内部被ばく線量評価のためのバイオアッセイ分析法の開発; 2021年度(共同研究)

永岡 美佳; 前原 勇志; 大野 雅子*; 二瓶 英和*; 平尾 萌; 藤田 博喜

JAEA-Research 2026-001, 115 Pages, 2026/03

JAEA-Research-2026-001.pdf:6.32MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所放射線管理部では、2021年度に東京電力ホールディングス株式会社とバイオアッセイ分析法の開発に係る共同研究を行った。本報告書では、尿試料を対象とした線核種及び純線核種の系統分析法に関する検討結果を取りまとめた。具体的には、固相抽出樹脂を複数利用した系統分析法の核種分離性能及び放射能測定用試料作製方法についてトレーサー試験による検証を行い、さらに、線核種分析における不確かさ及び検出限界放射能の算出方法について整理を行った。

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。

A Novel kinetic model for dissolution and precipitation of oxide on stainless-steel surface in stagnant liquid sodium

河口 宗道*; 池田 明日香; 斉藤 淳一

Annals of Nuclear Energy, 226, p.111880_1 - 111880_9, 2026/02

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2025.111880

This study performed sodium experiments and developed a new kinetic model to investigate the oxide dissolution and precipitation behavior on the stainless-steel (SS) surface in stagnant liquid sodium. The experiment revealed that the oxygen of NaFeO on the SS surface was dissolved into the liquid sodium with v 9.3 10 wt.ratio/h in less than 20 h, and the oxide precipitation occurred on the SS surface with v 1.4 10 wt.ratio/h after the dissolution. Furthermore, the phase-field (PF) calculation code was developed to investigate the dependence of six parameters (T, c, , D , k, and t) of the oxide precipitation velocity in the liquid sodium. As a result, the precipitation velocity increased linearly as the oxygen concentration (c) and the oxygen diffusion coefficient (D) in liquid sodium increased. In contrast, its velocity decreased exponentially as the sodium temperature (T) and the interfacial energy of oxide () increased. The quasi-partial coefficient (k) and the time step (t) did not affect the calculation results at all. In these sensitivity analyses, the oxide precipitation velocity obtained by the PF calculation shows consistency with the laboratory-scale experimental findings of Latge et al.

マイクロ・ナノテクノロジーを利用したアルファ微粒子の溶解・凝集分散に及ぼすナノ界面現象の探求(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; 東京科学大学*

JAEA-Review 2025-026, 72 Pages, 2025/11

JAEA-Review-2025-026.pdf:7.97MB

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、令和4年度に採択された研究課題のうち、「マイクロ・ナノテクノロジーを利用したアルファ微粒子の溶解・凝集分散に及ぼすナノ界面現象の探求」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。安全で合理的な燃料デブリ取出しを進めるためには、デブリ加工時に発生するアルファ微粒子の溶解や変性挙動の把握は不可欠である。本研究は、金属酸化物ナノ粒子の凝集、溶解、変性挙動を熱力学的・速度論的に解明しうるマイクロ・ナノデバイスを創出すると共に、数理科学と組み合わせることで、アルファ微粒子の溶解・凝集・変性プロセスのメカニズム解明と反応モデル化を実現することを目的としている。具体的には、(1)ナノ粒子溶解特性評価、(2)溶解ダイナミクス分析、(3)凝集ダイナミクス分析、(4)表面微構造解析、(5)数理科学的モデリングの5項目を日本側・英国側で分担し、互いに有機的に連携しながら推し進める。令和5年度には、模擬燃料デブリ微粒子(UOメカニカル微粒子、UOケミカル微粒子及び(U,Zr)O微粒子)のバルク及びマイクロ溶解試験を実施し、これらナノ粒子の溶解挙動に与える粒子サイズ、反応時間、HO濃度の効果について解析することに成功した。特に、(U,Zr)Oデブリ微粒子では、HO濃度に応じてZrの触媒反応の進行度合いが異なり、HO濃度に依存してガス発生量とU溶解量が変化することを明らかにした。また、ナノ粒子分散液と反応溶液とを瞬時に反応させ、動的な凝集・溶解挙動の評価及び溶出したUを定量することができるマイクロ流体デバイスを構築し、マイクロ流路内でのHO処理によるUの凝集・溶解速度を算出した。英国側研究者と連携を密にして研究を進め、所期の目標を達成した。

Experimental simulation of high-temperature and high-pressure annular two-phase flow using an HFC134a-ethanol system; Characterization of disturbance wave flow

Zhang, H.*; 梅原 裕太郎*; 堀口 直樹; 吉田 啓之; 江藤 淳朗*; 森 昌司*

Energy, 335, p.138090_1 - 138090_18, 2025/10

https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.138090

原子力発電は、カーボンニュートラルな未来を実現するための重要な低炭素エネルギー源である。沸騰水型原子炉(BWR)では、燃料棒周囲における蒸気と水の環状流が原子炉の安全性にとって極めて重要であるが、その高温高圧条件(285C、7MPa)により、直接計測が困難である。この問題に対処するため、我々はHFC134a-エタノール系を低温定圧条件(40C、0.7MPa)で用いることで、BWRの液膜流の模擬実験を実施した。高速度カメラと定電流法を用いて、液膜特性、波速度および周波数を分析した。また表面張力と界面せん断応力の影響を調査した。さらに基底液膜厚さについて新たな相関関係を提案した。

福島第一原子力発電所の廃止措置における放射性エアロゾル制御及び除染に関する研究(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; 東京大学*

JAEA-Review 2025-015, 73 Pages, 2025/09

JAEA-Review-2025-015.pdf:5.9MB

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、令和3年度に採択された研究課題のうち、「福島第一原子力発電所の廃止措置における放射性エアロゾル制御及び除染に関する研究」の令和3年度から令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究では、英国研究者との協力の下、高度な粒子検出及び特性評価システムとエアロゾルの分散制御を同時に組み込んだ安全なレーザー除染システムの開発を目指している。エアロゾル分散制御については、単純な機械的封じ込めフードから光学レーザーシールドに至るまでの新しい封じ込め方法を共同で調査する。日本側は、レーザー切断及び除染用途での放射線リスクを低減するため、ウォーターミストとウォータースプレーの利用に基づく放射性分散制御方法を開発する。英国側から提供されたエアロゾル粒子のデータに基づき、エアロゾルスクラビングの効率を高める可能性を調査する。また、エアロゾル粒子とウォーターミスト粒子の間の引力向上させるための電荷付与の効果を確認する。英国側は、エアロゾルのレーザー閉じ込め法を開発しており、スプレースクラビングにおいてエアロゾル粒子とミストの凝縮を改善するための実験を行う。エアロゾル除去技術と戦略の開発は、包括的な実験と計算研究によって実行される。実験はUTARTS(東京大学エアロゾル除去試験施設)で行われ、レーザー除染や切断とスプレー操作の同時作業等を検証する。また、CFDモデルのより適切な検証を実行できる高空間分解能データを取得するためエアロゾル測定を実施する。検証済みのCFDモデルは、効果的で安全な除染及び廃炉計画を作成するために、様々なレーザー操作シナリオで確認する。最終年度においては、実スケールでの作業及び除染効果を検証するため、モックアップ試験を実施し、本研究により構築した除染システムを評価検証する。

Grain refinement of dual phase steel maximizes deformation ability of martensite, leading to simultaneous enhancement of strength and ductility

Park, M.-H.*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.; 辻 伸泰*

Acta Materialia, 292, p.121061_1 - 121061_13, 2025/06

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121061

Dual-phase (DP) steel, composed of soft ferrite and hard martensite, offers excellent strength-ductility balance and low cost. This study found that refining the DP microstructure enhanced both yield strength and strain hardening, improving strength and ductility. Digital image correlation (DIC) revealed strain localization in ferrite, but refinement reduced strain differences between ferrite and martensite, suppressing crack initiation. More ferrite/martensite interfaces promoted plasticity in martensite via enhanced deformation constraint. neutron diffraction showed martensite bore higher phase stress, which increased with refinement. By combining -DIC and neutron data, individual stress-strain curves for ferrite and martensite were constructed for the first time, explaining the strength-ductility synergy through interphase constraint. These findings offer guidance for designing heterostructured materials to overcome the strength-ductility trade-off.

Experimental investigation of phase transformations in steel using X-ray and neutron diffraction

友田 陽*; Harjo, S.; 徐 平光; 諸岡 聡; Gong, W.; Wang, Y.*

Metals, 15(6), p.610_1 - 610_19, 2025/05

https://doi.org/10.3390/met15060610

Lattice parameters of product and matrix phases in steels have been measured using in situ X-ray and neutron diffraction during forward and reverse transformations. These parameters are influenced by temperature, transformation-induced internal stresses, alloying element partitioning, crystal defects, and magnetic strains. Disentangling these contributions is essential for understanding lattice behavior. This review explores internal strain (stress) associated with ferrite, pearlite, bainite, martensite, and reverse austenite transformations, emphasizing the distinction between diffusional and displacive mechanisms. It also examines how plastic deformation of austenite affects subsequent bainite or martensite formation. The roles of dislocations and vacancies are identified as critical areas for further research.

Reduction and phase transformation of Ce-doped zirconolites

林崎 康平; 廣岡 瞬; 山田 忠久*; 砂押 剛雄*; 村上 龍敏; 齋藤 浩介

Ceramics (Internet), 8(1), p.24_1 - 24_12, 2025/03

https://doi.org/10.3390/ceramics8010024

Zirconolite is a wasteform that can immobilize Pu. Herein, zirconolites comprising Ce as a Pu simulant and Al as a charge compensator of Ce/Pu were synthesized by sintering raw CaO, ZrO, TiO, CeO, and AlO powder mixtures at 1400C in static air. The reduction behavior and phase transformation of zirconolites during their heat treatment in an Ar-H gas flow were investigated. All zirconolite compositions first underwent reduction at 1050C by forming a small domain of perovskite phase. Ce-Al co-doped zirconolite showed a smaller fraction of phase transformation in perovskite than Ce-doped zirconolite, indicating the advantage of using a charge compensator to prevent perovskite formation.

Stress and plastic strain partitioning behaviors and those contributions to martensitic transformation of retained austenite in medium manganese and transformation-induced plasticity-aided bainitic ferrite steels

北條 智彦*; 小山 元道*; 熊井 麦弥*; Zhou, Y.*; 柴山 由樹; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 齋藤 寛之*; 味戸 沙耶*; 秋山 英二*

ISIJ International, 65(2), p.284 - 296, 2025/02

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2024-268

Stress and plastic strain distributions and those partitioning behaviors of ferrite and retained austenite were investigated in the medium manganese (Mn) and the transformation-induced plasticity-aided bainitic ferrite (TBF) steels, and the martensitic transformation behaviors of retained austenite during Luders elongation and work hardening were analyzed using synchrotron X-ray diffraction at SPring-8. The stress and plastic strain of retained austenite and volume fraction of retained austenite were remarkably changed during Luders deformation in the medium Mn steel, implying that the medium Mn steel possessed inhomogeneous deformation at the parallel part of the tensile specimen. On the other hand, the distributions of the stress, plastic strain and volume fraction of retained austenite were homogeneous and the homogeneous deformation occurred at the parallel part of the tensile specimen at the plastic deformation regime with work hardening in the medium Mn and TBF steels. The martensitic transformation of retained austenite at uders deformation in the medium Mn steel was possessed owing to the application of high stress and preferential deformation at retained austenite, resulting in a significant increase in the plastic deformation and reduction of stress in the retained austenite. The martensitic transformation of retained austenite at the plastic deformation regime with work hardening was induced by the high dislocation density and newly applied plastic deformation in retained austenite in the medium Mn steel whereas the TBF steel possessed gradual transformation of retained austenite which is applied high tensile stress and moderate plastic deformation.