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廃炉環境国際共同研究センター; 大阪大学*
JAEA-Review 2021-074, 104 Pages, 2022/03
JAEA-Review-2021-074.pdf:4.91MB
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2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、研究課題のうち、令和元年度に採択された「単一微粒子質量分析法に基づくアルファ微粒子オンラインモニタリングに向けた基礎検討」の令和元年度と令和2年度の研究成果について取りまとめたものである。本課題は令和2年度が最終年度となるため2年度分の成果を取りまとめた。本研究は、1Fの燃料デブリ切削の際に発生するアルファ微粒子のオンラインモニタリングに向け、単一微粒子質量分析技術の適用性について基礎検討を行うことが目的である。令和2年度、模擬試料として(U,Zr)O
試料ならびにウラン溶液試料を調製・分析し、レーザーアブレーションによる模擬アルファ微粒子製造装置ならびに噴霧法によるエアロゾル生成装置を用いて模擬アルファ微粒子の粒径分布測定を行った。さらに、単一微粒子質量分析計を使用して、模擬アルファ微粒子のオンライン質量分析を行った。模擬アルファ微粒子のオンライン収集ならびにイオン化に成功し、ウラン由来の正負イオンピークを明確に検出できた。測定結果から、
Uの測定下限値を10
10
Bq/cm
と評価し、オンラインモニタリングに適用できることが示唆された。
廃炉環境国際共同研究センター; 大阪大学*
JAEA-Review 2020-050, 69 Pages, 2021/01
JAEA-Review-2020-050.pdf:3.79MB
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、令和元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、研究課題のうち、「単一微粒子質量分析法に基づくアルファ微粒子オンラインモニタリングに向けた基礎検討」の令和元年度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、福島第一原発の燃料デブリ切削の際に飛散する恐れのあるアルファ微粒子のオンラインモニタリングを目指し、単一微粒子質量分析技術の適用性について基礎検討を行うことが目的である。本年度、アルファ微粒子発生のための模擬試料として固体酸化物の(U,Zr)O試料、ならびに酸性と塩基性のU溶液試料を調製した。また、アブレーション法による微粒子生成に向けたレーザー照射光学系を構築するとともに、噴霧法で発生する微小液滴を乾燥し固体エアロゾルを生成する装置を製作した。さらに単一微粒子質量分析計を整備し、測定に向けた準備を整えた。
廃炉環境国際共同研究センター; 茨城大学*
JAEA-Review 2020-033, 84 Pages, 2021/01
JAEA-Review-2020-033.pdf:4.9MB
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、令和元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、研究課題のうち、平成30年度に採択された「放射性微粒子の基礎物性解明による廃炉作業リスク低減への貢献」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、東京電力福島第一原子力発電所事故で環境へ放出された放射性セシウム(Cs)を高濃度に含有する、不溶性の性状を持つシリカ(SiO)主材微粒子の基礎的な物性(粒径、組成、同位体組成、静電特性、光学特性)や
放射体の濃度等について、一定の成果をもつ我が国の放射化学,分析化学,エアロゾル科学者らが英知を集め英国側と協力して更に研究を進め、炉内事故事象の解明、生成要因の解明を行い、廃炉手順の確立、溶融燃料等の回収、作業員、現場・周辺環境の安全確保等の達成に寄与することをねらいとしている。
谷 啓二; 飛田 健次; 西尾 敏; 飯尾 俊二*; 筒井 広明*; 青木 尊之*
プラズマ・核融合学会誌, 80(11), p.931 - 934, 2004/11
軌道追跡モンテカルロコードを用いて、低アスペクト比トカマク炉(VECTOR)における核融合反応生成アルファ粒子のリップル損失を解析した。VECTOR中ではアルファ粒子はよく閉じ込められることがわかった。低アスペクト比トカマク中では、リップル損失のトロイダル磁場コイル数の依存性は非常に弱い。トロイダル角方向の損失粒子による第一壁熱負荷のピーキングファクタ2を仮定すると、プラズマ外側端のリップル値としては、第一壁に冷却機構が有る場合と無い場合で、1.5%と1.0%程度がそれぞれ許容されることがわかった。両者の場合において、トロイダル磁場コイル数としては4程度まで削減できることがわかった。
-particle diagnostics by CO laser collective Thomson scattering in ITER近藤 貴; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; 杉江 達夫; Costley, A. E.*; 三浦 幸俊; Lee, S.*
Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07
燃焼プラズマでの支配的な熱源である粒子の挙動を理解するために、粒子の密度とエネルギースペクトルの空間の分布を測ることが必要とされている。そこで、ITERの粒子測定のために、パルス炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱(CTS)システムを開発している。ITERでは加熱ビームイオン(E=1MeV)は、接線方向に入射され、粒子で類似した速さを持つ。しかし、CTS測定は一般的に、同じ速さを持つビームイオンと粒子を識別することができない。この問題を解決するため、ビームイオンと粒子を区別できる垂直散乱配置を提案した。この配置のCTSが、ビームイオンによってマスクされることなく粒子を分析できることを計算により示した。また、垂直散乱配置によるビーム線とレシーバー・システムの予備的な設計を示す。さらに、JT-60Uプラズマを使ったCTSシステムの原理実証実験について示す。
laser for ion energy spectrum measurements in JT-60U近藤 貴; 三浦 幸俊; Lee, S.*; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; Bennett, C. A.*
Review of Scientific Instruments, 74(3), p.1642 - 1645, 2003/03
被引用回数：20 パーセンタイル：68.86(Instruments & Instrumentation)核融合炉心プラズマにおいて、高速粒子の速度分布計測と、イオン温度計測の確立は重要な課題として挙げられており、計測手法の実証が求められている。JT-60Uでは、ITERにおけるイオン温度と高速アルファ粒子の計測手法の確立を目的として、炭酸ガスレーザー(10.6
m, 15 J,1s)による協同トムソン散乱法の開発を行っている。検出器には量子井戸型赤外線検出器(QWIP)を用い、また迷光は高温炭酸ガスセルによって減少させる。JT-60Uに測定装置の設置を行うとともに、赤外ヘテロダイン受信機の検出感度や視野の較正手法を開発した。これを用いてJT-60Uプラズマにレーザーを入射して調整を行ったが、現在までに散乱光スペクトルは得られていない。問題点として、パルスレーザの放電による電気ノイズと、レーザーの周波数のシフトによる迷光の発生が挙げられる。
松村 明*; 山本 哲哉*; 柴田 靖*; 中井 啓*; Zhang, T.*; 阿久津 博義*; 松下 明*; 安田 貢*; 高野 晋吾*; 能勢 忠男*; et al.
ポストシークエンス時代における脳腫瘍の研究と治療, p.427 - 435, 2002/07
新しく整備されたJRR-4号炉にて混合(熱・熱外)中性子を用いた術中中性子捕捉療法(粒子線治療)のphaseI/II臨床治験を行い、その有用性を検討し、さらに患者位置セッテイングシステムと線量評価システムの検証も行う。1999年10月よりJRR-4号炉にて混合中性子を用いてPhaseI/IIの臨床研究を開始した。対象は7例で悪性神経膠腫GradeIII)3例・神経膠芽腫(GradeIV)が4例の初発例で、治療対象は以前に放射線治療を受けていないもの,一側の脳半球に限局している,全身的な合併症や多重癌なし,年齢は18-70歳までとした。Follow up期間は2ヶ月から21ヶ月であり、平均(median生存期間は神経膠芽腫で15.7ヶ月でこれまでに1例が腫瘍の遠隔再発により死亡し、もう1例は脳以外の原因で15ヶ月目に死亡したが腫瘍再発はなかった。悪性神経膠腫は平均(median)生存期間 16.3ヶ月であり、3例中1例が脳以外の原因で死亡したが、残り2例は生存中で経過観察中である。神経膠芽腫は1年生存率が75%,悪性神経膠腫は1年生存率は100%で、全体としても1年以内の死亡は1例のみである。症例数も少なく、症例選択の問題もあり、他の成績と直接比較できないが、初期段階としては満足すべき成績と考えられる。今後さらに症例を増やして検討したい。なお、原研の本研究に対する協力は、臨床研究を補助する熱中性子及び血液中ホウ素濃度測定並びに物理線量評価,患者セッティングシステムについて行った。
関本 博*; 井頭 政之*; 矢野 豊彦*; 小原 徹*; 大崎 敏郎*
JAERI-Tech 2002-008, 58 Pages, 2002/03
本研究は、鉛・ビスマス合金の中性子照射によって生成されたポロニウムの生成率(断面積),合金からの放出率及び放出されたポロニウムの各種材料への吸着率を明らかにすることで、鉛・ビスマス冷却高速炉及び加速器駆動未臨界炉でのポロニウムの放出量の定量的評価のための知見を得ることを目的として行われた。ポロニウム生成率については、東工大ペレトロン加速器を用いて高速炉体系で重要なkeV中性子に対するビスマスの断面積を測定した。その結果、中性子捕獲断面積はJENDL評価値の1/2~1/3の値が、ポロニウム生成断面積ではJENDL評価値のほぼ1/3の値を得た。また、中性子照射により生成する鉛ビスマス合金中のポロニウムの挙動に関する実験を行うため、加熱吸着試験装置の設計と動作特性試験及び線測定器の動作特性試験を行い、るつぼやフィルター等の選定やその他の検討を行った。さらに照射設備でのサンプル照射と中性子レベル測定をおこなった。ただし、東工大での実験許可を得るのが遅れたため、鉛・ビスマス合金中のポロニウム挙動に関する実験は今後に残された。
木内 伸幸; 大石 哲也; 野口 宏; 加藤 正平; 石沢 昌登*
Radioisotopes, 50(9), p.403 - 407, 2001/09
再処理施設の緊急時環境モニタリングのためのアルファダストモニタを開発している。高感度な測定を行うためには、フィルタの選定が重要である。このため、国内で市販されている種々のフィルタを対象に表面捕集性能及び圧力損失について試験した。試験結果から、裏側を補強した、PTFE系メンブランフィルタが、表面捕集性能に優れ、かつ圧力損失が少ないことがわかった。
laser in JT-60U近藤 貴; Lee, S.; Hutchinson, D. P.*; Richards, R. K.*
Review of Scientific Instruments, 72(1), p.1143 - 1146, 2001/01
被引用回数：13 パーセンタイル：59.87(Instruments & Instrumentation)核融合炉心プラズマにおける粒子の速度分布計測と、イオン温度計測の確立は重要な課題であり、計測手法の実証が求められている。そこで、JT-60UにおいてITERにおけるイオン温度と高速粒子の計測手法の実証を目的として、炭酸ガスレーザを用いた協同トムソン散乱計測法の開発を行っている。現在までに製作と据え付けが完了した、大出力炭酸ガスレーザ、高温炭酸ガスセルを用いた迷光フィルター、ヘテロダイン受信システム、JT-60U真空容器へのレーザビーム伝送系、ならびに周波数解析用のフィルターバンク等の測定システムについて説明する。また、イオン温度と高速イオンの測定可能のプラズマパラメータ領域を示す。さらにJT-60Uの高温プラズマを用いたイオン温度測定の初期結果について述べる。
レーザーを用いた協同トムソン散乱によるJT-60Uプラズマのイオン温度, 高エネルギーイオンの測定近藤 貴; Lee, S.; 三浦 幸俊
プラズマ・核融合学会誌, 76(9), p.883 - 887, 2000/09
協同トムソン散乱の計測原理と特徴、及び被計測物量の概観を行い、最近の進歩を述べる。協同トムソン散乱計測法は粒子の速度分布測定に対してITERにおける重要な候補として目されており、同計測方式の信頼性を確立する必要がある。JT-60Uの協同トカマク散乱計測は、イオン温度計測を実証し、さらにNNB加熱中の高速イオンからの散乱光を受信することにより、粒子計測法を実証することにある。パルス炭酸ガスレーザシステムにより1s,10J,0.5Hzの発振に成功した。ヘテロダイン受信システムは、広帯域の赤外線検出器、並びに迷光フィルタから構成され、所定の性能を満たした。また、光学系の設置を完了し、散乱光の計測を開始した。
line spectral profile and emission process in the divertor region of JT-60U熊谷 晃*; 久保 博孝; 竹永 秀信; 鈴木 慎悟; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸; 嶋田 道也
Plasma Physics and Controlled Fusion, 42(5), p.529 - 543, 2000/05
被引用回数：13 パーセンタイル：40.36(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uのダイバータ領域から放射されるD線のスペクトラルプロファイルの空間的変化を高分解能可視分光器を用いて測定し、中性粒子輸送コードを用いて解析した。その結果、D線の放射は、ダイバータ板付近ではおもに重水素分子及び分子イオンが解離励起することに起因し、一方ダイバータの上流では解離によって生成された重水素原子の電子衝突励起に起因することを明らかにした。また、上流ではダイバータ板での反射及び荷電交換によって生成された重水素原子の電子衝突励起に起因する放射成分も増加し、そのためにD線のスペクトラルプロファイルが広くなることがわかった。さらに、プラズマ条件(ELMyHモード、比接触ダイバータ、MARFE)によるD線のスペクトラルプロファイルの変化を初めて系統的に調べた。
particles by quantum molecular dynamics plus statistical decay model明午 伸一郎; 千葉 敏; 秦 和夫*
Journal of Nuclear Science and Technology, 36(3), p.250 - 255, 1999/03
被引用回数：1 パーセンタイル：13.32(Nuclear Science & Technology)量子論的動力学(QMD)と統計崩壊モデル(SDM)を用いて、710MeV粒子を厚いターゲット(水、炭素、鉄及び鉛)に照射した場合に生成する中性子のスペクトルの計算を行い、実験との比較を行った。QMD+SDMによる計算は、核内カスケードモデルのHETC-KFA1コードを用いた計算に比べて、すべてのターゲットに対して実験とよりよい一致を示した。20MeV中性子の平均自由行程よりも厚いターゲットにおける後方角の中性子スペクトルを再現するためには、輸送効果が重要であることがわかった。
小関 隆久; C.Z.Cheng*; 永島 圭介
JAERI-Research 95-065, 22 Pages, 1995/10
JAERI-Research-95-065.pdf:0.75MB
JT-60SUにおいて予想されるトロイダル・アルフベン固有モード(TAEモード)安定性を求めた。ACCOMEコードによって求められた自己矛盾のない平衡に対し、NOVA-Kコードを用いてTAEモード安定性を解析した。高電流プラズマ(10MA)の場合、圧力勾配
Phは高密度のため減少し、Vh/V
は高磁場(6.25T)のため1より小さくなる。ここで、Vh/Vは高エネルギ粒子の速度とアルフベン速度の比である。このため、TAEモードは安定性である。一方、低電流プラズマ(3MA/3T)の場合、密度の上昇により容易にVh/V
1になり、高い圧力勾配Phと大きな〈
h〉のためにTAEモードは不安定となる。しかし、密度・温度がさらに上昇すると、ブートストラップ電流は増加し、電流駆動NBパワーは減少する。この結果、Phと〈h〉の両方が減少し、TAEモードは安定化される。
山極 満
Nuclear Fusion, 35(10), p.1225 - 1230, 1995/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Fluids & Plasmas)アルファ粒子を含むDTプラズマに対して、局所磁気シアーの低減による鋸歯状振動安定化の研究を行った。アルファ粒子圧力を考慮に入れて鋸歯状振動発生に関する磁気シアー臨界値を評価した。低密度あるいはブロードな密度プロファイルに対して高い磁気シアー臨界値を見い出した。鋸歯状振動制御のためのオペレーション領域についても検討を行った。
小関 隆久; C.Z.Cheng*; 永島 圭介
Nuclear Fusion, 35(12), p.1553 - 1562, 1995/00
被引用回数：3 パーセンタイル：20.61(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60SUにおける定常状態プラズマのトロイダル・アルフベン固有モード(TAEモード)の安定性について解析した。JT-60SUでは、500keVの負イオンNBIによる非誘導電流駆が採用され、また、重水素と三重水素を用いた放電も検討されている。このため、NBI及びD-T反応による粒子などの高エネルギー粘子によるTAEモードの不安定化が問題となる。ここでは、電流分布と圧力分布を矛盾なくMHD平衡を求められるACCOMEコードとTAEモード安定性を求めるNOVA-Kコードを用いて解析した。低電流(3MA)低磁場(3T)プラズマにおいては、TAEモードが不安定となり、安定性に対する密度・温度依存性を明らかにした。高電流(10MA)においては、低nから高nまで限界に近いが、安定である。また、D-T放電のときの安定性についても議論している。
山極 満; 木村 晴行; 滝塚 知典
Nuclear Fusion, 29(10), p.1799 - 1806, 1989/10
被引用回数：1 パーセンタイル：4.12(Physics, Fluids & Plasmas)ICRF加熱によりアルファ粒子からバックグラウンドプラズマへのパワー移行を向上させることによって実効的にQ値(核融合パワー増倍率)の高いプラズマを達成する可能性を探る。アルファ粒子から移行される間接的なプラズマ加熱パワーの直接加熱パワーに対する比として定義される実効Q値、Qeff、準線型高周波拡散オペレーターのエネルギーモーメントに基づく、アルファ粒子による波の吸収率を用いて評価する。水素を伴わない場合、主としてアルファ粒子に吸収される第4アルファサイクロトロン高調波は高Qeffプラズマ達成において有望である。高磁場においては第3高調波でもQeffをかなり増大させることができる。ICRF波によるテイル形成および水素による波の吸収のQeffに対する影響についても検討がなされる。
山極 満; 滝塚 知典
JAERI-M 88-092, 20 Pages, 1988/05
アルファ粒子によるICRF波の吸収およびICRF誘起イオンテイルによる核融合反応特性の向上について研究する。アルファ粒子による線型吸収率はサイクトロン調和数とともに増大し、電子サイクトロン周波数に対するプラズマ周波数の比とともに減少する。準線型PF拡散頂を含むフォッカープランク方程式の解を用いてICRF波による分布関数の変形も解析される。第2調波ICRF加熱はアルファ粒子の存在下においても核融合パワー密度を向上させるのに比較的適用可能である。しかるに、強磁場中におけるより高調波のICRF加熱に対しては、アルファ粒子による波の吸収が向上率を著しく悪化させることが見い出される。
Beam Line前川 洋; 池田 裕二郎; 大山 幸夫; 山口 誠哉; 中村 知夫
JAERI-M 83-219, 28 Pages, 1983/12
強力なD-T中性子源であるFNS(核融合炉物理用中性子源)が日本原子力研究所に設置された。核融合炉ニュートロニクスの研究において、絶対中性子発生量の測定は本質的である。T(d、n)
He反応で生成する中性子の絶対発生量を決定する手段として、随伴粒子法が最も適当である。FNSの80ビームラインにシリコン半導体検出器を用いたモニタを主モニタとして取付けた。また、ロングカウンタおよび
Th核分裂計数管を補助モニタとして設置した。D-Heとd-D反応の寄与を取除く方法を開発した。最良の条件において、d-T中性子の絶対発生量を2%以下の精度で算定できた。同じ実験期間中では、補助モニタとモニタとの計数の比は統計誤差の範囲で安定であった。
倉田 有司; 井川 勝市; 岩本 多實
Journal of Nuclear Materials, 92(2), p.351 - 353, 1980/00
被引用回数：21 パーセンタイル：97.17(Materials Science, Multidisciplinary)TRISO型被覆燃料粒子を2000C以上の高温に加熱したときの、SiC被覆層の密度と組織の変化を調べた。 1940から2200Cの加熱では、加熱時間とともに密度は減少した。2320Cの加熱では、最初密度は急に減少し、その後加熱時間とともに増加した。また、走査型電子顕微鏡(SEM)によるSiC破面の観察では、加熱後の気孔の形成と2320Cの加熱における平滑な面の発達が認められた。2320Cの加熱では、被覆層SiCのX線回折から-SiCから-SiCへの相変化が起り、エッチングした破面のSEM観察から小さな気孔を含んだ-SiCマトリックス中に薄板上の-SiCが形成していくことがわかった。
