Image selection method from image sequence to improve computational efficiency of 3D reconstruction; Application of fixed threshold to remove redundant images

羽成 敏秀; 中村 啓太*; 今渕 貴志; 川端 邦明

Journal of Robotics and Mechatronics, 36(6), p.1537 - 1549, 2024/12

https://doi.org/10.20965/jrm.2024.p1537

本稿では、時系列画像から3次元モデルを効率的に生成するための画像選択法を導入した立体復元処理について述べる。効率的な立体復元に適した画像を得るために、時系列画像中の冗長画像を除去する画像選択法の適用を試みた。提案手法では、オプティカルフローと固定しきい値に基づいて、時系列画像から適切な画像を選択する。その結果、提案手法により、カメラで取得した時系列画像に基づく立体復元処理の計算量を削減することができた。その結果、立体復元精度を一定に保ったまま、立体復元処理の計算量を削減できることを確認した。

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4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 2024-014, 112 Pages, 2024/08

JAEA-Review-2024-014.pdf:8.22MB

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4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4年度分の研究成果について取りまとめたものである。酸化物デブリの逆解析では、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模擬燃料粒子の合成に成功した。さらに、サンプリングデータに基づき作成されたU1-No.15試料の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を模擬金属デブリへの落下試験より、それぞれ溶融反応が低下するメカニズムを明らかにした。さらにステンレス鋼とジルコニウム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に基づく大型試験体系での解析可能な簡素化モデルを提示、また圧力容器下部の材質を参照した大型試験体の実験より酸化物が圧力容器破損に与える影響を評価、さらに炉心部から先行して溶融・移行したステンレス鋼等の金属物質の再溶融過程におけるウラン混入条件の評価を行った。また、試験技術の整備として、二酸化ウランとジルコニウムと金属との半溶融模擬デブリの合成、少量のウランを用いる模擬燃料デブリ合成に最適な加熱炉の検討を行った。

A Study on the effects of photogrammetry by the camera angle of view using computer simulation

中村 啓太; 羽成 敏秀; 松本 拓; 川端 邦明; 八代 大*

Journal of Robotics and Mechatronics, 36(1), p.115 - 124, 2024/02

https://doi.org/10.20965/jrm.2024.p0115

During the decommissioning activities, a movie was shot inside the reactor building during the investigation of the primary containment vessel by applying photogrammetry, which is one of the methods for three-dimensional (3D) reconstruction from images, to the images from this movie, it is feasible to perform 3D reconstruction of the environment around the primary containment vessel. However, the images from this movie may not be suitable for 3D reconstruction because they were shot remotely by robots owing to limited illumination, high-dose environments, etc. Moreover, photogrammetry has the disadvantage of easily changing 3D reconstruction results by simply changing the shooting conditions. Therefore, this study investigated the accuracy of the 3D reconstruction results obtained by photogrammetry with changes in the camera angle of view under shooting conditions. In particular, we adopted 3D computer graphics software to simulate shooting target objects for 3D reconstruction in a dark environment while illuminating them with light for application in decommissioning activities. The experimental results obtained by applying artificial images generated by simulation to the photogrammetry method showed that more accurate 3D reconstruction results can be obtained when the camera angle of view is neither too wide nor too narrow when the target objects are shot and surrounded. However, the results showed that the accuracy of the obtained results is low during linear trajectory shooting when the camera angle of view is wide.

無人航走体を用いた燃料デブリサンプルリターン技術の研究開発(委託研究); 令和3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; 海上・港湾・航空技術研究所*

JAEA-Review 2022-070, 70 Pages, 2023/03

JAEA-Review-2022-070.pdf:5.27MB

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3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始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2年度に採択された「無人航走体を用いた燃料デブリサンプルリターン技術の研究開発」の令和3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、日英共同研究体制の下、耐放射線性を持ちつつ中性子検出効率を向上させた中性子検出器と、強力な切削能と収集能を持ったエンドエフェクタ並びにマニピュレータを融合させた燃料デブリサンプリング装置を開発し、それらを無人航走体へ搭載させた燃料デブリサンプリングシステムを構築することを目指すものである。さらに、システム位置を同定する測位システムと、光学カメラ、ソナー、今回開発する中性子検出器の計数情報を仮想現実システムへ投影させる技術を開発し、遠隔操作技術の向上に貢献する技術開発を行う。

Instability phenomena of lean hydrogen/oxygen/inert-gas premixed flames on a flat burner

勝身 俊之; Thwe Thwe, A.; 門脇 敏

Journal of Visualization, 25(5), p.1075 - 1083, 2022/10

https://doi.org/10.1007/s12650-022-00844-9

希薄燃焼と不活性ガス添加は、水素予混合火炎の燃焼速度を制御するのに有用であり、固有不安定により希薄水素火炎の前面にセル状構造が形成されることはよく知られている。しかし、希薄水素予混合火炎の不安定現象に対する不活性ガス添加の影響は十分に理解されていないため、火炎の不安定性を実験的に調査する必要がある。実験では、不安定現象の特性を解明するために、フラットバーナー上の水素/酸素/不活性ガス(Ar, N, CO)予混合火炎のセル状構造と変動を、直接観察,レーザー診断および発光強度を使用して取得した。その結果、不活性ガス添加量,当量比,総流量とセル状火炎の特性との相関関係が明らかになり、これらのパラメータが火炎の不安定性に及ぼす影響が議論された。

溶脱による変質を考慮した汚染コンクリート廃棄物の合理的処理・処分の検討(委託研究); 令和2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; 北海道大学*

JAEA-Review 2021-070, 98 Pages, 2022/03

JAEA-Review-2021-070.pdf:4.75MB

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2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2年度に採択された「溶脱による変質を考慮した汚染コンクリート廃棄物の合理的処理・処分の検討」の令和2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、福島第一原子力発電所の地下構造物のコンクリートに焦点をあて、汚染水との接触により変質したコンクリート材料を対象として、放射性核種の移行挙動の解明、特性評価、放射性核種の移行挙動モデルの構築、およびそれらの情報をもととした放射性廃棄物物量の推計、コンクリート廃棄物の管理シナリオの分析を目的として実施する。

Three-dimensional visualization of a beta-emitting nuclide by combining a directional Geiger-Mueller counter and Structure from Motion

佐藤 優樹; 峯本 浩二郎*; 根本 誠*

Journal of Instrumentation (Internet), 16(10), p.C10008_1 - C10008_8, 2021/10

https://doi.org/10.1088/1748-0221/16/10/C10008

At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) where the accident occurred due to large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake of 11 March 2011, it is important to understand and visualize the distribution of radioactive substances in order to reduce exposure doses of workers and to establish decontamination plans. We focused on the importance of visualizing beta-emitting nuclides in addition to gamma-emitting ones to reduce the exposure dose of workers at the FDNPS, and proposed a method for three-dimensional (3-D) visualizing the position of beta-emitting ones. By combining directional Geiger-Mueller counter with Structure from Motion technology using a digital camera, we succeeded in visualizing a beta-emitting nuclide of Sr-source on the 3-D model of the working environment.

A Concept of mirror world for radioactive working environment by interactive fusion of radiation measurement in real space and radiation visualization in virtual space

佐藤 優樹

Physics Open (Internet), 7, p.100070_1 - 100070_8, 2021/05

https://doi.org/10.1016/j.physo.2021.100070

To understand radiation information, such as dose rate and the position of radioactive substances in a radioactive working environment in detail, the author proposes the construction of a mirror world of the environment. In the proposed mirror world, the work environment is reproduced in a virtual space, and the radiation information measured in a real space is projected onto the virtual space. Note that in addition to displaying the radiation information in the virtual space, the visualization result of the radiation information in the virtual space is used for decision-making in the real space. It is seen that the radiation measurement in the real space and visualization of measurement results in the virtual space always interact. In this report, the author introduces an example of building the mirror world based on radiation measurements performed in a laboratory using Cs as a radiation source. In the laboratory, the dose rate was measured by using a survey meter together with a device for the simultaneous localization and mapping based on three-dimensional (3D) light detection and ranging. The measured dose rate was mapped onto the work environment in the virtual space. Technologies developed by the author, for example, the 3D visualization of the radiation source based on an integration of the Compton camera and structure-from-motion technology and the virtual-reality experience technology of the work environment that displays the source image were also used. The technology to project the radiation-source image into the real space using augmented-reality is also introduced in this report.

Visualization of radioactive substances using freely moving gamma-ray imager based on Structure from Motion

佐藤 優樹; 鳥居 建男

Proceedings of International Youth Nuclear Congress 2020 (IYNC 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/05

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), operated by Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc., suffered a meltdown as a result of a large tsunami triggered by the Great East Japan Earthquake on March 11, 2011. We have been conducting demonstration tests for detection of radioactive hotspots inside the FDNPS buildings using a Compton camera, a kind of gamma-ray imager. In this work, we introduced the 3D visualization of radioactive substances by using combination of the Compton camera and optical camera based on Structure from Motion (SfM). By taking photographs of the experimental environment while freely moving, a 3D structural model of the environment can be reconstructed from the multiple photographs, and the movement trajectory of the optical camera can be estimated simultaneously using the SfM. Furthermore, the radioactive substances can be visualized by drawing an image of the radioactive substances on the 3D structural model using gamma-ray data acquired by the Compton camera. In the demonstration, we succeeded in visualizing a Cs-radiation source on the 3D structural model of the experimental environment while freely moving these devices. This technology is useful for making it easy to recognize radioactive substances in decommissioning work site such as the FDNPS.

原子力発電所の廃止措置に関する施設特性と廃止措置費用に及ぼす影響評価

水越 清治; 大島 総一郎; 島田 太郎

JAERI-Tech 2005-011, 122 Pages, 2005/03

JAERI-Tech-2005-011.pdf:13.25MB

原子力発電所の廃止措置における解体計画や廃棄物管理計画の観点から米国原子力規制委員会(NRC)が作成したNUREG報告書の110万KWe級参考原子力発電所の機器・構造物重量や放射能特性等の廃止措置に関する基本データを分類,整理し、国内商業用原子力発電所やJPDRと比較,検討した。その結果、参考原子力発電所(BWR)の機器・構造物重量データは国内商業用原子力発電所(BWR)に比べて放射性機器・構造物重量で約28,000トン、非放射性の建屋構造物重量で約124,000トン少ないこと、また、これらの重量の差異が廃止措置費用のおもに解体撤去費用に影響していることが明らかになった。さらに、参考原子力発電所のコンクリートの元素組成割合は放射化に影響を及ぼすB, Ni, Nb等の元素組成割合が国内商業用原子力発電所(PWR)やJPDRとの間で1桁以上の差異があること,これらの元素組成割合の差異は放射能濃度で23倍程度の差異となり、廃止措置費用のおもに、輸送,処分費に影響を及ぼすことが明らかになった。