Long-term simulation of Cs behavior in the ocean around Fukushima considering multiphase interaction processes

池之上 翼; 中西 貴宏; 川村 英之

Marine Pollution Bulletin, 232, p.120110_1 - 120110_9, 2026/11

https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2026.120110

福島第一原子力発電所の事故は、Csを含む放射性核種の大規模な海洋環境への移行を引き起こした。海洋中のCsは4つの相(溶存相、懸濁相、海底堆積相、生物相)で存在し、これらの相間の相互作用がその長期挙動に大きな影響を与える。そこで本研究では、多相の挙動を考慮した海洋拡散モデルを開発し、事故後10年間のCsの長期挙動に対する相間相互作用の影響を評価した。モデルは、海況場、プランクトン、懸濁粒子、Csの挙動を十分に再現した。解析結果は既往研究と整合しており、事故後3ヶ月までは溶存相が、それ以降は海底堆積相がそれぞれ海洋におけるCsの挙動において中心的な役割を果たした。事故後10年以内に、沖合海域(水深が25mより深い海域)における全相中の濃度は事故前の水準に戻ったが、沿岸海域(水深が25mより浅い海域)では、海底堆積相が他の相への長期的なCsの供給源となったため、依然として高濃度を維持していた。これは、海底堆積物中に高濃度のCsが保持されていることに起因すると考えられる。この保持は、微細粒子の割合が高いこと(湾内地域)、河川からの流入(福島県北部)、事故初期における海底堆積物表層への高蓄積と激しい鉛直混合(福島県南部)によって引き起こされた。

革新的アルファダスト撮像装置と高線量率場モニタの実用化とその応用(委託研究); 令和6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 2026-016, 64 Pages, 2026/06

JAEA-Review-2026-016.pdf:3.06MB

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、令和元年度から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、さまざま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4年度に採択された研究課題のうち、「革新的アルファダスト撮像装置と高線量率場モニタの実用化とその応用」の令和4年度から令和6年度分の研究成果について取りまとめたものである。ここでは、二つの検出器の開発を実施している。一つ目は、作業員の安全の確保のための線核種の炉内の分布を明らかにする技術の実現を目指し、スミヤろ紙上に付着するより細かい線核種を含む、微細なダストの詳細な分布を可視化することを可能にする技術の開発である。令和6年度末までに、発光波長が500-800nmかつ5.5MeVのアルファ線入射で、発光量が70,000光子相当の材料開発といった目標値を満たす材料の開発などを実施することができた。あわせて、粒子とそれ以外の粒子との判別方法を確立し現場適用ができた。二つ目の検出器は、光ファイバーを用いた超高線量率場での線量率モニタの開発であり、これまでよりも線量率の測定下限値を低くでき、当初の目標値(下限値)よりも低い線量率である1mSv/h未満から測定が可能になった。また、上限値も1kSv/h以上までの線量率が測定でき、非常に幅広いダイナミックレンジを有した検出器の開発に成功し、現場適用が決定した。加えて、放射線で発電する放射線電池などへの応用も検討した。あわせて、学生を含む若手研究者に対する活躍の場も提供できた。

Ductile-to-brittle transition in aluminum alloys

Zhou, D.*; Zhang, X.*; Pang, X.*; Zhao, Z.*; Chen, X.*; Wei, S.*; Yang, C.*; Gong, W.; Harjo, S.; Li, R.*; et al.

Materials Research Letters (Internet), 14(6), p.689 - 698, 2026/06

https://doi.org/10.1080/21663831.2026.2646271

Here, we investigated the room-temperature (298 K) and cryogenic-temperature (77 K) mechanical behaviors of binary Al-Mg alloys over a wide range of Mg concentrations (2.8-13.1 at.%). A ductile-to-brittle transition was observed at 77 K as the Mg content increased from 7.5 to 13.1 at.%, accompanied by a significant decrease in impact energy from 161 J to 14 J. Through detailed theoretical calculations and experimental observations, this composition-dependent transition was found to be primarily associated with Mg segregation-induced grain boundary (GB) expansion and charge density depletion at the GB. These findings not only address the growing demand for durable lightweight materials for low-temperature applications, but also provide insights into the design of ultralight aerospace structural materials capable of withstanding the harsh environments encountered in space exploration.

Reconsideration of numerical model for hydrogen thermal desorption spectra of iron with hydrogen-enhanced strain-induced vacancies

海老原 健一; 山口 正剛; 板倉 充洋

Metallurgical and Materials Transactions A, 57(4), p.1480 - 1489, 2026/04

https://doi.org/10.1007/s11661-026-08146-7

水素脆化は鉄鋼にとって重要な問題である。以前の数値モデルを改良することで、水素助長ひずみ誘起空孔を含む鉄試料からの水素の熱脱離スペクトルの実験結果を再現することに成功した。改良モデルでは、捕捉されたH原子の数で区別される空孔および空孔クラスターの濃度変数を採用した。この改良により、以前のモデルで必要だった空孔および空孔クラスターの移動に関する仮定が削除された。改良モデルを用いたシミュレーション結果から、元のモデルで計算されたスペクトル中の空孔および空孔クラスターに起因するピーク上のスパイク状の脱離は、仮定によって引き起こされたアーティファクトであることが明らかになった。さらに、水素チャージを伴う変形後の試料には、空孔だけでなく空孔クラスターも存在する可能性があることが示唆された。改良されたモデルは、水素影響下にある空孔および空孔クラスターを研究するための有用な枠組みであると考えられる。

Introduction to the simulation disaster challenge of world robot summit harsh environment F-REI challenge pre-tournament event

中村 啓太*; 鈴木 健太; 金子 瑛一郎*; 阿部 佳峻*; 清水 優*; 大金 一二*

Journal of Robotics and Mechatronics, 38(1), p.192 - 201, 2026/02

https://doi.org/10.20965/jrm.2026.p0192

This paper shows the design and results of a Simulation Disaster Challenge held at the Fukushima Robot Test Field in October 2024 as part of the World Robot Summit Harsh Environment F-REI Challenge Pre-tournament event. In this challenge, we built a new simulation environment that can safely and repeatedly evaluate tasks under extreme conditions that are difficult to verify in the real world while simultaneously reproducing the complex and harsh environment of debris scattering and poor visibility that can be expected in actual plant disasters. This paper first provides an overview of the history of major disaster response robot simulation competitions that have been held to date. Next, we report on the design of the competition course and the competition results for this pre-tournament event. Furthermore, its applicability to STEM education will also be discussed. Finally, we describe the current status of preparations for the main competition scheduled for October 2025.

令和6年度大型計算機システム利用による研究成果報告集

システム計算科学センター 高性能計算技術利用推進室

JAEA-Review 2025-044, 140 Pages, 2026/01

JAEA-Review-2025-044.pdf:8.77MB

日本原子力研究開発機構では、原子力の総合的研究開発機関として原子力に係わるさまざまな分野の研究開発を行っており、これらの研究開発の多くにおいて計算科学技術が活用されている。日本原子力研究開発機構における計算科学技術を活用した研究開発の論文発表は、過去十数年にわたり、毎年度、全体の約2割を占めている。大型計算機システムはこの計算科学技術を支える重要なインフラとなっている。大型計算機システムは、第4期中長期計画にて重点化して取り組むとされた「安全性向上等の革新的技術開発によるカーボンニュートラルへの貢献」、「原子力科学技術に係る多様な研究開発の推進によるイノベーションの創出」、「東京電力福島第一原子力発電所事故の対処に係わる研究開発の推進」、「高レベル放射性廃棄物の処理処分に関する技術開発の着実な実施」、「原子力安全規制行政及び原子力防災に対する支援とそのための安全研究の推進」等の研究開発活動に利用された。本報告は、令和6年度における大型計算機システムを利用した研究開発の成果を中心に、それを支える利用支援、利用実績、システムの概要等をまとめたものである。

大深度立坑における坑壁崩落および覆工クラック発生に関する3次元数値シミュレーション

前田 将秀*; 名合 牧人*; 青柳 和平; 菅原 健太郎*; 児玉 淳一*

資源・素材講演集(インターネット), 12(2), 5 Pages, 2025/09

立坑は地下空間へのアクセス手法として広く普及しているが、地下利用の深部化に伴い、施工時における坑壁崩落の危険性や施工後の長期安定性の評価が課題となっている。近年、幌延深地層研究センター(幌延URL)を対象としたフィールド計測や数値解析等により、掘削に伴う大深度立坑の挙動が解明されつつある。初期応力の異方性が坑壁周辺の応力集中を誘発し、立坑壁面での崩落に影響を及ぼすことや、支保工のパターンにより覆工コンクリートの損傷状況が異なることなどが明らかになっている。しかし、これらの知見は幌延URLの換気立坑という特定の地質・応力条件下で得られたものであり、一般的な立坑への拡張性については議論が十分ではない。本研究では、大深度立坑における坑壁崩落や覆工コンクリートのクラック発生の条件等を解明すべく、3次元数値シミュレーションを実施した。そして、初期応力の異方性の程度や支保パターンの違いが坑壁崩落や覆工クラック発生に与える影響を定量的に評価した。

Experimental study of two-phase flow in a four-by-four unheated rod bundle for validation of thermal-hydraulics simulation codes

Muhammad, I.; 永武 拓; 上澤 伸一郎; 小野 綾子

Proceedings of 21st International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-21) (Internet), 12 Pages, 2025/08

本研究は、二相流実験のデータを用いてACE-3Dを検証することを目的としている。この目的のため、44の非加熱模擬燃料集合体を用いて水および蒸気による二相流実験を実施した。実験では、高温高圧条件下でワイヤメッシュセンサを用いて時間平均ボイド率分布を測定した。実験結果を分析し、燃料集合体内の二相流挙動特性をよりよく理解するためにボイド率分布等のデータを可視化した。実験データは、高圧領域を含む幅広い実験条件を包含しており、熱水力学コードの検証に使用できるように整備された。最後に、ACE-3Dコードを用いて二相流実験の条件で解析を実施した。そして、計算結果を実験結果と比較し、今後のシミュレーションにおいてACE-3Dを改善するための問題点を明らかにした。

Numerical simulation of coupled THM behaviour of full-scale EBS in backfilled experimental gallery in the Horonobe URL

杉田 裕; 大野 宏和; Beese, S.*; Pan, P.*; Kim, M.*; Lee, C.*; Jove-Colon, C.*; Lopez, C. M.*; Liang, S.-Y.*

Geomechanics for Energy and the Environment, 42, p.100668_1 - 100668_21, 2025/06

https://doi.org/10.1016/j.gete.2025.100668

国際共同プロジェクトDECOVALEX-2023は、数値解析を使用してベントナイト系人工バリアの熱-水-応力(または熱-水)相互作用を研究するためのタスクDとして、幌延人工バリア性能確認試験を対象とした。このタスクは、モデル化のために、1つの実物大の原位置試験と、補完的な4つの室内試験が選択された。幌延人工バリア性能確認試験は、人工的な地下水注入と組み合わせた温度制御非等温の試験であり、加熱フェーズと冷却フェーズで構成されている。6つの研究チームが、さまざまなコンピューターコード、定式化、構成法則を使用して、熱-水-応力または熱-水(研究チームのアプローチによって異なる)数値解析を実行した。

Ingestion doses from radionuclides in seafood before and after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident

森 愛理; Johansen, M. P.*; McGinnity, P.*; 高原 省五

Communications Earth & Environment (Internet), 6, p.356_1 - 356_11, 2025/05

https://doi.org/10.1038/s43247-025-02338-6

The presence of radionuclides in seafood following the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident in March 2011 have led to widespread and persistent concerns over seafood safety. We assess seafood ingestion doses before and after the accident for adults in the Tohoku Region of Northeast Japan. Using a Monte Carlo approach, we evaluate 23 anthropogenic and natural radionuclides alongside realistic seafood consumption rates. In the first year after the accident, the ingestion dose from accident-derived radionuclides was 19 Sv for consumers exposed to the 95th percentile dose, contributing only 2% of the total seafood ingestion dose, which includes natural radionuclides such as Po and Pb. After the third year, the dose from accident-derived radionuclides was indistinguishable to that from pre-accident background levels. These findings suggest that, with seafood restrictions in place, the impact of accident-related releases on seafood ingestion doses was minor and relatively short-lived compared with that of natural radionuclides.