放射性微粒子の基礎物性解明による廃炉作業リスク低減への貢献(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; 茨城大学*

JAEA-Review 2023-021, 112 Pages, 2024/02

JAEA-Review-2023-021.pdf:7.1MB

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、平成30年度に採択された研究課題のうち、「放射性微粒子の基礎物性解明による廃炉作業リスク低減への貢献」の平成30年度から令和3年度分の研究成果について取りまとめたものである(令和3年度まで契約延長)。本研究は、東京電力株式会社福島第一原子力発電所事故で環境へ放出された放射性セシウム(Cs)を高濃度に含有する、不溶性の性状を持つシリカ(SiO)主材微粒子の基礎的な物性(粒径、組成、同位体組成、静電特性、光学特性)や放射体の濃度等について、一定の成果をもつ我が国の放射化学、分析化学、エアロゾルの科学者らが英知を集め英国側と協力して更に研究を進め、炉内事故事象の解明、生成要因の解明を行い、廃炉手順の確立、溶融燃料等の回収、作業員、現場・周辺環境の安全確保等の達成に寄与することをねらいとした。

放射性微粒子の基礎物性解明による廃炉作業リスク低減への貢献(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; 茨城大学*

JAEA-Review 2020-033, 84 Pages, 2021/01

JAEA-Review-2020-033.pdf:4.9MB

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。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、平成30年度に採択された「放射性微粒子の基礎物性解明による廃炉作業リスク低減への貢献」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。本研究は、東京電力福島第一原子力発電所事故で環境へ放出された放射性セシウム(Cs)を高濃度に含有する、不溶性の性状を持つシリカ(SiO)主材微粒子の基礎的な物性(粒径、組成、同位体組成、静電特性、光学特性)や放射体の濃度等について、一定の成果をもつ我が国の放射化学,分析化学,エアロゾル科学者らが英知を集め英国側と協力して更に研究を進め、炉内事故事象の解明、生成要因の解明を行い、廃炉手順の確立、溶融燃料等の回収、作業員、現場・周辺環境の安全確保等の達成に寄与することをねらいとしている。

Operation of the electrostatic accelerators

水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 横田 渉; et al.

JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, P. 371, 2006/01

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2005-001-p0001-p0126.pdf

2004年度のタンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置の運転時間はそれぞれ、1914.9時間,2490.7時間,1844.9時間であった。保守・整備では、長期間整備しなかった箇所を重点を置くとともに、タンデム加速器ではSF6ガスのリーク対策を行った。新ビーム開発では、タンデム加速器で錫(Sn)の負イオン,イオン注入装置でリチウム(Li)の正イオンを新たに加速した。技術開発では、タンデム加速器のチェーンスピードを調整する方式によって電圧安定度を1.22.4E-4の範囲で制御することを可能にした。シングルエンド加速器では無誘導型電圧測定抵抗を開発し、3MVの運転を安定にした。

Acceleration of 1 MeV, 100 mA class H ion beams in a proof-of-principle accelerator for ITER

井上 多加志; 谷口 正樹; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 森下 卓俊; 渡邊 和弘; 今井 剛

Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1819 - 1821, 2004/05

https://doi.org/10.1063/1.1699507

ITER用負イオン加速器の原理実証試験を行っている。この加速器は、FRP絶縁管を真空境界として真空中に浸漬されるが、これまで絶縁管の耐電圧性能不足により、ビームエネルギーを制限されてきた。FRP,金属製フランジ及び真空の接点である三重点の電界強度を低減する大型の電界緩和リングを組み込んだところ、1MVの高電圧を2時間以上にわたって安定に保持することができるようになった。この結果を受けてビーム加速試験を行ったところ、900keV,100mAの水素負イオンビームを加速することに成功した。1MeVでは70mAと電流は低いものの、このレベルのビームを6日間にわたって130ショット(パルス幅1s)安定に加速することができた。

原子力基礎研究のための球状収束イオンビーム核融合中性子源に関する研究, 原子力基礎研究 H10-050 (委託研究)

吉川 潔*; 井上 信幸*; 山嵜 鉄夫*; 牧野 圭輔*; 山本 靖*; 督 壽之*; 増田 開*; 紀井 俊輝*; 大西 正視*; 堀池 寛*; et al.

JAERI-Tech 2002-020, 63 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-020.pdf:4.94MB

球状静電閉じこめ型核融合中性子源(IECF; Inertial-Electrostatic Confinement Fusion)の高度化には、理論で予測されている中空陰極中心に収束するイオンビームが作る空間電位部分の生成機構を実験的に確かめることが重要である。そのため今日まで殆どすべての実験的研究の目的は理論が予測する電位2重井戸分布の存在を証明することにあったが、いずれも間接的な傍証を得たに過ぎず決定的な証拠は得られなかった。本研究では、近年研究の進展が著しいレーザ誘起蛍光法によるシュタルク効果を用いた局所電界分布の直接計測を行い、電位2重井戸分布の存在を初めて明らかにするとともに、30年来の論争に終止符を打つことができた。さらに、理論が予測する低圧力下での大電流イオンビームによる核融合反応率が電流のおおよそ3乗に比例することを検証する予備的研究として、電圧・電流・ガス圧力が独立には変えられないグロー放電によるイオンビーム生成を打破するため、3重グリッドシステムを導入し、グロー放電より低圧力下で放電が持続できることを確かめた。さらに、電位分布との強い相関があり核融合反応断面積を決定する加速イオンのエネルギー分布をドップラーシフト分光法により測定し、現実験条件の下でイオンの最大エネルギーが印加電圧上昇に比例して大きくなることが明らかになり、今後の大電圧化による核融合反応断面積向上の可能性を示した。

Molecular dynamics of thymine dimer lesioned DNA and of T4 endonuclease V-role of electrostatic energy in recognition process

Pinak, M.*

Journal of Molecular Structure; THEOCHEM, 466, p.219 - 234, 1999/00

修復酵素によるDNA損傷の認識機構は、正確な修復のためには欠かせない。T4エンドヌクレアーゼVは、バクテリオファージT4由来のDNA修復酵素であり、チミンダイマー(TD)の修復過程の最初の段階を触媒する。TD部位を正確に認識する機構についての知見を得るために、損傷のないDNA、TDのあるDNA、T4エンドヌクレアーゼV、それぞれの分子について各々600ps間の分子動力学シミュレーション(MD)を行った。シミュレーション結果は、認識過程における静電作用の役割に着目して解析した。この結果、酵素のアミノ酸の静電エネルギーは、+15kcal/mol程度の正に荷電していることがわかった。TD部位の静電エネルギーは、-9kcal/mol程度の負に荷電しており、損傷のないDNAのチミン部位の中性の値とは異なった。TD部位の周囲の水との静電作用は、ほかのヌクレオチドの場合とは異なった。TDと損傷のないDNAのチミンとの違いは、静電エネルギーがTD部位を適切に認識するうえで重要な因子であることを示している。

Application of an ECR ion source to the JAERI tandem accelerator

松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.165 - 167, 1997/00

原研タンデム加速器から得られるビーム強度の増強と加速イオン種の拡大の目的からターミナルイオン源として永久磁石で構成される小型の電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオン源を設置する計画を進めている。ECRイオン源をターミナルイオン源として使用することでフォイルを使用せずに高多価、高強度のビームを得ようとするものである。また、これまでの負イオン源では不可能であった希ガスの加速が容易に行え加速イオン種の拡大が可能である。タンデム加速器内への設置には高電圧、高圧ガス中での放電及び圧力対策が必要となり、信頼性を上げるためにできる限り簡単なシステムとしたい。そのためにイオン源の運転パラメーターの最適化、簡略化も行った。特にRF源、冷却、ビームオプティクスについて新たに検討が必要となった。またECRイオン源から引き出されるビームには目的とするイオン以外に電荷、質量の異なるイオンが多数存在する。これらのイオンを加速管に入射する前にある程度の分離を行うために、限られたスペースの制約から45°電磁石を2つ組み合わせた入射系とし、加速管への負担を押さえる計画である。

Energy conversion efficiency in high current Raman regime free electron laser(FEL), I; Single mode analysis

岸本 泰明; 小田 久子*; 志甫 諒; 小田島 和男; 前田 彦祐

JAERI-M 89-088, 27 Pages, 1989/07

JAERI-M-89-088.pdf:0.78MB

高電流ラマン領域自由電子レーザーにおいて、エネルギー変換効率に対する静電場の効果が、実空間1次元の増幅コードを用いて調べられた。粒子間に反作用を及ぼす静電場は、動重力ポテンシャルに捕捉された電子の周期的な旋回運動を妨たげ、そのため捕捉粒子は幅射場から運動エネルギーを得ながら非捕捉粒子に変化して行くことが明らかになった。その結果、長いウィグラー長に渡って平均されたエネルギー変換効率は、捕捉理論から予測される値よりも近い値に止まる。さらに、軸方向の有限なビームのエネルギー広がりは、非線形性の強い捕捉状態では静電力を弱める働きがあり、そのため、高電流の作動領域であっても捕捉粒子の周期的な旋回運動を回復させることがわかった。

On the pauling electronegativity scales, II

大和田 謙

Polyhedron, 3(7), p.853 - 859, 1984/00

https://doi.org/10.1016/S0277-5387(00)84634-3

原子の内殻-原子価殻の境界における静電ポテンシャルを解析して、ポーリング電気陰性度目盛の算出法を提案した。また、ポーリング電気陰性度目盛は、電子密度汎関数理論の化学ポテンシャルの負の値として決定されるWang-Parr電気陰性度目盛と密接に関係づけられることがわかった。ポーリングとマリケンの電気陰性度との相関についても簡単に述べた。

Kinetic theory of electromagnetic high-n ballooning instabilities

伊藤 公孝; 伊藤 早苗*; 徳田 伸二; 津田 孝

Nuclear Fusion, 22(8), p.1031 - 1047, 1982/00

https://doi.org/10.1088/0029-5515/22/8/003

短波長静電バルーニングモードの数値解析を行なった。イオンと電子の正確な応答とトロイダル効果を取入れる事に留意した。トロイダルプラズマ中の静電モードにはドリフト波とバルーニングモードがあることを確認し相互の関連を調べた。アスペクト比、磁気シア、波長、温度比、電子温度勾配についての依存性を調べた。特徴的周波数は成長率より小さく、成長率はドリフト周波数程度である。特に、波の伝幡方向がパラメータによって変わる。マイクロ波数乱法により実験で測定される微視的揺動は静電バルーニング法により定性的に説明される。