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報告書

燃料研究棟汚染事故における樹脂製の袋の破裂原因調査報告; 有機物の放射線分解によるガス発生と内圧上昇について

燃料研究棟汚染事故に関する原因究明チーム

JAEA-Review 2017-038, 83 Pages, 2018/03

JAEA-Review-2017-038.pdf:11.37MB

2017年6月に燃料研究棟で発生したプルトニウムによる汚染・内部被ばく事故では、核燃料物質を収納した貯蔵容器の蓋をフード内で開封した際に内部の樹脂製の袋(PVCバッグ)が破裂し、ウランとプルトニウムの一部が実験室内に飛散するとともに作業員の内部被ばくに至った。事故発生後に組織された原因究明チームは、貯蔵容器内部のPVCバッグ内圧が上昇して破裂に至った原因を明らかにするため、当該貯蔵容器内容物に関する情報を、帳票類及び聞き取りによる調査、内容物の観察・分析によって収集した。さらに、有機物の放射線分解によるガス発生やPVCバッグの放射線劣化と破裂現象に関する検証試験を行い、必要なデータを取得した。これらをもとにフォルトツリー解析を行い、各種要因を定量的に評価した結果、内圧上昇の主原因がエポキシ樹脂の$$alpha$$線分解によるガス発生であることを特定した。本調査報告で述べるガス発生量や内圧上昇推移の評価手法は、他施設での核燃料物質の貯蔵に際しても大いに参考となるものであり、活用されることを期待する。

報告書

セメント用減水剤等の有機物のアルカリ加水分解試験

福本 雅弘; 西川 義朗*

JNC-TN8400 2001-017, 355 Pages, 2001/03

JNC-TN8400-2001-017.pdf:6.27MB

TRU廃棄物処分研究における廃棄体中に含有される有機物の処分場の性能への影響評価の一環として、以下の7有機物について有機物の変質機構の中で重要と考えられるアルカリ加水分解の試験を行った。90$$^{circ}C$$、91dまでのアルカリ加水分解試験の結果、各有機物が低分子量化し、有機物由来の分解物や変成物と推定される成分を溶液中に検出することができた。処分という長期間を考えた場合、各有機物は、今回確認したような分解生成物になると考えられる。確認した分解生成物を以下の各有機物の後に付記した。そのため、これら分解生成物についての放射性核種移行に与える影響評価が今後重要となる。1.ナフタレンスルホン酸とリグニンスホン酸の混合系セメント用減水剤($$Rightarrow$$ナフタレンジスルホン酸など)2.ポリカルボン酸系セメント用減水剤($$Rightarrow$$末端メトキシポリエチレングリコールのオリゴマー)3.エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム二水塩(EDTA)($$Rightarrow$$EDTAから酢酸が脱離・環化した変成物)4.りん酸トリブチル(TBP)($$Rightarrow$$DBP、n-ブタノール)5.ポリ酢酸ビニル($$Rightarrow$$酢酸)6.ナイロン66($$Rightarrow$$アジピン酸、ヘキサメチレンジアミン)7.硬化したエポキシ樹脂($$Rightarrow$$グリセロールポリグリシジルエーテル、カルボン酸)

報告書

高耐放射線性アラミド繊維強化樹脂によるコンクリート補強材の開発,1; 室温で含浸できるエポキシ樹脂組成物(共同研究)

宇田川 昂; 森谷 俊夫*; 松原 澄行*; 本郷 善彦*; 瀬口 忠男

JAERI-Tech 99-022, 31 Pages, 1999/03

JAERI-Tech-99-022.pdf:1.68MB

コンクリート構造物に用いられる鉄筋の磁化あるいは誘導電流をさけるため、アラミド繊維強化プラスチック(ArFRP)の棒材を開発した。高分子母材としてはスチレンオキサイド(10%)、ジグリシジルエーテルオブビスフェノールA(60%)、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(30%)と芳香族ジアミンを硬化剤とする新たなエポキシ樹脂組成物が最良であることを見いだした。この樹脂組成物は室温でアラミド繊維の組み紐に容易に含浸する。ArFRPの棒材は高い耐放射線性を備え、引張り強度は100MGy(吸収エネルギー100MJ/kg)照射した後で98%(1.45GPa)保持しており、超電導磁石を利用する核融合炉を格納するコンクリート構造物の補強材として有効である。

論文

Piezoelectric paints as one approach to smart structural materials with health-monitoring capabilities

江草 茂則; 岩沢 直純*

Smart Mater. Struct., 7, p.438 - 445, 1998/00

 被引用回数:48 パーセンタイル:6.74(Instruments & Instrumentation)

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のセラミックス微粉末とエポキシ樹脂からなる圧電性塗料は、構造材料と一体化した振動センサ及び亀裂センサとしての将来性を有している。この圧電性塗料を従来の構造材料の表面に塗布することにより、その構造材料に異常振動や微小亀裂の発生・蓄積に対する自己診断機能(ヘルスモニタリング機能)を付与することができる。本レビュー論文では、振動・亀裂センサとしての減衰に及ぼす塗料の乾燥温度や乾燥塗膜の厚みの影響について報告する。さらに、構造材料と一体化した振動モーダル・センサとしての応用についても報告する。

論文

圧電性塗料の開発とその応用; スマート材料/構造体への1つのアプローチ

江草 茂則

Boundary, 12(8), p.7 - 11, 1996/08

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のセラミックス微粉末とエポキシ樹脂からなる圧電性塗料は、構造材料と一体化した振動センサ及び亀裂センサとしての将来性を有している。この圧電性塗料を従来の構造材料の表面に塗布することにより、その構造材料に異常振動や微小亀裂の発生・蓄積に対する自己診断機能(ヘルスモニタリング機能)を付与することができる。本紹介記事では、振動・亀裂センサとしての感度に及ぼす塗料の乾燥温度や乾燥塗膜の厚み等の影響について解説する。さらに、構造材料と一体化した振動モーダル・センサとしての応用についても解説する。

論文

Thickness dependence of the poling and current-voltage characteristics of paint films made up of lead zirconate titanate ceramic powder and epoxy resin

江草 茂則; 岩沢 直純*

Journal of Applied Physics, 78(10), p.6060 - 6070, 1995/11

 被引用回数:18 パーセンタイル:31.07(Physics, Applied)

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のセラミック微粉末とエポキシ樹脂から成る塗膜の分極挙動(圧電定数の分極電解依存性)の膜厚依存性を調べた結果、一定の分極電解下において得られる圧電定数は25~300$$mu$$mの範囲において膜厚の増加とともに増加することが見い出された。一方、この塗膜の電流-電圧特性の膜厚依存性を調べた結果、~150$$mu$$m以上の厚い膜厚領域ではオーム則電導が支配的であるが、~100$$mu$$m以下の薄い膜厚領域では空間電荷制限電導が支配的になることが見い出された。さらに、この空間電荷は、塗膜中のPZT相とエポキシ相の界面に蓄積されることが示された。この空間電荷の影響とPZT相に作用する分極電界の強度分布を考慮に入れてモデル化を行ったところ、塗膜の圧電定数の分極電界依存性と膜厚依存性とを同時に記述できる数式を導くことができた。

論文

電気絶縁鉄筋を利用したコンクリート構造物の設計研究,その12; モニタリング試験

野村 由紀夫*; 圷 陽一; 大川 慶直; 中越 章雄*; 鈴木 偉之

日本建築学会大会学術講演梗概集, 0, p.171 - 172, 1994/00

これまでの研究により、コンクリートの電気的特性に影響を与える主因子として水が考えられる。本研究では、コンクリート水分量のモニタリングにより、コンクリート構造体の劣化状況を把握できるのではないかと考え、電気絶縁鉄筋を電極として利用した建家構造体の電気的特性のモニタリング法を検討した。コンクリートモニタリング試験、鉄筋コンクリート長期モニタリング試験、実構造物モニタリング試験の3種類の試験を行った結果、気温・湿度の環境条件により、コンクリートの電気的特性が影響を受けていることが明らかになった。また、絶縁鉄筋を電極として利用した実構造物の電気的特性のモニタリングの可能性を見いだした。

論文

Evaluation of piezoelectric paints as vibration and acoustic emission sensors

江草 茂則; 岩沢 直純*

Proc. of the 2nd Int. Conf. on Intelligent Materials, 0, p.486 - 497, 1994/00

異常振動や微小亀裂の発生・蓄積に対する自己診断機能を有するスマート材料/構造体を創製するための一つのアプローチとして、筆者らが平成3年度から行なっている「圧電性薄膜の形成に関する研究」(特別基礎研究)の今迄に得られている研究成果をまとめて発表する。先ず、PZT/エポキシ系塗料を作成する方法、その乾燥塗膜に圧電性を付与する方法、及び、塗膜中に分散したPZT粒子の分極挙動を支配する諸因子について発表する。次に、この圧電性塗膜を、構造材料と一体化した振動モーダル・センサとして使用する方法について発表する。最後に、この圧電性塗膜を、構造材料と一体化した亀裂センサとして使用するとき問題となる超音波に対する感度について発表する。

論文

Poling characteristics of PZT/epoxy piezoelectric paints

江草 茂則; 岩沢 直純*

Ferroelectrics, 145, p.45 - 60, 1993/00

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のセラミックス微粉末を顔料とし、エポキシ樹脂をバインダとする塗料を作成した。この塗料をアルミニウム板の表面に塗布したのち、室温或いは150$$^{circ}$$Cで乾燥させることにより、厚さ25~175$$mu$$m、PZT体積含有量53%の薄膜を形成した。次に、この薄膜に最高450kV/cmまでの電界を空気中・室温で印加することにより、この薄膜に圧電性を付与した。この薄膜の分極挙動は、塗料の乾燥温度、薄膜の厚さ、及び、分散ペースト中のPZT/エポキシ組成に依存し、極めて複雑である。しかし、薄膜の電気伝導度を測定したところ、分極挙動と電気伝導度との間には良い相関が存在することが分かった。この事実は、PZT/エポキシ複合系薄膜の電気伝導度によって薄膜中に分散したPZT粒子に作用する電界の強さが決定され、さらに、その電界の強さによってPZT粒子の分極挙動が決定されることを示している。

論文

Piezoelectric paints: Preparation and application as built-in vibration sensors of structural materials

江草 茂則; 岩沢 直純*

J. Mater. Sci., 28, p.1667 - 1672, 1993/00

 被引用回数:56 パーセンタイル:8.91(Materials Science, Multidisciplinary)

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のセラミックス微粉末を顔料とし、エポキシ樹脂をバインダとする塗料を作成した。この塗料をアルミニウム板の表面に塗布したのち室温で硬化させることにより、厚み35~81$$mu$$m、PZT体積含有量25~53%の薄膜を形成した。次に、この薄膜を最高350kV/cmまでの電界下で分極処理することにより、この薄膜に圧電性を付与した。薄膜の圧電特性は、2チャンネルFFTアナライザを用いて、アルミニウム板の振動解析を行なうことにより評価した。その結果、薄膜の振動センサとしての感度或いは圧電定数は、膜厚及びPZT含有量の増加とともに増加することが見出された。また、この圧電性薄膜は、アルミニウム板の固有振動数のみならずモード・シェープをも決定できることが実証された。

論文

PZT/epoxy piezoelectric paints as vibration and acoustic emission sensors

江草 茂則; 岩沢 直純*

Proc. of the 7th Int. Conf. on Solid-state Sensors and Actuators, p.976 - 979, 1993/00

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のセラミックス微粉末を顔料とし、エポキシ樹脂ヲバインダとする塗料を作成した。この塗料をアルミニウム板の表面に塗布したのち、その乾燥塗膜に高電圧を印加することにより圧電性を付与した。この方法により形成される圧電性薄膜は、構造材料と一体化した振動センサとして、その構造材料の固有振動数のみならずモード・シェープをも決定することができる。加えて、この圧電性薄膜は、数10kHz~数MHzの超音波領域においても充分な感度を有する。この事実は、この圧電性薄膜は、構造材料と一体化した亀裂センサ或いはアコースティック・エミッション・センサとしても有望であることを示している。

報告書

大型超電導磁石模擬巻線の機械試験

樋上 久彰*; 杉本 誠; 中嶋 秀夫; 長谷川 満*; 保川 幸雄*; 吉田 清; 伊藤 郁夫*; 今野 雅行*

JAERI-M 92-127, 33 Pages, 1992/09

JAERI-M-92-127.pdf:1.29MB

核融合装置に用いられる超電導磁石は、強大な電磁力が発生するため、コイル巻線部を強固な構造にすることが重要である。幹線部の剛性を向上させるためには、巻線部を構成している導体と絶縁物間の接着強度を向上させる必要があり、さらに巻線部内の応力分布を検討する必要がある。今回、この目的のために、(1)導体と絶縁物間の接着強度向上試験、(2)直線状試験体による3点曲げ試験、(3)パンケーキコイル模擬巻線による剛性試験を実施した。その結果、接着強度はエポキシ樹脂を用いたサンドブラスト処理が最も高くなることがわかった。また、曲げ試験では、絶縁物によって曲げ剛性が低下し、圧縮剛性試験では、巻線の剛性に影響を与えないことがわかった。

論文

電気絶縁鉄筋を利用したコンクリート構造物の設計研究,その9; $$gamma$$線照射による電気絶縁劣化試験

圷 陽一; 大川 慶直; 鈴木 偉之; 篠田 吉央*; 中越 章雄*; 堀内 誠*

日本建築学会大会学術講演梗概集; 北陸, p.1043 - 1044, 1992/08

本研究は、核融合実験炉建家で考えられる鉄筋・鉄骨を流路とする電流による計測・制御機器の誤動作・機能障害及び鉄筋・鉄骨の電食等の電気的障害の防止のため、電気絶縁鉄筋によるコンクリート構造物の電気的絶縁化を目的とした一連の研究の一つである。核融合実験炉建家の設計段階で想定される$$gamma$$線照射環境に於いて電気絶縁鉄筋の絶縁性能を調べるため、D19のエポキシ樹脂塗装鉄筋試験体と30mmのかぶり厚さを持つ鉄筋コンクリート試験体に$$gamma$$線を照射し、照射前後でインピーダンスの計測を行った。エポキシ樹脂塗装鉄筋試験体は、約10MGyから絶縁劣化を生じたが、鉄筋コンクリート試験体は、約20MGyの照射量においても絶縁性に影響は、認められなかった。

論文

繊維強化プラスチックの放射線劣化に及ぼす繊維の影響

宇田川 昂

高分子論文集, 49(6), p.551 - 553, 1992/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.49(Polymer Science)

繊維強化プラスチックの放射線劣化に及ぼす繊維の影響を2MVの電子線を用いて調べた。耐放射線性は、母材にビスフェノールA系エポキシを用いた積層板の三点曲げ強度から評価した。カーボン繊維積層板はガラス繊維積層板より、かなり高い耐放射線性を示した。カーボン繊維とガラス繊維充填材の間にある違いを調べるため、母材としてポリエチレンを用いてモデル化した積層板の吸収線量とゲル分率の関係を調べた。ゲルの生成はカーボン繊維を充填した場合に著しく遅かった。この結果から、カーボン繊維には母材樹脂に対する放射線保護作用があり、これが炭素繊維強化プラスチックに高い耐放射線性を与える主な原因となっていることが分った。

論文

電気絶縁を目的としたエポキシ樹脂塗装鉄筋の大型電気構造物への適用

圷 陽一; 大川 慶直; 堀内 誠; 辻 恒平*

コンクリート工学論文集, 3(1), p.65 - 76, 1992/01

本研究は、核融合実験炉建屋の電気的障害の防止を目的として、エポキシ樹脂塗装鉄筋の適用を検討し、その電気的絶縁性に関して実験を行ったものである。実験は、アルカリ溶液及びコンクリート中でのインピーダンス測定試験および絶縁破壊試験を行った。また、予想される劣化環境の試験として、機械的・電気的複合劣化試験、熱的劣化試験および化学的劣化試験を行った。あわせてコンクリートの付着性能試験、機械的継手部の絶縁性能試験および継手性能試験も行った。本研究より、エポキシ樹脂塗装鉄筋は、鉄筋交差部を絶縁化した従来の絶縁方法に比べ、絶縁性能が大きく供用期間中に考えられる。各種劣化環境においても十分な絶縁性能が維持されることを確認した。

論文

電気絶縁を目的としたエポキシ樹脂塗装鉄筋の大型電気構造物への適用

圷 陽一; 大川 慶直; 堀内 誠*; 辻 恒平*

コンクリート工学年次論文報告集, 14(1), p.775 - 776, 1992/00

本論文は、同名表題で「コンクリート工学論文集」、Vol.3,No.1に採択された論文を第14回コンクリート工学年次講演会で発表するため、内容を要約縮小し、「コンクリート工学年次論文報告集Vol.14」に投稿したものである。本論文は、核融合実験炉建家の電気的障害の防止を目的とした電気絶縁鉄筋を検討し、その電気的絶縁性に関して実験を行なったものである。従来の絶縁方法に比べ絶縁性能が大きく、供用期間中においても十分な絶縁性能を維持することを明らかにした。また本絶縁方法は、高度情報化や計測制御システムの高度化に伴い、インテリジェントビル、磁気浮上式鉄道等のコンクリート構造物の電気絶縁対策にも適用できるものと考えられる。

論文

Application of epoxy-coated reinforcing bars to large electric structure for electric insulation

圷 陽一; 大川 慶直; 堀内 誠*; 辻 恒平*

Transactions of the Japan Concrete Institute,Vol. 14, p.217 - 230, 1992/00

本研究は、核融合実験炉建家で考えられる鉄筋・鉄骨を流路とする電流による計測・制御機器の誤動作・機能障害及び鉄筋・鉄骨の電食等の電気的障害の防止のため、電気絶縁鉄筋を検討し、その電気絶縁性に関して実験を行い、従来の絶縁方法に比べ絶縁性能が大きく、供用期間中においても十分な絶縁性能を維持することを明らかにしたものである。本論文は、すでに「コンクリート工学論文集VoL.3,No.1」に発表したものであるが、ITER(国際熱核融合実験炉)建家の電気絶縁化設計を行うにあたり、広く世界のコンクリート工学専門家の意見を伺うために、英文論文集として、世界の主要大学、研究所に送付される本論文集に投稿したものである。

論文

Radiation resistance of composite organic insulators at low temperatures

江草 茂則; 杉本 誠; 中嶋 秀夫; 吉田 清; 辻 博史

SMiRT 11 Transactions,Vol. L, p.301 - 306, 1991/08

核融合炉用超電導磁石中で使用される有機複合絶縁材料として有望なTGDDM/DDSのエポキシ母材の高分子複合材料に対して、その耐放射線性に及ぼす補強材の種類、試験片の厚み、放射線の種類、及び照射雰囲気等の影響について検討した。補強材の種類に関しては、ボロンを含むEガラス繊維でもボロンをほとんど含まないTガラス繊維でもその高分子複合材料の$$gamma$$線に対する耐放射線性はほとんど同じであることが分かった。この結果は、中性子照射を受ける核融合炉用超電導磁石では、Tガラス繊維の高分子複合材料を使用すべきであることを示している。実際の超電導磁石では、有機複合絶縁材料とステンレス鋼との界面における接着強度も重要な因子であるので、この界面強度の耐放射線性についても報告する。

論文

Radiation resistance of polymer composites at 77K; Effects of reinforcing fabric type, specimen thickness, radiation type and irradiation atmosphere

江草 茂則

Cryogenics, 31, p.7 - 15, 1991/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.6

マトリックス樹脂としてエポキシ及びポリイミドを用い、ガラス繊維補強材の種類や試験片の厚み等が異なる16種類の高分子複合材料を試作した。これらの複合材料を空気中又はアルゴン中で$$^{60}$$Co-$$gamma$$線又は2MeV電子線を照射したのち、77Kで3点曲げ試験を行なった。その結果、マトリックス樹脂が同一の場合には、高分子複合材料の放射線劣化挙動は補強材の種類や試験片の厚みにはほとんど依存しないことが分かった。この結果は、高分子複合材料の劣化挙動はマトリックス樹脂の破壊歪の照射による劣化によって事実上支配されるという、既に我々が提案している劣化機構と一致している。また、放射線の種類($$gamma$$線、電子線)や照射雰囲気の差(空気中、アルゴン中)は、高分子複合材料の劣化挙動に本質的な差は生じないことも明らかになった。

論文

Molecular motion of several epoxy resins and influence of electron irradiation

貴家 恒男; 宇田川 昂

Polymer, 32(3), p.402 - 408, 1991/00

 被引用回数:33 パーセンタイル:18.4

ジアミノジフェニルメタン(DDM)で硬化したビィスフェノールA系(DGDBA/DDM)、ビィスフェノールF系(DGEBF/DDM)、テトラグリシジル系(TGDDM/DDM)エポキシ樹脂ならびにジアミノジフェニルスルホン(DDS)で硬化したTGDDM/DDSをマトリックスとした炭素繊維強化材料(CFRP)の分子運動性に及ぼす電子線照射効果を検討した。すべてのエポキシ樹脂に、50~100$$^{circ}$$Cの温度範囲で力学損失ピーク($$gamma$$分散)か認められた。ガラス転移温度以上の熱処理の結果から、この分散は架橋点により運動を制限された分子鎖の運動に帰属され、硬化時に内部歪みが生じていることが分かった。また、四官能性のTGDDM/DDM・DDS樹脂の内部歪みは二官能性$$alpha$$DGEBA/DDM、DGEBF/DDMにくらべて大きいことが明らかとなった。照射による損傷は主鎖切断が主であり、放射線に対する安定性の序列としてTGDDM$$>$$DGEBF$$>$$DGEBAが得られた。

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