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若井田 育夫; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 大場 弘則; 平等 拓範*
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福島第一原子力発電所(1F)の廃炉措置では、小型多関節ロボットアームによる炉内調査が予定されており少量(1g程度)のデブリ試料が取得できる可能性がある。設備の整った施設に運搬するには、事前に試料のサーベランスが必要である。この方法の一つとして、LIBSやアブレーション共鳴吸収分光が採択される可能性が高く、廃炉支援機構(NDF)や東京電力と協議を進めている。JAEA/CLADSでは、廃炉に求められる基礎基盤研究を推進しており、平成30年度には、これまでの文部科学省からの競争的委託事業をCLADS補助金とした新たな制度の運用を開始した。その他、共同研究を推進する連携制度も計画されている。これらについて、話題を提供する。
若井田 育夫; 大場 弘則; 池田 裕二*; 作花 哲夫*; 平等 拓範*
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福島第一原子力発電所事故炉の廃止に向けて、炉内溶融物である燃料デブリ等の元素組成の遠隔その場分析を実現するため、耐放射線性光ファイバを活用したレーザー誘起ブレークダウン発光分光法(LIBS)を開発している。レーザー光の遠隔搬送に耐放射線性光ファイバを使用したファイバLIBS法では水没させたウラン含有模擬デブリ試料の半定量分析性や耐放射線特性を評価し、水中, 高放射線場で取得できることを確認した。また、より長距離計測に対応するため、プローブ先端にマイクロチップレーザーを活用し直接レーザー光を炉内で発振させる手法も導入し、10kGy/hの高放射線環境で使用できることも確認した。
若井田 育夫; 作花 哲夫*; 池田 裕二*; 大場 弘則*; 平等 拓範*
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文部科学省英知を集結した原子力科学技術・人材育成事業廃炉加速化プログラム、平成27年度採択事業課題「先進的光計測技術を駆使した炉内デブリ組成遠隔その場分析法の高度化研究」(代表: 原子力機構, 京都大学, イマジニアリング, 量子科学技術研究開発機構, 分子科学研究所)について、平成30年度までの成果を研究代表がまとめて発表するものである。燃料デブリの遠隔その場分析を実現するため、耐放射線光ファイバーを活用したレーザー誘起発光分光法(LIBS)における発光強度の増倍を図ったもので、光源にロングパルスレーザーを利用した場合の発光特性、マイクロ波を導入した場合の発光強度の増倍特性、さらに、50mを超える超長尺光その場分析の実現に向けた、マイクロチップレーザーの活用の可能性を評価した研究成果を発表する。
若井田 育夫; 大場 弘則; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 大場 正規; 田村 浩司; 佐伯 盛久; 中西 隆造; 池田 裕二*; 作花 哲夫*; et al.
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炉内から採取した燃料デブリは、一時的に、受け払いセルと呼ばれる取り扱い施設に運び入れ、構成元素等をサーベランスする。これらは、今後の保管、他施設への運搬・輸送において不可欠な要素となる。デブリ受け入れ量が100g
kgの採取時においては、その放射線量(線量率と累積線量)の高さから、従来計測手法が使用できないことが明らかになりつつある。このため、このサーベランスに、耐放射線性に優れた光ファイバーLIBSの導入が決定され、現在、東電及び東電関連会社と導入に向けた具体的協議に入った。燃料デブリは、様々な物質が溶融して混じった部分と、それぞれの物質が粒状に固まった部分が存在すると予測される。このため、サーベランスも、燃料デブリの一部への照射点での組成比分析だけでなく、表面の多点計測による組成分布の面積比からの組成比評価も求められるものと考えている。LIBS技術の採取デブリのサーベランスへの適用を図るとともに、ロングパルスレーザー, マイクロチップレーザーの活用、マイクロ波重畳による発光量の増倍効果等の特徴や適用性について評価した。
若井田 育夫; 大場 弘則; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 大場 正規; 田村 浩司; 佐伯 盛久; 中西 隆造; 池田 裕二*; 作花 哲夫*; et al.
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For the decommissioning of "Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (F1NPS)", development of quick, easy, onsite and especially in-situ remote analysis/surveillance/screening techniques will be strongly required under the extremely high radioactive condition. Innovative Laser remote analysis combined with radiation resistant optical fiber based laser induced breakdown spectroscopy (Fiber LIBS) and laser ablation resonance absorption spectroscopy (LARAS) are one of the available technique for elemental and isotope analysis of nuclear fuel debris. The Retrieving of nuclear fuel debris of reactor No.2, will be planned and the screening of nuclear fuel debris will be strongly required. In order to establish an actual and applicable technique, basic study for higher sensitivity and more flexible use will be indispensable. For higher sensitivity, LIBS by long pulse laser and Microwave assisted LIBS are under developing. For more flexible and easy laser light delivery, Microchip laser use LIBS (MC-LIBS) is also under developing for higher performance in screening analysis.
大場 弘則; 田村 浩司; 若井田 育夫
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炉心溶融事故を起こした福島第一原子力発電所の廃止措置において、廃炉に向けて損傷した原子炉内の核燃料物質を含む燃料デブリの確認が求められている。損傷炉内は高い放射線、狭隘などの環境にあり、我々は遠隔その場で迅速に分析する手法として、光ファイバー伝送を適用したレーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)技術を提案し、研究開発を進めている。今回、従来は50m程度の長さに制限されていたファイバーLIBSをより長距離(
100m)での分析を行うために開発中のマイクロチップレーザーによるLIBS技術について紹介する。特に、マイクロチップ結晶の放射線環境下でのレーザー発振特性において、問題点とその解決方法やLIBS実施例の成果を報告して、専門家間で議論を深める。
大場 弘則; 赤岡 克昭; 狩野 貴宏; 若井田 育夫; 田村 浩司*; 中西 隆造*; 坂本 寛*; 平等 拓範*
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炉心溶融事故を起こした福島第一原子力発電所の廃止措置において、廃炉に向けて損傷した原子炉内の核燃料物質を含む燃料デブリの確認が求められている。損傷炉内は高い放射線、狭隘などの環境にあり、我々は遠隔その場で迅速に分析する手法として、光ファイバー伝送を適用したレーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)技術を提案し、研究開発を進めている。今回の招待講演では、ファイバーの先端にパルスレーザー光源を装備したマイクロチップレーザー適用ファイバー伝送LIBS装置の開発、過酷環境下での活用として高線量率放射線照射中のLIBS実証、100m超遠隔分析の実証、および燃料デブリを模擬したウラン-ジルコニウム-鉄混合物として均一試料および複雑系一試料測定への展開についての成果を紹介する。
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 狩野 貴宏; 中西 隆造*; 平等 拓範*; 坂本 寛*; 池田 裕二*
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福島第一原子力発電所(1F)の廃炉では、燃料デブリの取り出しが必須となっており、過酷な放射線環境での燃料デブリの分析手法が求められている。光伝送に耐放射線光ファイバーを利用したレーザー誘起ブレークダウン分光法(光ファイバーLIBS)は、遠隔・その場分析を可能とする手法であることから、1Fへの適用に向けて基礎的な性能実証を重ねてきた。技術開発の現状について紹介する。可搬柄光ファイバーLIBS装置では、光ファイバー長さ50m、線量率10kG/h、積算線量数MGyの耐放射線性を有し、線量率10kGy/hの環境でも分析できることを実証した。LIBSプローブのみをホットセルに導入し、使用済み燃料を対象とした試験でも組成分析が可能であることを示した。より長尺化を図るため、マイクロチップレーザーLIBSを導入し、耐放射線性が保持できること、100mの光ファイバーでも分析特性に影響がないことを確かめた。さらに、レーザー生成プラズマにマイクロ波(2.45GHz)を重畳することで、時間積分スペクトル強度を数十倍に倍増できる可能性を示した。
田村 浩司*; 中西 隆造*; 大場 弘則; 若井田 育夫
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For the remote elemental analysis in radiation environment, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) system has been developed, where microchip laser (MCL) using a Nd:YAG/Cr:YAG composite was utilized. In this development, composite ceramics was used as a gain medium, because of its promising features. In this study, for the development of the remote LIBS system applicable in radiation environment, radiation effects to the properties of the ceramics Nd:YAG MCL as well as conventional single crystal Nd:YAG MCL were measured and compared. The results indicate that radiation effects to ceramics MCL, which will lead to LIBS signal reduction, were much larger than those to single crystal, and single crystal MCL is more robust as a laser source for LIBS system than ceramics when applied in radiation environment.
大場 弘則; 赤岡 克昭; 狩野 貴宏; 若井田 育夫; 大内 敦*; 三浦 祐典*; 栄藤 良則*; 坂本 寛*
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福島第一廃炉措置における炉内外での核燃料物質遠隔分析を目指してマイクロチップレーザーを搭載した光ファイバー伝送レーザー誘起ブレークダウン分光(ファイバーLIBS)装置を開発し、U、Zr、Fe混合模擬燃料デブリの分析にファイバーLIBSを適用し、スペクトル出現特性を取得して定量分析の可能性について議論する。