放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明(委託研究); 令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東京工業大学*

JAEA-Review 2022-005, 93 Pages, 2022/06

JAEA-Review-2022-005.pdf:6.95MB

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2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(1F)の廃炉等をはじ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、令和元年度に採択された「放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明」の令和2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、放射化学、核化学、核物理、燃料材料科学の専門家に環境微生物の専門家を加えた研究者により、模擬デブリの作製から、照射、化学的作用及び生物作用による溶出試験を行い、富岡町の国際共同研究棟等にJAEAが有する先端分析機器を駆使してデブリの性状の変化、元素の溶出挙動を分析し、放射線損傷と酸化環境下における化学的及び生物学的損傷の複合作用による燃料デブリの劣化機構を解明することを目的とした。令和2年度には、放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明のためHeイオンを照射した模擬燃料デブリのイオン交換水による溶解、4価イオンの錯形成能、マイクロ流路におけるU(VI)の検出法、モデル微生物や1F付近で採取した菌種による模擬燃料デブリの劣化に関する知見を実験により得た。

放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明(委託研究); 令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東京工業大学*

JAEA-Review 2020-046, 69 Pages, 2021/01

JAEA-Review-2020-046.pdf:4.81MB

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、令和元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福島第一原子力発電所の廃炉等をはじ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。本研究は、研究課題のうち、平成31年度に採択された「放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。

Validating polarization effects in -rays elastic scattering by Monte Carlo simulation

Omer, M.; 羽島 良一*

New Journal of Physics (Internet), 21(11), p.113006_1 - 113006_10, 2019/11

AA2019-0407.pdf:0.73MB

https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab4d8a

Nuclear resonance fluorescence (NRF) is a promising technique for nondestructive assay (NDA) of nuclear materials. Its strength is improved when polarized -ray beams are used as probes because the polarized -rays provide an asymmetry in the intensity of the scattered photons. Nonetheless, NRF interaction takes place with other interactions such as elastic scattering of -rays. These interactions are unavoidable background which may limit the sensitivity of the NRF technique. Therefore, estimating polarization effects of elastic scattering is a significant factor in assessing the NRF method. Here, we implement a new Monte Carlo simulation to account for polarization effects of the elastic scattering. The simulation is based on explicit expressions driven in the Stokes parameters formalism. The scattering amplitudes of Rayleigh, nuclear Thomson, and Delbrck scattering processes have been superimposed into a two-orthogonal set of complex amplitudes. This set is then exploited to construct the core of the simulation in a way such that the simulation could handle arbitrary polarization states of the incoming beam and correspondingly generate polarization states for the outgoing beam. This work was supported by the subsidiary for promotion of strengthening nuclear security or the like of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT), Japan.

Measurements of air dose rates in and around houses in the Fukushima Prefecture in Japan after the Fukushima accident

松田 規宏; 三上 智; 佐藤 哲朗*; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 166(Part 3), p.427 - 435, 2017/01

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2016.03.012

Measurements of air dose rates in less contaminated areas were conducted in and around houses. The relation of both was summarized as dose reduction factors. For wooden and lightweight steel houses, the dose rates showed a positive correlation and linear regression with a slope-intercept form due to the natural background. The average dose reduction factor was 0.38 on the first floor. The reductions in indoor dose rates are observed because a patch of ground under each house is not contaminated (this is the so-called uncontaminated effect). The characteristics were clarified through Monte Carlo simulations. For reinforced steel-framed concrete houses, the dose rates did not show a correlation. It was found that there is a great variation in air dose rates even within one house, such as the size and shape of a house, construction materials acting as a shield and as sources, position (including height) within a room, floor number, total number of floors, and surrounding environment.

Mechanical properties of small size specimens of F82H steel

若井 栄一; 大塚 英男*; 松川 真吾; 古谷 一幸*; 谷川 博康; 岡 桂一朗*; 大貫 惣明*; 山本 敏雄*; 高田 文樹; 實川 資朗

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1077 - 1084, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.08.072

微小試験片の試験技術は核融合炉材料の強度特性を調べるために発展しているが、これは特に、IFMIFでは照射スペースが小さくならざるを得ないことに由来している。本研究ではF82H鋼を用いて微小な曲げ試験片(ノッチ部に疲労予亀裂入)であるt/2の1/3PCCVN(pre-cracked Charpy V-Notch)とDFMB(deformation and fracture mini bend)を作製し、これらの曲げ試験片の靭性を評価するための新しい試験装置の開発について紹介する。本装置は約-180Cから300Cまでの範囲で、変位量を高精度に制御して試験できるように設計した。また、室温でこれらの試験片を用いて静的破壊靭性試験を行い、大きめのサイズを持つ0.18DCT試験片の試験結果との比較を行った。加えて、t/2-CVNと1/3CVN及びt/2-1/3CVN片を用いて、衝撃試験によって得られた吸収エネルギーの温度変化から延性脆性遷移温度(DBTT)を評価し、t/2-1/3CVNのDBTTは大きい試験片の場合より約30C低くなる結果を得た。他方、微小引張り試験やスモールパンチ試験による強度とDBTT等の評価も同様に進めた。

Effects of helium production and heat treatment on neutron irradiation hardening of F82H steels irradiated with neutrons

若井 栄一; 田口 富嗣; 山本 敏雄*; 富田 英樹*; 高田 文樹; 實川 資朗

Materials Transactions, 46(3), p.481 - 486, 2005/03

https://doi.org/10.2320/matertrans.46.481

F82H鋼の照射硬化に関するヘリウム生成量依存性を照射温度の関数として調べた。照射量は約2dpaである。本研究に用いた試料はアイソトープ調整したボロン、すなわちB, B及びBとBを50%ずつ混合させた3種類をそれぞれ60wtppm添加したものである。照射によって生成されたヘリウム量は約15から330appmであった。照射後、引張り試験を行った結果、いずれの照射温度においても照射硬化が生じたが、B添加による硬化の増加は300C照射材のみでわずかに生じたが、150C照射材では観察されなかった。B添加による硬化の促進効果は照射温度に依存して生じると考えられる。他方、焼もどし時間に対する照射硬化の変化は、150Cで2dpa照射したF82H鋼の引張り特性から解析し、照射による硬化量は焼き戻し時間と温度の増加に伴って増加することがわかった。また、延性脆性遷移温度と降伏応力の照射による変化を解析した結果、照射後のF82H鋼の強度特性は照射前に行う焼き戻し時間や温度の調整によってその性能を向上させることができることがわかった。

Hydrogen migration in electron irradiated Pd based dilute alloys around the 50 K anomaly

山川 浩二*; 知見 康弘; 石川 法人; 岩瀬 彰宏*

Journal of Alloys and Compounds, 370(1-2), p.211 - 216, 2004/05

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.09.037

Pd系希薄合金(Pd-1at.% Fe-H及びPd-1at.% Ag-H)における水素の移動について、50K付近の電気抵抗測定により調べた。0.5MeV電子線を15K以下で照射することにより不規則化した水素原子は、試料の昇温中に原子移動により規則化した。このときの電気抵抗の回復曲線には、電子線照射した試料では2つのサブステージが、急冷した試料では1つのステージのみが見られた。各ステージでの水素の移動エネルギーは、規則化に起因する電気抵抗変化をクロスカット法で解析することにより得られた。低温ステージでの移動エネルギーは高温ステージよりも小さく、高温ステージでの値は急冷の場合と同程度であった。Pd系合金に関して、照射による水素原子の不規則化と急冷によるものとの違いについて議論する。

Microstructural development and radiation hardening of neutron irradiated Mo-Re alloys

根本 義之; 長谷川 晃*; 佐藤 学*; 阿部 勝憲*; 平岡 裕*

Journal of Nuclear Materials, 324(1), p.62 - 70, 2004/01

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2003.09.007

本研究においては純Mo及びMo-Re合金(Re濃度2,4,5,10,13,41wt%)を、照射温度681K1072Kで約20dpaまで中性子重照射した試料を用いて研究を行った。微細組織観察において全てのMo-Re合金の照射試料で相と相の析出物が観察された。また全ての照射試料でボイドが観察され、低温度で照射した試料では転位ループ及び転位が観察された。ビッカース硬さ試験では全ての照射試料において照射硬化が測定され、特にMo-41Reの874K以下で照射した試料において硬化量が大きくなった。これらの結果からMo-Re合金の中性子重照射による微細組織発達と照射硬化及び照射脆化との関連について議論を行い、照射下で使用するMo-Re合金への最適なRe添加量及び熱処理条件を提案した。

Improved density functional calculations including magnetic effects for RfCl and its homologues

Anton, J.*; 平田 勝; Fricke, B.*; Pershina, V.*

Chemical Physics Letters, 380(1-2), p.95 - 98, 2003/10

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2003.09.010

われわれはスピン分極を考慮した相対論密度汎関数法の開発を行い、同法を用いてラザホージウム及び同族元素の4塩化物の電子状態を調べた。スピン分極を考慮することにより、同族元素の4塩化物の構造を良好に再現することができたほか、実験的にまだ調べられていないラザホージウム4塩化物の構造予測を行った。

硝酸態窒素による地下水汚染とその対策法

三田村 久吉

JAERI-Review 2003-007, 54 Pages, 2003/03

JAERI-Review-2003-007.pdf:3.36MB

世界の人口増加圧に伴う不可避的な食料増産やエネルギー消費量の増加は、硝酸態窒素の環境負荷を増加させる大きな要因となっている。窒素はタンパク質の構成元素として動植物の生育に欠かせない成分であるが、硝酸態窒素の過剰な環境負荷は飲料水となる地下水などを汚染し、人や家畜の健康に深刻な被害をもたらすことになる。本報は、硝酸態窒素による地下水汚染の問題点を明らかにし、環境修復・保全の観点から技術開発の新たな方向性を探るため、関連する書籍や論文などを参考にして、硝酸態窒素による人の健康への影響,窒素循環の実態,発生源の種類,汚染対策などについてまとめたものである。