Evaluation of a one-dimensional position-sensitive quartz optical fiber sensor based on the time-of-flight method for high radiation dose rate applications

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 996, p.165151_1 - 165151_8, 2021/04

https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165151

福島第一原子力発電所建屋内における放射線分布測定を目的として、小口径石英光ファイバーの一次元位置敏感型センサーとしての基礎評価を行った。本センサーは光ファイバーと放射線の相互作用により発生するチェレンコフ光の飛行時間情報から放射線の入射位置を決定する。プラスチックシンチレーション光ファイバーを用いた従来のセンサーと比較して、石英光ファイバーは位置分解能がより優れることが分かった。これは、チェレンコフ光の発光寿命が短いことによりタイミング特性が向上したためと考えられた。加えて、本センサーの高放射線環境下での動作特性について、20mSv/hまでの出力線形性及び積算1kGyまでの耐放射線特性を評価した。

光学部品のガンマ線照射劣化挙動(受託研究)

武内 伴照; 柴田 裕司; 花川 裕規; 上原 聡明*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦; 熊原 肇*; 柴垣 太郎*; 駒野目 裕久*

JAEA-Technology 2017-026, 26 Pages, 2018/02

JAEA-Technology-2017-026.pdf:4.0MB

原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視し、緊急時対応を円滑に実施するためには、信頼性の高い伝送技術が必要である。本研究では、水中で伝送可能な可視光無線伝送システムの構築を目指して、LEDやフォトダイオード等の光学部品に対して10Gyまでのガンマ線の照射による影響を調べた。その結果、LEDは全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色した。フォトダイオードの電流-電圧特性にはほとんど変化は無かった。フォトダイオードは、受光感度が減少するとともに窓材の樹脂が着色したが、暗電流は伝送に悪影響を与えるほどの大きさにはならなかった。これらの結果から、両素子を無線伝送システムに適用する場合に考慮すべき特性劣化の主因は、半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によって発光及び受光量が減少することによるものであることが示唆された。また、発光・受光回路部を環境から隔離するための窓材や、外乱ノイズ光を軽減するための光学フィルタとして、各種ガラスについてもガンマ線照射による透過率の減少を評価し、伝送システムの構築に向けた基礎データを取得した。

ベントナイト構成鉱物のアルカリ溶液に対する影響-モンモリロナイト、長石、石英混合実験-

金 善永

JNC TN8400 2001-008, 36 Pages, 2001/03

JNC-TN8400-2001-008.pdf:2.92MB

高レベル放射性廃棄物を地層処分する際に、多くの国では緩衝材としてベントナイトが候補材料として考えられている。特に近年は、地層処分にセメント系材料の使用が考えられている。セメント系材料からの浸出液はpHが高く、Ca、Na、Kなどの濃度が高いために、緩衝材や周辺岩盤を変質させると考えられる。この反応は、処分場が地下深い所に位置する場合、地熱や放射性廃棄物からの熱、圧力、地下水などの反応によって、さらに激しい変質を受けると考えられる。このような場合、緩衝材としての膨潤性、地下水の侵入防止、核種元素の移行遅延などの性能は、低下することが懸念される。今回は、高pH溶液に対する緩衝材構成鉱物間の影響を調べるために、緩衝材の主な構成鉱物であるモンモリロナイト、長石(曹長石)、石英を選定し、これらを一定比率に混合させて、蒸留水やpH1113溶液との反応を調べた。試験温度は50150であり、反応期間は10200日であった。試験結果、主な2次生成鉱物は方沸石(analcime)であり、温度やpHが高く、反応期間が長いほど、その生成量は多く、粒径も大きくなる傾向を示した。この方沸石の生成量は、X線粉末回折分析手法により定量化を試みた。方沸石の定量化の結果、その生成量は次の順序を示した。モンモリロナイトと長石混合試験モンモリロナイト試験モンモリロナイトと石英混合試験この他に、走査型電子顕微鏡観察を行った結果、X線粉末回折分析データからは検出できなかった方沸石の結晶が観察された。また、定量化のデータを利用して、各試験においての方沸石の活性化エネルギー(kJ/mol)を求めてみた。・モンモリロナイト試験での方沸石の活性化エネルギー:54.9kJ/mol・モンモリロナイトと長石混合試験での方沸石の活性化エネルギー:51.9kJ/mol・モンモリロナイトと石英混合試験での方沸石の活性化エネルギー:59.6kJ/mol以上の結果より、ベントナイトに珪砂を混合させることや、周辺岩盤や緩衝材中の長石の存在などによる高pH溶液の変質影響を推定できる。

長期岩盤挙動評価のための微視的観点による基礎的研究(平成9年度)

市川 康明*

PNC TJ1603 98-001, 67 Pages, 1998/03

PNC-TJ1603-98-001.pdf:2.92MB

岩盤の1万年以上にも渡る長期の挙動を予測するためには、岩石・岩盤のミクロ構造まで考慮に入れた精度の高い解析が要求される。本研究では、花崗岩の長期挙動を解明するために、1)花崗岩とその造岩鉱物である石英と長石が集積した多結晶岩を使用した応力緩和実験、2)花崗岩の造岩鉱物の物性値を評価するための分子動力学計算、3)花崗岩のミクロ構造における非均質性を考慮した弾粘塑性均質化解析を実施した。岩石・岩盤の時間依存挙動として、一定の荷重下でひずみが増加していくクリープ現象と、一定の変位拘束条件の下で応力が緩和していく応力緩和現象があるが、ここでは、水浸条件下において応力緩和挙動に注目した室内実験を行った。実験には木曽駒ヶ岳産花崗岩(以下、木曽駒型花崗岩と呼ぶ)と、石英と長石が集積した多結晶岩であるベグマタイト(以下、石英・長石型ペグマタイトと呼ぶ)を用いた。この実験では供試体端面の変位を拘束した場合の時間経過に伴う応力変化を計測すると同時に、マイクロクラックの変化を観察した。つぎに、花崗岩の造岩鉱物である石英、雲母の物性値を把握するために、各鉱物の分子動力学(Molecular Dynamics:MD)計算を実施した。これらの鉱物ならびにその鉱物間の力学特性を実験的に求めるのは困難である。殊に、実験的に求められた雲母の物性値は実験条件を含めて再考の余地が多い。分子動力学計算は、鉱物を構成する分子の原子間相互作用ポテンシャルが正しく求まれば、異種間物質の相互作用を含めて、極めて正確に物質挙動を推定することができる計算化学の手法である。花崗岩は石英、長石、雲母からなる多結晶体であり、個々の鉱物とその粒界の時間依存力学挙動が判れば、均質化法(Homogenization Method:HA)を用いて構造物全体の挙動を解明することができる。そのために、均質化法による弾粘塑性解析の手法を開発し、その妥当性をチェックするために、深地層における地下岩盤構造物を想定して数値解析を実施した。

Uranium micro-isotopic analysis of weathered rock by a sensitive high resolution ion microprobe (SHRIMPII)

佐藤 努; 柳瀬 信之; I.S.Williams*; W.Compston*; M.Zaw*; T.E.Payne*; P.L.Airey*

Radiochimica Acta, 82, p.335 - 340, 1998/00

https://doi.org/10.1524/ract.1998.82.special-issue.335

クンガラウラン鉱床の風化岩石中でのウラン系列核種の年代測定と再分配機構を調べるために、高分解能イオンプローブ(SHRIMPII)によるウラン同位体その場分析を行った。分析した風化岩石は、地下水によって流出したウランを多く保持している二次鉱床中心部の試料で、主に鉄鉱物、カオリナイト、石英からなる。分析は、それぞれの鉱物中の直径30ミクロンのスポット数か所において行われた。その結果、鉄鉱物中のU/U放射能比は、5段階抽出法(SE)で求めたものとほぼ一致するが、それと近接するカオリナイト・石英中の比は、SEよりも高い値を示した。これは、反跳によるThの鉄鉱物から隣接するカオリナイト・石英への移動によるものと結論づけた。SEから得たデータは間接的な証拠であるのに対して、SHRIMPによる測定は直接的なその場のデータであるので、本研究により初めて反跳の直接的な証拠が示されたことになる。

化学励起ヨウ素レーザの現状

北谷 文人

PNC TN8420 94-003, 21 Pages, 1994/03

PNC-TN8420-94-003.pdf:0.52MB

化学励起ヨウ素レーザは、1978年に、初めて発振した比較的歴史の新しいレーザである。このレーザの特徴は、純粋な化学反応のみでレーザ出力が得られるために、高効率(高出力なシステムが構築できることおよび、発振波長が、石英ファイバの最低損失波長に近い1.315ミューmであるため、既存の石英ファイバで容易にパワー伝送が可能であることである。このレーザは海外では、主に軍事用のレーザとして開発されているために、工業用レーザとしての研究は、少ない。しかし、現在用いられている工業用レーザと比較して能力的には、遜色ないと考えられる。現在広く用いられているCO/SUB2レーザと比較すれば波長が短い分だけ物質での吸収が大きいために加工などに用いる際には、効率がよく、また、ファイバ伝送が可能であるために原子力での利用のように遠隔操作での利用が主になる分野では、利用価値が大きいと考えられる。しかし、開発の歴史が浅いレーザであるために、実用を考える上では、まだまだ、改善しなければならない要素があり、それらを研究開発するために出力100W級の試作機を試作する。

Defects in electron irradiated vitreous SiO probed by positron annihilation

上殿 明良*; 河野 孝央*; 谷川 庄一郎*; 伊藤 久義

Journal of Physics; Condensed Matter, 6, p.8669 - 8677, 1994/00

https://doi.org/10.1088/0953-8984/6/41/028

3MeV電子線を照射した石英ガラス中の欠陥を陽電子消滅法を用いて調べた。未照射試料では、マイクロボイドや細孔の様なオープンスペース型欠陥に捕獲された陽電子は主にポジトロニウムを形成後消滅することが解った。また陽電子がポジトロニウムを形成する確率は、電子線照射により低下することが見い出された。このポジトロニウム形成確率の減少は、照射により導入あるいは励起された点欠陥により陽電子が捕捉されることに起因すると考えられる。さらに、ポジトロニウム形成に関連し、形成確率の減少とガラス中の水酸基濃度間には強い相関があることが示された。また、陽電子寿命計測から、電子線照射によりガラス中のオープンスペース型欠陥の有効サイズが減少することが解った。

機器中性子放射化分析用石英管のから試験値に関する考察

米澤 仲四郎; 星 三千男

分析化学, 39, p.25 - 31, 1990/00

https://doi.org/10.2116/bunsekikagaku.39.25

機器中性子放射化分析(INAA)で、長時間照射の試料容器材として使用する、石英管の空試験値に関する検討を行なった。石英管中の不純物の分布を測定し、洗浄及びエッチング法の検討を行うとともに、種々の銘柄の石英管中の不純物の定量により、INAA用として最適の石英管を調べた。照射キャプセル材及び包装材のAl中の不純物Uからの核分裂生成物の汚染、及びガラス細工による加工の際のガスバーナーからの汚染について調べ、その防止策を検討した。確立した方法によるNBS生体標準試料、ボバインリバー及びオーチャードリーブス各々0.1gの分析における各種元素の空試験値は、試料中の存在量に比べ、Crを除き1%以下であった。Crは石英管中の含量のばらつきが他の元素に比べ大きく、ボバインリバー0.1gの分析における空試験値の最大値は1.8%であった。

串木野地区に分布する石英・方解石脈中の金・銀及び希土類元素

佐々木 祐二; 平尾 良光*; 森下 祐一*; 斎藤 裕子*; 木村 幹*

地球化学, 23, p.97 - 103, 1989/00

http://ci.nii.ac.jp/naid/110008679834

串木野鉱山(鹿児島県)の熱水溶液の移行挙動を明らかにするため、8つのボーリングから得られた石英-方解石試料中の金、銀、希土類元素を中性子放射化分析法で定量した。鉱山に近い串木野地区の金含量は熱源に近い冠岳地区のものより高い。また金-銀比も串木野地区で6~9、冠岳地区では100と相違がみられた。希土類元素存在度パターンはほとんどの試料で原子番号増加とともに減少することに加え、Euの正の異常性を示した。これらの結果は熱水溶液が熱源の冠岳から鉱床のある串木野地区に移行する間徐々に金に富んでいったことなどを暗示するものである。

光ファィバの長時間照射試験,(II); 照射温度の影響

平尾 敏雄; 森田 洋右; 川上 和市郎

EIM-87-12, p.99 - 109, 1986/00

光ファイバが放射線環境下で使用される場合、放射線と熱との複合劣化環境下で用いられるのが通常である。しかしながら、光ファイバの照射損失増加における温度の影響を「in situ」で長時間にわたり研究した例はきわめて少ない。本報告では、低OH及び高OH純石英コア光ファイバ、シングルモードファイバを用い、線量率410R/h、照射温度-20C,25C,65C,100C一定として、500~1000時間の照射を行いながら光ファイバの伝達損失増加量を測定した。この結果照射による損失増加はいずれの照射温度においても短波長(600~900nm)側及び長波長(1300~1600)nm側で顕著に認められ、そして25C以上の照射では、特に長波長側の損失が増大するが、-20Cの低温照射では短波長側に大きな損失増加が認められるなど、光ファイバの照射効果に及ぼす温度の影響を明らかにした。