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論文

Characterization of phosphate cement irradiated by $$gamma$$-ray during dehydration

入澤 啓太; 工藤 勇*; 谷口 拓海; 並木 仁宏*; 大杉 武史; 中澤 修

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 63, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

福島第一原子力発電所から発生する汚染水処理二次廃棄物の安全な貯蔵のため、リン酸セメントによる最小含水化した固化技術を開発している。実際の二次廃棄物における本固化技術の適用性を把握するため、脱水中のリン酸セメントを$$^{60}$$Co $$gamma$$線によって照射した。リン酸セメントのG(H$$_{2}$$)は脱水中の時間と共に減少し、7日後に検出下限値となった。さらに、脱水中の$$^{60}$$Co $$gamma$$線照射がリン酸セメントの結晶及び非晶質相を変化させないことが分かった。

論文

Prediction of scintillation light yield based on sub-micrometer radiation transport calculation and F$"{o}$rster effect

小川 達彦; 八巻 徹也*; 佐藤 達彦

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 34, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

電子線, $$gamma$$線,陽子線,重イオンなどの多様な種類の放射線の検出器として、シンチレータは広く利用されている。シンチレータは基本的に付与されたエネルギーに応じた強さの発光を起こすが、エネルギー付与密度の高い重イオンのような粒子に対しては、発光が抑制される現象(クエンチング現象)が生じることが知られていた。本研究では、シンチレータの発光が入射粒子による蛍光分子の励起によって起こることに加えて、クエンチング現象を起こすメカニズムが蛍光分子間の双極子エネルギー遷移(F$"{o}$rster効果)であると仮定し、蛍光分子の損傷や励起を計算コードRITRACKSを用いた分子スケールの放射線挙動計算で予測して、シンチレータの発光強度を計算した。入射粒子として、0.1MeVから150MeVの陽子、0.1MeVから1MeVの電子をフルストップ厚のNE102シンチレータに入射させ、各種粒子の入射に対する発光量を先行研究の測定値等と比較した。計算結果は、電子入射の場合入射エネルギーと発光量が比例する一方、陽子入射の場合は入射エネルギーに対して発光量が非線形に増加しており、実験値の発光強度を正確に再現することができた。

論文

Rust and corrosion mechanism of carbon steel in dilute chloride solution at low dose rates

本岡 隆文

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 73, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

これまでに、Co-60$$gamma$$線照射下での人工海水中の炭素鋼の腐食試験では100Gy/h以上の吸収線量で腐食速度が向上し、サビの黒色から褐色に変化することを報告している。本研究では、Co-60$$gamma$$線線照射下での炭素鋼の腐食機構を錆の同定結果から検討した。$$gamma$$線は鉄イオンの二価から三価への酸化を促進するので、照射下で形成された錆は高い酸化状態とすることが明らかとなった。

論文

Study on hydrogen generation from cement solidified products loading low-radioactive liquid wastes at Tokai Reprocessing Plant

伊藤 義之; 松島 怜達; 佐藤 史紀

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 69, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

東海・再処理施設の低放射性廃棄物処理技術開発施設(LWTF)では、低レベル放射性廃液をセメント固化し廃棄体を作製することを計画している。本研究では、作製したセメント固化体からの水素発生量を検討するため、量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所のコバルト60線照射施設にて、セメント試料の$$gamma$$線照射試験を行い、水素生成G値を測定した。その結果、スラリ固化体(充てん率10$$sim$$50wt%)のG値は、約0.03(n/100eV)であり、スラリ廃液を充てんしていない場合に比べて、およそ半分に低下した。硝酸イオンは、水素生成を抑制する効果があり、スラリ中に含まれる硝酸塩の影響でG値は低下したと考えられる。また、炭酸塩固化体(充てん率10wt%)のG値は、約0.14(n/100eV)であったが、20wt%や30wt%の炭酸塩固化体では、それよりも低いG値であった。XRD結果から、塩の充てん率が高くなるほど、Na$$_{2}$$CO$$_{3}$$を含んだセメント生成物(Pirssonite)が多く見られ、Na$$_{2}$$CO$$_{3}$$のG値は、CaCO$$_{3}$$よりも小さいため、20wt%や30wt%の炭酸塩固化体のG値は小さくなったと考えられる。

論文

Investigation of hydrogen gas generation by radiolysis for cement-solidified products of used adsorbents for water decontamination

佐藤 淳也; 菊地 博*; 加藤 潤; 榊原 哲朗; 松島 怜達; 佐藤 史紀; 小島 順二; 中澤 修

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 62, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

福島第一原子力発電所における多核種除去設備から発生している廃吸着材は、多量の放射性核種を含有しており、処分のために発生した固化体への放射線影響が懸念されている。本件は、廃吸着材の模擬物をセメント固化した試料において放射線分解によって発生する水素ガス量の調査を目的として実施した。チタン酸塩, 酸化チタン, フェロシアン化物, キレート樹脂及び樹脂系吸着材を対象として、セメント固化材(普通ポルトランドセメント及び高炉スラグセメント)を用いて固化試料を作製した。量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所のコバルト照射施設を利用して$$gamma$$線の照射試験を行い、セメント固化試料からの水素ガス発生を調査した。試験の結果、セメント固化試料から発生した水素ガス量を求め、水素ガス発生のG値を算出することができた。

論文

Application of ferrite process to radioactive waste; Study of ferrite product stability by micro-PIXE analysis

阿部 智久; 嶋崎 竹二郎; 大杉 武史; 山田 尚人*; 百合 庸介*; 佐藤 隆博*

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 61, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

本研究では、フェライト処理による有害な元素の固定化技術の開発のために、目的元素によるフェライト生成物の違いを明らかにすることを目指す。フェライト生成物には原料由来の軽元素が含まれるため、組成分析にマイクロPIXE分析の適用を試みた。Pb及びCrの有害元素含有廃液をフェライト処理し、その生成物を試料としてXRDによる構造解析、PIXEによる組成分析を実施した。測定の結果、フェライトが同一構造をとっているにも関わらず、PbでのみSが検出された。本研究によって、目的元素を変えることによって、同一のフェライト構造をとるのにも関わらず、組成に違いが表れることが分かった。今後は、Sが構造に果たしている役割について調査し、有害元素の固定化性能への影響を明らかにする。

論文

Fabrication of neutron optical devices using PBW technique

酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 内田 正哉*

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 140, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

In this work, we report on the application of a UV/EB curable resin, in proton beam writing (PBW) for the fabrication of fine neutron optics devices. The resin is a liquid at room temperature; therefore, it mixes easily with functional materials, such as neutron absorbers. However, 20-30 $$mu$$m thick neutron absorber must be required as the grating materials. So PBW is a promising technique to fabricate the neutron devices. The fabrication process is similar to lithography. The neutron absorber is gadolinium oxide (Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$). Pattern exposures are performed using 3 MeV proton beams approximately 1 $$mu$$m in diameter. The irradiated areas are quickly cured by polymerization. The fabricated gratings were observed using an optical microscope. The microscopic images show that the patterns of the fabricated structures agree well with the original one. In addition, a lateral direction of the sample was observed using the scanning electron microscope (SEM). The thickness of the sample is approximately 35 $$mu$$m. In conclusion, the fabrication of grating structures is successful and the results also proved that the UV/EB curable resin is very promising material for use in PBW micromachining.

論文

Ion track etching of PVDF films irradiated with fast C$$_{60}$$$$^{+}$$ cluster ions

喜多村 茜; 八巻 徹也*; 千葉 敦也*; 薄井 絢

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 37, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

C$$_{60}$$クラスターイオンを照射にしたPVDF膜のトラックエッチングに関し、炭素の単原子イオン照射との比較を通して検討した。まず、PVDF膜に対し、6MeVのC$$_{60}$$$$^{+}$$(単原子当たり100MeV)及び、100MeVのC$$^{+}$$イオンをそれぞれ照射し、同条件でエッチング処理を行った。SEM及びAFM観察の結果、C$$_{60}$$$$^{+}$$クラスター照射したPVDF膜には、底面が平らな直径400nmで深さ250nmのトラックエッチングされた穿孔が一面に形成されていた。一方で、単原子照射した試料には穿孔だと断定できない不定形で小さな凹部しか見られなかった。またC$$_{60}$$$$^{+}$$クラスター照射の場合、穿孔径はエッチング時間に伴って拡大した。PVDF膜の穿孔径がC$$_{60}$$$$^{+}$$クラスター照射によって拡大することを確認したことから、複数のイオンが局所的かつ同時に衝突することでイオントラックのエッチング可能な領域が拡大することがわかった。

論文

Preparation of nano-structure controlled ion-exchange membranes by ion beams and their application to seawater concentration

八巻 徹也*; 後藤 光暁*; 澤田 真一*; 越川 博*; 喜多村 茜; 比嘉 充*

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 35, 2018/03

https://repo.qst.go.jp/records/73811

本研究では、重イオンビームグラフト重合法によりイオン交換膜を作製する手法を開発し、海水濃縮に応用した。フッ素樹脂(ETFE)の基材に対して、560MeVのXeビームをフルエンス3$$times$$10$$^{8}$$ $$sim$$1$$times$$10$$^{9}$$ions/sm$$^{2}$$で照射し、その後、スチレンスルホン酸エチルエステルのグラフトと加水分解及び、クロロメチルスチレンのグラフトと四級化によってイオン交換膜を得た。イオン交換容量は2.0$$sim$$2.5mmol/gに調節した。作製した膜の吸水率及び抵抗値は、従来の$$gamma$$線照射膜に比べて低い結果を示し、海水濃縮に適することがわかった。これは、イオンビームによってナノメートルスケールの局所的かつ高密度なエネルギー付与を制御した結果である。なお、フルエンス3$$times$$10$$^{8}$$ions/sm$$^{2}$$の場合、イオントラック径は250nmで、全体に占める体積の割合はわずか14%であった。

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