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報告書

低線量・低線量率放射線被ばくによる臓器別酸化ストレス状態の検討(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; 東北大学*

JAEA-Review 2021-050, 82 Pages, 2022/01

JAEA-Review-2021-050.pdf:2.89MB

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、令和元年度に採択された「低線量・低線量率放射線被ばくによる臓器別酸化ストレス状態の検討」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、廃炉作業などの社会的関心が高い低線量・低線量率長期放射線被ばく影響に関する知見を収集するために、福島第一原子力発電所事故後の旧警戒区域で被ばくした野生ニホンザルや動物実験マウスの試料解析を通じて持続的な酸化ストレスと放射線影響との関連性を検討する。被ばく線量評価グループと生物影響解析グループが参画し、被ばく線量と科学的知見が必要とされている被ばく領域の生物影響の相関を検討する学際共同研究である。

報告書

低線量・低線量率放射線被ばくによる臓器別酸化ストレス状態の検討(委託研究); 令和元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 2020-048, 49 Pages, 2021/01

JAEA-Review-2020-048.pdf:4.38MB

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、令和元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、「低線量・低線量率放射線被ばくによる臓器別酸化ストレス状態の検討」の令和元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、社会的関心の高い低線量・低線量率放射線被ばくによって緒臓器の酸化ストレス状態に対する生物影響を検討し、科学的知見が必要とされている被ばく領域の生物影響データを収集することを目指している。被ばく線量評価グループと生物影響解析グループが参画し、福島原発事故によって放射線に被ばくした野生ニホンザルと動物実験マウスから採取した試料の解析結果を用いて被ばく線量と生物影響の相関を検討する学際共同研究である。

論文

Total cross section model with uncertainty evaluated by KALMAN

橋本 慎太郎; 佐藤 達彦

EPJ Web of Conferences, 239, p.03015_1 - 03015_4, 2020/09

モンテカルロ法に基づいた粒子輸送計算コードは、加速器施設の遮蔽計算等の目的で盛んに利用されている。計算結果の信頼性を評価するためには、計算で用いた試行回数によって決まる統計的不確かさだけでなく、計算で使用される全断面積モデル等の不確かさに起因する系統的不確かさも評価する必要がある。我々は、全断面積の実験値を参照しながら最小自乗法に基づいたKALMANコードを利用することで、内部パラメータに不確かさの幅をもつ全断面積モデルを開発した。新規モデルで計算した全断面積の不確かさは実験値の誤差と同程度であり、不確かさの幅の範囲で内部パラメータを変動させながら輸送計算を実行することで、計算結果における系統的不確かさを適切に評価できることが分かった。

論文

Calculation of gamma and neutron emission characteristics emitted from fuel debris as a basis for determination of suitable detector system

Riyana, E. S.; 奥村 啓介; 寺島 顕一

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 4 Pages, 2019/05

Determination of fuel debris location and distribution inside primary containment vessel (PCV) of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station is important to decide further decommissioning step and strategy. Past measurements not yet provide enough information to determine fuel debris location and its distribution inside PCV. To support further measurements effort, we simulate detector response inside PCV based on calculated photon and neutron emission spectrum produced from fuel debris. The Calculation result could be use as basis for determination of suitable spectrometer system or detector for search, localized, define fuel debris distributions and treatment of fuel debris.

論文

Estimation method of systematic uncertainties in Monte Carlo particle transport simulation based on analysis of variance

橋本 慎太郎; 佐藤 達彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(4), p.345 - 354, 2019/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:23.13(Nuclear Science & Technology)

モンテカルロ法に基づいた粒子輸送シミュレーションは、加速器施設の遮蔽計算等の様々な目的で利用されている。モンテカルロ法による計算結果の信頼性を定量的に評価するためには、試行回数によって決まる統計的不確かさに加えて、計算で使われる反応断面積や計算の入力情報となる遮蔽材の密度がもつ誤差の影響を系統的不確かさとして求める必要がある。本研究の評価方法は分散分析に基づいており、これを鉄やコンクリートを遮蔽材とする中性子の遮蔽計算の解析に適用し、統計的及び系統的不確かさの両方を評価可能であることを示した。その際、入力情報の値を誤差の範囲で変動させるランダム条件法の他、三条件(中央値,上限値及び下限値)のみ変動させる三条件法を提案した。ランダム条件法は計算体系に関わらず適切に系統的不確かさが評価できるものの長い計算時間を必要とするのに対し、入力情報の誤差の影響が複雑な場合を除いて、三条件法は計算時間を抑えてランダム条件法と同じ評価結果を与えることがわかった。さらに、試行回数を増加させた場合の収束状況を判断できる新しい基準値を示し、必要最小限の計算時間で収束した評価結果が得られることを明らかにした。

論文

PHITSの医学物理学分野への応用,2; 並列計算による高速化

古田 琢哉; 佐藤 達彦

医学物理, 35(3), p.264 - 268, 2015/00

近年の目覚ましいコンピュータ計算処理性能の向上により、放射線治療のためのモンテカルロ法による線量計算等が現実的な時間で実行できるようになった。しかし、最近のコンピュータの発展はマルチコアプロセッサーの開発によるものであり、これを搭載したコンピュータの性能を最大限に活かし、ソフトウェアを高速に動作させるためには、並列化が鍵となる。PHITSはMPIを利用した分散メモリ型並列計算とOpenMP指示文を利用した共有メモリ型並列計算の二つの機能を含んでおり、ユーザーは目的に合わせてこれらの二つの並列機能を使い分けることができる。本解説では、この二つの並列機能について、利点や欠点を含めて説明する。また、種々の放射線を水ファントムに入射させる計算を典型的なマルチコアプロセッサー搭載の高性能ワークステーションで行った計算時間等を示すことでPHITSの並列計算の性能を示す。

論文

Observation of the interaction between the geodesic acoustic mode and ambient fluctuation in the JFT-2M tokamak

井戸 毅*; 三浦 幸俊; 星野 克道; 神谷 健作; 浜田 泰司*; 西澤 章光*; 川澄 義明*; 小川 宏明; 永島 芳彦*; 篠原 孝司; et al.

Nuclear Fusion, 46(5), p.512 - 520, 2006/05

 被引用回数:80 パーセンタイル:93.3(Physics, Fluids & Plasmas)

重イオンビームプローブ(HIBP)によるポテンシャル揺動と密度揺動の同時計測により、JFT-2Mトカマクの静電揺動スペクトルと揺動粒子束を明らかにした。周波数約15kHzのコヒーレントな測地的音波モード(GAM)をLモード中に同定した。このモードはセパラトリクスから約3cm内側の位置でピークを持ち電場強度が約1.4kV/mである。算出した乱流揺動粒子束は間欠的であることがわかった。密度揺動は、広帯域にわたってGAMにより変調されており、算出した揺動粒子束もGAMの影響をうけていることがコヒーレンス解析で判明した。Hモードでは、GAMが消え、揺動,揺動粒子束も大きく減少している。算出された大きな間欠的バースト的粒子束の原因解明は今後の課題である。

論文

微視的乱流の$$delta f$$シミュレーション

井戸村 泰宏

プラズマ・核融合学会誌, 81(8), p.581 - 592, 2005/08

ジャイロ運動論的粒子シミュレーションはトカマクプラズマの微視的乱流を研究するための有効な手段である。ジャイロ運動論的粒子シミュレーションにおける標準的な手法となっている$$delta f$$法は、粒子ノイズの低減により粒子シミュレーションの効率を大幅に向上させ、完全トーラス配位の乱流シミュレーションを可能にした。本稿では$$delta f$$法を概説し、完全トーラス配位のジャイロ運動論的粒子シミュレーションにおける問題点を議論する。

論文

Growth of ZnO nanorods on Cu implanted substrates

武山 昭憲; 山本 春也; 吉川 正人; 伊藤 洋

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(1B), p.750 - 753, 2005/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

銅イオン注入と熱処理によりピラミッド形状をした銅化合物微粒子を生成させたSi(100)基板上へ、化学気相蒸着法(CVT)によりナノメートルサイズの柱状酸化亜鉛(酸化亜鉛ナノロッド)を成長させた。その結果、直径が約200nmのナノロッドを基板に対してほぼ垂直に成長させることに成功した。さらに単位面積あたりに成長した酸化亜鉛ナノロッドの数は、単位面積あたりに生成した銅化合物微粒子数に比例して増加することから、銅化合物微粒子は酸化亜鉛ナノロッドが成長する際に触媒として機能していると考えられた。

論文

Real-time environmental contamination assessment system during nuclear emergency

寺田 宏明; 古野 朗子; 茅野 政道

Proceedings from the International Conference on Radioactivity in the Environment (CD-ROM), 4 Pages, 2002/09

われわれは国内と海外における原子力事故に備えて緊急時環境線量情報予測システムSPEEDIとその世界版WSPEEDIを開発してきた。本研究は、原子力事故だけでなくテロ攻撃についてもそれによる放射性物質の大気中への放出に対応できるようにWSPEEDIの機能を拡張することを目的としている。テロ攻撃はあらゆる時間,場所,空間スケールが想定される。WSPEEDIはすでに気象庁の全球気象予測データの取得や世界の任意地域の地形データの作成といった機能を有してはいたが複数スケールの予測を同時に行う機能はなかった。したがって非静力学気象モデルMM5と大気拡散モデルGEARNを結合してWSPEEDIに導入した。MM5は領域ネスティング計算機能を有しているので局所域と地域規模の気象場の同時予測が可能である。また以前からWSPEEDIで使用されているGEARNはラグランジュ型粒子拡散モデルで大気中濃度,沈着,被曝線量を計算できる。MM5で各ネスト領域について計算された三次元風速場,降水量,鉛直拡散係数を入力することで、GEARNは詳細な境界層過程や降水過程を考慮した複数スケールの環境放射能汚染を予測することができる。この改良版WSPEEDIを用いてアジア域での原子力事故あるいはテロ攻撃を想定した試験計算を行い、放出点近辺とアジア域全体での放射能汚染を同時に見積もった。

論文

High-energy particle transport code NMTC/JAM

仁井田 浩二*; 高田 弘; 明午 伸一郎; 池田 裕二郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 184(3), p.406 - 420, 2001/11

 被引用回数:74 パーセンタイル:97.77(Instruments & Instrumentation)

NMTC/JAERI97コードの改良版として、高エネルギー粒子輸送コードNMTC/JAMを開発した。NMTC/JAMは、核内カスケードモデルとして、高エネルギー核反応コードJAMを導入することにより、その適用エネルギー範囲を原理的には、核子、中間子に対して200GeVまで引き上げた。また、蒸発、核分裂過程に対してGEMモデルを導入することにより、励起した残留核からの軽核生成の記述が可能になった。適用エネルギーの拡張に伴い、核子-原子核の非弾性散乱断面積,弾性散乱断面積,弾性散乱断面積の角分布のデータを新しい系統式を用いて更新した。AGS,KEKで行われた実験との検証により、NMTC/JAMコードが高エネルギー粒子輸送コードとして十分に予測精度が高いことが示された。

論文

球状トーラスにおける高エネルギー粒子

飛田 健次

電気学会研究会資料,プラズマ研究会(PST-01-73), p.43 - 46, 2001/09

トカマクと比較しながら、球状トーラスにおける高エネルギー粒子の挙動をまとめた。本稿は、高エネルギー粒子の新古典輸送,リップル損失,アルフヴェン固有モード,及び電磁流体的不安定性による以上輸送について扱っている。球状トーラスは、新古典輸送,リップル損失に関してはトカマクより優れる性質を示すと考えられる。しかし、$$alpha$$粒子の$$beta$$値及び対アルフヴェン速度が極めて高いことから、アルフヴェン固有モードの不安定化,及びそれに伴う粒子損失が懸念される。

報告書

河川における放射性核種の移行と存在形態に関する研究

松永 武

JAERI-Review 2001-018, 121 Pages, 2001/06

JAERI-Review-2001-018.pdf:5.95MB

日本原子力研究所では、大気中に放出され、地表に降下・蓄積した人工放射性核種の長期的移行挙動の理解に寄与することを目的として研究を行ってきた。本報告は、それらの研究の中で、大気から地表に降下した数種の放射性核種の河川流域における挙動についての研究を取りまとめたものである。収載した一連の研究では、1) 河川流域における核種の移行、2) 河川における核種の存在形態の2つの面から研究が行われた。研究の結果、河川水中の懸濁物質が放射性核種の移行媒体として重要であること、河川流域からの核種の年間流出量を河川流量との回帰式で近似できることが示された。チェルノブイル原子力発電所近傍の地域における研究により、溶存有機物がPu 、Amの移行に大きな役割を有していることが明らかにされた。さらに、この錯体形成の解釈ならびに放射性核種の保持体として重要な河底堆積物中の鉄・マンガン相の挙動について化学平衡論に基づくモデル適用された。これらの研究で得られた成果は地表面環境の広域的な汚染が起きた場合の長期的な環境影響の定量化に役立つものと考えられる。

論文

Development of Monte Carlo code in JAERI

森 貴正; 奥村 啓介; 長家 康展

Transactions of the American Nuclear Society, 84, p.45 - 46, 2001/06

原研で開発を進めているモンテカルロコードMVP/GMVPの特徴と開発の現状を報告する。本コードは汎用中性子-光子輸送計算コードとしての基本機能を有しており、国内において炉物理解析の分野を中心に広くしようされている。その特徴と主な機能としては、(1)ベクトル化とパラレル化、(2)多重格子表現と確率論的幾何形状モデル、(3)断面積確率テーブル法、(4)任意温度計算機能、(5)燃焼計算機能、(6)固有値問題における摂動計算機能、(7)豊富なタリー機能、等があげられるが、最近では、加速器駆動未臨界炉への適用に重点をおいた開発を進めている。そのために、高エネルギー粒子輸送計算機能及びFeynman-$$alpha$$実験のシミュレーション(炉雑音解析)機能を新たに開発し、TIARA鉄透過実験及びFCA炉雑音実験の解析を実施し、その妥当性、有効性を検証した。

論文

Present status of nucleon-meson transport code NMTC/JAERI

高田 弘; 明午 伸一郎; 仁井田 浩二*

Advanced Monte Carlo for Radiation Physics, Particle Transport Simulation and Applications, p.949 - 954, 2001/00

原研とKEKによる統合計画の大強度加速器施設の核設計に用いるため、核子・中間子輸送コードNMTC/JAMについて、高エネルギー核反応計算モデルの導入に関連して、発生するすべての中間子、バリオン、レプトンの輸送を取り扱う拡張を加えたほか、核子-原子核散乱断面積及び弾性散乱角度分布をより正確に扱えるように系統式を修正した。また、ビーム照射による損傷評価のためはじき出し損傷断面積評価計算機能を評価した。改良したNMTC/JAMを用いて、中性子の遮蔽体透過実験解析や厚いターゲットにおける反応率分布測定の解析を行った。前者について、NMTC/JAMによる計算結果は透過成分及び周辺への散乱成分ともに実験値とよく一致した。またGeV領域に陽子入射に関して、中性子生成量が従来よりも増加し、反応率分布について実験値との一致度が向上した。

論文

Spatial variation of D$$alpha$$ line spectral profile and emission process in the divertor region of JT-60U

熊谷 晃*; 久保 博孝; 竹永 秀信; 鈴木 慎悟; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸; 嶋田 道也

Plasma Physics and Controlled Fusion, 42(5), p.529 - 543, 2000/05

 被引用回数:13 パーセンタイル:41.27(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uのダイバータ領域から放射されるD$$alpha$$線のスペクトラルプロファイルの空間的変化を高分解能可視分光器を用いて測定し、中性粒子輸送コードを用いて解析した。その結果、D$$alpha$$線の放射は、ダイバータ板付近ではおもに重水素分子及び分子イオンが解離励起することに起因し、一方ダイバータの上流では解離によって生成された重水素原子の電子衝突励起に起因することを明らかにした。また、上流ではダイバータ板での反射及び荷電交換によって生成された重水素原子の電子衝突励起に起因する放射成分も増加し、そのためにD$$alpha$$線のスペクトラルプロファイルが広くなることがわかった。さらに、プラズマ条件(ELMyHモード、比接触ダイバータ、MARFE)によるD$$alpha$$線のスペクトラルプロファイルの変化を初めて系統的に調べた。

論文

Spectroscopic study of JT-60U divertor plasma

久保 博孝; 東島 智; 竹永 秀信; 熊谷 晃*; 清水 勝宏; 杉江 達夫; 鈴木 慎悟; 逆井 章; 朝倉 伸幸

NIFS-PROC-44, p.65 - 68, 2000/01

トカマク型核融合炉の定常化のためには、ダイバータを用いた粒子制御が必要である。高い粒子制御性能を有するダイバータを設計するには、ダイバータにおける粒子挙動の理解が不可欠である。ここでは、JT-60Uのダイバータプラズマにおける重水素粒子、ヘリウム原子、炭素不純物の挙動に関する分光学的研究について発表する。D$$alpha$$線のドップラー拡がりを解析することにより、重水素粒子のリサイクリング過程及びD$$alpha$$線の放射過程に対する重水素分子の役割などを明らかにした。また、HeIのスペクトル線のドップラー拡がりを解析することにより、水素イオンによる弾性散乱によってヘリウム原子の移動度が上がることを明らかにした。炭素不純物については、CDバンドの放射強度の空間分布測定から、ダイバータのドームによって炭化水素不純物のX点付近への輸送が抑制されることを明らかにした。

論文

Dynamic load balancing algorithm for particle transport Monte Carlo simulation code

武宮 博*; 樋口 健二; 川崎 琢治*

Modeling and Simulation Based Engineering, p.497 - 502, 1998/00

粒子輸送モンテカルロコードの並列実行における動的負荷分散手法について述べる。本手法は、負荷分散実現時における通信コスト、ロードインバランスの和を最適化する点に特徴がある。本手法を粒子輸送モンテカルロコードMCNP46上に実装し、Intel Paragon上で性能評価を行った。その結果について述べる。また、他の動的負荷分散手法との性能比較結果についても述べる。

論文

高並列処理における粒子輸送モンテカルロ・コードの負荷分散

樋口 健二; 武宮 博*; 川崎 琢治*

日本原子力学会誌, 40(10), p.798 - 808, 1998/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

中性子・光子・電子輸送モンテカルロ・コードの場合高並列計算機上で実際に高い速度向上率を得るためには、負荷分散の最適化が重要であり、実用のモンテカルロ・コードの並列処理においてはこの最適化が困難である場合が多い。実際、性能解析に使用した例では、128台のプロセッサを用いた時の速度向上率は、100倍程度に留まっている。原子力分野で広く用いられているMCNPコードの並列処理を通して、特に中性子輸送問題において負荷の均等化が難しいことを示すとともに、計算時間と通信時間に関わるコストを最小化するよう分配粒子数を動的に変化させる発見的手法の効果を示す。これにより静的手法と比較し15%程度の実行時間短縮があった。

論文

Criticality safety studies related to advisory material for the IAEA regulations

奥野 浩; 酒井 友宏*

Proc. of PATRAM'98, 1, p.217 - 223, 1998/00

1996年版IAEA放射性物質安全輸送規則の助言文書に関する臨界安全研究を集約した。UO$$_{2}$$-H$$_{2}$$O及びPuO$$_{2}$$-H$$_{2}$$O燃料濃度についての小さな変動の有無に伴う臨界計算を摂動理論に基づき与えた。5%の燃料濃度の変化が、最大で0.4%$$Delta$$k/kの中性子増倍率の増大を与えうることを示した。燃料の非均質効果を低濃縮度UO$$_{2}$$燃料粒子の配列が水没している系で調べた。直径50$$mu$$mの燃料粒子の場合、中性子増倍率の相対的増加割合は0.1%$$Delta$$k/k未満であった。水の孤立化厚さを反射体因子を用いて論じた。反射体因子は、孤立材厚さが無限の場合に対する、有限厚さの孤立材付き燃料の中性子増倍率の相対的増加割合として定義された。30cmが、水の孤立化厚さについての実用値であると認識された。

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