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。

Preliminary neutronic performances of Spallation Neutron Source of Second Target Station at Materials and Life Science Experimental Facility in J-PARC

原田 正英

JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011042_1 - 011042_6, 2026/06

https://doi.org/10.7566/JPSCP.45.011042

J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)では、3GeV・1MWの陽子ビームを炭素ターゲットと水銀ターゲットに入射し、それぞれミュオンビームと中性子ビームを供給している。MLFの最初のターゲットステーション 「TS1」は2008年から運転を開始し、2024年4月現在、近傍の1MWで安定に運転されている。MLFのアップグレードとして、第2ターゲットステーション「TS2」が計画されている。TS2はTS1の近傍に位置し、TS2への陽子ビームラインはTS1の陽子ビームラインの半分に分割されている。加速器から供給される陽子ビームの総出力は1.5MWに増加する。繰り返し周波数は25Hzのままであるが、3パルスのうち1パルスがTS2に輸送され、TS2への陽子ビームは8.3Hz、0.5MWとなる。TS2には、中性子とミュオンの両方を供給するタングステン回転ターゲットと、より高い陽子ビームの電流密度、ターゲットに近いモデレータ位置、より平坦なモデレータなどを採用することにより、より高い中性子輝度を提供するモデレータがある。反射体にはベリリウムと鉄が選ばれている。また、ヘリウムガスで冷却された回転ターゲットは、中性子とミュオンを共存させ、中性子とミュオンの強度を増加させることが期待される。TS2計画の詳細は文献にまとめられている。高強度の中性子を供給するために、シミュレーションコードPHITSとMCNPを用いてTS2の最適化研究が行われた。最終的に、TS2の結合型減速材はTS1の4倍の強度を提供できる。モデレータの高さを小さくすると、輝度はTS1の8倍になる。TS2の非結合型減速材もTS1より3倍高い強度を提供する。固定された固体ターゲットのケースも比較された。

Ice IV from supercooled water; Reproducible crystallization, structure, and ordering

小林 大輝*; 小松 一生*; 伊藤 颯*; 町田 真一*; 服部 高典; 鍵 裕之*

Journal of Physical Chemistry C, 130(25), p.8795 - 8805, 2026/06

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6c00737

氷IVは、氷の高圧下における準安定相であり、水から結晶化することは極めて稀であるため、「ウィル・オ・ザ・ウィスプ(幻灯)」という愛称で呼ばれており、これは氷の不安定で幽霊のような形態を表している。本研究では、水-油エマルジョンを用いた実験により、0.45GPaから1.1GPaの圧力下において、液体の水が均一核生成温度()で再現性よく、かつ選択的に氷IVへと結晶化することを報告する。圧力による氷Ihの融解とそれに続く再結晶化を追跡することで、以下であっても液体の水が優先的に氷IVへと結晶化することを示した。乳化氷試料における高い静水圧状態と結晶成長の抑制により、中性子回折法を用いて氷IVおよびその潜在的な水素配列状態の両方について、信頼性の高い構造解析を行うことができた。実験で達成可能な配列度は極めて低く、結晶化方法にほとんど依存しなかった。

Superior TRIP effect in a duplex stainless steel and its mechanism studied by neutron diffraction experiments

土田 紀之*; 藤田 晃徳*; 平川 直樹*; 濱田 純一*; 石丸 栄一郎*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.

Materials Characterization, 236, p.116436_1 - 116436_13, 2026/06

https://doi.org/10.1016/j.matchar.2026.116436

This study investigated the transformation-induced plasticity (TRIP) effect in duplex stainless steel (DSS), focusing on the influence of deformation temperature on the mechanical properties of 24Cr-5Ni-0.18N DSS. The steel showed an excellent balance of tensile strength and uniform elongation below 183 K due to deformation-induced martensitic transformation (DIMT) of the austenite () phase. The superior TRIP effect was attributed not only to DIMT and enhanced stress and work hardening at lower temperatures, but also to changes in phase interactions and texture evolution. DIMT suppressed crystal rotation, altered stress partitioning among constituent phases, and weakened the texture of the and ' phases. In JIS-SUS329J4L, phase stress, work hardening, and KAM values increased with decreasing temperature, while the texture weakened.

Collapse of Jahn-Teller phonons in LaSrMnO with weak magnetoresistance

Sterling, T. C.*; Savici, A. T.*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; Khan, N.*; Weber, F.*; Reznik, D.*

Communications Materials (Internet), 7, p.121_1 - 121_11, 2026/05

https://doi.org/10.1038/s43246-026-01139-4

We investigated phonons and spin-phonon coupling in ferromagnetic colossal magnetoresistance (CMR) manganites LaSrMnO () that have a relatively small CMR associated with the melting of the magnetic order above room temperature. High-resolution neutron scattering experiments combined with density functional theory (DFT) show that the low-temperature ferromagnetic phase is conventional: neutron scattering intensities from phonons agree with DFT predictions, magnons follow sinusoidal dispersions, and no phonon-magnon hybridization occurs. Fluctuations of Mn moments and low-energy phonons involving Mn and La vibrations remain conventional in the high temperature paramagnetic phase, indicating that the Mn and La/Sr sublattices are not strongly perturbed by the melting of magnetic order. In sharp contrast, the Jahn-Teller active optical oxygen vibrations collapse entirely above the Curie temperature, in spite of the low CMR in these compositions, with at least part of the lost spectral weight reappearing as quasielastic scattering. We attribute this highly anomalous behavior to giant electron-phonon coupling (EPC) in the charge and/or orbital channel. It drives cooperative diffusive motion of quasistatic carrier-trapping oxygen sublattice distortions once ferromagnetism disappears. We hypothesize that the magnitude of magnetoresistance correlates with the rate of this diffusion rather than with the strength of Jahn-Teller EPC.

Spontaneous magnetization curve of -iron at high pressures determined using neutron diffraction

青木 勝敏*; 高野 将大*; 福山 鴻*; 鍵 裕之*; 町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*

Physical Review B, 113(18), p.184440_1 - 184440_6, 2026/05

https://doi.org/10.1103/vdnz-y1nk

体心立方(bcc)-鉄の磁気モーメントの温度依存性をその場中性子粉末回折法を用いて、約2GPaおよび6GPaの圧力下で300950Kの範囲において調べた。磁気散乱の相対寄与を高めるため、中性子散乱長が天然Feの約半分であるFe同位体が用いられた。キュリー温度()は、2.1GPa, 6.0GPa, 6.7GPaでそれぞれ946(30)K、838(50)K、740(40)Kと決定され、(K) = 1043 - 49(7) + 1.3(1.2)で表される磁気相境界が決定された。6.7GPaで加熱すると、磁気転移に続いて構造転移が観測された。この結果は、磁気相境界が相境界の低温側に位置することを示している。したがって、転移は、常磁性bcc鉄から常磁性fcc鉄への構造変化に対応する。

Evaluation of residual stress distribution in linear friction welded steel joint neutron diffraction mapping measurement

山下 享介*; 柳樂 知也*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 潮田 浩作*; 藤井 英俊*

ISIJ International, 66(5), p.673 - 684, 2026/04

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2025-405

In this study, neutron diffraction mapping was performed on linear friction welded (LFW) joints of 12 mm thick high-phosphorus weathering steel (SPA-H) to evaluate residual stress, dislocation density, and crystallographic orientation. Welding was conducted under applied pressures of 100 and 250 MPa. The weld interface mainly consisted of refined ferrite with minor retained austenite and martensite, indicating reverse transformation to austenite during welding. The 250 MPa condition resulted in a lower welding temperature. Elongated grains were observed near the surface along the oscillation direction, while equiaxed grains appeared at the center. Both joints showed high tensile residual stresses at the weld center and compressive stresses near the surface. Higher applied pressure increased dislocation density because of suppressed dynamic recovery. Strong texture formation due to plastic flow was observed, while the effect of applied pressure on texture development was limited.

令和5・6年度JRR-3中性子ビーム利用における独自利用研究・技術開発報告

物質科学研究センター

JAEA-Review 2025-058, 175 Pages, 2026/03

JAEA-Review-2025-058.pdf:8.17MB

JRR-3 (Japan Research Reactor No.3)には、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が所管する15台の中性子ビーム利用実験装置が設置されており、装置高度化を含めた原子力機構の独自利用を行うとともに施設供用装置として外部利用者に供し、様々な研究成果を創出している。本報告書は、運転再開後の令和5年度、令和6年度の独自利用研究および中性子ビーム利用実験装置の高度化などの技術開発の進捗状況を取りまとめたものである。

Stress and temperature, rather than hydrogen, govern stacking fault evolution during tensile deformation in Fe-24Cr-19Ni steel

伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; 川崎 卓郎; 柴田 曉伸*; Harjo, S.

Scripta Materialia, 273, p.117084_1 - 117084_6, 2026/03

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.117084

The effect of solute hydrogen on stacking fault evolution in austenitic steels remains debated. In this study, the changes in stacking fault probability in the 111//loading direction grains family () of hydrogen-charged and non-charged Fe-24Cr-19Ni austenitic steels were evaluated using neutron diffraction during tensile deformation at 223 and 177 K. When values were plotted against macroscopic strain, hydrogen apparently enhanced stacking fault evolution. However, when identical data were translated into the form of versus stress, the superficial hydrogen-effect on notably disappeared. Rather, deformation temperature played more predominant role - lower temperature led to higher regardless of hydrogen-charging, reflecting the reduction of stacking fault energy with decreasing temperature. These findings demonstrate that hydrogen has a minor effect on stacking fault evolution compared with temperature and applied stress.

簡易非破壊測定に向けた革新的なn・シンチレーション検出システムの開発(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; 東北大学*

JAEA-Review 2025-046, 70 Pages, 2026/01

JAEA-Review-2025-046.pdf:5.46MB

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5年度に採択された研究課題のうち、「簡易非破壊測定に向けた革新的なn・シンチレーション検出システムの開発」の令和5年度の研究成果について取りまとめたものである。令和5年度に1Fでは、原子炉格納容器(PCV)からの燃料デブリの取り出しが予定され、さらに、将来的には段階的な取り出し規模の拡大が検討されている。本研究では、標的試料取り出し時のスクリーニングならびに連続監視に資する、革新的なシンチレーション放射線検出システムを開発する。また、1Fをはじめとした原子力施設廃止措置の炉内調査に資する遠隔測定システムを実用化する。より具体的には、(1)革新的な中性子・線核種弁別シンチレータの研究(東北大学)、(2)センサーならびに信号処理システムの小型化(東京大学)、(3)多様な放射線場構築と特性評価(産業技術総合研究所)、(4)簡易非破壊測定システムの開発とホットセル内実証試験(原子力機構)の各要素技術に対し、垂直統合的に研究を展開することでPCV内や各受け入れセル内において、10Gy/hを超える環境下で線、中性子線を弁別し、それぞれの線量率と核種同定を同時に行う検出器の開発に向け、令和5年度に計画した各研究項目に関する研究開発を実施した。