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廃炉環境国際共同研究センター; 自然科学研究機構*
JAEA-Review 2022-059, 34 Pages, 2023/01
JAEA-Review-2022-059.pdf:1.58MB
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3年度に採択された「中赤外レーザー分光によるトリチウム水連続モニタリング手法の開発」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、中赤外レーザーを用いたキャビティリングダウン計測システムによる「濃度60Bq/ccレベル」トリチウム水短時間計測の原理実証を成果目的とする。令和3年度は、上記目標を達成するため、(1)キャビティリングダウン装置に関する研究、及び(2)環境条件下における水素同位体組成評価と標準試料作製(再委託先: 弘前大学)を行った。(1)においては、中赤外キャビティリングダウン試験を行った。実験室に光学ベンチ(3m
1.2m)を設置し、光学ベンチ上に設計した光キャビティを構築した。次に、キャビティリングダウン計測に必須なレーザー光源を開発した。波長4.34
mから4.72mの範囲に可変可能で、最高出力22mW、ビーム品質M
=1.1のレーザー開発に成功した。(2)においては、標準試料の作製として、複数の試薬会社より市販されている重水標準溶液を利用して水素同位体標準溶液作製を進め、安定同位体である重水試料の準備を行った。また市販の重水試薬を購入し、約100Bq/Lの標準試料作製準備が整った。さらに、屋内外の同位体比計測の測定準備を行った。低バックグラウンド液体シンチレーション計数装置の性能評価を行い、試料量10mLで2,400分計測すると検出下限値は約0.6Bq/Lであることを確認した。これにより一般環境中トリチウム濃度を計測する準備が整った。
古澤 彰憲; 竹仲 佑介; 西村 昭彦
Applied Sciences (Internet), 9(17), p.3544_1 - 3544_12, 2019/09
被引用回数：9 パーセンタイル：60.45(Chemistry, Multidisciplinary)本研究の狙いは、鉄筋と周囲のコンクリートの密着性が、鉄筋を伝播する超音波に与える影響を実験的に調査し、鉄筋コンクリートの腐食劣化の検査法への適用可能性を示すことである。最初に、密着性の異なる鉄筋コンクリートの試験体をもちいて、密着の有無と密着強度の劣化が鉄筋を伝播する超音波に与える影響について実験・調査する。次に、健全な鉄筋コンクリート試験体を加速腐食試験に供し、腐食の程度に伴って変化する超音波の波形について実験・調査する。得られた超音波の波形は周波数解析と群速度分散極性の解析解との比較検討を行い、鉄筋の腐食劣化の検査法への適用の観点から重要な事項について議論する。最後に、腐食劣化による鉄筋と周囲のコンクリートの密着性の変化は、超音波信号の周波数領域に明瞭に表れ、鉄筋コンクリートの非破壊検査法に有効であることが分かる。
村松 壽晴; 青柳 裕治*; 吉氏 崇浩*
日本機械学会2017年度年次大会講演論文集(DVD-ROM), 4 Pages, 2017/09
原子力機構では、レーザー加工に係わる複合物理過程を定量的に取扱うことが可能な、計算科学シミュレーションコードSPLICEを開発中である。このSPLICEコードを金属光造形加工プロセスに適用し、設計空間の可視化、レーザー照射条件の設定などのフロントローディングを通じて、当該プロセスに係わるオーバーヘッドを効果的に低減させることが可能であることを確認した。
古澤 彰憲; 西村 昭彦; 武部 俊彦*; 中村 将輝*; 竹仲 佑介*; 西條 慎吾*; 中本 裕之*
E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.44 - 51, 2017/08
本論文では、配管のレーザー突合せ溶接に対して超音波ガイド波検査法が適用可能であるかを調査する。10種類の異なる溶接条件で作成した突合せ溶接配管試験体に対して超音波ガイド波試験を行い、検査信号の解析を行った。励起した超音波ガイド波はTモードガイド波であって、その励起と受信にはEMATを使用した。試験で得られたガイド波信号を解析することで溶接不良部からのガイド波検出信号が明瞭に測定される一方、十分に溶け込んだ溶接部からは反射信号がなく、突合せ溶接された溶接部の状況とガイド波検出信号に相関があることを確認し、超音波ガイド波検査法はレーザー突合せ溶接に対して適用可能性があることを示した。
古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 中村 香織*
Proceedings of 54th Annual Meeting of Hot Laboratories and Remote Handling (HOTLAB 2017) (Internet), 6 Pages, 2017/00
福島第一原子力発電所の廃炉作業は東日本大震災以降、原子力機構の最も重要な課題の一つである。廃炉作業は今後数十年に渡り行われ、その作業性を担保するために原子力発電所のコンクリート構造物の検査・監視・保全保守技術は重要かつ不可避であり、精力的に推進する必要がある。最近の報告でもコアコンクリート反応によるコンクリート構造物の劣化状況を推定することは難しいとされている。加えて海水注入による鉄筋の腐食が進行していることは明らかであり、既存のコンクリート検査法が遠隔操作に適していないことから新たな鉄筋コンクリート検査方法を考慮するべきである。鉄筋コンクリートの劣化プロセスの中で、鉄筋-コンクリート間の隙間や密着性の低下が発生する。この事象に注目して我々は新しい鉄筋コンクリートの検査法が開発できないかと着目した。具体的には鉄筋コンクリート中の鉄筋にレーザーを照射することでレーザー生成超音波を発生させ、鉄筋中を伝播させる。伝播させ、内部の劣化情報を得た超音波波形を遠方のLDVで測定する。今回は、これらの隙間や密着性の低下が鉄筋を伝播する超音波にどのような影響を与えるのか実験的に調査したので報告する。
Se(
, n) cross section and uncertainty evaluation of the 
Se(n, ) cross section北谷 文人; 原田 秀郎; 後神 進史*; 岩本 信之; 宇都宮 弘章*; 秋宗 秀俊*; 豊川 弘之*; 山田 家和勝*; 井頭 政之*
Journal of Nuclear Science and Technology, 53(4), p.475 - 485, 2016/04
被引用回数：5 パーセンタイル：43.12(Nuclear Science & Technology)We precisely measured the (, n) cross section for Se by developing a spectroscopic method utilizing Laser Compton-Scattering -rays. Moreover, the Se(n, ) 
Se cross section was deduced using the statistical model calculation code CCONE with -ray strength functions adjusted to reproduce the (, n) cross sections for Se and the even Se isotopes 
Se, 
Se and Se. The reliability of the Se(n, ) Se cross section calculated by CCONE with the adjusted -ray strength function was evaluated by comparing available experimental (n, ) cross sections for stable 
Se isotopes and those calculated by CCONE with the adjusted -ray strength function. The result provides fundamental data for the study of nuclear transmutation for the long-lived fission product of Se.
瀬谷 道夫; 呉田 昌俊; 曽山 和彦; 中村 仁宣; 原田 秀郎; 羽島 良一
Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 10 Pages, 2014/07
原子力機構は保障措置及び核セキュリティのための、次の先進的な核物質非破壊測定の基礎技術開発プログラムを実施してきている。(1)ZnS/B
O
セラミックシンチレータによる
He代替中性子検知技術、(2)中性子共鳴透過分析(NRTA)及び中性子共鳴捕獲分析(NRCA)の組み合わせによる中性子共鳴濃度分析法、(3)レーザー・コンプトン散乱線(大強度単色線)利用核共鳴蛍光NDA(1)は、供給不足が懸念されるHeに代わるZnS/BOセラミックシンチレータ中性子検出器の開発であり、(2)は、粒子状溶融燃料などの測定対象物中の核物質同位体組成比測定NDA技術開発、(3)は、レーザー・コンプトン散乱により発生させたエネルギー可変の大強度の単色線により引き起こすPu/U同位体の核共鳴蛍光反応を利用するNDAのためのプログラムである。この論文ではこれらについて紹介する。
波多江 仰紀; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S160 - S164, 2006/12
誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。液体フロン化合物を用いた位相共役鏡はレーザー平均出力145W(50Hz)の入力で95%以上の反射率を示した。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。初期実験ではJT-60に位相共役鏡を取り付けダブルパス散乱させた結果、散乱光を1.6倍に増加させることができた。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。また、散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化を行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みが効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える368W(7.4J50Hz)に到達した。この結果からITERの周辺トムソン散乱用レーザーで必要とされる5J, 100Hzの出力を得る見通しがついた。これらを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステム、さらに高空間分解型LIDARトムソン散乱用レーザーシステムの設計・検討を行った。
波多江 仰紀; 近藤 貴; 内藤 磨; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Proceedings of 12th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics (LAPD-12) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/09
JT-60の近年のトムソン散乱計測の開発研究について報告を行う。非協同トムソン散乱計測では、誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のYAGレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化も行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みを効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える368W(7.4J50Hz)に到達した。これを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステムの設計・検討を行った。また、JT-60では核燃焼プラズマのイオン温度や高速
粒子の振る舞いを測定する炭酸ガスレーザを用いた協同トムソン散乱計測の開発を行っている。初期実験結果に基づきレーザーの縦モードの質,ヘテロダイン受信機の電気ノイズの低減,光軸調整の改善を進め、2005年冬から始まるJT-60実験では改善された計測装置で測定を行う予定である。
宮部 昌文; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男
JAERI-Tech 2005-043, 27 Pages, 2005/08
JAERI-Tech-2005-043.pdf:2.51MB
多段階共鳴電離法による難分析核種の分析では、発振波長を同位体の共鳴波長に素早く正確に同調でき、長時間一定に維持することのできるレーザー光源が不可欠である。本研究では、これまでに開発した周波数基準レーザーとエタロン干渉計によるレーザーの波長安定化システムを、デジタル回路とコンピューターを用いて制御する方式に改造し、発振波長を簡単に切り替えられるシステムを開発した。さらに、本システムの波長同調性能や波長安定度を、ヘテロダイン計測法や、カルシウム原子の多段階共鳴蛍光分光法を用いて測定し、分析用光源として十分な性能を有することを確認した。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*
プラズマ・核融合学会誌, 80(10), p.870 - 882, 2004/10
高性能の誘導ブリルアン散乱(SBS)位相共役鏡を、初めてJT-60のトムソン散乱計測システムへ応用し測定性能の改善を図った。SBS位相共役鏡は一般の全反射鏡と異なり精密な光学調整を必要とせず、比較的簡単な位置合わせを行うだけで反射光が入射光と全く同じ光路を逆進する。この性質を利用し、プラズマ中でレーザー光を往復させ散乱光量を約2倍にするダブルパストムソン散乱測定法を開発した。初期実験では1.6倍の散乱光を観測し、この測定手法の有効性を確認した。さらに、この手法を発展させ、レーザー光を何度も往復させ散乱光を数倍以上発生させるマルチパストムソン散乱法も新たに提案した。一方、既存のYAGレーザーに組み込むことにより、レーザー増幅器で誘起される波面の乱れを補正しダブルパス増幅を行った結果、YAGレーザーの性能は[エネルギー:1.5J,繰り返し:30Hz,平均出力:45W]から[7.4J, 50Hz, 368W]となり、著しくレーザー性能を向上することができた。将来展望として、このレーザーシステムをITERのトムソン散乱計測へ応用することについて考察した。
峰原 英介
Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.402 - 403, 2003/08
原研超伝導リニアック駆動自由電子レーザーは、既に数年前に6%高効率,数百フェムト秒,数kW級高出力FEL光を生成することに成功していた。これをさらに高出力化することによって大規模非熱精密加工技術を開発する計画について以下に報告する。
-particle diagnostics by CO laser collective Thomson scattering in ITER近藤 貴; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; 杉江 達夫; Costley, A. E.*; 三浦 幸俊; Lee, S.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07
燃焼プラズマでの支配的な熱源である粒子の挙動を理解するために、粒子の密度とエネルギースペクトルの空間の分布を測ることが必要とされている。そこで、ITERの粒子測定のために、パルス炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱(CTS)システムを開発している。ITERでは加熱ビームイオン(E=1MeV)は、接線方向に入射され、粒子で類似した速さを持つ。しかし、CTS測定は一般的に、同じ速さを持つビームイオンと粒子を識別することができない。この問題を解決するため、ビームイオンと粒子を区別できる垂直散乱配置を提案した。この配置のCTSが、ビームイオンによってマスクされることなく粒子を分析できることを計算により示した。また、垂直散乱配置によるビーム線とレシーバー・システムの予備的な設計を示す。さらに、JT-60Uプラズマを使ったCTSシステムの原理実証実験について示す。
laser for ion energy spectrum measurements in JT-60U近藤 貴; 三浦 幸俊; Lee, S.*; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; Bennett, C. A.*
Review of Scientific Instruments, 74(3), p.1642 - 1645, 2003/03
被引用回数：20 パーセンタイル：68.13(Instruments & Instrumentation)核融合炉心プラズマにおいて、高速粒子の速度分布計測と、イオン温度計測の確立は重要な課題として挙げられており、計測手法の実証が求められている。JT-60Uでは、ITERにおけるイオン温度と高速アルファ粒子の計測手法の確立を目的として、炭酸ガスレーザー(10.6m, 15 J,1s)による協同トムソン散乱法の開発を行っている。検出器には量子井戸型赤外線検出器(QWIP)を用い、また迷光は高温炭酸ガスセルによって減少させる。JT-60Uに測定装置の設置を行うとともに、赤外ヘテロダイン受信機の検出感度や視野の較正手法を開発した。これを用いてJT-60Uプラズマにレーザーを入射して調整を行ったが、現在までに散乱光スペクトルは得られていない。問題点として、パルスレーザの放電による電気ノイズと、レーザーの周波数のシフトによる迷光の発生が挙げられる。
磯崎 太*; 菊地 泰二; 井岡 郁夫; 石川 和義; 平田 雄二*
JAERI-Tech 2002-074, 22 Pages, 2002/09
JAERI-Tech-2002-074.pdf:4.98MB
IASCC照射クリ-プ等にかかわる照射試験研究の一環として、被覆管内部にガスを加圧して溶封する照射用試験片(圧力管試験片)の製作を行うことになった。本圧力管試験片は、外径7mm,肉厚0.5mmの被覆管内部にヘリウムガスを加圧封入して溶接により密封構造とするものである。この製作にあたっては、高圧下での密封溶接という技術的課題があり、研究スケジュ-ルとの関係から圧力管試験片の製作期間の短縮とコストの低減を考慮に入れて検討を行い、既存設備を応用した簡便で短期間に製作出来る手法の考案とモックアップ試験での作業手順を確認し、被覆管内部に最大で5.5MPaのガスを加圧して溶封を行える技術を確立した。また、製作した圧力管試験片は原子炉での照射試験により、中性子照射と内圧力の影響からクリ-プ変形が発生して寸法の微小変化が予測されるため、照射前後において外径寸法を高精度で測定する必要がある。そのための高精度自動測定法としてレ-ザ測定器と旋盤を組み合わせた外径寸法測定を行い、測定精度0.01mで測定する方法を確立した。
波多江 仰紀; JT-60チーム
Proceedings of 6th Japan-Australia Workshop on Plasma Diagnostics (CD-ROM), 16 Pages, 2002/00
JT-60Uの計測システムは約50の計測装置から構成されている。近年、電子温度,電子密度,イオン温度,プラズマ回転,プラズマ電流密度(安全係数)といったプラズマパラメタの詳細な径方向分布計測が可能となった。これにより、プラズマの内部構造の理解が進展し、近年、これらを用い不磁気シアプラズマにおける内部輸送障壁の研究が精力的に進められている。さらに、MSE計測装置を用いてプラズマ中心部の電流密度分布がゼロまたはゼロに近い「電流ホール」を新たに発見した。いくつかの計測装置の信号(電子密度,中性子発生率,放射損失,蓄積エネルギー,温度勾配)は、アクチエーターであるNBI,ECH,ガス供給システムなどとリンクさせ先進実時間制御を行うことによりプラズマの閉じ込め性能をより向上させることができた。ITERで生成される燃焼プラズマのための計測装置の開発研究も進めている。
大場 正規; 若井田 育夫; 宮部 昌文
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 40(1), p.357 - 358, 2001/01
被引用回数：1 パーセンタイル：6.06(Physics, Applied)外部共振器型半導体レーザーを用いて、2段階励起による原子の高励起準位の同位体シフトや、超微細構造の測定法を提案した。半導体レーザーの波長を高速で掃引し、原子の1段目のスペクトル全体にわたって励起し、2段目をリングレーザーを用いて測定する。この測定法によってリチウム原子の3D遷移の同位体シフトや、微細構造を測定することができた。
laser in JT-60U近藤 貴; Lee, S.; Hutchinson, D. P.*; Richards, R. K.*
Review of Scientific Instruments, 72(1), p.1143 - 1146, 2001/01
被引用回数：13 パーセンタイル：59.37(Instruments & Instrumentation)核融合炉心プラズマにおける粒子の速度分布計測と、イオン温度計測の確立は重要な課題であり、計測手法の実証が求められている。そこで、JT-60UにおいてITERにおけるイオン温度と高速粒子の計測手法の実証を目的として、炭酸ガスレーザを用いた協同トムソン散乱計測法の開発を行っている。現在までに製作と据え付けが完了した、大出力炭酸ガスレーザ、高温炭酸ガスセルを用いた迷光フィルター、ヘテロダイン受信システム、JT-60U真空容器へのレーザビーム伝送系、ならびに周波数解析用のフィルターバンク等の測定システムについて説明する。また、イオン温度と高速イオンの測定可能のプラズマパラメータ領域を示す。さらにJT-60Uの高温プラズマを用いたイオン温度測定の初期結果について述べる。
laser in JT-60U近藤 貴; Lee, S.; 三浦 幸俊
Proceedings of 10th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics, p.109 - 114, 2001/00
核融合炉心プラズマにおいて、高速アルファ粒子の速度分布計測と、イオン温度計測の確立は重要な課題として挙げられており、計測手法の実証が求められている。JT-60Uでは、ITERにおけるイオン温度と高速アルファ粒子の計測手法の確立を目的として、オークリッジ国立研究所と協同で炭酸ガスレーザー(10.6m, 15 J,1s)による協同トムソン散乱法の開発を行っており、イオン温度測定ならびに高速イオンの速度分布測定を実証する。計測装置の製作が完了し、JT-60Uプラズマにレーザーを入射して調整が続けられている。
波多江 仰紀; 内藤 磨
Proceedings of 10th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics, p.160 - 166, 2001/00
JT-60Uにおける近年の強電子加熱実験では
15keVを越える中心電子温度がルビーレーザとYAGレーザによる2つのトムソン散乱測定装置で観測されている。しかしながら、その電子温度は設計で想定していた電子温度を越えているため電子温度の相対誤差は非常に大きく、15keVを越える超高温を高い精度で測定するのは困難である。この論文では、このような超高温の測定性能を改善するために、既存のルビーレーザシステムとYAGレーザシステムを組み合わせて超高温での測定性能が改善されるかどうか検討した。シミュレーションの結果から、(1)YAGレーザトムソン散乱システムの光源にルビーレーザを使用し散乱スペクトルの形を変化させることは、超高電子温度の測定に効果があることがわかった。(2)ルビーレーザの測定系とYAGレーザの測定を組み合わせ、YAGレーザでトムソン散乱を行った場合、
20keVの領域で既存の測定系よりも相対誤差が著しく低下し測定性能が改善することがわかった。
