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田村 浩司; 中西 隆造; 大場 弘則; 狩野 貴宏; 柴田 卓弥; 平等 拓範*; 若井田 育夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 61(8), p.1109 - 1116, 2024/08
被引用回数：1 パーセンタイル：34.39(Nuclear Science & Technology)For the development of the remote elemental analysis method in a radiation environment based on the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), the radiation effects on the laser oscillation properties of the single crystal (SC) Nd: YAG microchip laser (MCL) were investigated and compared with those of ceramics Nd: YAG MCL. The laser oscillation properties were measured under gamma-ray irradiation as a function of dose rate. The effects on the SC MCL properties were found to be very small compared to those on the ceramics, indicating minimal radiation effects on the LIBS signal when using SC MCL. Pulse energy and oscillating build-up time (BUT) were measured for a cumulative dose exceeding 1400 kGy. The pulse energy remained stable, and the laser continued to oscillate under irradiation. The BUT also remained stable, demonstrating negligible optical loss accumulation that could affect laser properties even at the demonstrated cumulative dose. The results indicate that the effects of dose rate and cumulative dose on SC MCL laser properties were minimal. The SC MCL was then integrated into the LIBS system, and the gadolinium signal of composite oxides, simulating fuel debris, was successfully measured at the dose rate of 5 kGy/hr. These findings highlight the radiation tolerance of SC MCL as a laser medium for remote LIBS applications in harsh radiation environments.
大島 貴幸; 内藤 磨; 濱松 清隆; 射場 克幸; 佐藤 稔; 坂田 信也; 次田 友宣; 松田 俊明; 岩崎 慶太*; 軽部 行洋*; et al.
Fusion Engineering and Design, 71(1-4), p.239 - 244, 2004/06
被引用回数：6 パーセンタイル：39.99(Nuclear Science & Technology)原研JT-60では、全国に分散した大学及び他研究機関の核融合研究のエキスパートを結集し、JT-60に遠隔研究参加し、遠隔実験,遠隔解析,遠隔計測を行える階層的遠隔研究システムの構築を進めている。遠隔研究参加環境として、ビデオ会議システム,実験風景ストリーミングシステム,遠隔計測システム,遠隔プラズマ解析システムを開発及び運用している。ビデオ会議システムは、H.320プロトコルを用いたISDN回線を使ったもので、海外との運用実績が数多くある。現在は、H.323プロトコルを用いたインターネット上でのテレビ会議システムに移行しつつある。また、ストリーミングシステムはReal Systemを使用しJT-60中央制御室の様子を配信している。遠隔計測は、WSで構成される遠隔計測システムに置き換え、Xウィンドウ機能を使って外部からアクセスが可能となった。また、VizAnalysisとVizSquareとよばれる、遠隔解析のためのソフトウェアシステムを開発した。現在は、コンピュータネットワーク上のセキュリティ対策や新たな通信ツールを開発し、最終的にはITERの遠隔実験参加を視野に入れたシステムの開発を行っている。
安積 正史
プラズマ・核融合学会誌, 80(5), p.378 - 381, 2004/05
原研における大規模科学シミュレーション環境の進展が概説される。核融合シミュレーション科学の展開が原研におけるスーパーコンピュータ及び計算機ネットワーク能力の増加に重要な役割を果たしてきた。現在、東海研と那珂研においてベクトル,スカラー両者の並列計算機が稼働中であり、核融合シミュレーション計画,NEXT計画、のもとで開発されている流体,粒子コードがそれぞれのシステムで動いている。遠隔利用者による視覚化処理を効率的に行うためのデータ転送法の開発も成功裏に進められている。核融合研究はITERの新しい段階に入ろうとしており、シミュレーションモデルのさらなる進展とともに、計算機システムのより一層の高性能化に対するニーズがこれまで以上に高まってきている。
鈴木 喜雄; 岸本 泰明; NEXTグループ
プラズマ・核融合学会誌, 78(1), p.59 - 69, 2002/01
平成12年度から平成13年度にかけて、那珂研究所の計算機システムの更新が行われた。本システムは、それまで導入されていた並列計算機の約40倍の性能を有するスカラー型の超並列計算機であり、実行される大規模シミュレーションから得られる結果のデータサイズは非常に膨大となる。本論文では、このような膨大なデータの中で繰り広げられる物理現象を理解するためには、どのような画像解析システムが有用であるかについて議論を行い、実際に導入されたシステムの性能について評価を行っている。
立花 光夫; 打越 忠昭; 柳原 敏
Proceedings of 7th International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Remediation (ICEM '99) (CD-ROM), p.6 - 0, 1999/00
原子力施設の廃止措置作業では、作業員の安全及び作業の効率を考慮して高放射性機器の解体は、遠隔解体装置を用いて行われる。遠隔解体作業を安全でしかも確実に実施するためには、これらの作業手順を綿密に検討する必要がある。そこで、解体作業の進捗に伴って変化する作業環境や遠隔解体装置の動作等をコンピュータを用いて検討する解体作業シミュレーションシステムの開発を進めている。解体作業をコンピュータ上で模擬するために、物体の動きを制御する作業要素を一連の動作コマンドとして開発した。本システム上で機器を解体する遠隔解体装置の制御にこの動作コマンドを使用し、その適用性を評価した。さらに、本システムを用いて再処理特別研究棟における遠隔解体装置を用いた機器の解体手順を作成し、その適用性について検討した。本報告は、解体作業シミュレーションシステムの概要とその適用性について述べたものである。
立花 光夫; 島田 太郎; 柳原 敏
Proc. of 6th Int. Conf. on Radioactive Waste Management and Environmental Remediation (ICEM'97), p.831 - 834, 1997/00
解体作業シミュレーションシステムは、JPDR解体計画で得られた経験を反映し、作業の安全と効率性を考慮しながら、遠隔解体装置を用いた高放射化機器の最適な解体計画を研究するために開発を行っているコンピュータプログラムである。解体作業の手順を検討するには、様々な種類の情報が必要である。従って、本システムは、解体作業の手順、原子炉施設の物量データ及び放射線に関するデータ、遠隔解体装置の制御等に関する情報を効果的に統合出来るように設計し、作業環境の表示、解体作業の分析、安全性の評価、解体シナリオの表示の4つのサブシステムに分けることとした。ここでは、本システムの試作を行うとともに、それを用いてJPDRでの解体作業の評価を行った。これより、本システムは、原子炉施設の解体作業の検討に適用できることがわかった。
若井田 育夫; 大場 弘則; 中西 隆造; 赤岡 克昭; 柴田 卓弥
no journal, ,
The decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1FNPS), which had melt downed core, it will be required a rapid, remote and in-situ screening analysis of fuel debris and a large amount of waste materials in a narrow and extremely high radiation environment. Radiation resistant Optical Fiber based LIBS is one of the practical technique as the remote in-situ analysis, and basic performances of remote operability and radiation resistance has been demonstrated. As a result, over 50m Laser delivery and radiation resistance of a few MGy under at a dose rate of 10kGy/h, has been shown. And especially, it has demonstrated that the calibration curve will be not changed even under the radiative environment of 10 kGy/h. The challenging plan to install a LIBS system as a trial use in an actual work environment where air contamination is undeniable and to challenge the remote analysis of radioactive samples is approved. A simple pollution prevention unit to protect the previously developed portable LIBS system from the contaminated environment and remote controlled XYZ sample stage for LIBS probe combined with a ventilation system will be prepared and tested at actual working site in 1FNPS.
若井田 育夫; 大場 弘則; 中西 隆造; 赤岡 克昭; 柴田 卓弥
no journal, ,
In the decommissioning of 1FNPS, a large amount of fuel debris and radioactive wastes with extremely high radiation dose rate were existed, and a radiation resistant remote screening analysis has been strongly required. The combination of radioactive resistant optical fiber and LIBS will be one of the promising choices for the remote screening analysis under extremely high radiation condition, and basic performances of remote operability and radiation resistance has been demonstrated over 50 m long laser delivery and radiation resistance more than MGy under at a dose rate of 10 kGy/h. And especially, it has been successfully performed that the calibration curve will not change even under the radiative environment of 10 kGy/h. The challenging plan to install the LIBS system as a trial use in an actual working environment of 1FNPS has been currently approved for collected radioactive samples. A simple pollution protection unit with a cleaned air ventilation system has been installed to the previously developed portable LIBS system, and also the Remote controlled XYZ Sample Stage for LIBS Probe has been combined for the challenge at the actual working site in 1FNPS where air contamination is undeniable. The maximum surface dose rate of the sample was about 20 mSv/h.
若井田 育夫; 大場 弘則; 中西 隆造; 赤岡 克昭; 柴田 卓弥; 狩野 貴宏
no journal, ,
Remote analysis by optical fiber base Laser Break down Spectroscopy (LIBS) has been developed and successfully performed under a radiation of 10kGy/h and total dose more than MGy. A simple pollution protection unit with a cleaned air ventilation system has been installed to the previously developed portable optical fiber LIBS system, and also the Remote controlled XYZ Sample Stage for LIBS Probe has been combined for the challenge at the actual working site in FDNPS where air contamination will be undeniable. The dose rate of the working environment was about 10
Sv/h, and the maximum surface dose rate of the sample was about 20mSv/h. The ablation fumes induced by laser irradiation has a high potential to make a internal exposure when they are mixed with human breath air. The special filtering system based on the medical surgical smoke removal technology has been constructed and succeeded to remove the ablation fumes.
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 中西 隆造; 柴田 卓弥; 狩野 貴宏
no journal, ,
The decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, which has meltdowned core, it will be required a rapid, remote and in-situ screening analysis of fuel debris and a large amount of waste materials in a narrow and extremely high radiation environment. Radiation-resistant Optical Fiber based portable LIBS probe is one of the practical technology as the remote in-situ simple screening analysis, and the basic performances of remote operability, radiation resistance and challenge application of on-site analysis for radioactive waste materials, have been demonstrated.
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 狩野 貴宏; 坂本 寛*; 中西 隆造*; 柏倉 俊介*; 平等 拓範*; 池田 裕二*; 出口 祥啓*
no journal, ,
福島第一原子力発電所廃炉における燃料デブリ等の簡易その場スクリーニング分析を目指し、レーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)を活用した遠隔その場分析技術開発を実施している。様々な適用場面を想定し、長遠隔分析を実現するためのマイクロチップレーザーLIBS、信号増倍を図るマイクロ重畳LIBS、含水試料に対応するロング・ショートレーザー二重照射LIBS等の光ファイバーLIBS化を図っている。信頼性を図るため、核燃料物質や使用済燃料での評価を進めるとともに、
Co照射による耐放射線性の確認も実施する。また、AI機械学習を導入し、得られたスペクトルから組成比を自動的評価する挑戦も開始した。
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 狩野 貴宏; 中西 隆造*; 坂本 寛*; 池田 裕二*; 平等 拓範*
no journal, ,
福島第一原子力発電所の安全かつ効率的な廃炉には、極めて高い放射線環境下での核燃料デブリの現場遠隔分析技術の開発が不可欠となる。光ファイバー結合型のレーザー誘起ブレークダウン分光法(OFC-LIBS)を開発し、最長約50mの伝送距離までその可能性を実証してきた。一方、より長い搬送距離を実現するために、「TILA」をレーザー光源として内蔵したリモートLIBSプローブを開発し、100mの超長距離リモート分析を可能とした。分析特性と耐放射線性について議論する。
宮部 昌文; 岩田 圭弘; 長谷川 秀一*
no journal, ,
レーザーアブレーションは材料科学や原子力産業など多くの分野で応用が研究されている技術である。東京電力福島第一原子力発電所の廃炉作業では、燃料デブリ等の遠隔分析にレーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)の利用が望まれているが、同位体の組成情報が求められる場合には、LIBSでは十分な同位体選択性が得られないことが懸念されている。本研究では、ガスで冷却したレーザープラズマに2台の外部共振器型半導体レーザーの光を対向照射して、原子を2段共鳴励起し、生成された2段目の励起状態からの脱励起によって生じる蛍光を観測することで高分解能分光を試みた。CaやSrのドップラー幅が約2GHzであるのに対し、この高分解能分光による蛍光ピークの線幅は約70MHzまで減少することが分った。その結果、天然存在比0.647%の42Caや天然存在比0.56%の84Srの蛍光ピークが他の主要同位体の信号に隠されることなく観測できることが分った。これにより、従来のドップラー拡がりのある蛍光分光法では測定が困難だったCaやSrのような同位体シフトの小さい核種でも、遠隔核種分析が可能であることが示された。
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 狩野 貴宏; 坂本 寛*; 中西 隆造*; 柏倉 俊介*; 平等 拓範*; 池田 裕二*; 出口 祥啓*
no journal, ,
レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)は、非接触・その場・迅速分析が可能な手法の一つである。我々は、光ファイバー技術と組み合わせることで耐放射線性を有する遠隔その場分析技術として基礎的な性能実証を重ね、実機適用に向けた技術開発に発展させてきた。本報告では、これまでのLIBSによるレーザーモニタリング分析技術開発の成果と、福島第一原子力発電所廃炉への適用を目指した技術開発の現状について紹介する。
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 宮部 昌文; 大場 正規; 伊藤 主税; 佐伯 盛久; 加藤 政明
no journal, ,
原子力分野、特に過酷事故を起こした福島の廃炉における核燃料物質の元素組成分析、同位体分析では、核燃料物質の持つ複雑で極めて多い発光線の評価は基より、強い放射線の環境下で、遠隔操作で、迅速で簡便な手法が求められる。このため、どのようにして高感度に、かつ高分解能に分析するかが重要な開発ポイントとなる。しかも、測定対象の化学系は金属、酸化物、液体と多様にわたる。この実現にはチャレンジングな手法の導入が不可欠となる。発光強度の増倍にはダブルパルス法に加えマイクロ波支援LIBS法を、同位体分析については高分解能分光器の導入による直接分析やアブレーション共鳴吸収分光法の導入を、液体については薄膜液体をターゲットとしたLIBSを、そして、過酷事故を起こした炉内の直接分析には耐放射線性光ファイバを用いたLIBS法の適用を開発するなど、様々な手法の開発が求められる。日本原子力研究開発機構では、2015年、新たに、「廃炉国際共同研究センター」を立ち上げ、レーザー計測についても積極的に研究開発を進めている。
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 大場 正規; 松本 歩; 宮部 昌文; 池田 裕二*; 作花 哲夫*; 平等 拓範*
no journal, ,
福島第一原子力発電所の廃炉には、広範囲で基礎基盤的研究開発と実際の作業技術へのマッチングが求められており、日本原子力研究開発機構の廃炉国際共同研究センターは、その中心的な研究開発機関の一つである。事故炉内の迅速・簡便・高放射線環境下でのその場遠隔分析技術として、光による分析技術を基本とし、耐放射線性光ファイバーを活用したレーザー誘起発光分光法(LIBS)が有力な分析手法として挙げられる。光ファイバーLIBSを炉内デブリのその場分析技術として開発し、その基本特性を取得し、10kGy/hの放射線環境下でも利用可能であることを確認した。さらに、より高い信号を得るために、ロングパルスレーザーLIBS、マイクロ波支援LIBS、炉内でのマイクロチップレーザーLIBS技術を開発している。
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 大場 正規; 宮部 昌文; 松本 歩
no journal, ,
耐放射線性光ファイバーを用いたLIBS法が元素の炉内その場遠隔分析法として開発され、水中または10kGy/hの高放射線環境下でその性能が確認された。ロングパルスレーザーによるLIBS、マイクロ波支援LIBS等による信号強度の増強、溶液試料への適用が示された。100nsに及ぶロングパルスレーザーでは、ファイバーへのより高いエネルギー伝送と信号増強が、マイクロ波LIBSでは、大気中の観測で数十倍以上の信号強度の増倍が見られた。溶液への応用では、液体薄膜の利用により高感度化が実現した。
若井田 育夫; 大場 弘則*; 池田 裕二*; 作花 哲夫*; 平等 拓範*
no journal, ,
炉内デブリのその場分析のため、耐放射線性光ファイバーを用いたレーザー誘起発光分光法(ファイバーLIBS)の開発を行っており、10kGy/hに及ぶ高線量環境下や水中環境においてその性能評価を実施した。ファイバーによるレーザー光の高効率伝送や高感度化のためロングパルスレーザー利用LIBS、マイクロ波支援LIBS等が試されている。さらに、光源そのものを炉内に配置する方法として、マイクロチップレーザーの導入も図っている。
若井田 育夫
no journal, ,
The decommissioning of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (F1NPS), which has melt downed core, it will be required a rapid, remote and in-situ screening analysis of fuel debris and a large amount of waste materials in a narrow and extremely high radiation environment. Radiation-resistant Optical Fiber based LIBS is one of the practical technique as the remote in-situ analysis, and basic performances of remote operability and radiation resistance has been demonstrated. As a result, over 50 m Laser delivery and radiation resistance of a few MGy under at a dose rate of 10 kGy/h, has been shown. And especially, it has demonstrated that the emission characteristic, such as spectrum and calibration curve will be not changed even under the radiative environment of 10 kGy/h. Now, the challenging plan to use the remote LIBS system as a trial use in the working environment in F1NPS, where air contamination was undeniable, will be under planning for radioactive samples.
若井田 育夫; 大場 弘則; 大場 弘則*; 赤岡 克昭; 狩野 貴宏; 中西 隆造*; 坂本 寛*; 池田 裕二*; 平等 拓範*
no journal, ,
The decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station with melt downed core, it will be required a rapid, remote and in-situ screening analysis of fuel debris and a large amount of waste materials in a narrow and extremely high radiation environment. Radiation-resistant optical fiber based LIBS is one of the practical techniques as the remote in-situ analysis. In the ultra-long-distance remote analysis, a microchip laser delivered by 100 m optical fiber was used to simulate a long-distance analysis. Although a little bit attenuation was observed in emission light intensity, there was no effect on the calibration curve, and the same performance by using a 5 m optical fiber was demonstrated. In the analysis of spent fuel, a portable optical fiber LIBS system was prepared, and only the probe head was introduced into the Hot Cell facility. Spent fuel samples containing Zr and Fe oxides were analyzed, and spectra with no change were obtained even in high-dose environments. These demonstrated the applicability of LIBS for in-situ remote analysis of nuclear fuel debris.
