Implementation of ideal cascade model for uranium enrichment to nuclear fuel cycle simulator

阿部 拓海; 鈴木 大河*; 岡村 知拓*; 中瀬 正彦*

Annals of Nuclear Energy, 232, p.112224_1 - 112224_7, 2026/07

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2026.112224

Reprocessed uranium is important for sustainable nuclear fuel use. It contains isotopes such as U-232, U-234, and U-236, which influence enrichment and later nuclear fuel cycle steps. To evaluate these effects, nuclear fuel cycle simulators require cascade models capable of handling multi-isotopic uranium. In this study, an ideal cascade model based on the matched abundance ratio cascade was implemented in a nuclear fuel cycle simulator NMB4, developed by the Institute of Science Tokyo and Japan Atomic Energy Agency. A three-component approximation was introduced to simplify calculations. Validation against numerical solutions and experimental data showed good agreement. Compared with the simple coefficient method, the ideal cascade model improved predictions for isotopes such as U-232 and U-236, which affect radiation, separative work, and actinide production. These results demonstrate that the new model enhances the accuracy of reprocessed uranium evaluation, aiding future fuel cycle planning.

A Method for estimating light quenching in inorganic scintillator detectors for radioactive ion beam experiments

Kreinder, B.; Cox, I.*; Grzywacz, R.*; 西尾 勝久; 他24名*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1085, p.171298_1 - 171298_7, 2026/05

https://doi.org/10.1016/j.nima.2026.171298

In recent experiments, inorganic scintillators have been used to study the decays of exotic nuclei, providing an alternative to silicon detectors and enabling measurements that were previously impossible. However, proper use of these materials requires us to understand and quantify the scintillation process, specifically in response to very heavy nuclei. In this work, we show a simplified method based on the models of Birks (1951) and Meyer and Murray (1962) to parametrize the light output of inorganic scintillators in response to beams of energetic heavy ions over a broad range of energies. We test the accuracy of our parametrization approach by calculating light output and quenching factors for various ions and comparing them with experimental data from Lutetium Yttrium Orthosilicate (LYSO:Ce), a common inorganic scintillator. The Meyer-Murray model suggests that, for sufficiently heavy ions at high energies, the majority of the light output is associated with the creation of delta electrons, which are induced by the passage of the beam through the material. These delta electrons dramatically impact the response of detection systems when subject to ions with velocities typical of beams in modern fragmentation facilities. To illustrate this, we also present a qualitative estimate of the effects of delta rays on overall light output using the Birks-Meyer-Murray parametrization. The approach presented herein will serve as a basic framework for further, more rigorous studies of scintillator response to heavy ions. This work is a crucial first step in planning future experiments where energetic exotic nuclei are interacting with scintillator detectors.

Durability of U-Zr oxide solid solution in aqueous HO solution

熊谷 友多; 日下 良二; 高野 公秀; 渡邉 雅之

Journal of Nuclear Materials, 625, p.156553_1 - 156553_7, 2026/04

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2026.156553

U-Zr酸化物固溶体は、重大な原子炉事故時に形成される燃料デブリ中に一般的に含まれる相である。本研究では、放射線分解により生成する主要な酸化剤である過酸化水素に対するU-Zr酸化物固溶体の耐性を研究した。過酸化水素との繰り返し接触により、ウランの溶解は初期に進行するが次第に抑制され、ジルコニウムの溶解はより緩やかに進行した。ラマン分光およびX線回折により、表面の化学変化は限定的であり、ウラニル過酸化物の生成もわずかであった。表面に酸化還元活性サイトが存在するとした反応速度論モデルにより実験結果を再現した。解析の結果は反応活性サイトの表面密度は低いことを示唆した。これらの結果は、U-Zr酸化物固溶体の高い耐久性が保護被膜の形成によるものではなく、表面の酸化還元反応性の低さ自体に起因することを示唆する。

Analysis of the effect of crack curvature in Mini-C(T) specimen on fracture toughness evaluation

下平 昌樹; 河 侑成; 高見澤 悠; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄

Journal of Pressure Vessel Technology, 148(2), p.021504_1 - 021504_10, 2026/04

https://doi.org/10.1115/1.4070669

最新の原子炉圧力容器の構造健全性評価においては、マスターカーブ法に基づく正確な破壊靭性参照温度Tの取得が必要である。破壊靭性参照温度TはMini-C(T)破壊靭性試験片によって取得可能であり、この試験片の寸法や亀裂形状に関しては、ASTM規格のE1921や日本電気協会電気技術規程JEAC4216に規定されている。最近、ASTM E1921では評価の正確性や試験を行う上での利便性を向上させるために、亀裂形状に関する規定の変更が行われてきた。このような規格の改定に伴うMini-C(T)試験片の許容亀裂形状の変化は、亀裂先端の塑性拘束状態を変化させ、T評価に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、ASTM E1921やJEAC4216に規定される亀裂形状に関する要求の妥当性について議論するため、Mini-C(T)試験片の亀裂湾曲が破壊靭性評価に及ぼす影響について、ワイブル応力解析を含む有限要素解析によって定量的に評価した。その結果、ASTM E1921-21で定められた最大湾曲を有する亀裂形状の場合、亀裂先端の塑性拘束が弱められ、理想的な直線状亀裂を有するMini-C(T)試験片で得られる破壊靭性値に比べて高めの破壊靭性値が得られる可能性を示した。また、上述の最大湾曲を許容した場合、非保守的なTが取得されることをワイブル応力解析によって示した。一方、JEAC4216で許容される最大湾曲を有する亀裂形状の場合は、理想的な直線状亀裂の場合と比べてTの有意な差は見られなかった。

令和6年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング及び無人航空機による放射線モニタリングに係る技術開発(受託研究)

普天間 章; 越智 康太郎; 佐々木 美雪; 中間 茂雄; 川崎 義晴*; 岩井 毅行*; 平賀 祥吾*; 萩野谷 仁*; 松永 祐樹*; 眞田 幸尚; et al.

JAEA-Technology 2025-015, 171 Pages, 2026/03

JAEA-Technology-2025-015.pdf:11.43MB

2011年(平成23年)3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震に伴う津波により、東京電力福島第一原子力発電所事故が発生し、大量の放射性物質が周辺環境に飛散した。事故直後から、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手段として、有人ヘリコプター等による航空機モニタリングが活用されてきた。日本原子力研究開発機構は原子力規制庁からの受託事業として、緊急時モニタリングの迅速化に向け、発電所周辺のバックグラウンド線量率や地形、管制空域等の情報整備を進めている。令和6年度は、島根原子力発電所周辺で航空機モニタリングを実施し、線量率マップ等を作成し、地上測定値や他機関データと比較して妥当性を確認した。原子力総合防災訓練では、有人ヘリコプターに加え無人航空機を用いた訓練フライトを実施し、搭載方法やリアルタイム通信、迅速なマッピングの有効性を確認した。さらに、無人機データ収集システムの整備を進め、リアルタイム解析やマルチプラットフォームでの運用を検証し、改良課題を抽出した。マルチコプターの操作講習も実施し、運用技術の向上を図った。加えて、米国、フランス、韓国、カナダと合同環境放射線モニタリングを行い、各国の測定技術や運用体制に関する知見を得るとともに、国際的な情報共有の重要性を確認した。本報告書は、これら令和6年度の受託研究で得られた成果と技術的課題を取りまとめ、今後の緊急時モニタリング技術の高度化に資する知見を提供するものである。

原子力科学研究所等の放射線管理(2024年度)

原子力科学研究所 放射線管理部; 青森研究開発センター 保安管理課

JAEA-Review 2025-055, 107 Pages, 2026/03

JAEA-Review-2025-055.pdf:2.26MB

本報告書は、日本原子力研究開発機構の原子力科学研究所、播磨放射光RIラボラトリー及び青森研究開発センターにおける放射線管理に関係する2024年度の活動をまとめたものである。これらの研究開発拠点で実施した放射線管理業務として、環境モニタリング、原子力施設及び放射線業務従事者の放射線管理、個人線量管理、放射線管理用機器の維持管理等について記載するとともに、放射線管理に関連する技術開発及び研究の概要を記載した。これらの研究開発拠点において、施設の運転・利用に伴って、保安規定等に定められた線量限度を超えて被ばくした放射線業務従事者はいなかった。また、各施設から放出された気体及び液体廃棄物の量とその濃度は保安規定等に定められた放出の基準値及び放出管理目標値を下回っており、これらに起因する周辺監視区域外における実効線量も保安規定等に定められた線量限度以下であった。放射線管理の実務及び放射線計測技術に関する技術開発・研究活動を継続実施した。

音響異方性を有する溶接金属部での柱状晶伝搬エコーに関する超音波解析; 加圧水型原子炉1次系ステンレス鋼配管の粒界割れを対象として(令和6年度原子力規制研究技術基盤構築事業費補助金「原子力規制研究の強化に向けた技術基盤構築事業」)

松井 哲也; 下平 昌樹; 山口 義仁; 外山 健; 勝山 仁哉

JAEA-Research 2025-017, 41 Pages, 2026/03

JAEA-Research-2025-017.pdf:4.52MB

日本原子力研究開発機構安全研究センターでは、2024年度より先進的な検査・構造健全性評価技術に関する基盤研究を進めており、その一環として超音波シミュレータによる模擬探傷画像及び機械学習を活用して超音波探傷結果診断技術を開発予定である。本研究では、そこで用いる超音波シミュレータの適用性を検証するため、シミュレータによるフェーズドアレイ超音波探傷での解析結果と実機事例を比較した。実機事例として、数少ない公開結果である2020年に報告された関西電力大飯発電所3号機加圧器スプレイライン配管溶接部における粒界割れの超音波探傷結果を比較対象とした。配管溶接部に対する入射角45のフェーズドアレイリニアスキャンを模擬した解析において、亀裂によるコーナーエコー及び端部エコーはその亀裂の位置に正しく検出された。一方、解析において溶接金属部内に強い柱状晶伝搬エコーが検出され、その強度は柱状晶異方性の対称軸角度への依存性が高いことがわかった。また、入射角31の場合にも強い柱状晶伝搬エコーが得られ、その柱状晶伝搬エコーは亀裂のコーナーエコーと繋がって、配管内表面における亀裂位置から溶接内部にまたがる形状であった。これは、実機事例とよく一致していることから、フェーズドアレイの入射角31で実測された溶接内部エコーの原因としては柱状晶伝搬エコーも考えられる可能性が示唆された。

Temperature effect on radiolytically generated hydrogen yield from a plutonium nitric acid aqueous solution

樋川 智洋; 宝徳 忍; 熊谷 友多; 阿部 侑馬*; 小山 幹一*; 深谷 洋行; 伴 康俊; 木田 孝; 長谷川 聡*; 中野 正直*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 63(3), p.322 - 327, 2026/03

https://doi.org/10.1080/00223131.2025.2541067

燃料再処理施設における水素安全に資するため、放射線分解により生成する水素発生に対する温度の影響を調べた。プルトニウム硝酸水溶液の放射線分解による水素発生量を、室温から溶液の沸騰温度までの温度について実験的に取得した。その結果、沸騰条件まで温度を上昇させても有意な水素発生量の上昇は見られなかった。さらに溶液の撹拌が水素生成に与える影響についても検討したところ、室温での静的条件と混合条件の間で水素生成に違いがみられなかった。これらの知見は、溶液の温度上昇や沸騰が水素生成を大幅に増加させないことを示唆しており、重大事故時の水素リスク評価に貢献する。

原子力機構の大型計算機システムにおけるジョブスケジューリングシステムの運用改善

河津 諒平

JAEA-Technology 2025-014, 48 Pages, 2026/02

JAEA-Technology-2025-014.pdf:2.19MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という。)では、日本における原子力の総合研究開発機関として原子力に係わる様々な分野の研究開発を行っており、これらの研究開発の多くにおいて計算科学技術が活用されている。原子力機構のスーパーコンピュータシステムHPE SGI8600(以下、「大型計算機システム」という。)はデジタルツイン、機械学習、ビックデータ処理等の技術進展を背景に高まっている計算需要に応える重要インフラとして令和2年12月に導入したものであり、原子力機構の研究開発の推進において欠くことのできないものとなっている。大型計算機システムにおけるプログラムの実行タスク(以下、「ジョブ運用」という。)を効率化することは、計算資源の効率的な利用、すなわち、研究開発の効率化において有用である。ジョブ運用の効率化に向け、プログラム実行の待機時間(以下、「ジョブ待機時間」という。)を調査することにより、運用開始段階では分かれていたジョブの実行リストを管理するクラス(以下、「キュークラス」という。)の統合を行えばジョブ待機時間が改善され、運用が効率化されると推定された。そのことから、キュークラスの統合を令和4年度より施行することとした。本報告書では、ジョブ運用の効率化のために行った大型計算機システムの利用情報の分析からキュークラス統合までの流れ、キュークラス統合前後のジョブ待機時間の変化について報告する。

Validation of underwater radiation monitoring detector

Ji, W.*; Lee, E.*; Ji, Y.-Y.*; 越智 康太郎; 吉村 和也; 舟木 泰智; 眞田 幸尚

Nuclear Engineering and Technology, 58(2), p.103933_1 - 103933_6, 2026/02

https://doi.org/10.1016/j.net.2025.103933

汚染予測地点の河川や貯水池の堆積物中のCs放射能濃度を推定するために、水中放射線in-situ検出器MARK-U1(Monitoring of Ambient Radiation of KAERI - Underwater)の性能を検証することを目的とした。さらに、高純度ゲルマニウム(HPGe)半導体検出器を用いて放射能を測定するため、コアサンプルを採取した。放射能を推定するために、測定されたスペクトルと試料中のCs放射能を比較して換算係数を導き出した。モンテカルロN粒子(MCNP)シミュレーションを実施し、in-situ測定に有効な線源形状を決定した。シミュレーション結果は、31.62%の偏差で、現場のMARK-U1モニタリング結果とよく相関した。これらの結果は、in-situ検出器の性能を検証するものである。したがって、この装置は、試料採取を必要とせず、in-situモニタリングによって水底堆積物中のCs放射能濃度を推定するために使用することができる。