広域放射線サーベイのためのリアルタイムマッピングソフトウェアの開発

高橋 時音; 小泉 光生; 吉見 優希*; 持丸 貴則*

JAEA-Technology 2025-007, 26 Pages, 2025/11

JAEA-Technology-2025-007.pdf:1.6MB

イベント会場等にテロ行為目的で核・放射性物質が持ち込まれることを防ぐため、放射線検出器により、出入りする人や車両を個別に検査する手法が一般的に用いられている。しかし、こうした検査をすり抜ける可能性があるため、補完的にゲート内の広範囲にわたる放射線サーベイを行い、核・放射性物質が持ち込まれていないことを確認する必要がある。広いエリアを効率的に放射線サーベイする手法として、GPSを搭載したガンマ線検出器を用い、移動しながら測定した位置情報と線量を記録する「放射線マッピング」が有効である。ネットワークを利用すると、複数台の検出器からのGPSと測定データを指揮所で集計し、測定の進行状況や、測定した放射線量マップをリアルタイムで確認することが可能となる。このような仕組みを導入することにより、測定の重複や抜け落ちを防ぐとともに、不審な放射線源を迅速に検出できるようにできる。さらに、ガンマ線検出器にスペクトロメーターを導入すると、放射性同位体の同定に基づく適切な対処が可能となる。このような広域放射線サーベイを行うため、リアルタイムマッピングソフトウェアを開発した。開発したソフトウェアは、GPS付ガンマ線スペクトルメーターから送信される測定データを受け、リアルタイムで逐次処理し、あらかじめダウンロードしておいた地図データ上に描画する。また、線量の上昇した領域でスペクトルを積算することにより放射性同位元素の同定が行え、それに基づいて対処法が決定できるようになった。さらに、本ソフトウェアは、情報セキュリティを向上させるため、ローカルネットワークのみでも利用できるようになっている。本報告書では、開発したソフトウェアの概要を紹介するとともに、エッセンスを簡易化したコードを付録で提供する。提供したコードは、オープンかつフリーのOS、ライブラリ、環境で開発しており、誰でも導入して使用可能である。

Experimental simulation of high-temperature and high-pressure annular two-phase flow using an HFC134a-ethanol system; Characterization of disturbance wave flow

Zhang, H.*; 梅原 裕太郎*; 堀口 直樹; 吉田 啓之; 江藤 淳朗*; 森 昌司*

Energy, 335, p.138090_1 - 138090_18, 2025/10

https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.138090

原子力発電は、カーボンニュートラルな未来を実現するための重要な低炭素エネルギー源である。沸騰水型原子炉(BWR)では、燃料棒周囲における蒸気と水の環状流が原子炉の安全性にとって極めて重要であるが、その高温高圧条件(285C、7MPa)により、直接計測が困難である。この問題に対処するため、我々はHFC134a-エタノール系を低温定圧条件(40C、0.7MPa)で用いることで、BWRの液膜流の模擬実験を実施した。高速度カメラと定電流法を用いて、液膜特性、波速度および周波数を分析した。また表面張力と界面せん断応力の影響を調査した。さらに基底液膜厚さについて新たな相関関係を提案した。

燃料デブリ周辺物質の分析結果に基づく模擬デブリの合成による実機デブリ形成メカニズムの解明と事故進展解析結果の検証によるデブリ特性データベースの高度化(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; 福井大学*

JAEA-Review 2025-007, 120 Pages, 2025/09

JAEA-Review-2025-007.pdf:8.13MB

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3年度に採択された研究課題のうち、「燃料デブリ周辺物質の分析結果に基づく模擬デブリの合成による実機デブリ形成メカニズムの解明と事故進展解析結果の検証によるデブリ特性データベースの高度化」の令和3年度から令和5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、酸化物デブリの形成条件の推定研究として、ガス浮遊法や微小な穴を持つタングステンパイプから溶融・噴出させる方法によりウランを含有する模擬燃料粒子を合成し、その生成条件と性状をまとめた。また、JAEAによりサンプリングデータに基づき作成された凝固パス図を再現し、鉄の挙動が熱力学予測と少し異なる結果などを得た。金属デブリの混合・溶融・凝固状態の評価では、溶融させた金属デブリのステンレスへの落下試験や溶融ステンレスの模擬金属デブリへの落下試験を行いその生成物を分析した。その結果ステンレス鋼温度が1000C程度の場合は溶融金属のZr濃度に関わらず薄い反応相を形成してステンレス鋼損傷が抑制されることがわかり、またBC及びジルカロイのステンレス鋼融体への溶出速度を定量化した。さらに、ステンレス鋼とZrの混合物の各種圧力容器部材や溶接部材との反応速度データを拡充し、大型試験体系での解析可能な簡素化反応速度式を提案した。また、圧力容器下部の材質を参照した大型試験体の実験と反応速度式より、溶融金属と圧力容器構造材との反応による圧力容器下部破損挙動や溶融物流出挙動を評価した。さらに、圧力容器下部におけるデブリ再溶融過程でのウラン化合物とステンレス鋼等の金属物質の反応試験データを拡充し、金属デブリ層へのウラン移行挙動を評価した。また、試験技術の整備として、二酸化ウランとZrと金属との半溶融模擬デブリの合成と分析、CCIM炉とガス浮遊炉を用いた少量のウランの模擬燃料デブリ合成試験の検討を行った。

HTTRを用いた安全性実証試験の完遂; 炉心流量喪失試験(出力100%(30MW)で炉心冷却を停止)

長住 達; 長谷川 俊成; 中川 繁昭; 久保 真治; 飯垣 和彦; 篠原 正憲; 七種 明雄; 野尻 直喜; 齋藤 賢司; 古澤 孝之; et al.

JAEA-Research 2025-005, 23 Pages, 2025/07

JAEA-Research-2025-005.pdf:2.68MB

高温ガス炉の異常状態での安全性を示すため、HTTRを用いて安全性実証試験を行った。制御棒による停止操作の失敗事象を模擬した状態で、原子炉熱出力100%(30MW)での定常運転時に1次ヘリウムガス循環機を急停止させ、炉心の強制循環冷却機能が全喪失した後の原子炉出力および原子炉圧力容器まわり温度の経時変化データを取得した。事象発生(冷却材の流量がゼロ)後、炉心温度上昇に伴う負の反応度フィードバックにより原子炉熱出力は速やかに低下し、再臨界を経て低出力(約1.2%)の安定な状態まで原子炉出力が自発的に移行することを確認した。また、原子炉圧力容器表面から、その周囲に設置されている炉容器冷却設備(水冷パネル)への放熱により、低出力状態で原子炉温度を一定化させるために必要な除熱量が確保されることを確認した。このように、出力100%(30MW)で炉心強制冷却を停止したケースにおいて、能動的停止操作をせずとも原子炉の状態が事象発生から安定的(安全)状態へ移行すること、すなわち高温ガス炉の固有の安全性を実証した。

Nacre-like MXene/polyacrylic acid layer-by-layer multilayers as hydrogen gas barriers

Auh, Y. H.*; Neal, N. N.*; Arole, K.*; Regis, N. A.*; Nguyen, T.*; 小川 修一*; 津田 泰孝; 吉越 章隆; Radovic, M.*; Green, M. J.*; et al.

ACS Applied Materials & Interfaces, 17(21), p.31392 - 31402, 2025/05

https://doi.org/10.1021/acsami.5c03632

MXenes are a promising class of 2D nanomaterials and are of particular interest for gas barrier application. However, MXene nanosheets naturally bear a negative charge, which prevents assembly with negatively charged polymers, such as polyacrylic acid (PAA), into gas barrier coatings. Here, we present MXene- and PAA-based layer-by-layer (MXene/PAA LbL) multilayers formed by leveraging hydrogen bonding interactions. When assembled in acidic conditions, MXene/PAA LbL films exhibit conformal, pin-hole free, nacre-like structures. The MXene/PAA LbL films yield high blocking capability and low permeability (0.140.01 cc mm m day MPa) for hydrogen gas. These nacre-like structures are also electronically conductive (up to 37030 S cm). Specifically, the reversible deconstruction of these films under basic conditions is experimentally verified. This study shows that hydrogen bonding interactions can be leveraged to form MXene LbL multilayers as gas barriers, electronically conducive coatings, and deconstructable thin films via pH control.

The Rechargeable battery using uranium as an active material

大内 和希; 植野 雄大; 渡邉 雅之

Scientific Reports (Internet), 15, p.18515_1 - 18515_7, 2025/05

https://doi.org/10.1038/s41598-025-01384-6

ウランと鉄を活物質とする非水系蓄電池を初めて実証した。このウラン-鉄蓄電池は、約1.3Vの開回路電圧と安定したサイクル特性を示し、862%の良好なクーロン効率を示した。これらの特徴は、劣化ウランを革新的な用途に活用するための有望な手段を示唆している。

Desorption of cesium from Fukushima soils using a mechanochemical method

金田 結依; 小林 徹; 辻 卓也; 本田 充紀; 横山 啓一; 万福 裕蔵*; 矢板 毅*

Clays and Clay Minerals, 73, p.e26_1 - e26_8, 2025/04

https://doi.org/10.1017/cmn.2025.9

福島の土壌に豊富に含まれる粘土鉱物である風化黒雲母(WB)に収着した安定セシウム(Cs)の脱着挙動を、ボールの衝突による物理的粉砕と化学反応を促進する湿式プロセスを組み合わせたメカノケミカル(MC)法を用いて調査した。その結果、シュウ酸溶液を用いた場合、粘土鉱物の層状構造に大きな影響を与えることなく、ある程度Csを脱着した。一方、塩化アンモニウム溶液では層状構造の剥離が確認され、安定的なCsの脱着をもたらした。福島で採取された実土壌試料においては、塩化アンモニウム溶液を用いたMC法によりCsの80%が脱着された。対照的に、シュウ酸溶液ではすべての試料で放射性Csを十分に脱着できるとは限らなかった。これらの結果から、塩化アンモニウム溶液を用いたMC法は、層状構造の剥離と化学的相互作用による相乗効果によって、粘土鉱物の層間から放射性Csの脱着を効果的に促進することが示唆された。

Strain analysis of thermoelectric materials using high-resolution synchrotron X-ray diffraction data

中沢 駿仁*; 菖蒲 敬久; 冨永 亜希; 藤井 柾志*; 松本 大成*; 松田 美知子*; 島田 武司*; Trivedi, V.*; 橘 信*; 辻井 直人*; et al.

粉体および粉末冶金, 72(Suppl.), p.S997 - S1001, 2025/03

https://doi.org/10.2497/jjspm.15P-T21-07

A compressive strength limit is one of critical parameters for thermoelectric materials. In this study, we synthesized a single crystal of Yb-filled Co-Sb-based skutterudite. We assessed the compressive pressure dependence of internal strain using high-resolution synchrotron radiation X-rays at SPring-8. The prepared single crystal was identified as Yb0.148Co4Sb12.54, with a lattice parameter of 0.90504 nm. Compressive testing was performed until the sample fractured, revealing a compressive strength limit of 591.3 MPa. The stress-strain curve exhibited a nearly constant slope for strains exceeding 0.07 %, leading to an estimated Young's modulus of 154.6 GPa.

Radiological dose from seafood ingestion; A Global summary from 40 years of study

Johansen, M. P.*; Gwynn, J. P.*; Carpenter, J. G.*; Charmasson, S.*; McGinnity, P.*; 森 愛理; Orr, B.*; Simon-Cornu, M.*; Osvath, I.*

Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 55(6), p.422 - 445, 2025/00

https://doi.org/10.1080/10643389.2024.2413202

Seafood is an important source for meeting future global nutrient demands. However, it also contributes disproportionately to the radiological ingestion dose of more than five billion world consumers - up to 70%-80% of the total-foods dose in some countries. Although numerous studies report seafood doses in specific populations, there is still no comprehensive evaluation answering basic questions such as "what is the ingestion dose to the average global seafood consumer?" Analysis of 238 worldwide seafood dose estimates suggests that typical adult consumers receive from 0.13 to 0.21 mSv, with a likely best estimate of 0.15 mSv per annual seafood intake. Those consuming large amounts of seafood, particularly bivalves, may experience ingestion doses exceeding 1 mSv per annual intake, surpassing other routine background dose sources. The published studies suggest that doses of 3 mSv or greater are surpassed in about 150 million adult seafood consumers worldwide. Almost all this dose comes from the natural radionuclides that are prevalent in marine systems - especially Po. While trace levels of anthropogenic radionuclides are ubiquitous in seafoods (e.g.,Cs and Pu), the added dose from these is typically orders of magnitude lower. Even following the large-scale releases from the Fukushima accident, with food safety controls in place, the additional dose to consumers in Japan was small relative to routine dose from natural background radionuclides. However, the worldwide seafood dose estimates span seven orders of magnitude, indicating a need for an assessment that integrates global seafood radionuclide data as well as incorporating changes in seafood consumption and production patterns.

Sm synchrotron-radiation-based Mssbauer and SR studies of SmRuGe

筒井 智嗣; 伊藤 孝; 中村 仁*; 吉田 実生*; 小林 義男*; 依田 芳卓*; 中村 惇平*; 幸田 章宏*; 東中 隆二*; 青木 大*; et al.

Interactions (Internet), 245(1), p.55_1 - 55_9, 2024/12

https://doi.org/10.1007/s10751-024-01900-6

Sm SR-based Mssbauer and muon spin relaxation (SR) spectroscopies have been applied to SmRuGe. The temperature dependence of the Sm SR-based Mssbauer spectra in the paramagnetic state implies the presence of dynamical nuclear Zeeman and/or quadrupole interactions. The time differential SR spectra also exhibit a marked temperature dependence in the paramagnetic state, indicating the presence of magnetic fluctuation in SmRuGe at least. These results in the present work infer that the dynamical hyperfine interactions observed using the mutually complementary spectroscopic methods are connected with the mechanism of the heavy fermion behavior in SmRuGe.