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池田 裕二*; Soriano, J. K.*; 大場 弘則; 若井田 育夫
Scientific Reports (Internet), 13, p.4828_1 - 4828_9, 2023/03
被引用回数：6 パーセンタイル：97.94(Multidisciplinary Sciences)We report on the analysis of pure Gd oxide and its detection when mixed in surrogate nuclear debris using microwave-enhanced fiber-coupled micro-laser-induced breakdown spectroscopy. The target application is remote analysis of nuclear debris containing U inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. The surrogate nuclear debris used in this study contained Gd, Ce, Zr and Fe. The sample was ablated by microchip-laser under atmospheric pressure conditions while a helical antenna propagated 2.45 GHz 1.0 kW microwaves for 1.0 ms into the laser ablation plume. The results showed that microwave-induced plasma expansion led to enhanced emission signals of Gd I, Zr I, Fe I, Ce I, and Ce II. Microwave irradiation enhanced the standard deviations of the Gd and Ce emissions and lowered the detection limit of Gd by 60%.
廃炉環境国際共同研究センター; アイラボ*
JAEA-Review 2022-042, 67 Pages, 2023/01
JAEA-Review-2022-042.pdf:7.42MB
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2年度に採択された「マイクロ波重畳LIBSによるデブリ組成計測の高度化と同位体の直接計測への挑戦」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、MW(マイクロ波)重畳によりLIBS(レーザーブレークダウン分光)の発光強度を上げ、ウラン同位体計測に適用することを目的としている。令和3年度では、半導体MW発振装置を小型化し単体評価でノイズ漏洩を含めて仕様上問題ないことを確認した上で、LIBS実験に適用してウラン同位体計測の可能性を検討した。また、MWアンテナの最適化設計を実施した。それらを適用し、実性能を確認すると共に各種条件下でのSN比向上、測定精度改善を行った。光ファイバーLIBS光学系を中心に全体システムの最適化を実施し、Zr、ステンレス、白金、等各種試料において増倍率100
500が得られた。さらにJAEAで開発したMCL(マイクロチップレーザー)にMW重畳してLIBS測定を実施した結果、高い発光強度増倍率とSN比が得られること、MWの重畳でスペクトル波長幅は大きく影響を受けないことが明らかとなり、MCLへのMW重畳の有効性が確認された。
廃炉環境国際共同研究センター; アイラボ*
JAEA-Review 2021-027, 62 Pages, 2021/11
JAEA-Review-2021-027.pdf:3.06MB
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、研究課題のうち、令和2年度に採択された「マイクロ波重畳LIBSによるデブリ組成計測の高度化と同位体の直接計測への挑戦」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。LIBS(レーザー誘起ブレークダウン分光法)は、核燃料デブリの遠隔組成計測への応用が想定されているものの、放射線の影響による光ファイバーでの損失、レーザ伝送出力の低下及びデブリ性状等により、想定外の信号強度の低下が懸念される。また、一般的にはLIBSは、同位体計測には適さないとされていることから改善すべき課題がある。本研究では、LIBSの測定点に、アンテナを用いてマイクロ波を重畳し、信号強度の大幅な増倍とSN比を改善することで、軽量コンパクトなシステムの実現を目指した。さらに、LIBSの発光強度の向上により、今まで実現が困難だったウラン同位体のその場計測の実現性についても検討を行った。
大場 正規; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
Japanese Journal of Applied Physics, 59(6), p.062001_1 - 062001_6, 2020/06
被引用回数：8 パーセンタイル：48.16(Physics, Applied)半導体式マイクロ波源及びマイクロ波伝送に同軸ケーブルを用いてマイクロ波共振器及び導波路の無いコンパクトなマイクロ波支援レーザーブレークダウン発光分光システムを開発した。いくつかの電極ヘッドを用い、マイクロ波を用いない場合の50倍の発光強度が得られた。また、増倍効果の限界もみられた。
pellets by 28 GHz microwave irradiation赤司 雅俊; 松本 卓; 加藤 正人
Transactions of the American Nuclear Society, 118, p.1391 - 1394, 2018/06
本研究では28GHzのマイクロ波照射によるCeOペレットの焼結試験を実施し、焼結ペレットの密度に及ぼす原料粉の影響を検討した。最高温度1473Kにて30分間保持した条件において得られたペレットはかさ密度で最高94.2%T.D.に達した。原料粉の粒子径が大きくなるほどかさ密度は低下する傾向が見られた。一方、見かけ密度では全てのペレットが93.5%T.D.以上の値を示した。両者の違いはペレットの開気孔率の違いによって生じたことが分かった。マイクロ波焼結は試料を内部加熱させ、かつ均質に加熱することができるため、高密度でポーラスなペレットが得られたと考えられる。
瀬川 智臣; 深澤 智典*; 山田 美一; 鈴木 政浩; 吉田 英人*; 福井 国博*
Proceedings of Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering 2015 (APCChE 2015), 8 Pages, 2015/09
核燃料再処理において、マイクロ波加熱脱硝法により硝酸プルトニウム・硝酸ウラニル混合溶液を酸化物粉末に転換している。模擬試料として硝酸銅水溶液を用い、マイクロ波加熱法および赤外線加熱法による酸化銅の合成を行い、昇温速度が粒子形態や粒径に及ぼす影響を評価した。各加熱法により得られた粒子の粒子形態は類似しており、昇温速度の増加に従い粒径が減少する傾向を示した。また、マイクロ波加熱法により得られた粒子は赤外線加熱法に比べて粒径が小さく、粒度分布がブロードになる等の特徴を有することを確認した。マイクロ波照射時に試料に発生する温度分布と粒度分布との関係性について、数値シミュレーションによる検討を行った。
原賀 智子; 亀尾 裕; 中島 幹雄
分析化学, 55(1), p.51 - 54, 2006/01
被引用回数：4 パーセンタイル：14.43(Chemistry, Analytical)非金属放射性廃棄物をプラズマ溶融処理して製作される溶融固化体の放射化学分析を行うためには、比較的多量の試料を溶液化する必要がある。本報告では、溶融固化体試料を効率的に溶液化するために、マイクロ波加熱装置を用いる迅速溶解法を検討した。従来のホットプレートのみによる外部加熱法では、一容器あたり溶液化可能な溶融固化体試料は0.1g程度であったが、マイクロ波加熱法を適用することにより、試料1gをより短時間に溶液化できるようになった。これにより、溶解操作の所要時間は1/10以下に短縮され、溶融固化体試料に対する迅速溶解法を確立することができた。また、リファレンスとして高炉スラグを用いて、マイクロ波加熱を適用した溶解法の妥当性を確認した。
中川 樹生*; 三原 与周*; 小紫 公也*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛
Journal of Spacecraft and Rockets, 41(1), p.151 - 153, 2004/02
被引用回数：40 パーセンタイル：88.59(Engineering, Aerospace)マイクロ波推進機のモデルを製作し、110GHzジャイロトロンから出力される110GHz, 1MWのマイクロ波を用いて打ち上げ実験を行い、打ち上げ時の力積を測定した。マイクロ波(RF)を推進機のパラボラ形状のノズルに入射すると、フォーカス点付近でプラズマが生成、そしてマイクロ波により加熱される。その時、衝撃波が発生し、その衝撃力により推進機を押し上げるというのが打ち上げのメカニズムである。今回の実験における衝撃力の打ち上げエネルギーへの結合係数は395N/MWで、これはレーザー推進機と同レベルである。実験でのRFのパルス幅は0.175msecで、今のところ結合係数はそのパルス幅の長さで制限されており、パルス幅をより短くすることで、結合係数が増加する可能性がある。
Loring, M.*; 森山 伸一; 春日井 敦; 寺門 正之; 中山 伸好*; 飯山 俊光*
Proceedings of 26th International Power Modulator Symposium and 2004 High Voltage Workshop, p.271 - 273, 2004/00
大電力高周波源において電子管の保護と制御は重要な問題である。ここでは、この問題の解決にむけて進められた開発の概要をまとめるとともに、最近の核融合研究,加速器及び工業用分野での実例について議論する。特にJT-60Uのメガワット級ジャイロトロンの制御と保護のために用いられる高電圧IGBTスイッチの設計,開発、及び性能向上の過程について述べる。このIGBTスイッチは数年間稼働しており、システム運用時間20,000時間(素子運用時間2,000,000時間)が示すその長寿命は、注意深く設計されたシステムが適切に運用されたことによる装置信頼性の高さを示している。このスイッチは最近、他の高電力システムでも広く使われており、直流100kV, 100A級の電流を扱うことが可能である。この成果は原研と東京電子(株)の共同開発によるものである。
Bruskin, L. G.; 間瀬 淳*; 大山 直幸; 篠原 孝司; 三浦 幸俊
Plasma Physics and Controlled Fusion, 45(7), p.1227 - 1245, 2003/07
被引用回数：7 パーセンタイル：22.85(Physics, Fluids & Plasmas)密度揺動の非線形相互作用を評価するためのミリ波反射計の適応性について理論的な考察を行った。Coherentとrandomな密度揺動を扱う二次元full-wave反射計シミュレーションによる模擬データ群を作成し、bicoherence関数を求めた。そして、プラズマ密度分布,プラズマ配位,密度揺動のスペクトルと強度の依存性について議論した。その結果、JT-60U周辺プラズマの場合、反射計を用いてcoherentモードのbicoherencyを評価するためには、coherentモードとrandomモードの振幅の比が1より大きいという条件が必要であることがわかった。また、反射層の曲率は大きい方が感度が良いこともわかった。本解析手法を実際のミリ波反射計のデータに適用し、Hモードプラズマのセパラトリックス近傍に強い非線形相互作用を持つ密度揺動が存在することが明らかになった。
Bruskin, L. G.; 大山 直幸; 篠原 孝司; 三浦 幸俊; 近木 祐一郎*; 間瀬 淳*; 長谷川 真*; 花田 和明*
Review of Scientific Instruments, 74(3), p.1473 - 1476, 2003/03
被引用回数：5 パーセンタイル：33.12(Instruments & Instrumentation)反射計による密度揺動測定を考察するために、軸対称な密度分布を用いた、時間的に変動する二次元 full-wave方程式を解析的に扱い、マイクロ波散乱の電場を解くことに成功した。解析的モデルの結果から、プラズマ回転速度測定に用いられているドップラー反射計について考察し、ドップラーシフト測定の精度が、カットオフ層の曲率及び密度揺動のスペクトルに強く依存していることを見い出した。また、密度揺動レベルを定量的に評価する場合、密度揺動のスペクトルが前もって見積もられているときは、揺動指数と呼ばれる反射波信号のパワーに関係したパラメータで揺動強度を定量付けることが有効であると提案している。
Bruskin, L. G.; 間瀬 淳*; 大山 直幸; 三浦 幸俊
Plasma Physics and Controlled Fusion, 44(11), p.2305 - 2325, 2002/11
被引用回数：17 パーセンタイル：48.85(Physics, Fluids & Plasmas)反射計による密度揺動測定を考察するために、軸対称な密度分布を用いた、時間的に変動する二次元 full-wave方程式を解析的に扱い、マイクロ波散乱の電場を解くことに成功した。解析的モデルの結果から、プラズマ回転速度測定に用いられているドップラー反射計についての考察がなされ、ドップラーシフト測定の精度が、カットオフ層の曲率及び密度揺動のスペクトルに強く依存していることが見い出された。また、密度揺動レベルを定量的に評価する場合、密度揺動のスペクトルが前もって見積もられているときは、揺動指数と呼ばれる反射波信号のパワーに関係したパラメータで揺動強度を定量付けることが有効であると提案された。
Bruskin, L. G.; 間瀬 淳*
Review of Scientific Instruments, 72(11), p.4139 - 4144, 2001/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Instruments & Instrumentation)円筒形プラズマ中を伝播するマイクロ波の解析を行った。時間に依存する境界条件で、二次元full wave方程式を解き、ホーンから放射されたマイクロ波の具体的な構造が得られた。これは、一次元スラブモデルを二次元円筒形プラズマに拡張して得られた結果であり、軸対称系プラズマにおけるマイクロ波反射計及び超短パルス反射計のシミュレーションに応用できると考えられる。
Bruskin, L. G.; 間瀬 淳*; 山本 明秀*; 近木 祐一郎*
Plasma Physics and Controlled Fusion, 43(10), p.1333 - 1349, 2001/10
被引用回数：14 パーセンタイル：43.45(Physics, Fluids & Plasmas)二次元full wave方程式を用いたマイクロ波超短パルス伝播の解析を中心とする研究を行った。プラズマ密度分布は、linear,non-linear,slab,あるいは円筒形のモデルを採用し、パルスの電場を解析的に得ることができた。計算には、プラズマ曲率の影響とホーンサイズの効果も導入し、代表的なマイクロ波パルスの伝播の様子が入射からプラズマ中における反射まで画像化することができた。また、反射計において、一次元パルスモデルの結果を用いた密度分布再構成の方法(Signal Record Analysis, SRA)を提案し、プロセスプラズマに適用した結果、密度分布を得ることに成功した。SRAは、各周波数に対応するtime delayを解析するという従来の手法と異なり、信号波形の記録を直接用いるため、分布の再構成が安定して得られることがわかった。
桜井 勉*; 横山 淳
Journal of Nuclear Science and Technology, 37(9), p.814 - 820, 2000/09
放射性炭素(
C)の固定化に関連して、マイクロ波放電(20~100W)によるCO,CO及びHO(g)(水蒸気)の分解条件を、流通法を用いて研究した。0.4~1.3kPaのCOはガス線速度0.04~0.56m/s(プラズマの滞留時間1.13~0.08s)でその75~92%がCOに分解される。同じ条件でCOの分解率は低く、0.8kPaのCOはその5%またはそれ以下がC(炭素)に分解されるに過ぎない。0.8kPaのHO(g)は、出力50W、ガス線速度0.6m/s(プラズマ内滞留時間0.08s)でほぼ100%がHとOに分解された。HO(g)の効果的な分解には、逆反応を抑えるため、高い線速度が必要である。また、HとOが293KでもSUS及びCu金属表面で反応することを見いだした。
山岸 滋
Journal of Nuclear Materials, 254, p.14 - 21, 1998/00
被引用回数：16 パーセンタイル：76.3(Materials Science, Multidisciplinary)冷却不要の内部ゲル化原液調製の新方法を開発した。それをUO微小球調製に適用した。原液は、滴下直前に2液を混合して調製した。その1つは硝酸ウラニル溶液で他はへキサメチレンテトラミン溶液である。加えて、この方法で少量の原液を調製する技術も開発した。さらに、この原液のマイクロウェーブ加熱により調製したUO
ゲル微小球を容易に乾燥するために、NH
NO溶媒中で熟成することを認めた。これらの新技術を用いて調製したゲル微小球は、容易に、98%TDの高密度UO微小球に転換できた。
山岸 滋; 長谷川 篤司*; 小川 徹
JAERI-Tech 96-026, 21 Pages, 1996/06
鉛直方向電界型空洞共振器を試作し、既報の「高速誘電加熱ゲル化装置」に取り付けた。この高速ゲル化装置を用いて、模擬液および内部ゲル化用のウラン含有溶液の液滴を加熱した。結果は、ウラン含有溶液をゲル化させるに必要な加熱が可能であることを示した。しかし、そのゲル化時に空洞共振器内に生ずる電界強度は、加熱液滴から放出されるアンモニアガスのために放電を起す電界強度と同程度であった。そのため、安定した状態でゲル粒子を得ることはできなかった。考察した結果、空洞共振器形状の改良、安定化電源導入を伴う電源改良等により安定したゲル化が可能になることが示唆された。
山岸 滋; 長谷川 篤司*; 小川 徹
JAERI-Tech 94-010, 33 Pages, 1994/07
セラミック燃料微小球製造法の一つである内部ゲル化法においては、原液中にヘキサメチレンテトラミン(HMTA)を前もって混合しておき、その球状液滴を加熱して、HMTAの熱分解によりアンモニアを発生させ均一にゲル化させる。この加熱のために、液滴が加熱部中に落下する短時間の間に高周波誘電加熱により温度を約80K上昇させ得る高速ゲル化装置を開発した。電源には、工業用に指定されている周波数(2.45GHz)のマイクロ波を用いる市販の誘電加熱用電源に若干の改造を加えたものを使用した。本装置を用いてU含有微小ゲル球の調整が可能であることを実証した。
小川 俊英; 大麻 和美; 星野 克道; 小田島 和男; 前田 彦祐
JAERI-M 94-021, 45 Pages, 1994/02
Microwave Tokamak Experiment(MTX)で行なった中性子計測について、MTXトカマクでの較正実験結果とMTXプラズマの中性子測定結果を報告する。中性子計数管とポリエチレン中性子減速材を用いた全中性子発生率測定系は、当初の設計通りに10
個/秒以上の中性子発生率領域に対応できた。
Cf中性子線源をトカマク真空容器内に置いて較正実験を行ない、検出器の感度係数を決定した。ジュール加熱時のプラズマから1
10
個/秒程度の中性子発生率が測定され、輸送解析コードによる計算と良い一致を示した。プラスチック・シンチレータを用いた高時間分解能測定系は、測定精度を確保できる範囲内で、200マイクロ秒までの時間分解能が得られた。しかし、ピーク出力1GW、パルス幅20ナノ秒程度のFELマイクロ波に対する応答速度としては十分でなく、FELマイクロ波入射時のイオンの応答は検出できなかった。
横田 渉; 齋藤 勇一; 石井 保行; 奈良 孝幸; 荒川 和夫
Proc. of the 11th Int. Workshop on Electron Cyclotron Resonance Ion Sources; ECRIS 11, p.245 - 248, 1993/00
原研では、AVFサイクロトロンで加速できるイオン種とエネルギー範囲を拡大するために、新型のECRイオン源を開発している。これには、常伝導電磁石を用いたECRイオン源として最高の周波数である18GHzのマイクロ波を採用しており、極めて優れた多価イオン生成能力を出すことができる。また、電子銃を付加してさらに性能の向上を図ることや、金属イオンの生成がし易い様に、プラズマチェンバーに工夫がなされている。本講演では、ECRイオン源の基本性能を決定づけるミラー電磁石および多極永久磁石、プラズマチェンバー、さらにプラズマの大きさと形状を変えるために世界で初めて取付けるコイル磁石の設計結果について報告する。
