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廃炉環境国際共同研究センター; 自然科学研究機構*
JAEA-Review 2022-059, 34 Pages, 2023/01
JAEA-Review-2022-059.pdf:1.58MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等を始めとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、令和3年度に採択された「中赤外レーザー分光によるトリチウム水連続モニタリング手法の開発」の令和3年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、中赤外レーザーを用いたキャビティリングダウン計測システムによる「濃度60Bq/ccレベル」トリチウム水短時間計測の原理実証を成果目的とする。令和3年度は、上記目標を達成するため、(1)キャビティリングダウン装置に関する研究、及び(2)環境条件下における水素同位体組成評価と標準試料作製(再委託先: 弘前大学)を行った。(1)においては、中赤外キャビティリングダウン試験を行った。実験室に光学ベンチ(3m
1.2m)を設置し、光学ベンチ上に設計した光キャビティを構築した。次に、キャビティリングダウン計測に必須なレーザー光源を開発した。波長4.34
mから4.72mの範囲に可変可能で、最高出力22mW、ビーム品質M
=1.1のレーザー開発に成功した。(2)においては、標準試料の作製として、複数の試薬会社より市販されている重水標準溶液を利用して水素同位体標準溶液作製を進め、安定同位体である重水試料の準備を行った。また市販の重水試薬を購入し、約100Bq/Lの標準試料作製準備が整った。さらに、屋内外の同位体比計測の測定準備を行った。低バックグラウンド液体シンチレーション計数装置の性能評価を行い、試料量10mLで2,400分計測すると検出下限値は約0.6Bq/Lであることを確認した。これにより一般環境中トリチウム濃度を計測する準備が整った。
岩元 大樹; 明午 伸一郎
EPJ Web of Conferences, 153, p.01016_1 - 01016_9, 2017/09
被引用回数：2 パーセンタイル：78.04(Nuclear Science & Technology)The impact of different spallation models implemented in the particle transport code PHITS on the shielding design of Transmutation Experimental Facility (TEF) was investigated. For 400-MeV proton incident on a lead-bismuth eutectic target. An effective dose rate at the end of a thick radiation shield (3-m-thick iron and 3-m-thick concrete) calculated by the Li
ge intranuclear cascade (INC) model version 4.6 (INCL4.6) coupled with the GEM code (INCL4.6/GEM) yields 
1.5 times higher than the Bertini INC model (Bertini/GEM). A comparison with experimental data for 500-MeV proton incident on a thick lead target shows that the INCL4.6/GEM is in fairly good agreement with the experiment, which suggest that the prediction accuracy of INCL4.6/GEM would be better than that of Bertini/GEM. In contrast, it is found that the dose rates in beam ducts in front of targets calculated by the INCL4.6/GEM are lower than those by the Bertini/GEM. Since both models underestimate the experimental results for neutron-production double-differential cross sections at 180
for 140-MeV proton incident on carbon, iron, and gold targets, we conclude that it is necessary to allow for a margin of uncertainty caused by the spallation models, which is a factor of two, in estimating the dose rate induced by neutron streaming through a beam duct.
坂元 眞一; 明午 伸一郎; 藤森 寛*; 原田 正英; 今野 力; 春日井 好己; 甲斐 哲也; 三宅 康博*; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.638 - 641, 2006/06
被引用回数：8 パーセンタイル：50.31(Instruments & Instrumentation)大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設は、強力なプローブとして中性子ビームやミューオンビームを提供する実験施設である。それらの2次ビームは、3GeV陽子ビーム輸送ライン(3NBT)を通して供給される大強度陽子ビームにより生成される。大きなエミッタンスを持つ陽子ビームを非常に低いビーム損失率で輸送するために、ビーム光学やそれを実現する機器の設計を実施した。一方で、3NBTには大きなビームロスがある中間標的も設置される。この串刺し標的方式の実現のために、強い放射線で引き起こされるさまざまな問題の対策を考案し設計に反映した。
Li, J.; 岸本 泰明
Physical Review Letters, 89(11), p.115002_1 - 115002_4, 2002/09
被引用回数：31 パーセンタイル：77.34(Physics, Multidisciplinary)微視的な帯状流と巨視的乱流間の相互作用に関して議論されている。鍵となる物理機構は半径方向のモード間結合として同定された。揺らぎのエネルギーは不安定な長波長領域から安定もしくは減衰する短波長モード領域に非局所的に輸送される。その結果、乱流スペクトルは大きく変形を受けるとともに非線形のパワー則から変位する。三次元のジャイロ流体イオン温度勾配モードシミュレーションを実施し、間欠的もしくはバースト的なイオン輸送挙動が観測され、トカマクプラズマにおけるITG生成帯状流に関係したスペクトル変形に関係していることが示された。
岩瀬 彰宏
まてりあ, 41(1), p.20 - 27, 2002/01
合金を高エネルギー粒子照射したときに生ずる溶質原子の析出(照射誘起析出)を支配する自由拡散欠陥(FMD)の生成効率を、Heイオン・重イオン2重ビーム照射下において評価した。その結果、重イオンを同時照射したときのFMD生成効率は、Heイオン単独照射時に比べ、大きく減少した。これは、重イオン照射によって生成されたカスケード損傷が、FMDに対して有効な再結合サイトとして作用したことを意味する。
仁井田 浩二*; 高田 弘; 明午 伸一郎; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 184(3), p.406 - 420, 2001/11
被引用回数：79 パーセンタイル：97.72(Instruments & Instrumentation)NMTC/JAERI97コードの改良版として、高エネルギー粒子輸送コードNMTC/JAMを開発した。NMTC/JAMは、核内カスケードモデルとして、高エネルギー核反応コードJAMを導入することにより、その適用エネルギー範囲を原理的には、核子、中間子に対して200GeVまで引き上げた。また、蒸発、核分裂過程に対してGEMモデルを導入することにより、励起した残留核からの軽核生成の記述が可能になった。適用エネルギーの拡張に伴い、核子-原子核の非弾性散乱断面積,弾性散乱断面積,弾性散乱断面積の角分布のデータを新しい系統式を用いて更新した。AGS,KEKで行われた実験との検証により、NMTC/JAMコードが高エネルギー粒子輸送コードとして十分に予測精度が高いことが示された。
岩井 保則; 山西 敏彦; 西 正孝
JAERI-Tech 2001-027, 29 Pages, 2001/03
JAERI-Tech-2001-027.pdf:1.11MB
核融合実験炉ITER-FEAT設計作業の一環として、先に設計されたITERの規模縮小に基づく処理流量の減少に対応した水素同位体分離システム(ISS)の概念設計の予備的検討を行った。ISSには三種類のガス流が供給され、深冷蒸留法により高純度トリチウムガス流,高純度重水素ガス流及び軽水素ガス流が生み出される。本報ではシステムの簡略化とITER-FEATの運転シナリオを考慮し、4塔からなる独自の塔構成にISSを提案した。ISS内の最大トリチウムインベントリーについては、運転条件に対応して定まるペレット用のトリチウム濃縮流の検討の進展による低減の可能性を見いだした。また現状の塔構成では環境に排出する軽水素排ガス中のトリチウム濃度がISS運転中に加わるわずかな流量変動によって容易に変動する可能性を指摘し、この流れに対する2塔システムの対策を提案した。
仁井田 浩二*; 明午 伸一郎; 高田 弘; 池田 裕二郎
JAERI-Data/Code 2001-007, 128 Pages, 2001/03
JAERI-Data-Code-2001-007.pdf:5.07MB
NMTC/JAERI97コードの改良版として、高エネルギー粒子輸送コードNMTC/JAMを開発した。NMTC/JAMは、核内カスケードモデルとして、高エネルギー核反応コードJAMを導入することにより、その適用エネルギー範囲を原理的には、核子,中間子に対して200GeVまで引き上げた。また、蒸発、核分裂過程に対してGEMモデルを導入することにより、励起した残留核からの軽核生成の記述が可能になった。適用エネルギーの拡張に伴い、核子-原子核の非弾性散乱断面積,弾性散乱断面積,弾性散乱断面積の核分布のデータを新しい系統式を用いて更新した。さらに、ビーム輸送計算に必要な磁場中の粒子輸送を計算できるようにした。また、幾つかのタリー機能が追加され、データの入出力については、ユーザーの利便性を高めるために大きく改良された。このような新しい物理モデルとユーティリティーが導入されたことより、NMTC/JAMは複雑な体系の大きなターゲットシステムのニュートロニクス計算に対して、以前よりも信頼性の高い結果を与えることができるようになった。この報告は、NMTC/JAMコードのユーザーマニュアルである。
24GeV陽子入射反応の解析仁井田 浩二*; 奈良 寧; 高田 弘; 中島 宏; 千葉 敏; 池田 裕二郎
JAERI-Tech 99-065, p.42 - 0, 1999/09
核子・中間子輸送コードNMTC/JAERIの適用上限エネルギー、核子で3.5GeV、中間子で2.5GeVを引き上げるために、NMTC/JAERIの核反応部分に、高エネルギー原子核反応を記述するモデルJAMを導入し、エネルギー上限が数100GeVの輸送コードNMTC/JAMを作成した。JAMは、核子当たりGeV領域から重心系で数10TeVまでの原子核反応を記述できるカスケードタイプのモンテカルロコードである。JAMをNMTC/JAERIに導入するために、反応後の残留核の核種、励起エネルギーが評価できるように改良を施し、JAMのエネルギー下限を150MeVまで引き下げた。本報告では、NMTC/JAMに組み込まれる核反応モデルJAMの説明と、150MeVから数10GeVの陽子入射薄膜核反応におけるJAMの計算結果と実験との比較、また、LAHET2.7の計算結果との比較を行い、JAMの妥当性を検討した。
高田 弘; 義澤 宣明*; 小迫 和明*; 石橋 健二*
JAERI-Data/Code 98-005, 101 Pages, 1998/02
JAERI-Data-Code-98-005.pdf:3.57MB
これまでに用いてきた高エネルギー核子・中間子輸送コードNMTC/JAERIについて、物理モデルに新しい計算オプションを追加する改良、核子・原子核断面積の更新、多重配列システムによる結合型幾可形状記述方式及びインポータンスサンプリング手法を新規に導入する改良を加えて、NMTC/JAERI97を完成させた。新しいコードにはタリー機能も導入したため、モンテカルロ計算のヒストリーファイルを計算終了後に改めて編集することなく中性子エネルギースペクトル、発熱量及び核種生成率等の物理量を求めることができる。また、本コードはUNIX上で実行できるようにチューニングされている。本レポートでは、NMTC/JAERI97の機能、物理モデル及び幾可形状記述方式等の計算手法を解説し、コードの使用法についても説明する。
岩瀬 彰宏; Rehn*; Baldo*; Funk*
Journal of Nuclear Materials, 244(2), p.147 - 152, 1997/00
被引用回数：4 パーセンタイル：37.13(Materials Science, Multidisciplinary)Ni-Si合金中の自由欠陥が、Neイオン照射によって導入されたカスケード欠陥と相互作用し、その結果、自由欠陥濃度が著しく減少することを示した。
阿部 弘亨; 園田 健*; 木下 智見*; 楢本 洋
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 127-128, p.176 - 180, 1997/00
被引用回数：11 パーセンタイル：65.46(Instruments & Instrumentation)770K~1070K程度の高温でイオン照射により転位ループが形成された。電子照射の場合と比較して、低線量で転位ループが観察され、密度は照射量と共に増加し、高線量で一定値をとる傾向を示した。また転位ループ径は、照射時間に対して1/2~2/3乗(900K以上)、
1/4乗(900K以下)に比例し、電子照射と比較して成長速度が小さいことがわかった。カスケード内部あるいはその周辺部では点欠陥が密集しているため、転位ループの核形成頻度が高くなり、そのために転位ループの成長に寄与する点欠陥密度が減少し、成長速度は低くなると考えられる。
阿部 弘亨; 楢本 洋; 岩瀬 彰宏; 木下 智見*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 127-128, p.681 - 684, 1997/00
被引用回数：29 パーセンタイル：87.69(Instruments & Instrumentation)数100K程度までの温度において、イオン照射により黒鉛の非晶質化が誘起された。非晶質化線量の温度依存性から400Kを境にして2つのステージの存在が明らかになった。400K以下では非晶質化線量はイオン種・エネルギーに依存せず、約0.2dpaで非晶質化した。400K以上では非晶質化線量はイオン種・エネルギー・線束密度に依存して増加し、ある温度(T
)以上では非晶質化しなかった。Tは入射粒子質量の増加、エネルギーの減少、線束密度の増加に伴い高くなるが、質量数20以上の重イオン照射では次第に飽和傾向を示した。860K以上では照射条件によらず非晶質化は観察されなかった。黒鉛中のカスケードは原子配列の乱れた領域を形成し、その蓄積によって非晶質化が進行する。また400K以上のステージは黒鉛のC面間に蓄積した炭素分子クラスターが分裂し空孔と再結合する温度に相当し、このクラスターの生成速度、空間分布、安定性が非晶質化や再結晶化を律速すると考えられる。
阿部 弘亨; 山本 春也; 楢本 洋
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 127-128, p.170 - 175, 1997/00
被引用回数：27 パーセンタイル：87.09(Instruments & Instrumentation)室温以下の低温における重イオン照射によってAl
O
の非晶質化が誘起された。液体窒素温度では600keV、900keV Xe、600keV Krイオン照射で非晶質化したが、600keV Ar、300keV Oイオン照射では非晶質化は確認されなかった。さらに900keV Xeイオン照射下での非晶質化線量は90~150Kで約3dpa、160~220Kで約8dpaであった。220K以上では非晶質化線量にイオンフラックス依存性が観察され、低フラックスでは非晶質相と結晶相の混相が形成され、完全には非晶質化せず、また微結晶の形成も確認された。また高フラックスでは非晶質化線量は250K近傍から急増し、それより高温で非晶質・結晶の混相が形成された。非晶質化はイオン照射によるカスケード損傷の蓄積によって生じていると考えられる。一方で160~220Kでは、イオン照射によるカスケード内部での点欠陥の回復が生じ、非晶質化線量の増加が観察されたものと解釈される。また220K以上ではカスケード間の点欠陥の拡散が励起され、非晶質領域の回復に寄与していると考えられる。
高田 弘; 義澤 宣明*; 石橋 健二*
JAERI-Research 96-040, 91 Pages, 1996/08
JAERI-Research-96-040.pdf:2.2MB
OECD/NEA国際コード比較のために、
O、
Al、
Fe、
Co、Zr及び
Auに20MeVから5GeVの陽子を入射した場合の核種生成断面積を前平衡過程及び高エネルギー核分裂過程を考慮した核内カスケード・蒸発モデルに基づくHETC-3STEPコードを用いて計算した。コードではIgnatyukによる準位密度パラメータ、AudiとWapstraの質量表及びTachibanaらの質量公式を蒸発計算部で新規に用いた。計算結果と実験結果の比較により、HETC-3STEPコードはZr及びAu標的核において標的核に近い質量数の核種生成について100MeV以上の入射エネルギーでファクター2~3の精度で予測できることを確認した。しかしながら、低エネルギー陽子入射による核種生成、数百MeV以上の陽子入射により誘起されるフラグメンテーション過程からの軽い核種の生成に関する予測精度は良くなく、モデルの改良が必要である。
高田 弘
Journal of Nuclear Science and Technology, 33(4), p.275 - 282, 1996/04
被引用回数：19 パーセンタイル：81.69(Nuclear Science & Technology)媒質効果を考慮した核子・核子断面積及び反射・屈折を取り扱った核内カスケードモデルの入射エネルギー20~80MeVの核反応に対する予測精度を調べた。ここでは、反射・屈折を取り扱うISOBARコードにCugnonにより評価された媒質効果を考慮した核子・核子断面積を組み込んだ。さらに、これをNUCLEUS及びNMTC/JAERIコードに導入し、微分実験と積分実験の両方について解析を行った。媒質効果を考慮した計算は、80MeV陽子入射による
Zr(p,xp')及びZr(p,xn)反応からの放出核子の断面積角度分布について、後方への中性子放出をいくらか過大評価するが、従来の計算結果を改善し実験と良く一致した。また、67MeV陽子を飛程厚さのAuターゲットに入射した場合の2次中性子スペクトルについて、計算は15°方向の20MeV以上で実験値を30%程度過小評価するが、30°以上の方向では全エネルギー範囲について実験と良く一致した。
岩瀬 彰宏; L.E.Rehn*; P.M.Baldo*; L.Funk*
Ion-Solid Interactions for Materials Modefication and Processing (Mater. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 396), 0, p.179 - 184, 1996/00
自由拡散欠陥(FMD)の生成率におけるカスケード損傷の効果を、1.5MeVのHeと400-800keVの重イオンの同時照射下でのRBS測定により調べた。試料はCu-1%Auである。Heのみを照射した時にみられる照射誘起析出は、重イオンを同時照射することによって大きく減少する。これは重イオンによって生成されたカスケード損傷が、FMDに対して有効なシンクとして作用したことを示す。銅イオンを照射した時は、照射誘起析出は同時照射中にのみ減少するのに対して、希ガスイオン(Ne、Ar)のHeとの同時照射の実験では、その効果は希ガスイオン照射を止めた後にも残る。これは、試料中に蓄積されたガス原子がカスケード損傷を安定化させたために生じたものである。
岩瀬 彰宏; Rehn*; Baldo*; Funk*
Journal of Nuclear Materials, 238(2-3), p.224 - 236, 1996/00
被引用回数：10 パーセンタイル：65.27(Materials Science, Multidisciplinary)Cu-1%Au合金中の自由拡散欠陥(FMD)が、カスケード欠陥と相互作用して消滅し、その結果、FMDの発生効率が著しく小さくなることを実験的に示したものである。
西田 雄彦; 佐々 敏信; 高田 弘; 滝塚 貴和
Proc. of 2nd Int. Conf. on Accelerator-Driven Transmutation Technologies and Applications, 1, p.668 - 674, 1996/00
オメガ計画に従って加速器消滅処理システムの概念検討を進めているが、その性能予測用計算コードシステムACCLの開発及び高度化を行った。数GeV~20MeV領域のハドロン核反応・輸送過程を扱うカスケードコード(NMTC/JAERI)では、核内での核子の反射屈折効果の採用、核子-核子散乱断面積の更新、核子-原子核散乱断面積の採用全断面積の評価済データによる差し替え及び核分裂パラメータの調整等を行い加速器消滅処理システムの重要因子である核破砕中性子源の強度及び分布の予測精度を向上させた。20MeV以下では、これまでの中性子輸送コードTWOTRAN2(Sn)及びMORSE(モンテカルロ)を、高度化されたTWODANT及びMCNP4Aでさしかえ、消滅炉心の計算時間の大巾な短縮を達成した。また従来の核データライブラリENDF-B4ではなく、最新のJENDL3.2に対応する73群定数ファイルを作成し計算精度を向上させた。
岩瀬 彰宏; L.E.Rehn*; P.M.Baldo*; L.Funk*
Applied Physics Letters, 67(2), p.229 - 231, 1995/07
被引用回数：12 パーセンタイル：55.57(Physics, Applied)自由拡散原子(FMD)とカスケード損傷との相互作用を調べるために、1.5MeVのHeと800keVのCuを同時照射したCu-1%Au合金において、RBS法により照射誘起析出を測定した。Heイオンだけを照射した場合、照射誘起析出は、Auの表面から内部への拡散として大きく観測される。一方Cuイオンを同時照射した時、この照射誘起析出はほとんど起こらなくなる。またCuイオン照射を止めると、析出は再び大きく起こり出す。この実験事実は、熱的に不安定で、照射中にのみ存在するカスケード損傷がFMDに対する対消滅サイトとして働き、FMDの生成効率を大きく減少させたことを示すものである。
