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論文

坑道掘削後の岩盤や支保工の長期挙動計測手法の検討; 幌延深地層研究センターにおける事例

青柳 和平; 櫻井 彰孝; 宮良 信勝; 杉田 裕; 棚井 憲治

資源・素材講演集(インターネット), 6(2), 7 Pages, 2019/09

高レベル放射性廃棄物の地層処分場に代表される大規模な地下空洞の掘削後の維持管理段階では、支保工の変状等に適切に対応できるようにするため、岩盤や支保工の変形を長期的にモニタリングする技術の確立が重要である。本研究では、北海道幌延町に位置する幌延深地層研究センターの立坑および水平坑道に設置した、光ファイバー式および従来型の電気式の計測機器のデータ取得可能期間(耐久性)を統計的に分析した。また、計測結果を基に坑道周辺の岩盤変位や支保工に作用する応力の経時変化を分析した。耐久性に関しては、従来型の電気式コンクリート応力計および鋼製支保工応力計は、設置後約10年経過した時点で8割以上の計測器でデータ取得が可能であった。一方、岩盤中に設置した従来型の電気式変位計は、設置後約6年経過した時点で約6割の計測器で絶縁抵抗不良により計測が困難となった。これに対して、光ファイバー式変位計は、立坑掘削直後に最大で4mm程度の圧縮変位が生じた後、5年間で約1mmの圧縮変位が生じ、5$$sim$$10年経過後は、変位増大は収束する傾向が確認され、掘削後約10年間にわたってノイズが少なく安定した計測値が得られることを確認した。

論文

Battery-free, skin-interfaced microfluidic/electronic systems for simultaneous electrochemical, colorimetric, and volumetric analysis of sweat

Bandodkar, A. J.*; Gutruf, P.*; Choi, J.*; Lee, K.-H.*; 関根 由莉奈; Reeder, J. T.*; Jeang, W. J.*; Aranyosi, A. J.*; Lee, S. P.*; Model, J. B.*; et al.

Science Advances (Internet), 5(1), p.eaav3294_1 - eaav3294_15, 2019/01

 被引用回数:56 パーセンタイル:0.14(Multidisciplinary Sciences)

非侵襲でバイオマーカーを検出し得るウェアラブルデバイスが注目されている。しかしながら現在までに存在するウェアラブルデバイスはその電力源や検出部分などの小型化が困難であったことから重さや大きさの点でポータビリティに欠けていた。本研究では、バッテリーフリーでかつ電気的、呈色式を用いて重要バイオマーカーである塩化物, 乳酸, グルコース, pHを検出できるスウェットデバイスを開発した。

論文

放射線分布の3次元イメージング技術

佐藤 優樹; 鳥居 建男

Isotope News, (757), p.44 - 47, 2018/06

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所(以下、福島第一原発という)の円滑な廃炉作業に向けて、日本原子力研究開発機構廃炉国際共同研究センターでは、放射線イメージングセンサーとして大きな遮蔽体の要らない小型コンプトンカメラを用い、放射性物質の立体的な分布を示そうと、福島第一原発の作業環境において放射線物質の3次元可視化技術の研究開発に取り組んでいる。本研究開発では、レーザー光を利用した測域センサー(LiDAR)で取得した建屋構造物の3次元モデルにコンプトンカメラで取得される汚染分布の情報を重ね合わせることにより、実空間における汚染分布の拡がりをより詳細に可視化する手法を検討している。本稿では、これらの技術と取り組みについて紹介する。

論文

High proton radiation tolerance of InAsSb quantum-well-based micro-Hall sensors

Abderrahmane, A.*; Ko, P. J.*; 岡田 浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 柴崎 一郎*; Sandhu, A.*

IEEE Electron Device Letters, 35(12), p.1305 - 1307, 2014/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

AlInSb/InAsSb/AlInSbヘテロ構造量子井戸マイクロホールセンサーは、高移動度,低有効質量,高電子飽和速度といった優れた特徴をもつことから、宇宙環境への応用が期待されている。しかし、その宇宙放射線に対する耐性については明らかにされていない。そこで、AlInSb/InAsSb/AlInSbヘテロ構造量子井戸マイクロホールセンサーの耐放射線性を明らかにするために、高崎量子応用研究所TIARAのイオン注入器を用いて、380keV陽子線を10$$^{11}sim$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$照射し、センサーの特性変化を調べた。照射により生成する深い準位の欠陥によって移動度は低下し、10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$以上の照射によって磁気感度の低下が生じたが、10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$照射後もマイクロホールセンサーとして機能しうることが分かった。これは低軌道(LEO)で換算すると約1000年に相当する照射量であり、耐放射線性は十分に高いことが示された。

論文

Zirconia membrane ECP electrode for water chemistry experiments in the JMTR

塙 悟史; 端 邦樹; 柴田 晃; 知見 康弘; 笠原 茂樹; 筒井 伸行*; 岩瀬 彰宏*; 西山 裕孝

Proceedings of 2014 Nuclear Plant Chemistry Conference (NPC 2014) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/10

腐食電位(ECP)センサーは照射下における材料の腐食環境を測定できる唯一の計測器である。高い耐久性を有するECPセンサーをJMTRで実施する水化学実験で使用するために、ジルコニア隔膜型ECPセンサーを開発した。ジルコニア及び金属筐体の材料選定とそれらの最適な組み合わせを検討し、ジルコニアにはイットリア安定化ジルコニアを、金属筐体には42合金を採用した。また、ジルコニア/金属の接合部への欠陥の発生を防止するために金属筐体の構造最適化を図った。ECPセンサーの性能はオートクレーブで評価し、理論的に求まる電位に準ずる電極電位を示すとともに電極電位は水質環境の変化に対しても安定であることを確認した。また、ECPセンサーへの照射影響としてジルコニアへの照射誘起伝導の影響を評価し、ジルコニアに照射誘起伝導は生じるもののECPセンサー機能には影響を及ぼさないことを示した。

論文

New instrumentation using a heat resistant FBG sensor installed by laser cladding

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07

2007年より、原子力機構ではレーザー・光技術を用いた構造健全性の監視技術開発を実施してきた。超短パルスレーザー加工によるFBGセンサが最有力手段である。耐熱性を最も有効に活かすためにレーザー肉盛り加工により埋め込みを行った。ステンレス鋼材に溝加工を施した。熱源にはQCWレーザーを使用し、フィラーワイヤを溶接した。溶接ビードは良好なものとなった。FBGセンサはしっかりと固定されたが、反射スペクトルに劣化は認められなかった。FBGセンサは衝撃や音響振動を効果的に検出することができた。加熱により6nmの反射ピークのシフトが得られ、これは600度の温度上昇に相当する。FBGセンサを固定するための小型レーザー肉盛り装置についても紹介を行った。

論文

過電圧短絡回路付プラズマ不安定性対応型積分器の開発

川俣 陽一; 米川 出; 栗原 研一

平成16年度大阪大学総合技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2005/03

トカマク型装核融合置特有の現象としてプラズマ不安定性発生時、磁場の急激な変動で磁場センサーにパルス的高電圧が誘起され積分計測結果に「飛び」として誤差が発生する。この高電圧への対策として、想定される最高電圧を増幅器の測定レンジ内に留める充分な電圧減衰回路(アッテネータ)を前段に入れた入力チャンネルを、通常レンジのチャンネルとともに並列に常時信号入力を行う多入力電圧レンジ一体型方式の積分器を開発した。低電圧側レンジのチャンネルには、過電圧を短絡する回路を設けることで高電圧発生時にはダイナミックに回路構成が変化し、低電圧レンジから高電圧レンジまで連続で積分可能なように設計した。この積分器をJT-60のプラズマ実験放電で使用したところ、開始当初は設計通り過電圧による「飛び」を解消していたが、プラズマ不安定性による高電圧入力の繰り返しで「飛び」の解消が不安定となった。この原因は、過電圧短絡回路に使用している半導体素子が、高電圧時の過電流の繰り返しにより特性が変化したことによるものと推定した。試験結果の解析や検討をもとに、次のステップとして、高電圧信号を繰り返し入力しても動作特性の変化が無い過電圧短絡回路の開発を対策方針とした。ここでは、開発中の大容量過電圧短絡回路付きの積分器開発について報告する。

論文

In-core ECP sensor designed for the IASCC experiments at JMTR

塚田 隆; 三輪 幸夫; 宇賀地 弘和; 松井 義典; 板橋 行夫; 永田 暢秋*; 堂崎 浩二*

Proceedings of International Conference on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems (CD-ROM), 5 Pages, 2004/10

材料試験炉(JMTR)において照射誘起応力腐食割れ(IASCC)の発生及び進展試験を予備照射した試験片を用いて実施する計画がある。炉内においては、水の放射線分解により環境中に各種のラジカルや過酸化水素などが含まれるため、炉内環境の評価には腐食電位(ECP)が指標として用いられる。JMTR炉内に装荷する照射キャプセル内で使用するためのFe/Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$型のECPセンサーを開発した。センサーの耐久性を調べるため、高温高圧純水中における熱サイクル試験などを実施した。本研究で開発した炉内測定用ECPセンサーには、高温水中での耐久性を向上させるため、セラミックス隔膜と金属ハウジングの接合部を無電解ニッケルメッキにより保護したが、その有効性が示された。

論文

熱化学水素製造プロセスにおけるHI$$_{x}$$循環試験技術に関する研究; HI$$_{x}$$循環系高温耐食性圧力センサの開発

石山 新太郎

日本機械学会論文集,A, 69(686), p.102 - 107, 2003/10

ダイヤフラム部をタンタル/SUS316でアーク溶接した高感度隔膜式圧力発信器を試作し、HI循環系を模擬したHI循環試験装置で20,000時間使用した後、高サイクル疲労試験を行った結果、下記結論を得た。(1)アーク溶接によりTa/SUS316製ダイヤフラム接合体を試作し、ダイヤフラム振動節部に下記組成の接合合金組織を生成した。Ta:Ni:Cr:Fe:Mo=83:2:2:11:2(wt%)。この組成の合金は、機械的特性ならびに耐腐食性の極めてすぐれた合金組成であることが明らかとなった。(2)上記組成のダイヤフラムを用いた隔膜式圧力センサーは、500万回以上の圧力繰り返しに耐える長寿命型センサーであり、その際の計測最大誤差は0.44%F.S./$$^{circ}C$$以下の極めて高精度のものである。(3)HI$$_{x}$$高温溶液による長時間循環試験に20,000時間使用した後の同圧力センサーの寿命ならびに計測精度に劣化傾向は認められなかった。以上の結果から、本研究で試作したTa/SUS316製圧力センサーは500万回の繰り返しに耐える長寿命型・高耐食性センサーとして実用に耐えるものであることが結論された。

論文

長寿命・高精度の高温耐食隔膜式発信器の開発

石山 新太郎

まてりあ, 42(1), p.58 - 60, 2003/01

ダイヤフラム部をタンタル/SUS316でアーク溶接した高感度隔膜式圧力発信器は、HI腐食環境下で20,000時間使用した後、高サイクル疲労試験を行った結果、下記結論を得た。(1)本製品は、アーク溶接の際Ta/SUS316製ダイヤフラム振動節部に生成するTa-Fe組成の接合合金組織により、その機械的特性ならびに耐腐食性が極めてすぐれており、このダイヤフラムを用いた隔膜式圧力センサーは、1,000万回以上の圧力繰り返しに耐え、かつその際の計測最大誤差を0.2%F.S./$$^{circ}C$$以下の極めて長寿命・高精度にすることも可能である。(2)HIx高温溶液による長時間循環試験に20,000時間使用した後の同圧力センサーの寿命ならびに計測精度に劣化傾向は認められなかった。以上の結果から、Ta/SUS316製圧力センサーは1,000万回の繰り返しに耐える超寿命型・高耐食性・高精度センサーとして実用に耐えるものであり、一般産業用から極めて過酷な腐食環境において広範な分野での利用が可能である。

論文

Vapor response properties of conducting composites prepared from crystalline oligomer-grafted carbon black

Chen, J.*; 坪川 紀夫*; 前川 康成; 吉田 勝

Carbon, 40(9), p.1597 - 1617, 2002/08

 被引用回数:20 パーセンタイル:24.48

エチレンとエチレンオキサイドの結晶性ブロック共重合体を放射線架橋したカーボンブラック複合体のセンサー性能を溶媒蒸気に対する応答特性から評価した。ガスセンサーの電気抵抗値は、非極性溶媒であるシキロヘキサン蒸気に応答し、10,000倍まで上昇した。しかしながら、センサー応答性は、ブロック共重合体の分子量(575~1750)の違いによって著しく異なることがわかった。この応答性の違いを電子顕微鏡による物理的構造の変化から観察したところ、溶媒の吸着による複合体中の迷細孔構造の違いに起因していることが明らかとなった。また、この複合体は、繰り返し処理に対し可逆的な応答性を示した。

報告書

Development of magnetic j$$times$$B sensor

河西 敏; 中山 尚英*; 石塚 悦男

JAERI-Tech 2001-082, 23 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-082.pdf:2.54MB

改良型j$$times$$B磁場計測センサーを設計,製作した。その基本構造は、以前開発したセンサーと同じであるが、使用したロードセル(ロードセルとセンサービームから構成)とセンシングコイルの材質には、中性子照射に耐えるものを採用した。センサー出力の温度によるドリフトを少なくするため、電気的特性,幾何学的大きさが同じ歪ゲージ2枚を一組として、センサービームの表と裏にアルミナ溶射により張り付けてロードセルを製作した。この4枚の歪ゲージがホイートストンブリッジを構成するように接続して温度による出力のドリフト低減をはかった。特性試験の結果、以下のことがわかった。j$$times$$B磁場計測センサーに使用するロードセル出力の零ドリフトを以前開発したものに比べ、約1/20に減らすことができた。ロードセル出力の温度依存性は小さいが、荷重に対するロードセル出力及びセンサー感度は非直線性を示した。j$$times$$B磁場計測センサー感度の最小2乗フィッティングラインからのずれは、高磁場側で7%以下であった。センサーの中性子照射試験からは,中性子照射量が1.8$$sim$$2.8$$times$$10$$^{23}$$n/m$$^{2}$$のとき、感度は高磁場側では約30%減少することがわかった。照射中も感度に非直線性が観測された。

論文

Temperature-switchable vapor sensor materials based on ${it N}$-isopropylacrylamide and calcium chloride

Chen, J.; 吉田 勝; 前川 康成; 坪川 紀夫*

Polymer, 42(23), p.9361 - 9365, 2001/11

 被引用回数:29 パーセンタイル:26.32

塩化カルシウムを含むアルコール溶液中でN-イソプロピルアクリルアミドを放射線重合して得られた高分子素材を温度応答性蒸気センサーに応用した。センサー素材の電気伝導度は、温度変化に追従して、水とエタノール蒸気中で顕著に変わることがわかった。すなわち、電気伝導度は昇温と共に、エタノール蒸気中で増加、逆に水蒸気中で減少する傾向を示した。二つの蒸気が電解質に対し正反対の応答を示すことから、有機溶媒中に含まれる微量の水を測定するための濃度計を試作し、性能を評価した。その結果、電気伝導度と水の濃度の間で良好な直線関係が得られた。

論文

Laser-induced implantation of organic molecules into sub-micrometer regions of poymer surfaces

後藤 真宏; Hobley, J.; 河西 俊一; 福村 裕史

Applied Physics A, 69(suppl.), p.S257 - S261, 1999/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:57.62(Materials Science, Multidisciplinary)

有機分子は、それ自身が非常に多用な機能を持ち合わせており、化学センサー、光学・電子回路等への応用が注目されつつある。ところがこれまでこれら分子を意図した通りに配列することは困難であり、それらデバイスの実現には至っていない。われわれは、中空ファイバーチップ中に有機分子を導入し、レーザー光により励起、射出することを利用した新しい分子注入装置を作製した。その結果、高分子固体中のサブミクロンの微小領域に位置選択的に分子を注入することができた。またそれらを複数回、等間隔で注入することもできた。これにより光制御デバイス実現の道が開けた。

論文

Instantaneous measurement system of the effective photon energy for a single shot X-ray pulse radiation

大図 章; 伊藤 和範*; 的場 徹; 河西 俊一; 有澤 孝

Review of Scientific Instruments, 70(9), p.3776 - 3777, 1999/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:78.33(Instruments & Instrumentation)

従来の技術では、連続的なエネルギー分布を有するX線パルスの平均光子エネルギーを1回の測定では求めることはできない。これを求めるには吸収体の厚みを変えてX線パルスを何回も計測して減衰曲線の傾きを求めなければならない。したがって繰り返してX線パルスの発生が容易でない場合、多くの時間、手間を必要とする。これを克服するために、MOSリニアセンサー、シンチレータ付ファイバープレート及び連続的な厚みを持つ吸収体等からなる計測システムを開発した。本システムでは、1回の計測で精度の良い減衰曲線が得られ、X線パルスの平均光子エネルギーを簡単に求めることができた。これにより、これまで必要だった多くの計測時間、作業とX線パルスの発生を大幅に省略することができた。

報告書

High $$gamma$$-rays irradiation tests of critical components for ITER (International Thermonulear Experimental Reactor) in-vessel remote handling system

小原 建治郎; 角舘 聡; 岡 潔; 田口 浩*; 伊藤 彰*; 小泉 興一; 柴沼 清; 八木 敏明; 森田 洋右; 金沢 孝夫; et al.

JAERI-Tech 99-003, 312 Pages, 1999/02

【本報告書は、諸般の事情により、全文ファイルの公開を取りやめています。】ITER(国際熱核融合実験炉)の工学R&Dにおいて、日本ホームチームが分担し、進めてきた遠隔保守装置用機器・部品の$$gamma$$線照射試験の結果と耐放射線性機器の現状について述べる。試験された機器・部品の総数は約70品目で、その仕様は市販品、市販品を改良・改質した機器、及び新規に開発した機器に分類され、高崎研究所の$$gamma$$線照射施設を使用して実施された。その結果、セラミック被覆電線によるACサーボモータ、耐放射線性ペリスコープ、CCDカメラが開発された他、高$$gamma$$線照射下で使用可能なITER用遠隔保守装置用機器・部品の開発が着実に進展した。

報告書

Development of steady state magnetic sensor

原 重充*; 長島 章; 中山 尚英*; 河西 敏

JAERI-Tech 98-057, 12 Pages, 1998/12

JAERI-Tech-98-057.pdf:0.84MB

核融合実験炉(ITER)の長時間放電や定常放電において、定常磁場を計測できる新しい原理に基づくセンサーを開発した。このセンサーは、0.1Hz以下の低周波磁場を検出するため磁場感知コイルとロードセルから構成されたメカニカルセンサーと通常の磁気プローブから構成されている。最も重要な開発要素であるメカニカルセンサーについてプロトタイプを製作し、性能試験を行い、以下の結果を得た。(1)ロードセルの試験で加えた力に比例する信号が得られた。(2)温度によりセンサーの出力信号がドリフトするが、再現性のあることがわかった。(3)センサーの出力信号は定常磁場に対して再現性のあることがわかった。(4)7.2$$times$$10$$^{6}$$Gyまでの$$gamma$$線照射後も、ロードセル出力の直線性に対する誤差は顕著に増大しない。

論文

Analysis of a nuclear pumped lasing mechanism for application to nuclear radiation measurements

山中 信広*; 中沢 正治*; 坂佐井 馨; 角田 恒巳; 山岸 秀志; 片桐 政樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 389, p.513 - 522, 1997/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:76.1

核励起レーザーはコヒーレント光の伝達により、自己発振型の放射線センサーとなり得る。とくに、可視域での発振が可能な$$^{3}$$He/Ne/Arガスの研究が進んでいる。そのため、著者らは、シミュレーション計算と原子炉実験を通じて$$^{3}$$He/Ne/Ar核励起レーザーの発振メカニズムの解析を行った。原子炉実験では、NeIの585.2nmのライン強度が中性子束密度10$$^{12}$$n/cm$$^{2}$$・sまでの範囲で、中性子束密度に比例し、その結果、このシステムは中性子測定に有用であることがわかった。また、シミュレーション計算では、$$^{3}$$He/Ne/Ar=2000/20/2Torrの場合に最適化され、発振しきい値が5$$times$$10$$^{14}$$n/m$$^{2}$$・sであることがわかった。

報告書

燃料棒内酸素センシング技術の開発; 酸素センサーの特性試験

齋藤 順市; 星屋 泰二; 桜井 文雄; 酒井 陽之

JAERI-Tech 96-015, 58 Pages, 1996/03

JAERI-Tech-96-015.pdf:1.66MB

材料試験炉部では、軽水炉等で照射された高燃焼度燃料について、その諸特性をJMTRで再照射しながら把握していくことを目的とした、新しい照射技術の開発を継続して行っている。本報告は、これらの照射技術開発の一環として進めている燃料棒内酸素センシング技術の開発のうち、固体電解質である安定化ジルコニアを用いた酸素センサーの特性試験についてまとめたものである。試験では、参照電極として、Ni/NiO、Cr/Cr$$_{2}$$O$$_{3}$$及びFe/FeOの粉末を用い、酸素センサーが示す起電力性能とその安定性、センサー寿命等について評価した。その結果、最も安定した起電力を長時間示したジルコニアセンサーの参照極は、Ni/NiO極であることを明らかにした。技術開発の最終目標は、出力急昇時の燃料棒内酸素ポテンシャルの変化を測定することである。

報告書

Irradiation tests of critical components for remote handling system in gamma radiation environment

小原 建治郎; 角舘 聡; 岡 潔; 古谷 一幸; 田口 浩*; 多田 栄介; 柴沼 清; 小泉 興一; 大川 慶直; 森田 洋右; et al.

JAERI-Tech 96-011, 111 Pages, 1996/03

JAERI-Tech-96-011.pdf:5.9MB

核融合実験炉の炉内遠隔保守システムは、高ガンマ線照射下(平均3$$times$$10$$^{6}$$R/h)で使用される。このため遠隔保守システムを構成する多くの機器、部屋には、従来の原子力機器、部屋の持つ耐久性を大きく超えた強度(10MGy照射、100MGyを目標)が要求され、新たな耐放射線性機器、部屋の開発が求められている。本試験では、高崎研のガンマ線照射施設を利用し、平均1$$times$$10$$^{6}$$R/hの線量率下で10MGy照射の照射試験を実施した。その結果、新規に開発したモータやペリスコープ、高温下(250$$^{circ}$$C)で照射した電気絶縁材料としてのポリイミドに10MGy照射の耐久性が確認された。

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