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論文

Demonstration of heat resistant fiber Bragg grating sensors based on femtosecond laser processing for vibration monitoring and temperature change

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行

Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 9(3), p.221 - 224, 2014/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nanoscience & Nanotechnology)

耐熱FBGセンサをフェムト秒レーザー加工により製作し、原子炉配管の高温に適用した。このセンサを鋼板表面に実装し、共振条件での振動試験を実施した。本センサの耐熱性能は600$$^{circ}$$Cである。安定化波長可変レーザーを使用して原子炉の日常点検のモニタとして利用できることを試験した。このセンサを繰り返し歪み計測を行なえるよう振動鋼板に取り付けた。溶接、ロウ付け、半田付け、そして貴金属接着剤など、各種の取り付け方法について議論した。

論文

Development of boron sheet and DT neutron irradiation experiments of multi-layered concrete structure with boron sheet

佐藤 聡; 前川 利雄*; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 野中 英*; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 今野 力

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.623 - 626, 2014/04

これまでに、核融合炉のような中性子発生装置に用いるコンクリート中の誘導放射能を減らすために、低放射化コンクリート,ボロン入り低放射化コンクリート,普通コンクリートから構成される多層コンクリート構造体の開発を行ってきた。本研究では、製作費用を減らすためにボロン入り低放射化コンクリートの替わりにB$$_{4}$$Cとレジンから成るボロンシートを開発した。このボロンシートを入れた多層コンクリート構造体の遮蔽性能を調べるために4種類の構造体を用いて、FNSでDT中性子照射実験を行った。構造体は、幅30cm,高さ30cm,厚さ50cmであり、厚さ20cmの低放射化コンクリートと厚さ30cmの普通コンクリートから構成される。構造体1では、厚さ4mmのボロンシートを低放射化コンクリートと普通コンクリートの間に挿入した。構造体2では、構造体1の表面から深さ10cmの位置にボロンシートを追加した。構造体3では、構造体2の表面から深さ30cmの位置にボロンシートを追加した。比較のために、構造体4では、ボロンシートを挿入しない構造体を用いて実験を行った。金とニオブの放射化箔を用いて、深さ5cmごとに反応率を測定した。ボロンシートを挿入することにより、低エネルギー中性子で生成される金の反応率が約1/4に減少しており、ボロンシート付多層コンクリート構造体は低エネルギー中性子を効率的に減少させることを実証した。

論文

Development of a low activation concrete shielding wall by multi-layered structure for a fusion reactor

佐藤 聡; 前川 利雄*; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 野中 英*; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 今野 力

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.1131 - 1134, 2011/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:43.63(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉等の中性子発生施設に用いるコンクリート壁に関し、建設コストや廃棄コストの増加を抑制しながら誘導放射能を低減させることを目的として、ボロン含有コンクリート層を有する多層コンクリート構造体を開発した。本構造体は、中性子線源側から順に、低放射化コンクリート,ボロン含有低放射化コンクリート,普通コンクリートから構成されている。本研究では、多層コンクリート構造体の有効性を確認するために、原子力機構の核融合中性子源施設FNSを用いて、多層コンクリート構造体試験体の14MeV中性子照射実験を行い、金とニオブの反応率分布,コンクリート中の誘導放射能分布を測定した。比較のために、普通コンクリート単一構造体及びボロン含有低放射化コンクリート単一構造体に対しても、照射実験を行った。多層構造コンクリート構造体では、試験体表面から深さ15cmの位置での金の反応率は、普通コンクリート単一構造体のおおむね1/3程度となった。また、その値は、ボロン含有コンクリート単一構造体での金の反応率とほぼ同じ値であり、開発した多層コンクリート構造体を用いることにより費用の高いボロン量を抑制しながら、誘導放射能を低減させることができることを確認した。

論文

放射性廃棄物を大幅に低減へ; 3層構造のコンクリート壁を共同開発

前川 利雄*; 吉松 賢二*; 佐藤 聡

原子力eye, 54(11), p.54 - 57, 2008/11

原子力機構と熊谷組との共同研究で誘導放射能の低減を目的として低放射化コンクリート壁構造体の開発を進めている。ボロンは通常のコンクリート材料に比べて高価で、遮蔽壁の全体についてボロンを含有するコンクリートを用いると非常にコスト高となり、現実的ではない。そこで、コストの増加を抑えながら最も効率的にボロンの中性子吸収効果が発揮される配置となるコンクリート構造体を開発した。本構造体は、線源側表面から順に低放射化コンクリート、ボロン含有低放射化コンクリート、普通コンクリートの3層から構成される。本構造体を用いて、FNSによるDT中性子照射実験を行い、コンクリート内の反応率分布や放射化特性を調べ、その有効性を確認した。本構造体を用いることにより、施設解体時に発生する放射性廃棄物を大幅に低減できる。本コンクリート壁構造体の開発や中性子照射実験に関して、解説記事として紹介する。

論文

石灰石微粉末を用いた低放射化コンクリートの14MeV中性子照射実験

前川 利雄*; 吉松 賢二*; 佐藤 聡

電力土木, (334), p.86 - 89, 2008/03

原子力機構と熊谷組とで共同研究を行っている低放射化コンクリートの開発について報告する。骨材に石灰石を用い、セメントの一部を石灰石微粉末に置換した低放射化コンクリートを試作した。原子力機構FNSを用いて、試作した試験片に対して、14MeV中性子照射実験を行い、放射化特性を評価した。その結果、普通コンクリートに比べて$$^{24}$$Naの誘導放射能が約1/7に低減することを実験的に確認した。また施設の解体(デコミッショニング)時に問題となる長寿命核種の$$^{22}$$Na(半減期2.6年)については、普通コンクリートでは、照射後10日において約20Bq/g検出したが、低放射化コンクリートでは検出しなかった。一方、低放射化コンクリートでは石灰石骨材を使用したことによりカルシウム含有量が約4倍になったため、これに起因して生成される$$^{47}$$Ca(半減期4.54日),$$^{42}$$K(半減期12.4時間),$$^{43}$$K(半減期22.4時間)については増加した。

報告書

核融合工学関係施設利用共同研究平成18年度終了テーマ成果報告書

核融合エネルギー工学研究開発ユニット

JAEA-Review 2007-036, 98 Pages, 2007/11

JAEA-Review-2007-036.pdf:32.22MB

核融合研究開発部門核融合エネルギー工学研究開発ユニットでは、トリチウム安全性試験装置(CATS), 核融合中性子源施設(FNS), MeV級イオン源試験装置(MTF), 高熱負荷試験装置(JEBIS), 高周波工学試験装置(RFTS)の5つの核融合工学関係施設を用いて共同研究を実施しており、平成18年度は、23件の共同研究を実施した。本報告書はそれらの共同研究のうち、平成18年度で終了した7テーマの成果をまとめたものである。

論文

低放射化コンクリートの14MeV中性子照射実験

前川 利雄*; 梅津 朋岳*; 野中 英*; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 佐藤 聡; 西谷 健夫

セメント・コンクリート, (719), p.26 - 31, 2007/01

コンクリートの放射化特性は、セメントと骨材の2つの構成材料の組成比に依存する。これまで提案された低放射化コンクリートでは、不純物質を多く含む骨材を低放射化させる観点から、石灰石骨材などの純度の高い材料を適用することによって低放射化特性を実現している。このようなコンクリートでは、セメントに由来する不純物質成分による誘導放射能が大きな影響を及ぼすようになる。そこで、本開発では従来の骨材選別に加えて、セメントの一部を不純物質成分の少ない石灰石微粉末材料に置換する調合設計手法を導入し、セメント由来の不純物量を低く抑えるコンクリートを製作した。原子力機構の核融合中性子源装置FNSにおいて、試作した低放射化コンクリート及び普通コンクリートに対しDT中性子を照射し、放射化特性を実験的に評価した。その結果、開発した低放射化コンクリートでは、普通コンクリートに比べて$$^{24}$$Naの誘導放射能が約1/7に低減することを実験的に確認した。長寿命核種の$$^{22}$$Na(半減期2.6年)については、普通コンクリートでは、照射後10日において約20Bq/g検出したが、低放射化コンクリートでは検出しなかった。

口頭

低放射化コンクリートの中性子照射実験,1; 使用材料の化学組成及び調合

野中 英*; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 前川 利雄*; 佐々木 静郎*; 梅津 朋岳*; 佐藤 聡

no journal, , 

放射線施設に用いられる遮蔽コンクリート壁の放射化に注目し、施設機器等の停止後のメンテナンス時の放射線バックグランドレベルを低く抑えることを目的として、低放射化コンクリートの開発を行っており、開発した低放射化コンクリートに対して、FNSを用いて、中性子照射実験を行った。その1では、使用材料と調合計画、並びに化学分析結果について述べる。開発した低放射化コンクリートは、骨材に石灰石砕石・砕砂を用いており、さらにセメントの一部を石灰石微粉末で置換している。化学分析を、普通コンクリートと開発した低放射化コンクリートの両者について行い、ナトリウム総量を比較・検討した。その結果、低放射化コンクリートのナトリウム総量は、普通コンクリートの1/40程度になっていることを確認した。また、硬化したコンクリートの分析結果から求められるナトリウム総量は、構成材料ごとの化学分析結果から求められるものに対して、大きくなる傾向があることを示した。この差異は化学分析の精度に起因するものと考えられる。

口頭

低放射化コンクリートの中性子照射実験,2; 中性子照射実験

梅津 朋岳*; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 前川 利雄*; 佐々木 静郎*; 野中 英*; 佐藤 聡

no journal, , 

骨材に石灰石砕石・砕砂を用い、セメントの一部を石灰石微粉末に置換した低放射化コンクリートを開発し、FNSにおいて、中性子照射実験を行った。中性子源はD-T反応による14MeV単色中性子であり、照射時間は約16時間、中性子束は5$$times$$10$$^{9}$$(n/cm/s$$^{2}$$)である。コンクリート試料は粉砕された粉末約2gであり、比較用の普通コンクリートについても同一条件にて、照射実験を実施した。実験の結果、普通コンクリートにおいて照射直後から3日後までについて、最も誘導放射能量が大きいのは$$^{24}$$Na(半減期15時間)であり、照射終了後1日において9.8$$times$$10$$^{4}$$(Bq./g)であった。一方、低放射化コンクリートでは、1.5$$times$$10$$^{4}$$(Bq./g)となり約1/6に誘導放射能を低減できることがわかった。また、施設の解体時に問題となる長寿命核種の$$^{22}$$Na(半減期2.6年)については普通コンクリートでは約2$$times$$10$$^{1}$$(Bq./g)生成したが、低放射化コンクリートでは検出できず、$$^{22}$$Naの大幅な低減に成功した。

口頭

低放射化特性に優れた多層コンクリート構造体の開発,2; 14MeV中性子照射実験

佐藤 聡; 前川 利雄*; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 野中 英*; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 今野 力

no journal, , 

中性子発生施設に用いるコンクリート遮蔽壁に関し、建設コストの増加を抑制しながら運転後の誘導放射能を低減させることを目的として、ボロン含有コンクリート層を有する多層コンクリート構造体を開発した。本構造体は、中性子線源側から順に、低放射化コンクリート,ボロン含有低放射化コンクリート,普通コンクリートから構成されている。本研究では、多層コンクリート構造体の有効性を確認するために、原子力機構の核融合中性子源施設FNSを用いて、多層コンクリート構造体試験体の14MeV中性子照射実験を行い、金とニオブの反応率分布,コンクリート中の誘導放射能分布を測定した。比較のために、普通コンクリート単一構造体及び表面から15cmまでをボロン含有低放射化コンクリートとする単一構造体に対しても、照射実験を行った。ボロン含有低放射化コンクリート単一構造体では、金の反応率は、コンクリート内部のすべての位置において、普通コンクリート単一構造体のおおむね1/3程度となった。一方、多層構造コンクリート構造体では、試験体表面から深さ15cmの位置での金の反応率は、ボロン含有コンクリート単一構造体での測定結果とほとんど同じであった。本実験で、開発した多層コンクリート構造体を用いることにより費用の高いボロン量を抑制しながら、誘導放射能を低減させることができることを確認した。

口頭

低放射化特性に優れた多層コンクリート構造体の開発,1; 多層コンクリート構造体の設計

前川 利雄*; 佐藤 聡; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 野中 英*; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 今野 力

no journal, , 

中性子発生施設に用いるコンクリート遮蔽壁に関し、建設コストの増加を抑制しながら運転後の誘導放射能を低減させることを目的として、ボロン含有コンクリート層を有する多層コンクリート構造体を設計,開発した。本構造体は、中性子線源側から順に、低放射化コンクリート,ボロン含有低放射化コンクリート,普通コンクリートから構成されている。線源側第1層は高速中性子を減速させる役割を果たし、減速した中性子は第2層のボロン含有層により効率的に吸収される。また、第1層に低放射化コンクリートを用いることにより、短半減期核種の生成が抑制され、施設のメンテナンス前の冷却時間を短縮することができる。低放射化コンクリートとしては、セメントの一部を石灰石微粉末に置換した独自の低放射化コンクリートを採用している。14MeV中性子を線源とした中性子輸送計算を行い、層の厚さやボロン濃度を決定した。第1層を10cm、第2層を5cm、ボロン濃度を2wt.%とした場合、すべて普通コンクリートの場合に比べて、第3層での1eV以下の低速中性子束が約1/3となった。中性子発生施設において、開発した多層コンクリート構造体を遮蔽コンクリート壁に用いることにより、施設解体時に放射性廃棄物となるコンクリートの量を大幅に低減することが可能となる。

口頭

高速炉での実装を想定した光ファイバセンサシステムの高温耐性試験

島田 幸洋; 西村 昭彦; 鈴木 宏和*; 石橋 久義*; 伊藤 敬輔; 伊藤 主税; 吉田 昌宏

no journal, , 

原子力発電所等の大型プラント機器の耐震保全、経年劣化診断を目的として、超短パルスレーザーを用いた微細加工を基盤とした高温耐性のある光ファイバーブラッググレーティング(FBG)センサシステムの開発を行ってきた。今回は高速炉の2次系冷却配管への実装を想定した、高温での性能評価と配管への実装方法の検討を行った。FBGセンサは高温耐性と設置作業におけるセンサの取扱性を向上させるため、紐状の炭化ケイ素繊維等によってセンサの保護強化を行った。試験材料であるSTPA24鋼は高速炉「常陽」の2次冷却配管と同ロットの試験用試料を使用した。その結果、400度において微小振動と歪の計測に成功した。

口頭

Heat resistant fiber Bragg grating sensor by femtosecond laser processing; Fine processing in optical fiber and fabric reinforcement

島田 幸洋*; 西村 昭彦; 鈴木 宏和*

no journal, , 

超短パルスレーザ加工により光ファイバコアに作成したファイバブラッグセンサを実用化するための技術開発について述べる。超短パルスレーザにはチタンサファイヤレーザを使用した。ファイバへの加工には顕微鏡システムを利用した。加工に際しては、レーザ光と同軸で透過光による照明を行った。レーザ光のエネルギーの最適化の実施、炭化ケイ素繊維による強化、反射光スペクトル強度のモニタリングを実施した。2件のシリーズ発表のうち、本発表ではレーザ微細加工の技術についてその詳細を報告する。

口頭

Development of femtosecond laser processed FBG sensors for high temperature piping system

西村 昭彦; 島田 幸洋*; 鈴木 宏和*

no journal, , 

光ファイバのコアに超短パルスレーザ加工により回折格子(ファイバブラッググレーティング: FBG)を作製した。このFBGは温度及び歪を感受するセンサとして機能する。このFBGセンサを配管表面にセラミック系高温接着剤で固定した。センサを固定した低クロム鋼材に対して、荷重負荷試験を温度400度から600度の高温で実施した。このFBGセンサは、原子炉や化学プラントなどの高温の配管システムの構造健全性を監視することに役立つ。

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