜に2原子分子イオンを照射し、薄膜の前方に放出される二次電子収量の膜厚依存性を測定した。得られた膜厚依存性から、膜中で解離したイオン間の距離に対して近接効果がどのように変化するのかを求めた。その結果、二次電子放出に対する近接効果には、入射イオンによる励起電子の生成過程に由来するものとその励起電子の固体表面までの輸送程に由来するものがあること、さらにどちらが支配的であるかは、入射クラスターイオンが固体中で解離した後の解離イオン間の距離に依存することを明らかにした。
中嶋 薫*; 森田 陽亮*; 北山 巧*; 鈴木 基史*; 木村 健二*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 石川 法人; 北條 喜一; 辻本 将彦*; et al.
no journal, ,
物質にイオンを照射すると、イオンの経路やその周囲の領域で物質の密度変化や構造変化が生じることがあり、物質中に形成されたこのような痕跡をイオントラックと呼ぶ。イオントラックに関する研究では、その形状や大きさ、トラック内の原子密度の分布などを知ることが課題となるため、透過型電子顕微鏡(TEM)や高角度暗視野走査型透過電子顕微鏡(HAADF-STEM)などの空間的な分解能をもつ手法で観察することが望まれる。しかし、結晶性の物質中に形成されるイオントラックは結晶性の変化として捉えることができ、TEMによる直接観察が容易であるのに対して、非晶質物質中に形成されるイオントラックはTEM像にコントラストの差がつきにくいことなどから、TEMによる直接観察はほとんど試みられなかった。我々は、非晶質中に形成されるイオントラックの構造等を明らかにするために、厚さ20nmの非晶質SiN薄膜、非晶質SiO薄膜に120-720keVのC
, Cイオンを照射した試料に対してTEMによる直接観察を行った。その結果、非晶質絶縁体中に形成されたイオントラックをTEMで直接観察することに初めて成功した。さらに、トラック内の密度分布を定量的に評価するためにHAADF-STEMによる観察を行い、イオントラックの中心部は密度が約20%低下し、それに対して周辺部は約1
2%密度が上昇していることを明らかにした。
