Development of a radiation tolerant laser-induced breakdown spectroscopy system using a single crystal micro-chip laser for remote elemental analysis

田村 浩司; 中西 隆造; 大場 弘則; 狩野 貴宏; 柴田 卓弥; 平等 拓範*; 若井田 育夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 8 Pages, 2024/00

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2298485

For the development of the remote elemental analysis method in a radiation environment based on the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), the radiation effects on the laser oscillation properties of the single crystal (SC) Nd: YAG microchip laser (MCL) were investigated and compared with those of ceramics Nd: YAG MCL. The laser oscillation properties were measured under gamma-ray irradiation as a function of dose rate. The effects on the SC MCL properties were found to be very small compared to those on the ceramics, indicating minimal radiation effects on the LIBS signal when using SC MCL. Pulse energy and oscillating build-up time (BUT) were measured for a cumulative dose exceeding 1400 kGy. The pulse energy remained stable, and the laser continued to oscillate under irradiation. The BUT also remained stable, demonstrating negligible optical loss accumulation that could affect laser properties even at the demonstrated cumulative dose. The results indicate that the effects of dose rate and cumulative dose on SC MCL laser properties were minimal. The SC MCL was then integrated into the LIBS system, and the gadolinium signal of composite oxides, simulating fuel debris, was successfully measured at the dose rate of 5 kGy/hr. These findings highlight the radiation tolerance of SC MCL as a laser medium for remote LIBS applications in harsh radiation environments.

Ionic radii in halites

Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 村上 龍敏

Materialia, 32, p.101943_1 - 101943_8, 2023/12

https://doi.org/10.1016/j.mtla.2023.101943

The construction of the halite unit-cell from the ionic radii of the constitutive species is proposed with the use of our hybrid model, considering flexible anion and cation radii. 312 binary halite-structured stoichiometric compounds were analyzed. This systematic study focuses first on the revision of the ionic radii of the considered species then on the proposition of relations between the anionic radius as a function of the cation's size.

Antiferromagnetism and mixed valency in the new Kondo lattice compound CeRhSn

Opletal, P.; Duverger-Ndellec, E.*; Miliyanchuk, K.*; Malick, S.*; Hossain, Z.*; Custers, J.*

Journal of Alloys and Compounds, 927, p.166941_1 - 166941_7, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166941

Single crystals of a new ternary compound CeRhSn were synthesized by flux method and its crystal structure and magnetic properties were studied by single crystal X-ray diffraction and magnetic susceptibility, specific heat and resistivity measurements. CeRhSn crystallizes in a new monoclinic crystal structure, space group 2m (No. 11) with Z = 2 and lattice parameters = 9.8708(5) , = 4.5779(3) ; and = 14.2381(7) , = 109.535(5), and V = 606.35(6) . The structure exhibits three inequivalent Ce-sites. A striking structural motif is the tetragonal pyramid of Rh-ions surrounding the Ce2 yielding an extreme short Ce2-Rh1 spacing of = 2.7486(10) . This strong hint to mixed valent cerium behavior is supported by the entropy analysis. We argue that the Ce2-ion is in a nonmagnetic Ce state while the other 2 Ce-sites are in a trivalent state. At low temperatures these latter become partially Kondo screened ( 4 K) and order antiferromagnetic below = 2.31 K. The ordering is accompanied by a superzone gap-opening in direction of the magnetic propagation vector Q = (0, 0, l).

Phase-field mobility for crystal growth rates in undercooled silicates, SiO and GeO liquids

河口 宗道; 宇埜 正美*

Journal of Crystal Growth, 585, p.126590_1 - 126590_7, 2022/05

https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2022.126590

過冷却ケイ酸塩,SiO,GeO融液中の11種類の酸化物または混合酸化物の結晶化におけるフェーズフィールド易動度と結晶成長速度をフェーズフィールドモデル(PFM)を用いて計算し、の物質依存性を議論した。実験の結晶成長速度とのPFMシミュレーションから得られた結晶成長速度の比は、両対数プロットで結晶成長における固液界面プロセスののべき乗に比例した。またのパラメータとはmJs,であり、材料に固有の値であることが分かった。決定されたを用いたPFMシミュレーションにより、実験の結晶成長速度を定量的に再現することができた。はにおける単位酸素モル質量あたりの陽イオンモル質量の平均の拡散係数と両対数グラフで比例関係にある。は化合物中の酸素モル質量あたりの陽イオンのモル質量の総和に依存する。では、陽イオンのモル質量が大きくなるにつれては小さくなる。陽イオンのモル質量は陽イオンの移動の慣性抵抗に比例するため、は陽イオンのモル質量の逆数で減少する。の重い陽イオンのケイ酸塩の結晶化では、は約で飽和し、となる。

A Scaling approach for retention properties of crystalline rock; Case study of the in-situ long-term sorption and diffusion experiment (LTDE-SD) at the sp Hard Rock Laboratory in Sweden

舘 幸男; 伊藤 剛志*; Gylling, B.*

Water Resources Research, 57(11), p.e2020WR029335_1 - e2020WR029335_20, 2021/11

https://doi.org/10.1029/2020WR029335

本論文では、エスポ岩盤研究所で実施された原位置長期収着・拡散試験(LTDE-SD)のデータセットを用いて、収着及び拡散パラメータを実験室から原位置条件へと条件変換する手法を構築した。亀裂表面と岩石マトリクスの表面近傍の不均質性は、表面近傍での高い間隙率,拡散及び収着特性と、その段階的な変化を仮定した概念モデルによって評価された。非収着性のCl-36と低収着性のNa-22のモデル化結果によって、表面近傍の5mmの擾乱領域における間隙率と拡散係数の変化を考慮した概念モデルの妥当性が確認された。また、これらの陽イオンと陰イオンの拡散係数は、典型的な陽イオン加速と陰イオン排除の傾向を示した。一方で、収着メカニズムの異なる高収着性トレーサー(Cs-137, Ra-226, Ni-63, Np-237)のモデル化結果から、粒径サイズと収着分配係数との相関関係と、その表面近傍の擾乱との関係から条件変換する手法の有効性が確認された。

Structure of the {U} polyoxo cluster UOCl(MeO) (x = 2.3, MeO = methoxide)

Fichter, S.*; Radoske, T.*; 池田 篤史

Acta Crystallographica Section E; Crystallographic Communications (Internet), 77(8), p.847 - 852, 2021/08

https://doi.org/10.1107/S2056989021007623

A new type of polyoxo cluster complex that contains thirteen uranium atoms, {U}, was synthesised and characterised as [U(-O)(-O)(-O)Cl(O)] (x = 2.3, MeO = methoxide) (I). The complex crystallises from methanol containing tetravalent uranium (U) with a basic organic ligand. The characterised {U} polyoxo cluster complex possesses a single cubic uranium polyhedron at the centre of the cluster core. The observed shortening of U-O bonds, together with BVS calculations and the overall negative charge (2-) of (I), suggests that the central uranium atom in (I), that forms the single cubic polyhedron, is presumably oxidised to the pentavalent state (U) from the original tetravalent state (U). Complex I is, hence, the first example of a polyoxo cluster possessing a single cubic coordination polyhedron of U.

Analyses of *(10) dose rates measured in environment contaminated by radioactive caesium; Correction of directional dependence of scintillation detectors

津田 修一; 谷垣 実*; 吉田 忠義; 奥村 良*; 斎藤 公明

Radiation Protection Dosimetry, 193(3-4), p.228 - 236, 2021/03

AA2020-0760.pdf:0.87MB

https://doi.org/10.1093/rpd/ncab060

東京電力福島第一発電所事故後、環境中の線量率測定には、様々な形状の結晶形状を有する測定器が用いられている。土壌に残留するセシウムからの光子は様々な方向から測定器に入射するが、使用される測定器は必ずしも方向特性に優れているとは限らず、その結果、同一の場所で測定したとしても、使用する測定器によって線量率指示値が異なる場合がある。そこで、線量率指示値に対する結晶形状の影響を調べるために、種々の測定器を用いて、環境中における周辺線量当量率の相互比較を行った。各測定器で波高分布データを測定し、スペクトル-線量変換演算子(G(E)関数)を掛け合わせて線量率を算出した結果、線量率は約25%の範囲でばらつくことがわかった。各測定器の方向依存性を低減するために、環境中の光子入射方向に近い回転照射条件におけるG(E)関数を用いて再評価した結果、線量率は不確かさの範囲内で一致したが、極度に扁平な形状をした測定器については例外で、その強い方向依存性を十分補正できなかった。この結果から、回転照射条件で算出したG(E)関数を用いる手法はあらゆる形状の測定器に対して適用できるわけではなく、環境中の線量率測定には、方向特性の優れた測定器を用いる必要があることが実験的に示された。

Microstructure and texture evolution and ring-tensile properties of recrystallized FeCrAl ODS cladding tubes

Aghamiri, S. M. S.*; 曽和 貴志*; 鵜飼 重治*; 大野 直子*; 坂本 寛*; 山下 真一郎

Materials Science & Engineering A, 771, p.138636_1 - 138636_12, 2020/01

https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138636

酸化物分散強化型FeCrAlフェライト鋼は、高温までの優れた機械特性とアルミナ皮膜形成による水蒸気酸化特性の著しい改善により、軽水炉用事故耐性燃料被覆管候補材料として開発されてきている。本研究では、被覆管成型プロセスにおいて、1100Cと1150Cの異なる引き抜き温度で成型した時のFeCrAl-ODS被覆管の微細組織特性及び引張特性を調査した。温間引き抜き成型した試料では、110方向に沿った集合組織を有するミクロンサイズの繊維であったのに対し、冷間ピルガ-圧延で成型した微細組織では、結晶の回転を経由し、110方向に沿った集合組織を有するミクロンサイズの繊維と{111}面に沿った集合組織を有するサブミクロンサイズの繊維が確認された。次に、最終アニーリングを行うことで、これらの組織は約810-850Cで再結晶化した大粒径の再結晶組織に変化した。再結晶被覆管材において、これら2つの異なる集合体組織発達が生じた。すなわち、引き抜き温度を1100Cにして成型した時に形成した(110) 211集合組織を有する大きな伸張粒と、より高い温度の1150Cで引き抜き成型した時に見られた(110) 211集合組織と{111} 112集合組織である。1100Cで引き抜き加工を施した被覆管において生じた異なる集合組織の発達と再結晶の遅延は、酸化物粒子の高密度分散に起因していると考えられる。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究(共同研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2017-010, 61 Pages, 2017/11

JAEA-Research-2017-010.pdf:16.86MB

原子力機構は、岩盤の長期挙動を把握・評価できる技術の確立に資するため、年単位を超えるような岩石の長期クリープ試験や、高レベル放射性廃棄物の地層処分において想定される常温から100C程度の高温条件下での岩石の長期挙動を把握するための技術の開発等を実施し、想定される様々な条件下での岩石の長期挙動現象の特徴やその程度に関する実験的評価を行うことを目的とした研究を、共同研究として2016年度から開始した。2016年度は、既往の研究成果を踏まえ、20年程度継続して実施している田下凝灰岩のクリープ試験を引き続きおこなった。また、速度過程論や確率過程論にもとづく理論を水の影響を扱えるように修正し、気乾状態と湿潤状態における強度試験とクリープ試験の結果をもとに、修正した理論の妥当性を検証した。さらに、種々の含水状態のもとで一軸圧縮試験を行い、応力-歪曲線におよぼす含水状態の影響について検討した。

超深地層研究所計画における研究坑道での湧水量計測データ集; 20142015年度

上野 哲朗; 竹内 竜史

JAEA-Data/Code 2017-003, 46 Pages, 2017/03

JAEA-Data-Code-2017-003.pdf:5.89MB
JAEA-Data-Code-2017-003-appendix(CD-ROM).zip:2.66MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、岐阜県瑞浪市において結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。この計画は、「地表からの調査予測研究段階(第1段階)」、「研究坑道の掘削を伴う研究段階(第2段階)」、「研究坑道を利用した研究段階(第3段階)」の3段階からなる。研究所用地における第1段階の調査研究は、2002年度から2004年度まで実施され、2004年度からは第2段階の調査研究が、2010年度からは第3段階の調査研究が開始されている。研究坑道内に湧出する地下水については、超深地層研究所計画の「研究坑道の掘削を伴う研究段階(第2段階)」における岩盤の水理に関する調査研究の一環として計測体制が整備されて計測を開始し、2013年度に第2段階が一旦終了した後も、湧水量計測を継続している。本データ集は、2014-2015年度に実施した研究坑道内での湧水量計測で取得したデータを取りまとめたものである。