一次元光ファイバ放射線センサを用いた原子炉建屋内放射線源分布計測(委託研究); 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

廃炉環境国際共同研究センター; 名古屋大学*

JAEA-Review 2022-033, 80 Pages, 2022/12

JAEA-Review-2022-033.pdf:4.08MB

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(1F)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、令和元年度に採択された「一次元光ファイバ放射線センサを用いた原子炉建屋内放射線源分布計測」の令和元年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである。本課題は令和3年度が最終年度となるため3年度分の成果を取りまとめた。本研究では、1Fの廃炉を進めるにあたり把握する必要がある、原子炉建屋内作業環境の放射線源の位置分布を測定するセンサとして、最も確実に汚染源の位置分布の把握を行うことができ、密着型で、かつ「点」ではなく「線」に沿った放射線源分布が把握できる、一次元光ファイバ放射線センサの開発を行った。従来型の飛行時間型光ファイバ放射線センサについて、光ファイバの材質の検討及び光ファイバ径の小口径化を行うことで、高線量率・高散乱線環境へ適用可能なセンサを見出し、光ファイバの多チャンネル化を行うことで低線量率に対しても感度を維持できるシステムの構築を行った。加えて、1F原子炉建屋内に局所的に存在するSv/hオーダーを超える環境へ適用可能であり、さらには、飛行時間法のファイバ両端での受光の必要性という課題を解決する全く新しい方式のセンサとして、光ファイバの片側から光の波長スペクトルを読み出し、光ファイバ内での光の減衰量に波長依存性が存在することを利用して、放射線入射位置を逆推定する波長分解型光ファイバ放射線センサを開発した。

一次元光ファイバ放射線センサを用いた原子炉建屋内放射線源分布計測(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; 名古屋大学*

JAEA-Review 2021-033, 55 Pages, 2021/12

JAEA-Review-2021-033.pdf:2.9MB

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、令和元年度に採択された「一次元光ファイバ放射線センサを用いた原子炉建屋内放射線源分布計測」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、福島第一原子力発電所の廃炉を進めるにあたり把握する必要がある建屋内作業環境の放射線源の位置分布を測定するセンサとして、最も確実に汚染源の位置分布の把握を行うことができる密着型で、かつ「点」ではなく「線」に沿った放射線源分布が把握できる一次元光ファイバ放射線センサの開発を行う。従来方式の飛行時間型光ファイバ放射線センサの高線量率対応を図るため、様々な径と材質の光ファイバについて一次元センサとしての基礎評価を行い、小口径の石英光ファイバの一次元センサとしての有用性を見出した。また、光の波長成分に着目した全く新しい方式の波長分解型光ファイバ放射線センサの実証試験を通じて、Sv/hを超える線量率で放射線分布が測定可能であることを実証した。

幌延深地層研究センターの地下施設における坑道安定性の長期モニタリング

青柳 和平; 櫻井 彰孝; 宮良 信勝; 杉田 裕

JAEA-Research 2020-004, 68 Pages, 2020/06

JAEA-Research-2020-004.pdf:6.4MB
JAEA-Research-2020-004-appendix1(DVD-ROM).zip:636.84MB
JAEA-Research-2020-004-appendix2(DVD-ROM).zip:457.72MB
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本報告書では、数km数kmにわたる広大な範囲で施工される高レベル放射性廃棄物の地層処分場の建設の視点で、数十年にわたり長期的かつ効率的に坑道安定性をモニタリングする技術の検証を目的として、幌延深地層研究センターに設置した支保工応力計および岩盤応力計のデータを分析した。具体的には、幌延深地層研究センターの水平坑道および立坑掘削時の力学的安定性のモニタリングのために設置した光ファイバー式および従来型の電気式の計測器のデータ取得可能期間(耐久性)を分析し、長期的な岩盤および支保工のモニタリングに適した手法について検討した。結果として、幌延のような坑道掘削による変形は大きいが湧水は少ない環境においては、岩盤変位の計測には光ファイバー式の変位計の設置が適しており、コンクリート中に埋設されるコンクリート応力計や鋼製支保工応力計といった計測器については、従来型の電気式のものでも長期的な耐久性が見込めることを示した。さらに、断層部を対象とした計測では、350m東周回坑道の計測断面において、吹付けコンクリートおよび鋼製支保工応力が、ひび割れ等の発生により耐久性が損なわれる状態に相当する使用限界と定義された基準値を超過していた。しかしながら、現時点ではクラック発生等の変状は認められなかったことから、定期的な目視点検等を実施すべきであると提案した。それ以外の計測断面については、断層部付近において一部注意を要する値を逸脱する計測値はあったものの、施工時に壁面の崩落が著しかった領域や、立坑と水平坑道の取り付け部付近では、坑道は安定した構造を保っていると判断した。

Development of remote sensing technique using radiation resistant optical fibers under high-radiation environment

伊藤 主税; 内藤 裕之; 石川 高史; 伊藤 敬輔; 若井田 育夫

JPS Conference Proceedings (Internet), 24, p.011038_1 - 011038_6, 2019/01

https://doi.org/10.7566/JPSCP.24.011038

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の原子炉圧力容器と格納容器の内部調査への適用を想定して、光ファイバーの耐放射線性を向上させた。原子炉圧力容器内の線量率として想定されている~1kGy/hレベルの放射線環境に適用できるよう、OH基を1000ppm含有した溶融石英コアとフッ素を4%含有した溶融石英クラッドからなるイメージ用光ファイバを開発し、光ファイバをリモートイメージング技術に応用することを試みた。イメージファイバの本数は先行研究時の2000本から実用レベルの22000本に増加させた。1MGyのガンマ線照射試験を行った結果、赤外線画像の透過率は照射による影響を受けず、視野範囲の空間分解能の変化も見られなかった。これらの結果、耐放射線性を向上させたイメージファイバを用いたプロービングシステムの適用性が確認できた。

Development of a new fusion power monitor based on activation of flowing water

Verzilov, Y. M.; 西谷 健夫; 落合 謙太郎; 沓掛 忠三; 阿部 雄一

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1477 - 1483, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.08.061

水中の酸素(O-16)は14MeV中性子による(n,p)反応により放射性核種N-16を生成する。これまでN-16からの線を測定する方法が開発されてきたが、線検出器への中性子の影響を防ぐために線検出器を核融合炉から十分(1020m)に離す必要があった。その場合、水の輸送時間だけ検出時間が遅れることになる。その遅れをできるだけ小さくするために、N-16が崩壊する時に放出される高エネルギー電子により水がチェレンコフ発光することに着目し、そのチェレンコフ光を核融合炉から十分に離れた光検出器に導く手法を考案した。しかしチェレンコフ光は、紫外域が中心であるため光ファイバーによる減衰が大きい。そこでチェレンコフ光を一旦波長シフトファイバーで受け可視光に変換して光検出器へ伝送する方式を採用した。試作した検出器は14MeV中性子源FNSで特性を測定し、十分な検出器効率と時間分解能を有していることを確認した。

Report of the 13th IEA Workshop on Radiation Effects in Ceramic Insulators; December 9, 2003, Kyoto (Cooperative research)

核融合工学部

JAERI-Review 2004-004, 96 Pages, 2004/03

JAERI-Review-2004-004.pdf:14.47MB

IEA核融合材料研究実施協定付属書II(核融合材料の照射損傷に関する実験)に基づく第13回IEAセラミックス絶縁材の照射効果に関するワークショップは第11回核融合材料国際会議(ICFRM)のサテライト会合として2003年12月9日に京都で開催された。10か国,44名(日本26人,スペイン5人,ベルギー3人,米国3人,ロシア2人,オーストリア,ギリシャ,イタリア,ルーマニア,英国各1人)の参加者があり、本会議の組織委員で議長であるCIEMAT研究所のE.R. Hodgson博士の開催の辞の後、最新の実験結果である、照射誘起微視的構造変化における電場の効果,照射によるケーブルの寄生電流と寄生電圧,光学材料,IFMIF関連課題,基礎的問題について議論した。その結果、照射誘起絶縁劣化の原因として-アルミナとアルミニウムコロイドの生成を確認する等の成果が得られた。

Irradiation effects on plasma diagnostic components, 2

西谷 健夫; 四竈 樹男*; 杉江 達夫; 河西 敏; 石塚 悦男; 河村 弘; 角田 恒巳; 八木 敏明; 田中 茂; 鳴井 實*; et al.

JAERI-Research 2002-007, 149 Pages, 2002/03

JAERI-Research-2002-007.pdf:8.08MB

ITER工学R&Dの一環として計測機器要素の照射試験を核分裂中性子,線,14-MeV中性子を用いて実施した。14-MeV中性子及びCo-60線照射下におけるKU-1溶融石英の紫外域透過率を測定したところ、200-300nmの波長域に著しい透過損失が生じることがわかった。5種類のITER共通資料の光ファイバーをJMTR及びCo-60線で照射試験を行った。KS-4V,KU-H2G及びフッ素添加ファイバーは極めて高い耐放射線性を示し、ITERの真空容器外側付近まで導入できる見通しを得た。マイカ薄膜ボロメータを0.1dpaまでJMTRで照射した。第1照射サイクルの停止時にボロメータの断線が発生し、金を蒸着した抵抗体は、ITERにおいて問題であることを示した。磁気プローブもJMTRで照射試験を行った。磁気プローブに長時間デジタル積分器を接続したところ、1000sに対し、10-40 mVsのドリフトが観測されたが、照射誘起起電力ばかりでなく、積分器自体のドリフトによる発生したと考えられる。1000sの積分時間に対し、ドリフトを0.5 mVs以下に抑えうる、ITER仕様の磁気プロープをMIケーブルを用いて製作できる見通しが得られた。

Development of heat and radiation resistant optical fibers

四竈 樹男*; 石原 正博; 林 君夫; 角田 恒巳; 社本 尚樹*; 石野 栞*

Proceedings of 1st Information Exchange Meeting on Basic Studies on High-Temperature Engineering, p.379 - 386, 1999/09

HTTRを用いた高温工学に関する先端的基礎研究の一つとして耐熱耐放射線性光ファイバの開発を進めてきた。一連の研究開発により、耐熱耐放射線性を高めるためには光ファイバのコアの高純度化、OHの添加あるいはFの添加が必要であることが明らかとなってきている。そこで、これらの条件で光ファイバを試作し、JMTRを用いた高温照射試験を実施し、最適な光ファイバの条件を検討した。照射条件は高速中性子束が210msで20日間、温度は最高800である。照射試験の結果、Fをコアに添加した光ファイバの透光性が最も良好となった。本報告は今までに得られたこれらの成果について述べるものである。

Performance of the US quench detection systems in the QUELL experiments

高橋 良和; S.Pourrahimi*; S.P.Smith*; J.V.Minervini*; J.H.Schultz*; Anghel, A.*; Vecsey, G.*; S.Ezekiel*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 7(2), p.447 - 450, 1997/06

https://doi.org/10.1109/77.614530

ITERタスクの一貫として行われたクエンチ試験(QUELL)は、1/6の縮小導体を約100m用いて、導体がクエンチした時の導体のふるまいを観測し、このデータを用いてコンピュータの解析コードを確立することと、クエンチ検出システムを開発することを目的として、行われた。本論文においては、米国で開発されたクエンチ検出システムの性能について報告する。開発されたクエンチ検出センサーは、導体内温度を測定する光ファイバーと共巻き電圧タップである。これらは、導体の中に入れられた。どちらのセンサーも、大型コイルに要求される性能を満足していることが確認された。しかし、導体からセンサーの取り出し部の構造が、今後に残された問題である。

Application of optical fiber system for photoacoustic spectroscopy

木原 武弘; S.I.Sinkov*; 藤根 幸雄; 前田 充

Value Adding Through Solvent Extraction (Proc. of ISEC 96), 2, p.1603 - 1607, 1996/00

核燃料再処理への応用のため、レーザー誘起光音響分光法のための光ファイバーシステムを開発した。ウラン溶液中に存在する550nmのCr(III)の吸収を、Pn(IV)の模擬として使用した。検出限界吸収係数は、1.710cmとなることが分かり、その値は一般的な吸光光度計の検出限界吸収係数よりも二桁良い値である。光音響スペクトルのためのダブルセルシステムを開発した。その検出限界吸収係数は、U(IV)共存下、646.6nmにおいて7.010cmであった。このシステムを模擬溶解液の光音響スペクトルの測定に応用した。