放射性コンクリート廃棄物の減容を考慮した合理的処理・処分方法の検討(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; 北海道大学*

JAEA-Review 2025-037, 103 Pages, 2025/12

JAEA-Review-2025-037.pdf:7.28MB

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・基盤的研究およ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5年度に採択された研究課題のうち、「放射性コンクリート廃棄物の減容を考慮した合理的処理・処分方法の検討」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。本研究は、解体に伴い大量の発生が見込まれる放射性コンクリート廃棄物に着目し、減容・減量化策の現場適用について、コンクリート廃棄物の特性評価に基づき、典型的な再資源化処理工程を想定したうえでその課題を検討し、再資源化を含む合理的な処理・処分方法を検討・評価する。令和5年度には、放射性核種およびイオンの移行挙動への遷移帯の寄与を解明することを目的とし、セメント系試料中のCsの拡散試験、遷移帯を有する試料中のイオンの移動、Caの溶脱試験を実施した。また、遷移帯を含む核種移行モデルを構築するため、界面を挟む2つの媒体の拡散特性を考慮した確率分布をモデル化し、このサンプリング手法をランダムウォーク粒子追跡法の濃度計算に実装した。再資源化・再利用に向けた処理方法の検討として、非放射性Cs水溶液に浸漬した模擬汚染コンクリートを調製し、その特性を評価した他、骨材分離試験および熱分析試験の環境整備を行った。再資源化物の性状評価としては、模擬汚染骨材およびそれを利用した模擬再生コンクリートを調製し、模擬汚染骨材からイオン交換水や被覆したセメントペースト、再生コンクリートへのイオンの移行挙動を確認した。さらに、骨材分離の際に発生する模擬セメント微粉を用いて異なる配合の模擬廃棄体を調製し、力学あるいは化学特性を取得するとともに放射性核種の浸出挙動に関する試験を開始した。これらの結果を基に、再利用・再資源化を含む放射性コンクリート廃棄物管理シナリオを評価するため、コンクリート汚染状況に関する知見を収集、整理するとともに再利用・再資源化に伴う物量を推計するためのツールを整備した。

Measurement of nuclide production cross sections for GeV-region proton-induced reactions on Mg, Si, Fe, Cu, and Zn

杉原 健太*; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 前川 藤夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 549, p.165299_1 - 165299_12, 2024/04

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2024.165299

Nuclide production cross sections for proton-induced reactions on Mg, Si, Fe, Cu and Zn at several GeV were measured using an activation technique at Japan Proton Accelerator Research Complex. The aggregate results of 250 cross sections were successfully acquired. The data obtained in this study were compared with the results from nuclear reaction models in PHITS and the data retrieved from Japanese Evaluated Nuclear Data Library High Energy file 2007 (JENDL/HE-2007). Among all of the models, INCL/GEM, JENDL/HE-2007, and JAM/GEM generally showed the good agreement.

Measurement of nuclide production cross sections for proton-induced reactions on Ni and Zr at 0.4, 1.3, 2.2, and 3.0 GeV

竹下 隼人*; 明午 伸一郎; 松田 洋樹*; 岩元 大樹; 中野 敬太; 渡辺 幸信*; 前川 藤夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 527, p.17 - 27, 2022/09

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2022.07.002

加速器駆動核変換システム(ADS)等における核設計の高度化のため、NiとZrについて数GeVエネルギー領域における陽子入射の核種生成断面積測定を行い、核設計に用いる計算コードPHITSによる計算値やJENDL/HE-2007等との比較検討を行った。

J-PARCにおける高エネルギー陽子入射核破砕反応による核種生成断面積の測定

中野 敬太; 松田 洋樹*; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 竹下 隼人*; 前川 藤夫

JAEA-Research 2021-014, 25 Pages, 2022/03

JAEA-Research-2021-014.pdf:2.1MB

加速器駆動核変換システム(ADS: Accelerator-Driven transmutation System)の開発に資するデータとして、Be, C, Al, Sc, V標的に対する高エネルギー陽子入射反応による核種生成断面積の測定を行った。得られた実験値は最新の核反応モデルによる計算値や評価済み核データライブラリの値と比較を行い、その再現性について議論を行った。

Measurement of nuclide production cross-sections of Fe for 0.4-3.0 GeV protons in J-PARC

松田 洋樹; 竹下 隼人*; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 岩元 大樹

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011047_1 - 011047_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011047

精度の良い核種生成断面積は加速器駆動核変換システム(ADS)設計における放射性廃棄物の取り扱い、放射性廃棄物の遠隔での取り扱い方法の設計、及び放射線作業従事者の被ばく評価に必要とされる。今日まで数多くの実験が行われてきたが、測定データ誤差が数十%を超えるものが時には存在し、いくつか重要な核種に対してはGeVエネルギー領域において実験データが存在しないものがある。この研究では鋼材の最も重要な構成元素である鉄の陽子入射による核種生成断面積を測定した。実験データはPHITSコードに組み込まれているBertiniやINCL4.6モデルを用いて計算した値、及び評価済み核データJENDL-HE/2007と比較した。この研究では(p,xn)反応を介した生成断面積に大きな食い違いがあることが明らかとなった。これは核子-核子散乱やパウリブロッキングなどのさらなる改良が核内カスケードモデルに必要であることを示唆するものであった。

Measurement of nuclide production cross sections for Z = 26-30 elements irradiated with 0.4 - 3.0 GeV proton in J-PARC

松田 洋樹; 竹下 隼人*; 岩元 大樹; 明午 伸一郎

JAEA-Conf 2020-001, p.89 - 94, 2020/12

https://doi.org/10.11484/jaea-conf-2020-001

加速器駆動核変換システム(ADS)の設計に対して、プラントにおいて発生する放射性廃棄物の取り扱いに対して放射性核種の評価を行うためには正確な断面積データが求められる。現在までにいくつかの施設においてADSに使用されるエネルギー領域の陽子を照射し核種生成断面積データ測定が測定されているが、約10%の系統誤差を含むデータが存在している。さらに数GeV領域において、実験データが存在しない核種も存在する。そこでADSに対して用いられる計算コードや評価済みデータの検証のため、J-PARC 3GeVシンクロトロン施設において生成断面積を取得する実験を行った。本研究では、ADS構造材の評価において重要となる原子番号26から30(例Fe, Ni、及びZn)の陽子入射の核種生成断面積を取得した。また、本実験値、過去の実験値に対し、INCL4.6/GEM, INCL++/ABLA07およびBertini/GEMによるモデル計算、及び評価済み核データJENDL-HE2007と比較し、0.4GeVから3GeV領域での断面積の入射エネルギー依存性を調査した。

Production and -decay study of the T=-1 nucleus Mn

関根 俊明; J.Cerny*; R.Kirchner*; O.Klepper*; V.T.Koslowsky*; A.Plochocki*; E.Roeckl*; D.Schardt*; B.Sherrill*

GSI-86-1, P. 41, 1986/00

不安定核MnはGSIオンライン質量分離器を用いた実験により初めて確認され、その予備的な結果を昨年報告した。本報告ではより詳細な実験によるMnの合成と崩壊の研究について述べる。Mnは582MeVのCaビームをCターゲットに照射することによって生成され、FEBIAD-F型イオン源を取付けた質量分離器によって分離された。得られたMn放射能について、シングルス,及びコインシデンス,並びに遅発陽子の測定を行った。これらの結果を崩壊図にまとめ、shell modelによる理論計算と比較した。

J-PARC新施設におけるMo製造に関する概念設計

杉原 健太*; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 前川 藤夫

no journal, , 

日本では、核医学検査に利用されるMo/Tc供給を輸入に依存している。しかし、Moが短半減期であること、海外の情勢に供給量が依存することから、国産化が望まれている。JRR-3でのMo(n,)法が候補だが、JRR-3ではメンテナンスによる4ヶ月の運転停止期間があり、その期間の供給を賄う必要がある。そこでJ-PARC新施設で運転停止期間の供給を賄うことを目的とし、0.4GeV陽子入射核反応によるMo製造の概念設計を行った。加えて、JRR-3照射設備における照射終了直後のMo収量を比較し、J-PARC新施設での有用性及び今後の課題を議論した。

GeV領域陽子入射反応によるMn, Coの核種生成断面積

竹下 隼人; 明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 大樹; 中野 敬太; 渡辺 幸信*; 前川 藤夫

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)などの大強度陽子加速器施設の遮蔽設計において、高エネルギー陽子入射による核破砕生成物の核種生成量予測は基礎的かつ重要な役割を担っている。しかしながら、生成量予測シミュレーションで用いられる核反応モデルの予測精度は不十分であり、核反応モデルの改良が必要である。J-PARCセンターでは実験データの拡充と核反応モデル改良を目的に、様々な標的に対して核種生成断面積の測定を行っている。本研究では、中重核であるMn及びCo標的に対して1.3, 2.2および3.0GeV陽子ビームを照射し、放射化法により核種生成断面積データを取得した。取得したデータとモンテカルロ粒子輸送計算コードで用いられる核反応モデル(INCL-4.6/GEM, Bertini/GEM, JAM/GEM, INCL++/ABLA07)及び高エネルギー核データライブラリJENDL/HE-2007の評価値を比較することで、現状の予測精度を把握するとともに核反応モデルの改良点を考察した。

Study on H gas production by radiolysis of carbonate slurry generated from Multi-Radionuclide Removal System

荒井 陽一; 比内 浩; 駒 義和; 柴田 淳広; 野村 和則

no journal, , 

福島第一原子力発電所における汚染水処理設備として、多核種除去設備(MRRS)が用いられている。MRRSは前処理設備(鉄共沈工程、炭酸塩沈殿工程)と吸着塔で構成されている。各設備の運転により、水酸化鉄、炭酸塩、使用済み吸着材の二次廃棄物が発生し、これらは高性能容器(HIC)と呼ばれる容器に保管される。炭酸塩スラリーを保管しているHICから、たまり水が発生していることが発見された。ガスがスラリー層に堆積し、スラリー中の水分を追い出すことで体積が増加したと推察されたが、炭酸塩スラリーから発生するガスの挙動は不明確であった。そこで、HICに保管中の炭酸塩スラリーを用いて水素ガスの発生量を測定し、その挙動を確認した。10mlの炭酸塩スラリーを容器に入れ、3, 7, 14, 21日後に、ガスクロマトグラフを用いて、水素濃度を分析した。水素の総量は時間と共に比例して増加する傾向にあることを確認した。また、各測定時のG値を求めた結果、水の放射線分解の理論G値とほぼ同等であることを確認した。その結果から、炭酸塩スラリーの放射線分解で発生する水素は、水の放射線分解によるものと確認した。