Neutronic characteristics of a partially damaged reactor model with varying numbers of damaged fuel assemblies

Nguyen, H. H.

Annals of Nuclear Energy, 230, p.112171_1 - 112171_13, 2026/06

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2026.112171

本研究では、炉心中心部の燃料集合体は溶融して燃料デブリとなる一方、外周部の燃料集合体は損傷を受けていない状態にある、部分的に損傷した原子炉モデルの中性子特性に、減速材と燃料の体積比、燃料デブリの形状、および損傷した燃料集合体の数が及ぼす影響を調べた。調査は、SerpentコードとJENDL-5ライブラリを用いて実施した。結果、燃料デブリが損傷のない燃料集合体に囲まれている場合、kは燃料デブリの形状に基づいて2つのグループに分類できることが示された。逆に、燃料デブリが損傷のない燃料集合体に完全に囲まれていない場合、燃料デブリの形状はkにほとんど影響を与えない。さらに、燃料デブリに出入りする中性子数の関係によって、燃料デブリの形状がkにどのように影響するかが決まる。

革新的アルファダスト撮像装置と高線量率場モニタの実用化とその応用(委託研究); 令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東北大学*

JAEA-Review 2025-048, 56 Pages, 2026/02

JAEA-Review-2025-048.pdf:2.89MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「革新的アルファダスト撮像装置と高線量率場モニタの実用化とその応用」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究では、二つの検出器の開発を実施している。一つ目は、作業員の安全の確保のための線核種の炉内の分布を明らかにする技術の実現を目指し、スミヤろ紙上に付着するより細かい線核種を含む微細なダストの詳細な分布の可視化を可能にする技術の開発である。令和4年度の研究開始時は資材等の準備からはじまり、優れた位置分解能と高感度化を目指した検出素子などの材料開発や光検出器などのハード及びソフトウェアの準備を順調に行うことができた。また、令和5年度末までに発光波長が500-800nmかつ5.5MeVの線入射で、発光量が70,000光子相当の目標値の中に入る材料開発などを実施することができた。さらに、画像から、線等との分別ができるようなアルゴリズムの開発を進めることができた。二つ目は、光ファイバーを用いた超高線量率場での線量率モニタの開発である。こちらについても、高感度化を目指した検出素子などの材料開発及びシミュレーション体系の構築とその解析ができた。モニタとしての実証試験も実施して、20mSv/h未満から1kSv/h以上までの線量のダイナミックレンジを有することがわかり、現場適用に対応可能な検出器の開発が進められた。

Refined spin Hamiltonian on the Cairo pentagonal lattice of BiFeO

Lenander, E. Y.*; Nielsen, F. B.*; Lass, J.*; Hansen, U. B.*; Krighaar, K. M. L.*; Preuss, A.*; Weber, T.*; Enderle, M.*; Jacobsen, H.*; Stuhr, U.*; et al.

Physical Review B, 113(1), p.014424_1 - 014424_14, 2026/01

https://doi.org/10.1103/3n7r-j7wd

The frustrated magnet BiFeO has been reported to exhibit complex spin dynamics coexisting with conventional spin wave excitations. The magnetic Fe () ions are arranged into a distorted two-dimensional Cairo pentagonal lattice with weak couplings between the layers, developing long-ranged noncollinear antiferromagnetic order below 245 K. In order to enable studies and modeling of the complex dynamics close to , we have reexamined the magnetic excitations across the complete energy scale ( meV) at 10 K. We discover two distinct gaps, which can be explained by introducing, respectively, easy axis and easy plane anisotropy on the two unequivalent Fe sites. We develop a refined spin Hamiltonian that accurately accounts for the dispersion of essentially all spin-wave branches across the full spectral range, except around 40 meV, where a splitting and dispersion are observed. Polarization analysis shows that the system has magnetic anisotropic fluctuations, consistent with our model. A continuum of scattering is observed above the spin wave branches and is found to principally be explained by an instrumental resolution effect. The full experimental mapping of the excitation spectrum and the refined spin Hamiltonian provides a foundation for future quantitative studies of spin waves coexisting with unconventional magnetic fluctuations in this frustrated magnet found at higher temperatures.

革新的分光画像解析による燃料デブリの可視化への挑戦とLIBSによる検証(委託研究); 令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 大阪大学*

JAEA-Review 2025-040, 111 Pages, 2025/12

JAEA-Review-2025-040.pdf:22.28MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和5年度に採択された研究課題のうち、「革新的分光画像解析による燃料デブリの可視化への挑戦とLIBSによる検証」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究の目的は、ハイパースペクトルイメージング(HSI)とレーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)を組み合わせ、炉内物質を俯瞰的に認識・特定する技術を開発することである。HSIは100色以上のスペクトル情報を解析し、様々な物質の分類に既に応用されているものの、材料組成を直接評価できない。そこでHSIとLIBSを組み合わせることにより、正確かつ広範囲の炉内物質可視化技術となりうると考えた。本技術の実証のためには、適切な模擬炉内物質を準備し、そのトレーニングデータを取得・蓄積する必要がある。本研究では、標準物質の作製とHSIデータ解析を国立大学法人大阪大学、ウラン含有物質の作製とHSI/LIBS測定を日本核燃料開発株式会社(NFD)、LIBS開発をJAEAが担当する。英国側からは、ストラスクライド大学、英国国立原子力研究所(NNL)、ランカスター大学が本プロジェクトに参画している。標準試料の組成を過去の実験と熱力学計算結果から決定し、UO複合試料やコンクリートなどいくつかの試料を作製した。HSIデータをNFDに設置されたハイパースペクトルカメラを用いて取得し、スペクトル角マッパー(SAM)、線形判別分析(LDA)等によりある程度物質を分類できることを確かめた。LIBSについては、遠隔操作技術開発の一環として焦点距離の自動最適化技術の開発等に取り組んだ。

放射性コンクリート廃棄物の減容を考慮した合理的処理・処分方法の検討(委託研究); 令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 北海道大学*

JAEA-Review 2025-037, 103 Pages, 2025/12

JAEA-Review-2025-037.pdf:7.28MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究および人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和5年度に採択された研究課題のうち、「放射性コンクリート廃棄物の減容を考慮した合理的処理・処分方法の検討」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、解体に伴い大量の発生が見込まれる放射性コンクリート廃棄物に着目し、減容・減量化策の現場適用について、コンクリート廃棄物の特性評価に基づき、典型的な再資源化処理工程を想定したうえでその課題を検討し、再資源化を含む合理的な処理・処分方法を検討・評価する。令和5年度には、放射性核種およびイオンの移行挙動への遷移帯の寄与を解明することを目的とし、セメント系試料中のCsの拡散試験、遷移帯を有する試料中のイオンの移動、Caの溶脱試験を実施した。また、遷移帯を含む核種移行モデルを構築するため、界面を挟む2つの媒体の拡散特性を考慮した確率分布をモデル化し、このサンプリング手法をランダムウォーク粒子追跡法の濃度計算に実装した。再資源化・再利用に向けた処理方法の検討として、非放射性Cs水溶液に浸漬した模擬汚染コンクリートを調製し、その特性を評価した他、骨材分離試験および熱分析試験の環境整備を行った。再資源化物の性状評価としては、模擬汚染骨材およびそれを利用した模擬再生コンクリートを調製し、模擬汚染骨材からイオン交換水や被覆したセメントペースト、再生コンクリートへのイオンの移行挙動を確認した。さらに、骨材分離の際に発生する模擬セメント微粉を用いて異なる配合の模擬廃棄体を調製し、力学あるいは化学特性を取得するとともに放射性核種の浸出挙動に関する試験を開始した。これらの結果を基に、再利用・再資源化を含む放射性コンクリート廃棄物管理シナリオを評価するため、コンクリート汚染状況に関する知見を収集、整理するとともに再利用・再資源化に伴う物量を推計するためのツールを整備した。

幌延深地層研究センターの深度500mの調査坑道を対象とした掘削損傷領域の事前予測

青柳 和平; 田村 友識; 尾崎 裕介; 石井 英一; 本島 貴之*; 菅原 健太郎*

第51回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(インターネット), p.119 - 124, 2025/12

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分場設計や施工時の坑道や処分孔の掘削可否の判断根拠として、坑道掘削時に生じる掘削損傷領域(EDZ)の発達状況を把握することが重要である。本研究では、幌延深地層研究センターで現在掘削中の深度500mの双設坑道を対象として、三次元で掘削の進捗を再現した水理・力学連成解析によりEDZの発達と吹付けコンクリートに作用する応力や坑道の変位を予測した。結果として、EDZは坑道側壁面において約1.52.0mの範囲で発達すると予測した。また、吹付けコンクリートに作用する応力は、設計規準強度より計算される終局限界よりも小さく、変位も小さいことから、支保の安定性も見込めることを予測した。

マイクロ・ナノテクノロジーを利用したアルファ微粒子の溶解・凝集分散に及ぼすナノ界面現象の探求(委託研究); 令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東京科学大学*

JAEA-Review 2025-026, 72 Pages, 2025/11

JAEA-Review-2025-026.pdf:7.97MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「マイクロ・ナノテクノロジーを利用したアルファ微粒子の溶解・凝集分散に及ぼすナノ界面現象の探求」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。安全で合理的な燃料デブリ取出しを進めるためには、デブリ加工時に発生するアルファ微粒子の溶解や変性挙動の把握は不可欠である。本研究は、金属酸化物ナノ粒子の凝集、溶解、変性挙動を熱力学的・速度論的に解明しうるマイクロ・ナノデバイスを創出すると共に、数理科学と組み合わせることで、アルファ微粒子の溶解・凝集・変性プロセスのメカニズム解明と反応モデル化を実現することを目的としている。具体的には、(1)ナノ粒子溶解特性評価、(2)溶解ダイナミクス分析、(3)凝集ダイナミクス分析、(4)表面微構造解析、(5)数理科学的モデリングの5項目を日本側・英国側で分担し、互いに有機的に連携しながら推し進める。令和5年度には、模擬燃料デブリ微粒子(UOメカニカル微粒子、UOケミカル微粒子及び(U,Zr)O微粒子)のバルク及びマイクロ溶解試験を実施し、これらナノ粒子の溶解挙動に与える粒子サイズ、反応時間、HO濃度の効果について解析することに成功した。特に、(U,Zr)Oデブリ微粒子では、HO濃度に応じてZrの触媒反応の進行度合いが異なり、HO濃度に依存してガス発生量とU溶解量が変化することを明らかにした。また、ナノ粒子分散液と反応溶液とを瞬時に反応させ、動的な凝集・溶解挙動の評価及び溶出したUを定量することができるマイクロ流体デバイスを構築し、マイクロ流路内でのHO処理によるUの凝集・溶解速度を算出した。英国側研究者と連携を密にして研究を進め、所期の目標を達成した。

High stabilization of pentavalent uranium on magnetite nanoparticles evidenced by high-energy-resolution X-ray absorption spectroscopy

蓬田 匠; Scaria, J.*; Fablet, L.*; 徳永 紘平; 出井 俊太郎; 東 晃太朗*; 河村 直己*; 高橋 嘉夫*; Marsac, R.*

Chemical Communications, 61(91), p.17926 - 17929, 2025/11

https://doi.org/10.1039/D5CC04540A

本研究では、U(VI)からU(V)およびU(IV)への還元反応において、磁鉄鉱のstoichiometry(0 R = Fe(II)/Fe(III) 0.5)がUの酸化還元反応に与える影響を明らかにした。磁鉄鉱のRは、構造中のFe(II)の酸化やプロトン/リガンドにより促進される溶解により容易に変化することが知られているが、これまでの研究ではU(V)の生成反応に関するRの影響は評価されていなかった。本研究では、異なるRを持つ磁鉄鉱上におけるUの電子状態を調べるため、U L端HERFD-XANES分光法を用い、磁鉄鉱上のU(V)による特異的なピーク分裂を観察した。また、異なる条件下で行った吸着実験の結果、U(V)種が広範な条件下で高い安定性を示すことを示し、10日間の反応時間を経た後でも磁鉄鉱上で安定に存在していることが示された。最も重要な知見として、pHと酸化還元条件に依存して存在量が変化する、磁鉄鉱構造中のFe(II)がU(V)の安定化に重要な役割を果たしていることが明らかになった。

Improving the analysis method of the Compton camera system mounted on the unmanned helicopter by correcting scintillator coordinates data at each event timing

志風 義明

Radioisotopes, 74(3), p.273 - 287, 2025/11

https://doi.org/10.3769/radioisotopes.740302

従来法では無人ヘリコプターに搭載されたコンプトンカメラシステムの測定データの解析を改善するための対策として、無人ヘリコプターの位置と姿勢角の安定な期間のデータを利用した。ただし、これにより解析に使用されるイベント数が減り、統計的な精度に向上の余地を残した。それゆえ、今回は測定したイベントデータを全て補正して使用した。前回の解析で固定した2層のシンチレータ座標は、イベント毎に刻々と変化する位置と傾きを補正したものに置き換えた。統計精度と空間分解能を向上させるために、補正されたイベントを使用してガンマ線画像を再構成した。ガンマ線強度の再構成画像の精度の向上を評価するために、地上の測定結果を比較した。改善された統計の効果に関して、改善後には残差二乗和(RSS)の減少が認められ、地上測定値との良好な相関によりこの方法の有効性が示された。また、RSS値の比較では、従来法から改良法への変更に比べて、測定値の平均化する範囲の拡大の方が、より効果的であり、地上測定値との相関がより良好であることを確認できた。

3次元線量拡散予測法の確立と線透過率差を利用した構造体内調査法の開発(委託研究); 令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 京都大学*

JAEA-Review 2025-020, 74 Pages, 2025/10

JAEA-Review-2025-020.pdf:5.85MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「3次元線量拡散予測法の確立と線透過率差を利用した構造体内調査法の開発」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。我々は核ガンマ線の方向を完全に決定し、光学カメラと同じ全単射によるガンマ線画像(線形画像)が測定できる電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)を実現、今までに世界初の銀河拡散ガンマ線の直接観測及び1Fでは13号炉建屋群を含む1km四方の撮像による約100か所のスペクトル同時測定と敷地全体を覆うスカイシャインの撮像にも成功し、さらには京都大学複合原子力科学研究所の原子炉建屋内の3次元線量測定などの革新的な成果を出してきた。本研究は前研究の成果を基に、(1)サブmSv/h環境での3次元放射性物質飛散検知・予測システムの構築、(2)ETCCのMeV以上のガンマ線撮像能力を生かし透過性の高いCsガンマ線を利用した炉建屋内の3次元透視Cs分布測定法を開発及び1Fの炉建屋周辺からの測定、(3)数mSv/hでの動作を実現し、炉建屋内で同測定法の開発を行う。そのために令和5年度は、シミュレーションに基づくサブmSv環境での軽量遮蔽設計手法の開発及びETCCへの遮蔽を搭載した。同時にJAEAのFRS施設で高線量場を用いて、(1)の遮蔽能力の検証、同時にETCCデータ収集系、画像処理系の検証実験を行う。その結果を反映した改善をETCCに施した後、令和6年3月に1F内の炉建屋群全体を異なる2方向から測定する3次元線量測定を実施した。この測定でETCCの能力の検証と1F全域の3次元線量分布を今後求めていく。また、ETCCで炉建屋を数方向から計測を行い、建屋内部線量のCTスキャンの可能性をシミュレーションで検証、4方向から測定で複数のホットスポットの分布が求められる可能性が出てきた。