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廃炉環境国際共同研究センター; 工学院大学*
JAEA-Review 2024-015, 99 Pages, 2024/09
JAEA-Review-2024-015.pdf:5.42MB
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、「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4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・検討を行っていくことを目的とする。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。JAEA大洗研究所に導入した同位体マイクロイメージング装置(工学院大学開発)は放射性の微小試料に断面加工を行いながら同位体組成などの局所的な定量データが多量に得られ、燃料デブリの性状を正しくかつ迅速に把握できる。令和4年度は、ホット試料の分析と併せて、同位体マイクロイメージング装置の実用性の向上のための改良を令和3年度に引き続き行った。具体的には、同位体マイクロイメージング内にホット試料を導入し、数十
m程度の粒子に対して複数回FIB断面加工を行い、粒子の表面から内部にかけて、成分イメージングを行った。その結果、
Zrと
U
Oが同じ分布で存在していることが確認された。また、CとFe、Uの分布がそれぞれ分離して存在していることが確認された。また、
U、Uの同位体比についてもホット試料から粒子単位で測定することに世界で初めて成功した。
廃炉環境国際共同研究センター; 工学院大学*
JAEA-Review 2024-005, 79 Pages, 2024/06
JAEA-Review-2024-005.pdf:5.72MB
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、令和3年度に採択された研究課題のうち、「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・検討を行っていくことを目的とする。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。JAEA大洗研究所に導入した同位体マイクロイメージング装置(工学院大学開発)は放射性の微小試料に断面加工を行いながら同位体組成などの局所的な定量データが多量に得られ、燃料デブリの性状を正しくかつ迅速に把握できる。令和3年度は、同位体マイクロイメージング装置の実用性の向上のための改良を行った。具体的には、高線量試料への対応として、検出器の放射線シールドや安全な試料導入機構の開発を行った。また、分析スループットや実用性向上のため、手動で調整が必要だった機構の自動化・遠隔化を行い、併せて重要核種について、最適な共鳴イオン化スキームの開発を行った。
江坂 文孝; 間柄 正明
Mass Spectrometry Letters, 7(2), p.41 - 44, 2016/06
保障措置環境試料中の個別ウラン粒子の分析(パーティクル分析)は、二次イオン質量分析(SIMS)法などにより行われている。この際、あらかじめ試料中に含まれる多くの粒子からウランを含む粒子を特定する必要があり、これまで分析の律速になっていた。本研究では、走査型電子顕微鏡の反射電子像を利用した自動分析により効率的にウラン粒子を特定し、SIMS法により同位体比分析を行う方法について検討した。本検討により分析条件の最適化を行った結果、1000倍の倍率で反射電子像を観測することにより、直径1m程度のウラン粒子を効率的に特定できることが確かめられた。
大矢 恭久*; 廣畑 優子*; 田辺 哲朗*; 柴原 孝宏*; 木村 宏美*; 小柳津 誠*; 新井 貴; 正木 圭; 後藤 純孝*; 奥野 健二*; et al.
Fusion Engineering and Design, 75-79, p.945 - 949, 2005/11
被引用回数：9 パーセンタイル：52.42(Nuclear Science & Technology)JT-60Uの内側ダイバータ中の水素と重水素の分布及び滞留量を二次イオン質量分析法(SIMS)及び昇温脱離法(TDS)、また再堆積層の有無及び厚みを走査電子顕微鏡(SEM)を用いて評価した。その結果、ほとんどの水素及び重水素は再堆積層(HH再堆積層またはDD再堆積層)に滞留していた。重水素放電時に高い熱出力があったため、DD再堆積層中の重水素はHH再堆積層中の水素よりもかなり少なかった。再堆積層が存在しない排気ポート近くでは表面近傍に重水素がおもに存在し、これが主要な水素のプロファイルとなっていた。これらの結果から推定されるトリチウムの滞留挙動は放電履歴及び温度に強く影響されることが明らかとなった。グラファイトタイルや再堆積層中のトリチウム滞留量は、核融合炉運転中の温度を上げることによって大幅に低減することが可能であると言える。
間柄 正明; 臼田 重和; 桜井 聡; 渡部 和男; 江坂 文孝; 平山 文夫; Lee, C. G.; 安田 健一郎; 河野 信昭; 伊奈川 潤; et al.
第26回核物質管理学会(INMM)日本支部年次大会論文集, p.157 - 164, 2005/00
原研では、国内及び国際保障措置制度の堅持に貢献するため、環境試料分析のための極微量核物質の分析法を開発している。スワイプ試料の基本技術(バルク及びパーティクル分析)については開発を終了し、2003年にIAEAからネットワーク分析所として認証された。現在、国内試料の分析を行うとともにIAEAネットワーク分析所の一員として活動している。さらに、分析適応範囲を広げるとともに精度の向上を図るため、新たな分析法の開発を進めている。バルク分析については、分子イオンの生成を抑えるための化学分離法及び測定法を検討している。パーティクル分析法については、二次イオン質量分析法を用いたマイナーアクチノイドの分析やフィッショントラック-表面電離型質量分析法(FT-TIMS)を開発している。また、蛍光エックス線を用いたスクリーニング法の開発も開始したので、概要と現状について報告する。
江坂 文孝; 渡部 和男; 福山 裕康; 小野寺 貴史; 江坂 木の実; 間柄 正明; 桜井 聡; 臼田 重和
Journal of Nuclear Science and Technology, 41(11), p.1027 - 1032, 2004/11
被引用回数：60 パーセンタイル：95.36(Nuclear Science & Technology)保障措置スワイプ試料中に含まれる個々のウラン粒子の同位体比を効率的に分析するために、新たな粒子回収法及び高感度なスクリーニング法を開発した。スワイプ試料中に含まれる粒子を真空吸引-インパクト捕集法により試料台上に回収した。試料台にグリースを塗布した場合、その回収効率は48%であり、従来の超音波を用いた粒子回収方法よりも優れていた。また、二次イオン質量分析法(SIMS)による同位体比分析に先立って、試料中のウラン粒子の存在を確認するスクリーニング手段として全反射蛍光X線分析法(TXRF)を適用した。その結果、試料台にSiを用いることによりウランを高感度(検出限界22pg)で測定することができた。これらの方法とSIMS法を組合せることにより、個々のウラン粒子のU/U同位体比を効率的に分析することが可能となった。
若井 栄一; 佐藤 通隆*; 沢井 友次; 芝 清之; 實川 資朗
Materials Transactions, 45(2), p.407 - 410, 2004/01
被引用回数：6 パーセンタイル：40.64(Materials Science, Multidisciplinary)材料中に生成するHeが組織や強度特性に及ぼす影響を評価するために原子炉での熱中性子との
B(n,
)
Li反応を利用したB添加法がある。本研究ではFe-8Cr-2W-0.1C系のマルテンサイト鋼F82Hに約60ppmのBを添加させた材料と約60ppmのBと約200ppmのNを複合添加させた材料を作製し、その組織と強度特性を評価した。これらの試料の熱処理はBの偏析を防ぐために950
Cから1150Cまでの数種類の温度で約30分間焼ならしを行った後、水中に急冷した。その後、約780Cで30分間焼きもどしを行った。これらの熱処理後、各試料の組織やSIMSによってBやNの分布を調べるとともに、引張試験とシャルピー衝撃試験等を行った。B添加材とB+N複合添加材の引張特性は添加していない材料とほぼ同一であったが、衝撃試験では無添加材に比べてB添加材の延性脆性遷移温度(DBTT)が30
70C程度上昇したのに対して、BとNを複合添加した材料ではDBTTは上昇しなかった。また、この複合添加材ではBの偏りを抑えることができた。また、焼ならし温度によってもBの偏析分布やDBTTが変化した。以上の結果から材料中にHeをより均一に生成させるためにはBとNを複合添加し、1000Cで焼きならしをした材料が最適であることがわかった。
大矢 恭久*; 森本 泰臣*; 小柳津 誠*; 廣畑 優子*; 柳生 純一; 三代 康彦; 後藤 純孝*; 杉山 一慶*; 奥野 健二*; 宮 直之; et al.
Physica Scripta, T108, p.57 - 62, 2004/00
JT-60Uにおいて両側排気時期に使用された外側ダイバータタイル中の水素同位体挙動をSIMS,XPS,SEMを用いて調べた。その結果、タイル中央部分では水素同位体濃度が低 く、タイル両側で高いことがわかった。下側排気ポート近くで水素同位体濃度が最も 高く、この部分に多く観察される再堆積層中に存在している可能性が示唆された。タイル中央部では再堆積層に替わってエロージョンが支配的である。放電時にタイル表面温度が上昇し、水素同位体の多くが除去されたと推察できる。一方、上部ではタイル中央部ほどストライクポイントの頻度が少ないことから、表面に重水素放電後に実施した水素放電による水素が滞留している。また、タイル内部のカーボンファイバー上に再堆積層が存在しており、表面はエロージョンが支配的であるが、内部の堆積膜中には水素同位体が存在している可能性が示唆された。これらの結果より、外側ダイバータ部では主にエロージョンが支配的であるが、ストライクポイントの頻度が少ない場所において再堆積層が存在し、その内部に水素同位体が存在していること,タイル表面における水素同位体挙動はタイルの温度,損耗の効果,ストライクポイントの位置・頻度に大きく影響を受けること等が明らかとなった。
/4H-SiC(0001) interface山下 健也*; 北畠 真*; 楠本 修*; 高橋 邦匡*; 内田 正男*; Miyanaga, Ryoko*; 伊藤 久義; 吉川 正人
Materials Science Forum, 389-393, p.1037 - 1040, 2002/00
被引用回数：3 パーセンタイル：15.96(Materials Science, Multidisciplinary)高温酸素中で炭化ケイ素(SiC)表面に酸化膜(SiO)を作製すると、酸化膜と炭化ケイ素の界面(SiO/SiC界面)には、界面中間層と呼ばれる酸化膜でも炭化ケイ素でもない層が形成されることが知られている。この層には炭素が多量に存在しており、MOS構造を形成したときの界面準位発生の原因になっていると考えられている。今回の発表では、水素燃焼酸化法を用いて4H-SiC表面に作製した酸化膜に水蒸気アニーリングを施した試料と施さない試料について、それぞれの酸化膜中の炭素濃度を二次イオン質量分析(SIMS)法によって分析し、炭素の酸化膜内部の深さ方向分布を調べた。その結果、水蒸気アニーリングを施した試料からは多量の炭素が検出されたが、施さなかった試料からは検出されなかった。このことから、酸化によって発生した界面中間層の内部に存在する炭素が、水蒸気アニーリングによって酸化され、酸化膜内部に再分布する可能性が示唆された。
江坂 文孝; 渡部 和男; 間柄 正明; 半澤 有希子; 臼田 重和
Journal of Trace and Microprobe Techniques, 19(4), p.487 - 496, 2001/11
被引用回数：9 パーセンタイル：29.89(Chemistry, Analytical)保障措置環境試料分析における粒子分析のためのスクリーニング技術の開発を目的として、全反射蛍光X線分析法の有効性を検討した。まず、相対感度係数及び検出限界について調べた結果、ウランの検出限界は、0.4ngであった。さらに実試料へ適用した結果、全反射蛍光X線分析法の保障措置環境試料分析のためのスクリーニング法としての有効性が示された。
間柄 正明; 半澤 有希子; 江坂 文孝; 宮本 ユタカ; 安田 健一郎; 渡部 和男; 臼田 重和; 西村 秀夫; 安達 武雄
Applied Radiation and Isotopes, 53(1-2), p.87 - 90, 2000/07
被引用回数：28 パーセンタイル：84.03(Chemistry, Inorganic & Nuclear)保障措置環境試料分析法は、IAEAの「93+2」計画に基づく保障措置の強化・効率化策の有効な手法の一つである。保障措置環境試料分析法の目的は、施設の内外で採取した試料中の極微量の核物質を分析することにより未申告施設や未申告活動を探知しようとするものである。この方法は、大きくバルク分析とパーティクル分析に分けられ、前者は誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)、表面電離型質量分析装置(TIMS)を用いて、ウランやプルトニウムの定量及び同位体比測定をする。後者は、二次イオン質量分析装置(SIMS)を用いパーティクル一つ一つについて同様にウランやプルトニウムの定量及び同位体比測定をする。今回は、ICP-MSを用いたバルク分析技術の開発状況を紹介する予定である。
江坂 文孝; 渡部 和男; 間柄 正明; 半澤 有希子; 臼田 重和; 郡司 勝文; 西村 秀夫; 安達 武雄
Proceedings of 12th International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS 12), p.977 - 980, 2000/00
環境試料中に含まれる鉛含有粒子の特性化を二次イオン質量分析法(SIMS)及び電子線プローブマイクロアナライザ(EPMA)により行った。その結果、多くの粒子の中から鉛含有粒子を見つけ出し、形態観察、元素分析、同位体比測定を行うことができた。粒子の元素組成や含有元素の同位体組成は粒子の起源を知るうえで極めて重要であり、本法が環境科学の分野において幅広く利用できるものと考えられる。
磯部 博志; 日高 洋*; 大貫 敏彦
Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 506, p.687 - 694, 1998/00
ウランや鉛は、地球化学的条件により移行挙動が左右され、鉛の同位体分析によってその移行についての年代学的な情報が得られる。本研究では、クンガラ一次鉱床の試料についてSIMSによる鉛同位体分析を行った。一次鉱床のウラニナイトとウラニル鉱物の鉛同位体組成は一致し、その年代は約11億年である。ウラニナイトの年代は正しいと思われるが、ウラニル鉱物の年代は化学組成からは約2千万年以内と推定される。これは、一次鉱床領域全体で鉛は閉じているが、ウランの壊変による損傷と再結晶過程でウラニル鉱物は常に鉛を交換していることを示している。一方、鉱床外部の硫化鉱物は形成時の鉛同位体組成を保存している。11億年以降鉱床からの鉛の供給がなかったとすると、その前後約1億年間に鉱床から移動した鉛が硫化鉱物を形成した可能性がある。鉛の移行挙動は約11億年前に大きく変化したものと思われる。
大野 秀樹*; 青木 康; 永井 士郎
JAERI-Research 94-018, 45 Pages, 1994/10
JAERI-Research-94-018.pdf:1.2MB
低エネルギーイオンビーム蒸着装置は、高崎研究所で進められている放射線高度利用研究の一環で平成3年3月に設置したものである。本装置は、超高真空下におけるイオンビーム蒸着の薄膜形成過程や低エネルギーイオンと固体表面の相互作用の解明を目的として作製されたものである。本報告書は、低エネルギーイオンビーム蒸着装置の概要、運転要領及び本装置でこれまで行ってきた炭素薄膜形成に関する実験結果についてまとめたものである。
大野 秀樹*; 青木 康; 永井 士郎
第4回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム, p.175 - 178, 1993/00
10~100eVのCH
(n=4,3.2)及びCD
をSi(111)基板に蒸着しながら、表面から放出される2次イオンを測定した。いずれの入射イオンを用いた場合にも、C
までの炭化水素イオンからなるSIMSスペクトルが観測された。CDを入射イオンに用いた場合には、CHの場合と異って、SIMSスペクトルに顕著な入射イオンエネルギー依存性が見られた。これらの結果は、入射イオンのエネルギーが40eVより低くなると、入射イオンが化学反応に関与して2次イオンが生成することを示すものと解釈した。
, N, CO
, and CO ion bombardment永井 士郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 59-60, p.936 - 939, 1991/00
被引用回数：3 パーセンタイル：50.25(Instruments & Instrumentation)アルミニウム表面に対する0.5~4keVのD、N、CO、及びCOイオンの衝撃による化学反応をオージェ電子分光法及び2次イオン質量分析法により追跡した。アルミニウム箔のDイオン衝撃により、AlD、AlD及びAlDが生成した。これら2次イオンはD雰囲気でのArイオン衝撃によっても生成した。2次イオン収量の経時変化及び衝撃雰囲気・温度依存性から、これら2次イオンの生成は、Dイオンによる逐次表面化学反応から生成するアルミニウム重水素化物に起因するものと結論した。一方、Nイオン衝撃による窒化アルミニウムの生成量は、Nイオンのエネルギーに依存した。窒化アルミニウムによって部分的に覆れたアルミニウム表面は酸素との反応性が著しく高いことを見出した。また、COイオンの衝撃によりアルミニウムの炭化物と酸化物が同時に生成するのに対し、COイオンの衝撃では炭化物が選択的に生成した。
by light-ion bombardments馬場 祐治; 佐々木 貞吉
Journal of Nuclear Materials, 145-147, p.396 - 400, 1987/00
被引用回数：4 パーセンタイル：44.72(Materials Science, Multidisciplinary)CVD-TiC及び関連材料(TiN,TiO)に0.5~10keVのH,D,Heイオンを衝撃し、表面化学変化及びその機構について二次イオン測定(SIMS)、電子分光法(XPS,AES)により解析した。イオン衝撃に伴い、いずれの試料も極表面にチタン過剰層形成され、表面のX/Ti比(X=C,N,O)はそれぞれ5
10
,210,510atoms/cm
の照射量で定常値に達する。TiC表面のC/Ti比は、衝撃イオンのエネルギーが2~4keV/atomで最大となる。この傾向は金属チタン及びグラファイトのスパッター率の比、及び二次イオン放出率の比Ti/Cと対応することから、TiC表面の組成変化は構成元素のスパッターによることが明らかとなった。一方、TiOはH,D衝撃でTiO
に、He,Ar衝撃でTiOにそれぞれ還元されることから、TiOの表面組成及び化学状態変化は、衝撃イオンの化学反応性と密接に関連することが明らかとなった。
西堂 雅博; H.Gnaser*; W.O.Hofer*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 28, p.540 - 547, 1987/00
被引用回数：11 パーセンタイル：76.67(Instruments & Instrumentation)酸素雰囲気におけるモリブデンのスパッタリング過程を明らかにするために、気相系から取り込まれる酸素の量および深さ分布を二次イオン質量分析法により測定した。気相系からの酸素の取り込みは、試料温度を高くすると促進されること、また、イオンビームの同時照射によって促進されることが実験的に明らかになった。前者は、熱拡散が、又、後者の場合には、照射によって生成された格子欠陥の拡散が、酸素の気相系からの取り込みを促進していることが実験結果の解析より判明した。
H.Gnaser*; 西堂 雅博; J.von.Seggern*; W.O.Hofer*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 15, p.169 - 172, 1986/00
被引用回数：15 パーセンタイル：83.25(Instruments & Instrumentation)代表的な表面分析装置の1つである二次イオン質量分析装置を改造した二次イオン質量分析/スパッタ原子質量分析装置(SIMS/SNMS装置)の特性評価を行う目的で、モリブデンおよびインジウム金属からスパッタ放出されるスパッタ原子および二次イオンの酸素雰囲気下における放出挙動について調べた。 得られた実験結果は以下の事柄を支持している。 SIMS測定は定量性には欠けるが、感度が良い。一方SNMS測定は、その感度はSIMS測定より1~2桁低いが、定量性が良い。従って、両方の利点を生かした表面分析装置であるSIMS/SNMS装置は、感度の良い、しかも定量性のある測定が可能である。
古川 勝敏; 大野 新一
JAERI-M 85-110, 44 Pages, 1985/08
放射線損傷における化学効果の研究を推進させるために、東海研究所化学部固体化学研究室において、種々のイオンを0-100kV範囲に加速できる低エネルギーイオン照射装置を設置した。本報告書は、装置の設置計画、構成、性能、運転試験結果および附属測定装置の概要を説明するものである。
