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報告書

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(委託研究); 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

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$$_{2}$$)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$$alpha$$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。

論文

Preparation of an H$$_{2}$$-permselective silica membrane for the separation of H$$_{2}$$ from the hydrogen iodide decomposition reaction in the iodine-sulfur process

Myagmarjav, O.; 池田 歩*; 田中 伸幸; 久保 真治; 野村 幹弘*

International Journal of Hydrogen Energy, 42(9), p.6012 - 6023, 2017/03

 被引用回数:17 パーセンタイル:59.75(Chemistry, Physical)

A high performance hydrogen-permselective silica membrane derived from hexyltrimethoxysiline (HTMOS) Si-precursor was developed to enhance chemical equilibrium ratio of hydrogen iodide (HI) decomposition in thermochemical water-splitting iodine-sulfur (IS) process. The silica membrane, called the HTMOS membrane, was prepared via a counter diffusion chemical vapor deposition method. The HTMOS membrane prepared at an optimal condition of 450$$^{circ}$$C within 5 min showed highest H$$_{2}$$ permeance of the order of 10$$^{-7}$$ mol Pa$$^{-1}$$ m$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$ with a H$$_{2}$$/SF$$_{6}$$ selectivity of 276. It was found that the HTMOS membrane was stable in HI exposure at 400$$^{circ}$$C during 8 h and its HI permeance was the order of 10$$^{-10}$$ mol Pa$$^{-1}$$ m$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$. It was demonstrated that the newly developed the HTMOS membrane could be a promising candidate for HI decomposition membrane reactor at working temperature of around 400$$^{circ}$$C.

論文

IS process hydrogen production test for components and system made of industrial structural material, 2; H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ decomposition, HI distillation, and HI decomposition section

野口 弘喜; 竹上 弘彰; 上地 優; 田中 伸幸; 岩月 仁; 笠原 清司; 久保 真治

Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.1029 - 1038, 2016/11

原子力機構では、高温ガス炉の核熱利用技術として熱化学法ISプロセスの研究開発を行っている。工業材料を用いて100L/h規模の連続水素製造試験装置を製作した。初めに、本試験装置の各機器の機能確認を行うため、5つに分割された工程毎に試験を実施した。本報告では、5工程のうち、硫酸分解工程、HI蒸留工程及びHI分解工程の結果を示した。硫酸分解工程では、硫酸分解器による硫酸分解反応試験を行い、酸素製造量は供給硫酸量に比例することを示し、また、SO$$_3$$分解率は約80%であった。以上より、設計通りの性能を有していることを明らかにした。HI蒸留工程では、共沸以上のHIx水溶液を用いた蒸留試験を行い、塔頂から高濃度HI水溶液、塔底から共沸組成のHIx水溶液の生成を確認し、蒸留による分離が設計通りに行われていることを示した。HI分解工程では、HI分解器によるHI分解反応試験を行い、分解率約18%で安定した水素製造が可能であることを示し、設計通りの性能を有していることを示した。シリーズ(I)で示すブンゼン反応工程、HI濃縮工程の結果と合わせて、工程別試験を完了した。その後、これらの結果を基に、連続水素製造試験を実施し、8時間の水素製造に成功した。

論文

Seasonal characteristics of chemical compositions of the atmospheric aerosols collected in urban seaside area at Tokaimura, eastern central Japan

Fu, F.; 渡部 和男; 矢吹 貞代*; 赤木 右*

Journal of Geophysical Research, 109(20), p.D20212_1 - D20212_9, 2004/10

東海村海岸地区で2002年7月$$sim$$2003年7月にかけてアンダーセン型エアサンプラーを用いてエアロゾル試料を粒径別に採取した。エアロゾルを水溶性及び水不溶性成分に分け、それぞれの化学成分を分析し、エアロゾル粒径別の質量,元素組成等の諸データを取得した。その結果、東海村のエアロゾルは、中国の砂嵐の影響を受けていること,海塩粒子が南極のそれより大きく塩素含有率が低いこと等が明らかになった。

論文

Validation of minor actinide cross sections by studying samples irradiated for 492 days at the dounreay prototype fast reactor, 1; Radiochemical analysis

篠原 伸夫; 河野 信昭; 中原 嘉則; 辻本 和文; 桜井 健; 向山 武彦*; Raman, S.*

Nuclear Science and Engineering, 144(2), p.115 - 128, 2003/06

英国ドンレイ高速中性子原型炉で492日間照射したアクチノイド試料を放射化学的手法を用いて分析し、核分裂生成物(Mo,Zr,Nd)とアクチノイド(U,Np,Pu,Am,Cm,Cf)の同位体組成を精度良く測定した。本論文(PaperI)では、化学分析の詳細と得られた分析データを記述した。本研究で得られたデータは米国オークリッジ国立研究所で得られたデータと良い一致を示すとともに、本分析データは今後の燃焼計算コードのベンチマーク情報として、さらに核データライブラリの検証に役立つものである。なお別報(PaperII)では、本分析データを用いて核データの検証を試みた。

論文

Validation of minor actinide cross sections by studying samples irradiated for 492 days at the dounreay prototype fast reactor, 1; Radiochemical analysis

篠原 伸夫; 河野 信昭; 中原 嘉則; 辻本 和文; 桜井 健; 向山 武彦*; Raman, S.*

Nuclear Science and Engineering, 144(2), p.115 - 128, 2003/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:55.15(Nuclear Science & Technology)

英国ドンレイ高速中性子原型炉で492日間照射したアクチノイド試料を放射化学的手法を用いて分析し、核分裂生成物(Mo,Zr,Nd)とアクチノイド(U,Np,Pu,Am,Cm,Cf)の同位体組成を精度よく測定した。本論文(Paper 1)では、化学分析の詳細と得られた分析データを記述した。本研究で得られたデータは米国オークリッジ国立研究所で得られたデータと良い一致を示すとともに、本分析データは今後の燃焼計算コードのベンチマーク情報として、さらに核データライブラリの検証に役立つモノである。なお別報(Part 2)では、本分析データを用いて核データの検証を試みた。

報告書

模擬雑固体廃棄物の溶融挙動と固化体の特性(受託研究)

中塩 信行; 磯部 元康; 涌井 拓治*; 岩田 圭司*; 木林 辰行*; 金沢 勝雄; 福井 寿樹; 大竹 敦志*; 中島 幹雄; 平林 孝圀*

JAERI-Research 2001-001, 19 Pages, 2001/02

JAERI-Research-2001-001.pdf:1.29MB

模擬雑固体廃棄物を、高周波誘導加熱とプラズマ加熱を併用するハイブリッド加熱方式及び導電性るつぼを用いる高周波誘導加熱方式の2つの溶融方式によって溶融し、雑固体廃棄物の溶融挙動を調べるとともに、溶融固化体の特性を評価した。製作した溶融固化体には強度を損なうような有害な空隙もなく、溶け残りなども見られず、ハイブリッド加熱方式で製作した溶融固化体の一部で見られたボイドの残存も、脱酸素剤を添加することにより低減できた。また、溶融固化体のスラグ層、金属層の化学成分分析、圧縮強度試験、比重測定の結果、溶融処理によって雑固体廃棄物を十分に均質化、安定化できるが溶融炉耐火材・るつぼ材の溶湯への溶け込み及び脱酸素剤が固化体中化学成分に影響を与える場合があることがわかった。一方、安定同位体トレーサーを用いて核種移行挙動を調べた結果、Coは金属層へ、Csはスラグ層に分布し、Csの残存率は加熱方式に影響を受けることがわかった。

報告書

原子炉用黒鉛材料の酸化挙動とSiC傾斜組成化による耐酸化性及び耐熱衝撃性の改良研究

藤井 貴美夫

JAERI-Research 99-050, 99 Pages, 1999/08

JAERI-Research-99-050.pdf:5.37MB

多孔質材料である黒鉛・炭素材料の水蒸気あるいは空気による酸化腐食に起因する特性変化は腐食量が同じであっても、黒鉛・炭素材料内部への腐食の進行状況が、その銘柄によって異なるため単純に評価することはできない。特に低温域における腐食反応では、黒鉛材料に形状変化が生じていなくても腐食は材料内部まで均一に進行する。また、バインダー部分が選択的に腐食されるため粒子間がバラバラになり、結果として機械的・熱的特性を急速に失うことになる。本研究では、(1)原子炉用黒鉛材料の腐食特性と銘柄間に共通な腐食特性長さL$$_{B}$$を用いて腐食量と腐食侵入深さの関係を明確にした、(2)全腐食量と試験片の全表面積の関係を検討した、(3)黒鉛材料の腐食特性を利用したSiC傾斜組成材料の創製と、耐酸化性及び耐熱衝撃性について検討した結果を報告する。

報告書

The Aqueous solubility and speciation analysis for uranium, neptunium and selenium by the geochemical code (EQ3/6)

武田 聖司; 島 茂樹; 木村 英雄; 松鶴 秀夫

JAERI-Research 95-069, 47 Pages, 1995/11

JAERI-Research-95-069.pdf:1.65MB

高レベル放射性廃棄物の処分サイトにおいて想定される地下水の化学特性に対し、地球化学コードEQ3/6により、U、Np、Seの溶解度と化学種の推定を行った。また、各研究機関の溶解度及び化学種に関する報告と解析結果の比較検討を行った。溶解度の解析から、人工バリア内において想定される地下水の化学特性の変化に対する各元素の溶解度特性を定量的に評価することができた。また、酸化雰囲気の中性あるいはアルカリ側の地下水において炭酸濃度の上昇がU、Npの溶解度の上昇をもたらし、炭酸濃度が溶解度に及ぼす影響の程度を把握することができた。化学種については、人工バリアにおける支配的な溶存化学種が推定でき、天然バリアでは還元雰囲気から酸化雰囲気に地下水特性が変化する間の溶存化学種の変化を予測することができた。

論文

Chemical effectiveness of elastic and inelastic energy loss of He$$^{+}$$,Ar$$^{+}$$,and Xe$$^{+}$$ ions bombarding solid potassium nitrate

大野 新一; 古川 勝敏; 曽我 猛

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 59(6), p.1947 - 1951, 1986/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:25.53(Chemistry, Multidisciplinary)

20-100keV範囲のHe$$^{+}$$,Ar$$^{+}$$,Xe$$^{+}$$イオンの硝酸カリウム分解に対する反応断面積を求めた。この値を入射イオンに対する電子的及び核的阻止能の値と比較することにより、イオンのエネルギー損失の化学反応に対する効率として、非弾性衝突の方が弾性衝突よりも約5倍大きいことを結論する。(シリーズ報文:高エネルギー粒子による科学反応,III)

論文

Decomposition of solid potassium nitrate by incident 100 keV ions

古川 勝敏; 大野 新一

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 58, p.1831 - 1832, 1985/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:22.87(Chemistry, Multidisciplinary)

電子線・ガンマ線による放射線分解と高エネルギーイオンによる化学反応を比較するために、100keVの水素,ヘリウム,窒素,酸素イオンを硝酸カリウムに衝撃し、生成する亜硝酸イオンの収量を測定した。得られたG値(0.5~1.8)と阻止能の値を比較することにより、イオン線による反応が電子励起によることを結論する。

論文

Studies on the nickel・iodine・sulfur process for hydrogen production

佐藤 章一; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫; 池添 康正; 諏訪 武

Int.J.Hydrogen Energy, 9(3), p.191 - 196, 1984/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:73.43(Chemistry, Physical)

ニッケル・ヨウ素・硫黄を用いる水素製造プロセスについて研究した。ヨウ化ニッケルを硫酸ニッケルから分離する方法として、溶媒抽出に代えて晶出分離を行うことにより、プロセス効率は大幅に上昇した。その他、ニッケル塩の溶解度、沃化ニッケル含水塩、無水塩の分解平衡圧、沃化ニッケルの熱分解速度、三酸化硫黄の接触分解など、プロセスに含まれる平衡、速度の測定を行った。プロセスの熱収支を算出した。

報告書

軽水炉圧力容器用鋼の照射脆化に関する最近の研究動向の調査

須藤 亮*; 宮園 昭八郎

JAERI-M 83-086, 103 Pages, 1983/06

JAERI-M-83-086.pdf:2.56MB

軽水炉圧力容器鋼の中性子照射脆化に関する海外(米国、フランス、西ドイツ、イギリス)での最近の研究動向を調査した。調査結果は1)照射脆化感受性に及ぼす鋼材の化学成分の影響、2)照射材の照射後焼鈍による靭性の回復、3)破壊力学的手法による照射材の靭性評価、4)疲労き裂進展挙動に及ばす照射の効果、に分類した。1)では、銅(Cu)、リン(P)、ニッケル(Ni)等の影響、およびRegulator Guide等の現行のGuidelineの妥当性を評価、検討した研究が含まれている。2)では、照射脆化の進行を押えるための照射後焼鈍条件、焼鈍方法等を検討した研究が示されている。3)では、照射材の破壊靭性値とシャルピー衝撃値とを相関づけた研究、弾塑性破壊力学に基づく照射材のJ-R曲線を求めた研究等が示されている。4)に関しては、大気中での照射材の疲労き裂進展挙動を調べた研究が多く、実機環境中での研究は現段階では比較的少ない。

論文

Kinetics of the thermal decomposition of nickel sulfate

小貫 薫; 清水 三郎; 中島 隼人; 池添 康正; 佐藤 章一

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 56, p.3294 - 3296, 1983/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:15.02(Chemistry, Multidisciplinary)

硫酸ニッケルの熱分解反応速度を1023Kから1078Kの温度範囲にわたって測定した。粉末試料の場合、熱分解は界面収縮型であり、分解の活性化エネルギーは296KJ/molであった。気体生成物は、三酸化硫黄(SO$$_{3}$$)、二酸化硫黄(SO$$_{2}$$)および酸素(O$$_{2}$$)であり、その組成は平衡値に近いものであった。これは、固体分解生成物である酸化ニッケル(NiO)が、反応SO$$_{3}$$$$rightarrow$$SO$$_{2}$$+1/2O$$_{2}$$に対して高い触媒能を有するためと考えられる。

報告書

閉サイクル水素製造法の研究,5; 1980年度

佐藤 章一; 池添 康正; 諏訪 武; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫

JAERI-M 9724, 128 Pages, 1981/10

JAERI-M-9724.pdf:3.66MB

核エネルギーによる閉サイクル水素製造プロセスに関して、昭和55年度に行った研究について報告した。熱化学法の研究では、ニッケル・沃素・硫黄を用いるプロセス(NISプロセス)について、沃化ニッケルと硫酸ニッケルの含水塩と無水塩の分解平衡圧の測定、沃化ニッケル無水塩の熱分解速度の測定、三酸化硫黄の触媒による分解など、プロセスに含まれる主要ステップの平衡、速度の測定を行った。メタノールを用いた新プロセスについて、予備的に検討した。放射線化学法の研究では、炭酸ガス分解反応における逆反応機構の研究、特にイオン反応に対する水と一酸化炭素を含むイオン種の影響について研究した。使用済核燃料の線源利用の文献調査結果についても述べた。

論文

核熱利用と水素エネルギー

佐藤 章一

日本原子力学会誌, 18(11), p.685 - 690, 1976/11

今後大規模に開発できる可能性のある一次エネルギー源は、原子力である。それを、広い利用分野をもつ水素の熱エネルギーに変換できれば、水素をエネルギー担体とする水素エネルギーシステムの成立が可能になる。水素エネルギーは化石燃料への依存性を低下させるのにも有効であろう。このような非電力利用に適した原子炉は、高温ガス炉であるが、水素製造プロセスなどへの利用には、炉とプロセスの結合の境界に関する検討と、原子炉エネルギーの有効利用が可能な経済的な水素製造プロセスの確立が必要である。

論文

A New class of thermochemical hydrogen production processes

佐藤 章一; 中島 隼人

Journal of Nuclear Science and Technology, 12(10), p.659 - 660, 1975/10

 被引用回数:1

熱化学的閉サイクル水素製造のための新プロセスとして、炭酸ガスを遷移金属低級塩化物と反応させて一酸化炭素を得、これを水と反応させて水素を得る反応を組み合わせることを考案した。塩化マンガン(II)の反応を例として、熱化学的性質と、炭酸ガスの反応による一酸化炭素生成量の実験結果、および反応についての簡単な考察を行った。マンガンのほか、クロム,鉄,ニッケル,コバルトで同様な一酸化炭素生成が見出されたので、これらの反応を用いて、新しい種類の熱化学的水素製造プロセスが構成できることを、数例をあげて述べた。

論文

Preparation of Zircaloy Standards Sample for Chemical Composition Analysis

中島 篤之助; 高島 教一郎; カシュウセイイチロウ*; M.ナガセ*; C.ハヤシ*

Trans.International Vacuum Metallurgy Conference, p.553 - 577, 1970/00

抄録なし

口頭

The Analytical prediction of inventories and physicochemical composition of spallation products produced in Lead-Bismuth Eutectic of Accelerator Driven System

宮原 信哉*; 有田 裕二*; 大平 直也*; 佐々 敏信; 前川 藤夫; 松田 洋樹

no journal, , 

鉛ビスマス共晶(LBE)合金は加速器駆動システム(ADS)の核破砕中性子ターゲットや冷却材として用いられ、核破砕生成物として多くの元素が生成するため、その放出および輸送挙動を評価することが重要である。そこで、J-PARCのADSターゲット試験施設(TEF-T)のLBEループについて、LBE中に生成する核破砕生成物のインベントリおよび物理化学的組成について検討した。LBE内の核破砕生成物インベントリは、PHITSコードを使用して評価した。LBE中の核破砕生成物の物理化学的組成は、350$$^{circ}$$C$$sim$$500$$^{circ}$$CのLBE運転温度及びLBE中の酸素濃度10ppb$$sim$$1ppmの条件下、Thermo-Calcコードを用いて計算した。計算の結果、Hg, Tl, Au, Os, Tcの5元素がすべての条件下でLBEに可溶であり、化合物は形成されなかった。Ce, Zr及びYの酸化物はLBE中でCeO$$_{2}$$, ZrO$$_{2}$$およびY$$_{2}$$O$$_{3}$$として安定であることが示唆された。

口頭

化学組成を用いた機械学習による破砕帯活動性評価; 取り組み事例の紹介

島田 耕史; 立石 良*

no journal, , 

破砕帯の活動性評価では、上載地層法の適用が一般的であるが、地下坑道やボーリングで遭遇する破砕帯はその地表への延長部が不明な場合が多く、別の手法が必要である。開発すべき手法は、専門的判断の助けとなるような、結果が人に依存せず客観的に導き出されるものであり、実施, 普及, 検証を一般的な地質技術者が実行可能である必要がある。この目標に照らして、破砕帯中軸部の断層ガウジの全岩化学組成は魅力的である。活断層と非活断層で断層岩の化学組成に違いがあるか、という問題に対し、化学組成を用いた機械学習(多変量解析)が解決手段になり得ると考え、活動性が既知である断層の断層ガウジの化学組成の文献値を収集し、多変量解析によって活断層と非活断層を判別する一次式の探索を2018年から開始した。花崗岩質岩を対象とした検討結果は、活断層と非活断層の2群を判別率100%で分ける判別式が複数存在することを示している。発表では、過去の検討事例も含め、現在の取り組み状況を紹介する。

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