Measurement of uranium and fission products in a spent fuel sample using fiber-optic laser-induced breakdown spectroscopy

Batsaikhan, M.; 大場 弘則*; 狩野 貴宏; 赤岡 克昭; 若井田 育夫*; 岩田 圭弘; 坂本 寛*

Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 41(4), p.1324 - 1335, 2026/04

https://doi.org/10.1039/D5JA00451A

This study presents the development and application of a fiber optic laser-induced breakdown spectroscopy system designed for remote, in situ analysis of nuclear fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The system was deployed for the first time in a hot cell under high radiation to analyse an actual Boiling Water Reactors spent fuel sample as an exemplar of FDNPS fuel debris. The system successfully identified the main fuel components along with several long lived fission products and related markers such as Sr, Cs, Mo, Ba, and Rb. The emission intensity of the Ba, Rb, and Cs near the periphery region was slightly higher than at the center of the fuel. This indicates a higher concentration of these elements in that area.

Numerical analysis of A and A value ratios for off-site transportation of small-amount of fuel debris retrieved from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

坂本 雅洋; 奥村 啓介; 神野 郁夫; 松村 太伊知; Riyana, E. S.; 寺島 顕一; 金子 純一*; 溝上 暢人*; 溝上 伸也*

Radioisotopes, 75(S-01), p.S-001_1 - S-001_5, 2026/04

https://doi.org/10.3769/radioisotopes.S-001

In the Unit 2 of TEPCO's Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F), trial retrievals of fuel debris with small-amount is underway. The retrieved fuel debris will be transported out of 1F site to Institutes in Ibaraki prefecture for analysis. The analyzed results will be utilized as feedback for the improvement of the processes (retrieval, transportation and storage) in the fuel debris management, and also for the development of technologies necessary in the future. The weight of fuel debris in the first trial retrieval was about 0.7 g. After several retrieval trials planned, the scale of retrieval will be expanded step by step in the future. In the retrieval, a rational transportation container should be considered beforehand, following the laws and regulations associated with the off-site transportation. The transportation container should be chosen based on radioactivity limit A or A value ratios: hazardous dose exposure will be prevented in case of container failure with the A value (considering the external exposure) and the A value (considering both the external and internal exposures). We estimated the radioactivity of the retrieved fuel debris using the results of the detailed nuclide inventory calculation. With a numerical analysis of the A and A value ratios, we confirmed the applicability of the Type A transport container for the retrieved small-amount fuel debris.

令和6年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング及び無人航空機による放射線モニタリングに係る技術開発(受託研究)

普天間 章; 越智 康太郎; 佐々木 美雪; 中間 茂雄; 川崎 義晴*; 岩井 毅行*; 平賀 祥吾*; 萩野谷 仁*; 松永 祐樹*; 眞田 幸尚; et al.

JAEA-Technology 2025-015, 171 Pages, 2026/03

JAEA-Technology-2025-015.pdf:11.43MB

2011年(平成23年)3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震に伴う津波により、東京電力福島第一原子力発電所事故が発生し、大量の放射性物質が周辺環境に飛散した。事故直後から、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手段として、有人ヘリコプター等による航空機モニタリングが活用されてきた。日本原子力研究開発機構は原子力規制庁からの受託事業として、緊急時モニタリングの迅速化に向け、発電所周辺のバックグラウンド線量率や地形、管制空域等の情報整備を進めている。令和6年度は、島根原子力発電所周辺で航空機モニタリングを実施し、線量率マップ等を作成し、地上測定値や他機関データと比較して妥当性を確認した。原子力総合防災訓練では、有人ヘリコプターに加え無人航空機を用いた訓練フライトを実施し、搭載方法やリアルタイム通信、迅速なマッピングの有効性を確認した。さらに、無人機データ収集システムの整備を進め、リアルタイム解析やマルチプラットフォームでの運用を検証し、改良課題を抽出した。マルチコプターの操作講習も実施し、運用技術の向上を図った。加えて、米国、フランス、韓国、カナダと合同環境放射線モニタリングを行い、各国の測定技術や運用体制に関する知見を得るとともに、国際的な情報共有の重要性を確認した。本報告書は、これら令和6年度の受託研究で得られた成果と技術的課題を取りまとめ、今後の緊急時モニタリング技術の高度化に資する知見を提供するものである。

原子炉炉内構造部材ステンレス鋼で生じる表層部クラック抑制のための結晶粒微細化に関する研究(学位論文)

広田 憲亮

JAEA-Review 2025-054, 132 Pages, 2026/03

JAEA-Review-2025-054.pdf:14.65MB

近年、カーボンニュートラル実現のため、各国で原子力発電所の運転延長や新設が議論されている。日本では、2011年3月11日の東京電力福島第一原子力発電所事故後、新規制基準を満たした軽水炉のみが再稼働を果たしているが、想定以上に審査に時間を要している。特に再稼働した軽水炉の多くは加圧水型軽水炉(PWR)であり、福島第一原子力発電所の炉型である沸騰水型軽水炉(BWR)の再稼働は遅れている。ところで、原子力発電所での応力腐食割れ(SCC)は、これら原子力発電所の安全性を脅かす問題であり、材料や環境条件によってその影響が異なる。特に、SUS304やSUS316等のステンレス鋼は酸化皮膜や残留応力の存在により、クラックが発生しやすい。これまでの対策として、材料組成の改良や圧縮残留応力を付与するレーザピーニング等が試みられてきたが、高温環境下で長期間圧縮残留応力を保持していられるか否かはいまだ不透明である。そこで、本研究では、SCC抑制の新たなアプローチとして、結晶粒微細化加工技術に注目し、ステンレス鋼の結晶粒微細化を可能とする創製プロセスを確立した。次に、この創製されたステンレス鋼を用いて、原子炉運転環境下でのSCCによるクラック発生に及ぼす結晶粒微細化の影響を系統的に分析し、SCC発生抑制効果について、そのメカニズムを調査した。さらに、実用的な観点で、表層部のみに結晶粒微細化プロセスを適用する方法を提案し、そのSCC抑制効果を評価した。これらの結果は、原子力発電所の長期運転時のSCC抑制に大きく貢献するとともに、シュラウド構造部材の長寿命化に重要な役割を果たす技術であると期待される。

令和4年度福島県近沿岸海域等における放射性物質等の状況調査

御園生 敏治; 尻引 武彦*; 卜部 嘉*; 眞田 幸尚

JAEA-Research 2025-014, 88 Pages, 2026/03

JAEA-Research-2025-014.pdf:7.52MB

東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所(1F)の事故が発生し、多量の放射性物質が1F 周辺に沈着した。日本原子力研究開発機構では、事故後、放射性物質の動態研究を継続して実施している。本報告書は、令和4 年度における、近沿岸海域等における放射性物質の状況調査を実施した成果をまとめたものである。具体的には、福島沿岸域58 地点において柱状試料を採取し、海底土への放射性セシウムの蓄積状況を示した。また、河川前面における海底土表層の放射性セシウム濃度の水平分布を計測した。放射性物質の水産物への影響の基礎情報として、魚類の分布状況を調査した。得られた結果より1F 前面海域における海底土に含まれる放射性物質の分布と動態について推定を行った。

Effects of non-decontamination human activities on the reduction of ambient dose equivalent rates in residential areas near the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

Kim, M.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; Malins, A.*; 阿部 智久; 中間 茂雄; 町田 昌彦; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 294, p.107931_1 - 107931_8, 2026/03

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2026.107931

福島第一原子力発電所近傍の居住地域で、除染以外の人間活動(交通など)が空間線量率に与える影響を、現地調査とシミュレーションにより定量評価した。現地調査では、Cs沈着量と交通量を収集したところ、交通量が多い地域ほどCs沈着量の減少が顕著であることが確認され、車両の移動などがセシウムのウェザリングを促進する可能性が示唆された。3D-ADRESによるモンテカルロシミュレーションでも、人間活動が舗装面の空間線量率低下を加速し、最大約50%の減少が見られた。これにより、除染以外の人為的活動が空間線量率低下に大きく寄与することが明らかになった。

Effectiveness of an estimation strategy for radiation source distribution using generalized Tikhonov regularization

山田 進; 町田 昌彦

Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 14 Pages, 2026/03

It is essential to detect the distribution of the radiation source for safely proceeding with the decommissioning of reactor buildings. It has been reported that the source distribution can be estimated using a model constructed with uniform cells based on measured air dose rates by minimizing an evaluation function with LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator) regression. Moreover, when the cells are non-uniform, the distribution can be estimated using fused LASSO, which minimizes the evaluation function that incorporates the connectivity between adjacent cells. However, since LASSO regression tends to shrink parameters with less influence toward zero, the estimated source distribution may become discrete, even when the actual distribution extends across multiple cells. This issue may persist even using fused LASSO. Therefore, to address the issue, we focus on generalized Tikhonov regularization. This is a method to find the vector minimizing a function composed of the residual sum of squares plus an L2-regularization term. When we apply this regularization for estimating the source distribution based on measured air dose rates, we can control the connectivity between adjacent cells by varying the regularization term. In this paper, we evaluate the effectiveness of generalized Tikhonov regularization in estimating source distributions for models with widespread sources, and we demonstrate that this method can accurately estimate such distributions. As a result, we confirm that the source distribution can be estimated with high accuracy using generalized Tikhonov regularization with a second-order differential operator, which promotes a constant rate of change in concentration across multiple cells.

Development of a phoswich detector for alpha, beta, and gamma-ray emitting radionuclide identification for decommissioning

立石 大; 寺阪 祐太; 森下 祐樹; 佐藤 優樹

Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 10 Pages, 2026/03

https://s3.amazonaws.com/amz.xcdsystem.com/A464D2CF-E476-F46B-841E415B85C431CC_abstract_File929/PDFFinalPaper_26170_0226055620.pdf

To ensure the safe decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, we developed a spectrum analysis method for the phoswich detector that can identify alpha-, beta-, and gamma-ray-emitting radionuclides, even in the presence of high gamma-ray backgrounds. The detector uses ZnS(Ag) and plastic scintillators to distinguish radionuclides by energy spectrum analysis. Tests with Am, Sr, Co, Cs (), Cs () revealed distinct spectral shapes and slopes, facilitating successful radionuclide identification of Am, Sr, Cs (),and Cs (). However, we found no observable difference in the energy spectral shapes between Co and Cs gamma-ray emissions, which limited our spectral analysis method's ability to distinguish between these two radionuclides. This method improves upon previous smear-based techniques by detecting fixed contamination and differentiating between beta and gamma sources. The approach holds promise for applications in the characterization and treatment of radioactive waste.

Cesium sorption onto alkaline activated materials

萩原 大樹; 高久 敦*; 佐川 浩*; 菅野 太志*; 伊藤 あずさ; 安藤 太一*; 市原 正嗣*; 渡辺 勇輔; 小荒井 一真; 加藤 潤; et al.

Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 7 Pages, 2026/03

Alkaline activated materials (AAMs) are being considered for the immobilization of radioactive materials. The aim of this study was to investigate the possible cesium sorption mechanisms of a metakaolin-based AAM that had been stored at room temperature for an extended period. To evaluate the effectiveness of a radiocesium sorption strategy, cesium sorption experiments were conducted. Subsequently, the solid samples were analyzed using various characterization techniques. The results indicate that cesium was incorporated into micrometer-size fine particles within the AAM. Cs-Na ion exchange occurs within the zeolite framework, involving the Al-O-Si and Si-O-Si bands. Overall, cesium can be effectively sorbed into the AAM that has been stored for several days.

第10回「次世代イニシアティブ廃炉技術カンファレンス(NDEC-10)」報告集

宇佐美 博士; 伊藤 倫太郎; 眞田 幸尚

JAEA-Review 2025-050, 57 Pages, 2026/02

JAEA-Review-2025-050.pdf:17.19MB

東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所の廃止措置は、長期にわたるプロジェクトであり、このようなプロジェクトを遂行していくには、今後の廃止措置を担う若い技術者や研究者の育成が必要かつ喫緊の課題となっている。この課題に対し、福島廃炉安全工学研究所廃炉環境国際共同研究センターでは、廃炉研究に取り組んでいる学生のための「次世代イニシアティブ廃炉技術カンファレンス(Conference for R&D Initiative on Nuclear Decommissioning Technology by the Next Generation: NDEC)」を2016年から継続的に開催してきている。NDECは、人材育成と若手研究者ネットワーク形成を目的とした学生の研究成果発表の場であり、廃止措置に関係する若者が互いに成果を発表し、切磋琢磨することで研究活動に対するモチベーションを高めることを目的として実施している。第10回目となるNDEC-10を、2025年2月26日(水)-27日(木)の2日間にわたり、福井県敦賀市の文化交流センター「プラザ萬象」で開催した。本報告集は、これらの発表内容をまとめ、NDECの活動を広く周知するために公開するものである。