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孫 昊旻; 功刀 資彰*; 横峯 健彦*; Shen, X.*; 日引 俊*
Experimental Thermal and Fluid Science, 154, p.111171_1 - 111171_24, 2024/05
Taking the importance of gas-liquid two-phase flows in large square channels for advanced nuclear reactors, such as ESBWR, we experimented with upward cap-bubbly flows in a large square channel. Local void fractions, axial gas velocities, and interfacial area concentrations for two bubble-size groups were measured at three axial locations. Based on the database, cap-bubbly flow characteristics in a large square channel were understood. The existing drift-flux and interfacial area concentration correlations were validated. The void fraction covariances were obtained and used to validate their existing correlations.
安全管理部 施設保安管理課
JAEA-Review 2023-035, 218 Pages, 2024/03
JAEA-Review-2023-035.pdf:8.47MB
日本原子力研究開発機構(以下「原子力機構」という。)は、2021年度の環境配慮活動について、「環境情報の提供の促進等による特定事業者等の環境に配慮した事業活動の促進に関する法律」に基づき「2021年度環境報告書」を作成し、2022年9月に原子力機構のホームページで公表した。本報告書は、環境報告の信頼性を高めるためにその情報の検証可能性を確保し、また、原子力機構における環境配慮活動の取組を推進する手段として、環境報告書に記載した環境関連情報の根拠となる2021年度の環境報告関連データ及び他のさまざまな環境配慮活動の関連情報を取りまとめたものである。
外川 織彦; 外間 智規; 平岡 大和; 齊藤 将大
JAEA-Research 2023-011, 78 Pages, 2024/03
JAEA-Research-2023-011.pdf:2.09MB
原子力災害時に大気へ放射性物質が放出された場合には、住民等の被ばくを低減するための防護措置として、自家用車やバス等の車両を利用して避難や一時移転が実施される。避難等を実施した住民等や使用した車両の汚染状況を確認することを目的として、原子力災害対策重点区域の境界周辺から避難所までの経路途中において避難退域時検査が行われる。その際に、我が国では表面汚染密度の測定によるOIL4=40,000cpmという値が除染を講じる基準として用いられる。しかし、この値が設定された経緯や導出方法については、系統的かつ詳細な記述や説明は公式文書には見受けられず、また原子力防災の専門家でさえも全体に亘って詳細に説明できる人はほとんどいないことを認識した。本報告書では、我が国の避難退域時検査における除染の基準として用いられるOIL4を科学的・技術的に説明するために、その導出方法を調査・推定するとともに、それらの結果について検討と考察を行うことを目的とした。この目的を達成するために、我が国における除染基準を設定する上での根拠を示すとともに、被ばく経路毎の線量基準に対応した表面汚染密度限度を導出する方法を調査・推定した。さらに、我が国におけるOIL4の位置付けと特徴、OIL4の改定時における留意点という観点から、OIL4に関する考察と提言を行った。
バックエンド推進部; 埋設事業センター
JAEA-Review 2023-037, 162 Pages, 2024/02
JAEA-Review-2023-037.pdf:2.66MB
日本原子力研究開発機構では、研究施設等廃棄物の浅地中処分に向けて、廃棄物確認における技術基準への対応方法等の検討を進めている。令和4年度から「廃棄体製作基準検討委員会」を設置し、埋設事業センターにて検討中の廃棄物埋設施設を想定した暫定の廃棄物受入基準、廃棄体確認要領等の廃棄体製作に関する基準類の整備を進めていくこととした。令和4年度は、液体廃棄物のセメント固化体及び固体廃棄物の充填固化体に関する基準類を策定することとし、検討を進めた。また、廃棄物確認の方法が確立されていない課題の検討、解体廃棄物の合理的な処理方法の実証等を進めた。本報告書は、それらの内容についてまとめたものである。
Mohamad, A. B.; 宇田川 豊
Nuclear Technology, 210(2), p.245 - 260, 2024/02
被引用回数：1 パーセンタイル：72.91(Nuclear Science & Technology)In the Power to Melt and Maneuverability (P2M) project, a simulation exercise on two past power ramp experiments xM3 on medium burn-up rod and HBC4 on high burn-up rod were performed with the fuel performance code FEMAXI-8 to investigate the fuel behavior under high power and high-temperature conditions toward centerline fuel melting. In order to treat fuel melting, empirical melting temperature models have been incorporated into the FEMAXI-8 code. The present analysis gave reasonable predictions not only on cladding deformation but also on the fuel melting behavior of the HBC4 rod, in which the UO
liquidus temperature was reached during the transient. On the other hand, model improvement appeared to be needed for a more accurate treatment of fuel melting behavior of the xM3 rod, in which fuel center temperature reached solidus line, whereas may not reached liquidus line. A reasonable agreement of estimated FGR with the measurement suggested that the high temperature FGR at the given conditions are essentially temperature dependent phenomenon: rate-limited primarily by thermally activated elementary processes such as fission gas diffusion.
谷口 良徳; 三原 武; 垣内 一雄; 宇田川 豊
Annals of Nuclear Energy, 195, p.110144_1 - 110144_11, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)A reactivity-initiated accident (RIA)-simulated test CN-1 on a high-burnup 64 GWd/t mixed-oxide fuel rod sheathed with M5
cladding was conducted at the Nuclear Safety Research Reactor, resulting in fuel failure. A small opening with slight ballooning deformation characterized the post-test visual appearance of the test fuel rod. Simulation using fuel performance codes FEMAXI-8/RANNS predicted rod survival under early phase loading induced by pellet-cladding mechanical interaction and subsequent boiling transition, and the cladding surface temperature measured online confirmed the occurrence of boiling transition. The experimental observation and simulation indicate that the failure was caused by a high-temperature rupture following increased rod-internal pressure. The RANNS sensitivity analysis revealed that a mechanical state parameter dedicated to predicting plastic instability might be an effective index for evaluating the risk of rupture failure during RIAs.
Ni静間 俊行*; Omer, M.; 早川 岳人*; 湊 太志*; 松葉 俊哉*; 宮本 修治*; 清水 則孝*; 宇都野 穣
Physical Review C, 109(1), p.014302_1 - 014302_7, 2024/01
被引用回数：0Low-lying dipole states in the singly closed-shell nucleus Ni were studied via nuclear resonance fluorescence experiments using a quasi-monoenergetic, linearly polarized photon beam. The parity quantum numbers of the dipole states were determined by the intensity asymmetry of resonantly scattered 
-rays with respect to the polarization plane of the incident photon beam. The electric and magnetic dipole (E1 and M1) strengths at excitation energies between 5.9 and 9.8 MeV were obtained based on dipole strengths taken from literature. The E1 and M1 strength distributions were compared with large-scale shell-model predictions in the 
-shell using the SDPFSDG-MU interaction.
鈴木 誠也; 根本 善弘*; 椎木 菜摘*; 中山 佳子*; 竹口 雅樹*
Annalen der Physik, 535(9), p.2300122_1 - 2300122_12, 2023/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)Germanene is a two-dimensional (2D) germanium (Ge) analogous of graphene, and its unique topological properties are expected to be a material for next-generation electronics. However, no germanene electronic devices have yet been reported. One of the reasons for this is that germanene is easily oxidized in air due to its lack of chemical stability. Therefore, growing germanene at solid interfaces where it is not oxidized is one of the key ideas for realizing electronic devices based on germanene. In this study, the behavior of Ge at the solid interface at high temperatures was observed by transmission electron microscopy (TEM). To achieve such in situ heating TEM observation, we fabricated a graphene/Ge/graphene encapsulated structure. In situ heating TEM experiments revealed that Ge like droplets moved and coalesced with other Ge droplets, indicating that Ge remained as a liquid phase between graphene layers at temperatures higher than the Ge melting point.
孫 昊旻; 功刀 資彰*; 横峯 健彦*; Shen, X.*; 日引 俊*
International Journal of Heat and Mass Transfer, 211, p.124214_1 - 124214_17, 2023/09
被引用回数：1 パーセンタイル：0(Thermodynamics)An experiment for upward bubbly flows was conducted in a large square channel. The local void fraction, axial gas velocity, axial liquid velocity, interfacial area concentration, and Sauter mean diameter were measured at three axial locations. Based on the measurement data, the flow characteristics through flow development were investigated. The drift-flux parameters were directly determined from the local measurement data through their definitions. It was found that the distribution parameters and the void fractions could be fairly reproduced by the existing correlations for large circular pipes. Furthermore, the interfacial area concentrations could be predicted by existing correlations with reasonable accuracy.
Esser, S. P.*; Rahlff, J.*; Zhao, W.*; Predl, M.*; Plewka, J.*; Sures, K.*; Wimmer, F.*; Lee, J.*; Adam, P. S.*; McGonigle, J.*; et al.
Nature Microbiology (Internet), 8(9), p.1619 - 1633, 2023/09
被引用回数：2 パーセンタイル：79.73(Microbiology)CRISPR-Cas systems defend prokaryotic cells from viruses, plasmids, and other mobile genetic elements. Capitalizing on multi-omics approaches, we show here that the CRISPR-Cas systems of uncultivated archaea also play an integral role in mitigating potentially detrimental interactions with episymbionts. A comprehensive analysis of CRISPR-Cas-based infection histories revealed that uncultivated deep-subsurface archaeal primary-producers defend themselves from archaeal episymbionts of the DPANN superphylum of archaea, some of which are known to fuse their membranes with their host. We show that host cells counter these attacks by deploying one of two CRISPR-Cas systems (type I-B and type III-A) to target and disrupt essential genes in the episymbiont. However, genome-scale modeling of metabolic interactions between two deep subsurface host-symbiont systems revealed that host cells also benefit from the symbionts via metabolic complementation. We speculate that populations of these uncultivated archaeal episymbionts are currently transitioning from a parasitic lifestyle to one of mutualism, as must have occurred in countless mutualistic systems known today. By expanding our analysis to thousands of archaeal genomes, we conclude that CRISPR-Cas mediated resistance to archaeal episymbiosis evolved independently in various archaeal lineages and may be a wide-spread evolutionary phenomenon.
Pla
ais, A.*; Bouly, F.*; Yee-Rendon, B.
Proceedings of 14th International Particle Accelerator Conference (IPAC 23) (Internet), p.4097 - 4100, 2023/09
大強度ハドロン加速器の信頼性は、特に加速器駆動システム(ADS)にとって大きな問題となる。例として、日本原子力研究開発機構(JAEA)で検討を進めているADSでは、5分以上のビーム停止の最大頻度は年間42回に設定されている。ビーム停止の大半は加速空洞または関連するシステムの故障によって引き起こされるため、これらを効果的に削減する方法を検討した。この目的のため任意の超伝導(SC)リニアックの補償設定を、自動かつ体系的に決定することを目的とした数値ツールLightWinを開発した。このツールは、MYRRHA SCリニアックに使用されて成功した。本報告では、JAEA ADSリニアックの最後段に関連するいくつかの障害シナリオをLightWinにより補償し、関連する再調整された設定とビーム性能とを以前にTraceWinを適用し行った結果と比較した。
sp
HRL澤田 淳; 坂本 和彦*; 綿引 孝宜*; 今井 久*
SKB P-17-06, 154 Pages, 2023/08
An aim of Task 8, which was 8th modeling task of the SKB Task Forces on Groundwater Flow and Transport of Solutes, was to improve the knowledge of the bedrock-bentonite interface with regard to groundwater flow, mainly based on a set of data obtained by Bentonite Rock Interaction Experiment (BRIE) at sp. JAEA had developed an approach to Task 8 assuming that the discrete features dominate the delivery of groundwater to the bentonite columns emplaced into the vertically drilled boreholes from TASO tunnel floor, resulting in heterogeneous bentonite wetting behavior. This assumption was implemented as a FracMan Discrete Fracture Network (DFN) model for groundwater flow. Due to the assumption, no permeable rock matrix was implemented. The variability and uncertainty of this stochastic "HydroDFN" model was constrained by conditioning the model to match measured fracture location and orientation, and specific capacity (transmissivity) data observed at five probe boreholes. Groundwater from the HydroDFN being delivered to the bentonite columns, was modeled using Thames code with implementing a specific feature at the interface between the fractured rock mass and the bentonite. This modeling approach and the assumption of fracture dominated bentonite wetting appears to be able to provide a reasonable approximation to the observed heterogeneous bentonite wetting behavior of BRIE. We would suggest that a systematic investigation at pilot holes, including both geological mapping of the fractures and also testing of the hydraulic properties, might be required to get more practical prediction of heterogeneous wetting behavior in bentonite, as observed in BRIE.
Omer, M.; 静間 俊行*; 小泉 光生; 平 義隆*; Zen, H.*; 大垣 英明*; 羽島 良一
UVSOR-50, P. 37, 2023/08
核共鳴蛍光(NRF)を用いた非破壊分析において、試料温度によるドップラー効果による影響を調べることを目的とした研究を開始した。今回は、波長1980nmのファイバーレーザーを加速エネルギー746MeVの電子ビームと衝突させて生成した最大エネルギー5.54MeVのレーザーコンプトンガンマ線を
Pb標的に照射し、共鳴散乱ガンマ線を3台の高純度ゲルマニウム検出器を用いて測定した。その結果、レーザーコンプトンガンマ線最大エネルギーよりも高いエネルギーで、複数のガンマ線ピークが観測された。これらのガンマ線は、実験室内の制動放射線によって発生した中性子が測定装置の周囲の物質と反応した後に放出された中性子捕獲即発ガンマ線であると考えられる。そのため、バックグラウンドガンマ線の低減のため、ゲルマニウム検出器の周囲を厚さ10cmの鉛を用いて遮蔽した。その結果、即発ガンマ線のバックグラウンドは抑制され、Pbの共鳴散乱ガンマ線を観測することができた。
坂井 章浩
デコミッショニング技報, (64), p.24 - 33, 2023/05
原子力機構は、実施主体として研究施設等廃棄物の埋設事業を進めている。他方、原子力規制委員会では、埋設事業に関わる安全規制及び基準の整備が行われてきた。本報告は、原子力機構の埋設事業の計画とそれに対応した原子力規制委員会の規制及び基準の整備について紹介する。
rays from a neutron-induced 
-wave resonance of 
Xe奥平 琢也*; 谷 結以花*; 遠藤 駿典; Doskow, J.*; 藤岡 宏之*; 広田 克也*; 亀田 健斗*; 木村 敦; 北口 雅暁*; Luxnat, M.*; et al.
Physical Review C, 107(5), p.054602_1 - 054602_7, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：68.16(Physics, Nuclear)
波共鳴と波共鳴の混合に起因するParity violationの増幅が観測されている
Xe+nにおける3.2eV共鳴からのガンマ線の中性子エネルギーに依存する角度分布を測定した。波共鳴からのガンマ線の遷移を同定し、1807keVの終状態に遷移する7132keVガンマ線の角度分布を評価した。この角度分布は波共鳴と波共鳴の干渉による結果と考えられており、複合核におけるParity violationの増幅メカニズムの理解に役立つ。
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 14th International Particle Accelerator Conference (IPAC 23) (Internet), p.1591 - 1593, 2023/05
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動システム(ADS)の開発のため、ビーム出力が30MWとなる連続波(cw)超伝導陽子線形加速器(リニアック)を設計している。JAEA-ADSリニアックのイオン源は、エネルギーが35keV、正規化されたrmsエミッタンスが0.1
mm mrad未満で、20mAを超える陽子ビームを提供する必要がある。イオン源におけるビーム引出し部がビーム特性と品質を決定するため、目標の達成のためAXCEL-INP 2-Dシミュレーションプログラムを使用して、引き出し部の設計における幾何形状に関して最適化した。本報告は、イオン源引き出し部の設計について説明し、JAEA-ADSリニアックの陽子イオン源に関するビームダイナミクスを最初の結果として報告する。
坂井 章浩
第33回原子力施設デコミッショニング技術講座テキスト, p.31 - 63, 2023/02
日本原子力研究開発機構は、研究施設等廃棄物の埋設処分の実施主体として、ピット処分及びトレンチ処分の埋設事業の計画を進めている。本報告では、原子力機構が計画している埋設処分事業について、(1)研究施設等廃棄物の発生施設や放射能インベントリの特徴と想定しているピット処分及びトレンチ処分施設の構造、(2)埋設処分するための主な性状の廃棄物の受入基準の検討状況、(3)2021年に整備されたウラン廃棄物の埋設処分に係る基準の考え方の内容を紹介した。
Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 中野 敬太; 前川 藤夫; 明午 伸一郎
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.179 - 183, 2023/01
日本原子力研究開発機構(JAEA)では、マイナーアクチニドなど有害度低減のため、加速器駆動未臨界システム(ADS)の開発を進めている。JAEA提案型のADS(JAEA-ADS)では、30MWの陽子ビームを鉛ビスマス共晶(LBE)核破砕ターゲットに導入し、未臨界炉体系の炉心において中性子を生成する。未臨界体系に陽子を導入するビーム輸送系(BT)は、ビーム窓などの機器に高い熱応力がかからないよう、適切なビーム形状と安定なビームパワーを供給する必要がある。ビーム輸送系は、ビーム損失を軽減し、誤差があっても高い安定性を保ち、かつ輸送系の長さの要求を満たすために、多数のマクロ粒子を追跡して最適化した。本研究では、JAEA-ADSのビーム輸送系の設計とそのビームダイナミクス研究に関して紹介する。
松山 嗣史*; 中江 理紀*; 村上 昌史; 吉田 幸彦; 町田 昌彦; 辻 幸一*
Spectrochimica Acta, Part B, 199, p.106593_1 - 106593_6, 2023/01
被引用回数：2 パーセンタイル：45.92(Spectroscopy)It is important to reduce the measurement time in X-ray fluorescence (XRF) analysis. Micro XRF and confocal micro XRF analyses have been used to obtain elemental distribution. Because these techniques are performed in the scanning mode, shortening the measurement time per unit measurement point enables rapid determination of the elemental distributions. Therefore, we applied the Bayesian theorem to XRF analysis to estimate the accurate XRF net intensity in a short time. In the Bayesian formula, the posterior distribution is determined by the likelihood function and prior distribution. As the obtained posterior function is a probability distribution, the expected value in the function is used as the optimal value. By determining the optimal likelihood function and prior distribution, we consider that the XRF spectrum in a long-time measurement can be estimated by that in a short time. In this study, the Poisson distribution and the sum of the two exponential functions were employed as the likelihood function and prior distribution, respectively. To estimate the XRF spectrum using the Bayesian formula, a standard glass sample containing several metal elements was analyzed using a laboratory-made micro XRF instrument. The micro XRF measurements were performed at measurement times of 1, 3, 5, 7, 10, 20, 30, 60, 100, 180, and 3600 s, and then the net intensity of Zn K
obtained with and without the Bayesian estimation was compared. To obtain a net intensity of Zn K close to that in 3600 s, the measurement times with and without the Bayesian estimation were required to be 3 and 7 s, respectively. Thus, we significantly reduced the measurement time for an accurate XRF net intensity measurement by more than 50%.
渡辺 勢也*; 河原 淳*; 青木 尊之*; 杉原 健太; 高瀬 慎介*; 森口 周二*; 橋本 博公*
Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 17(1), p.2211143_1 - 2211143_23, 2023/00
被引用回数：1 パーセンタイル：61.52(Engineering, Multidisciplinary)津波氾濫や大雨の斜面災害では、多くの浮遊物や流木、丸太などが流れに含まれる。剛体衝突による構造物の被害は、水圧による被害よりも深刻である。浮遊物体を含む自由表面流れを研究するためには、大規模計算が可能で高性能な自由表面流のシミュレーションコードの開発が必要となる。本研究ではキュムラント格子ボルツマン法と粒子ベースの剛体シミュレーションを組み合わせた単相自由表面モデルを提案する。剛体間の接触相互作用は個別要素法で計算される。解析精度の向上と計算の高速化のために8分木ベースの局所細分化格子法を導入し、自由表面や固体表面近傍には高解像度の格子を割り当てた。提案モデルの精度検証のために、八戸工業大学と神戸大学の15m水槽と70m水槽で2種類の津波実験を行った。シミュレーションの結果、漂流速度、捕捉木片数、積層角について実験と良い一致を示した。
