世界初の同位体分析装置による少量燃料デブリの性状把握分析手法の確立(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; 工学院大学*

JAEA-Review 2025-013, 111 Pages, 2025/10

JAEA-Review-2025-013.pdf:7.49MB

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、研究課題のうち、令和3年度に採択された「世界初の同位体分析装置による少量燃料デブリの性状把握分析手法の確立」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。本研究は、少量燃料デブリの取り出し把握に必要な直接的なデータを世界で初めて取得して評価・検討を行うことを目的とする。SEM-EDS等やTEM-EDSでは、同位体識別やPu、Bの分析ができない。一方、ICP-MS等のバルク分析では微小視野での情報が欠落する。つまり、既存の方法では、燃焼率指標情報(NdとUの組成比)、中性子毒物Gdや中性子吸収物質Bの存在比などの局所分析データを含めて燃料デブリ性状を把握するための分析手段がないことが大きな課題である。令和3年度は、JAEA大洗研究所へ導入した同位体マイクロイメージング装置について、高線量試料に対応した装置整備を主に進めた。令和4年度には、JAEA大洗研究所にある同位体マイクロイメージング装置の整備を行い、ウラン含有実粒子の分析に成功した。令和5年度は、工学院大学にあるプロトタイプ機を用いて、今後大洗研究所の装置に反映できるように、一連の分析ルーチンを自動化・遠隔化するための開発を完了した。JAEA大洗研究所では、手動操作を含むが、共鳴イオン化により実粒子からCsの各同位体を分析することに成功した。再委託先の名古屋大学においては、共鳴イオン化におけるイオンビームスパッタによる電子状態の差異を検討するために装置改良を行い、イオンビームによってスパッタされた中性粒子から共鳴イオン化の信号を取得することに成功した。連携先のJAEACLDASでは、重要核種であるNdやGdの最適なイオン化スキームについて実験的に調査し、提案されたイオン化スキームについて、工学院大学の同位体マイクロイメージング装置で同位体比やイオン化効率の検証を行った。

Elucidation of solid particle interfacial phenomena in liquid sodium; Magnetic interactions on liquid metal and solid atoms at the solid interface

Tei, C.; 大高 雅彦; 桑原 大介*

Chemical Physics Letters, 829, p.140755_1 - 140755_6, 2023/10

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2023.140755

固体金属粒子の界面に付着した液体ナトリウムの核磁気共鳴(NMR)信号を初めて検出することに成功した。本研究では、液体ナトリウムと液体ナトリウム中に浮遊する金属粒子との相互作用の違いによる緩和時間の違いを確認した。その結果、微小チタン粒子表面と液体金属ナトリウムは化学的ではなく物理的に相互作用していることが明らかとなった。

Formation of fine solid particles from aqueous solutions of sodium chloropalladate by gamma-ray irradiation

畑田 元義*; 藤田 岩男*; 是川 圭一*

JAERI-Research 94-024, 40 Pages, 1994/10

JAERI-Research-94-024.pdf:1.29MB

アルゴンで飽和した安定剤を含まない塩化パラジウム酸ナトリウム(NaPdCl)水溶液を線照射し、生成した粒子の粒子径を動的光散乱装置を用いて、また生成量を可視紫外分光光度計を用いて測定した。pH=1.95HCl溶液では濁度(700nmにおける吸光度)は照射終了後増加し、その後減少した。また238nmの吸光度から求めた残存PdClは照射により減少したが、照射終了後の時間とともに一部回復することが認められた。これらの現象は照射終了後も粒子の前駆体が存在すること、及びこれが塩化物イオンと反応してPdClイオンを再生することを示している。粒子径は照射直後の20nmから成長して2.75kGyでは約40nm、8.25kGyでは80nmに達した。粒子の収量はpH=0.65HCl溶液では、pH=1.95HCl溶液の場合と比べて小さく、また粒子径は、150nm~200nmと大きなものであった。

Growth and sedimentation of fine particles produced in aqueous solutions of palladium sulfate and palladium sufate-silver sulfate induced by gamma-ray irradiation

畑田 元義*; C.D.Jonah*

JAERI-Research 94-019, 36 Pages, 1994/10

JAERI-Research-94-019.pdf:1.23MB

酸素を除いた硫酸パラジウム水溶液、及び硫酸パラジウム-硫酸銀水溶液を線照射し、生成した微粒子の粒子径の時間変化を動的光散乱測定装置を用いて調べ、溶液中の粒子量の変化を可視紫外分光光度計を用いて調べた。硫酸パラジウムの系では、粒子径は照射後の時間とともに生長したが、約210秒以後では、線量が小さいときは、一定値を示した。線量が大きいときには、粒子径は時間とともに減少した。照射により生成し、成長した粒子は、空隙に水分子を含んだ低密度のものであると推定され、密度は、線量、溶液濃度に依存する。硫酸パラジウム-硫酸銀の系から得られた粒子は、同じ条件で硫酸パラジウムの系から得られたものに比べて低密度のものであった。一旦、凝集沈降した粒子に対する超音波照射効果についても検討した。

Formation of solid particles from aqueous solutions of palladium sulfate and of palladium sulfate-silver sulfate by gamma ray irradiation

畑田 元義*

JAERI-M 93-232, 41 Pages, 1993/12

JAERI-M-93-232.pdf:1.2MB

硫酸パラジウム水溶液(a)、硫酸パラジウム-硫酸銀水溶液(b)、及び硫酸銀水溶液を窒素飽和させ、線照射を行った。固体粒子の生成量は、光学吸収から求めた溶液中の金属イオンの消失、及び捕集した固体沈澱の秤量から求めた。実験の結果、(1)パラジウムイオンは、溶液(a)及び(b)で照射により減少し、固体微粒子による連続吸収が認められた。(2)銀イオンは溶液(b)では減少したが溶液(c)では減少は認められなかった。(3)溶液(a)及び(b)では、照射により電導性の沈澱が生成することが認められたが、溶液(c)では固体の生成は認められなかった。従って溶液(b)では二成分金属粒子が生成している可能性がある。照射された溶液から回収された沈澱の量は、溶液(a)では、消費された金属イオンの57%、溶液(b)では97%であった。

Evaluation of migration of cesium-137 adsorbed on fine soil particles through natural aerated soil layer

小川 弘道; 武部 愼一; 山本 忠利

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(3), p.248 - 254, 1991/03

https://doi.org/10.3327/jnst.28.248

土壌微粒子に吸着したCsの自然状態の通気層中における移動法を評価するため、未撹乱状態で採取した茨城県東海村および青森県六ヶ所村の通気層土壌試料を用いた大規模室内核種移行試験(STEM)の結果から、土壌微細粒子に吸着して土壌中を移動するCsの量を逆解析により求めた。同様に土壌微細粒子に吸着したCsの土壌一間隙水間における濾過定数も逆解析により求めた。土壌微細粒子の移動とともに移動したCs量は、流入Cs量の0.15~6.5%であり、その量は土壌の粒径分布と固結の程度に依存することが分かった。濾過定数は土壌の平均粒径の減少に従って増大した。したがって、粒径が小さく、固結した土壌の場合、土壌微細粒子の移動とともに遠方まで移動するCsの量は少ないと考えられた。

IAEA INTOR Workshop Report, Group 1; Energy and Particle Confinement

核融合研究開発推進センター

JAERI-M 8621, 93 Pages, 1980/01

JAERI-M-8621.pdf:1.93MB

INTORプラズマを検討するためのエネルギー・粒子閉じ込めに関するデータベースの評価を行なった。これらの評価は、エネルギー閉じ込め経験則の検討、炉心プラズマの点モデルおよび一次元モデルによる検討、第一壁やダイバータ板への熱・粒子束、不純物の効果、トロイダル磁場リップルのプラズマ性能に及ぼす効果、アルファ粒子の閉じ込め、シンクロトロン放射損失の評価、INTORパラメータに関する考察等を含むものである。

Growth of fine holes in polyethylenenaphthalate film irradiated by fission fragments

古牧 睦英; 辻村 重男

Journal of Applied Physics, 47(4), p.1355 - 1358, 1976/04

https://doi.org/10.1063/1.322840

核分裂片で照射したポリエチレンナフタレートフィルムを水酸化ナトリウム溶液で処理し、トラックを中心として生成する微細孔の生長過程を、気体透過測定からしらべた。直径100~1000の範囲においてエッチング速度は、ポリエチレンテレフタレートに比べて、おおむね1桁小さく、また陽イオン系ならびに陰イオン系の界面活性剤を添加した実験の結果、界面活性剤の種類によってトラック方向のエッチング速度と孔の半径方向のエッチング速度に対する影響が著しく異なることがわかった。

Particle filter for Large-eddy Simulations of turbulent boundary-layer flow generation based on observations

小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 長谷川 雄太; 中山 浩成; 下川辺 隆史*; 青木 尊之*

no journal, , 

本論文では、風況デジタルツインの実現に向けた現実的な乱流境界層再現のためのデータ同化手法を提案する。本研究グループでは、格子ボルツマン法に基づく汚染物質拡散解析コードCityLBMを開発している。CityLBMは、GPUスーパーコンピュータ上において、適合細分化格子法を用いることで、数km四方の実時間アンサンブル解析が可能である。ここでは、CityLBMの境界条件として、メソスケール気象予測モデルの風況データをナッジング法を用いて同化している。本研究では、観測データに基づいてパーティクルフィルタによりナッジング係数を動的に最適化する手法を新たに提案した。この手法により、終日の風況プロファイルが観測データと一致することが確認され、大気の状態が大きく変化する終日のシミュレーションに適用することが可能となった。

New additional experiments of -decay spectroscopy for Rf

浅井 雅人; 塚田 和明; 佐藤 望*; 佐藤 哲也; 豊嶋 厚史; 石井 哲朗; 宮下 直*; 金谷 佑亮*; 柴田 理尋*; 嶋 洋佑*

no journal, , 

Rfの-同時計数測定および高分解能線微細構造測定実験を行い、Rfの核構造に関する新たな情報を取得した。崩壊に伴い放出される2本の線の存在を再確認するとともに、遷移エネルギーを精度よく決定することに成功した。これらの実験結果からRfの基底状態や核異性体準位のスピン・パリティ、中性子軌道配位を推定し、更に重い超重核の軌道配位や変形度の変化に関する情報を得た。