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報告書

平成25年度・26年度原子力科学研究所年報

原子力科学研究所

JAEA-Review 2018-036, 216 Pages, 2019/03

JAEA-Review-2018-036.pdf:19.22MB

原子力科学研究所(原科研)は、保安管理部, 放射線管理部, 工務技術部, 研究炉加速器管理部, 福島技術開発試験部, バックエンド技術部の6部、原科研福島技術開発特別グループ(平成25年度)及び計画管理室で構成され、各部署は、中期計画の達成に向け、施設管理, 技術開発などを行っている。本報告書は、今後の研究開発や事業推進に資するため、平成25年度及び平成26年度の原科研の活動、並びに原科研を拠点とする安全研究センター, 先端基礎研究センター, 原子力基礎工学研究センター(平成25年度: 原子力基礎工学研究部門), 量子ビーム応用研究センター(平成25年度: 量子ビーム応用研究部門), 原子力人材育成センターなどが原科研の諸施設を利用して実施した、研究開発及び原子力人材育成活動の実績を記録したものである。

論文

Calculation of tritium release from driver fuels into primary coolant of research reactors

Ho, H. Q.; 石塚 悦男

Physical Sciences and Technology, 5(2), p.53 - 56, 2019/00

試験研究炉の運転に伴って1次冷却材中のトリチウム濃度増加が報告されている。JMTRとJRR-3Mの運転中に1次冷却材に放出されるトリチウム放出源を明らかにするために、ドラーバー燃料から放出されるトリチウム量をMCNP6とPHITSコードで計算した。計算の結果、JMTRとJRR-3Mのドラーバー燃料からの放出されるトリチウム量は、1サイクル運転あたり10$$^{7}$$及び10$$^{6}$$Bqであること、この値は測定データより約4桁低いことが明らかとなった。この結果は、両炉のドラーバー燃料から放出されるトリチウム量は無視できるレベルであることを示している。

報告書

中性子反射体のLi及びU不純物からのトリチウム反跳放出計算(共同研究)

石塚 悦男; Kenzhina, I.*; 奥村 啓介; Ho, H. Q.; 竹本 紀之; Chikhray, Y.*

JAEA-Technology 2018-010, 33 Pages, 2018/11

JAEA-Technology-2018-010.pdf:2.58MB

試験研究炉の一次冷却材へのトリチウム放出機構解明の一環として、PHITSを用いてベリリウム、アルミニウム及び黒鉛製中性子反射体中のLi及びU不純物から反跳放出するトリチウムについて計算した。また、この結果を用いて、具体的にJMTR及びJRR-3Mのベリリウム中性子反射体を想定し、MCNP6及びORIGEN2でLi及びU不純物から生成するトリチウム量を計算してトリチウムの反跳放出量を評価した結果、Li及びU不純物から反跳放出するトリチウムは、ベリリウムから反跳放出するトリチウムに対して無視できる程度であり、それぞれ2桁及び5桁程度小さいことが明らかとなった。

論文

中性子輸送

田村 格良

波紋, 28(4), p.204 - 207, 2018/11

中性子導管は中性子ビームを輸送するデバイスの一つである。中性子導管の使用することで、中性子源より遠方へ中性子ビームを輸送可能となったため、実験用の広いスペースが得られ、数多くの実験装置に中性子を供給することができるようになった。曲導管を使用することで$$gamma$$線及び高速中性子を除去することができ、必要なエネルギー領域の中性子だけを取り出すことができるので、実験のS/Nが向上した。さらに、曲導管を応用して中性子ビームの分岐をおこなっている。また、実験装置に供給する中性子ビームの発散角度及び強度の制御のために中性子導管は使用されている。

論文

Localized 5$$f^2$$ states in UPd$$_5$$Al$$_2$$ and valence crossover in the Vicinity of Heavy-Fermion superconductivity

目時 直人; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 松田 雅昌*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(11), p.114712_1 - 114712_9, 2018/11

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

ウラン金属間化合物UPd$$_5$$Al$$_2$$は、四価イオンU$$^{4+}$$の局在5$$f^2$$($$^3H_4$$)電子状態を伴うことを中性子散乱による結晶場スペクトルから明らかにした。この電子状態は、最近研究した$$f$$電子数と結晶構造が同じ希土類参照物質PrPd$$_5$$Al$$_2$$と同一であり、c軸方向に大きな磁気モーメントを伴う平べったい形状の軌道が、縦長の体心正方晶の持つ二次元結晶場ポテンシャルによって安定化されていることがわかった。ウランの5$$f$$電子が金属状態において局在的な性格を持つことは非常に珍しい発見であり、やはり、結晶構造の特殊性に起因する。ウランが四価イオンであることは、三価のNpPd$$_5$$Al$$_2$$との間に価数転移が存在することを意味し、この価数転移が結晶格子の異常や電気抵抗の増加によって観察されることを明らかにした。また、価数が不安定な領域で超伝導や磁気転移、重い電子系状態など多体効果の存在を示す数多くの現象が生じていることがわかった。

論文

Structure analysis and derivation of deformed electron density distribution of polydiacetylene giant single crystal by the combination of X-ray and neutron diffraction data

田代 孝二*; 日下 勝弘*; 細谷 孝明*; 大原 高志; 塙坂 真*; 吉澤 功徳*; 山元 博子*; 新村 信雄*; 田中 伊知朗*; 栗原 和男*; et al.

Macromolecules, 51(11), p.3911 - 3922, 2018/06

 パーセンタイル:100(Polymer Science)

The crystal structure of polydiacetylene giant single crystal has been analyzed on the basis of the two different methods of wide-angle neutron diffraction and X-ray diffraction. The X-ray result gives us the total electron density distribution. The neutron result tells the positions of atomic nuclei. As a result, the so-called bonded (or deformed) electron density, i.e., the electron density distribution due to the conjugation among the covalently bonded atoms along the polymer chain, can be estimated using the two information. The present report is the first example of the application of X-N method to the synthetic polymer species.

論文

Evaluation of tritium release curve in primary coolant of research reactors

石塚 悦男; Kenzhina, I. E.*

Physical Sciences and Technology, 4(1), p.27 - 33, 2018/06

試験研究炉の運転に伴って1次冷却材中のトリチウム濃度増加が報告されている。トリチウム放出源を明らかにするために、JMTRとJRR-3Mについて1次冷却材中のトリチウム放出率曲線を評価した。トリチウム放出量は、新しいベリリウム要素に交換すると小さくなること、交換後は運転に伴って増加することが明らかとなった。この結果は、ベリリウム要素が1次冷却材中のトリチウム放出に大きな影響を与えていることを示している。1次冷却材中のトリチウム放出率曲線を評価した結果、$$^{9}$$Beの(n,$$alpha$$)で生成する$$^{6}$$Liがトリチウム放出に影響すること、JMTR及びJRR-3Mの1次冷却材中のトリチウム放出源はベリリウム要素が主因であることが明らかとなった。更に、照射時間に伴うトリチウム放出率データがばらつくこと、バラツキはJRR-3MよりJMTRの方が早期に見られることも明らかになった。

論文

中性子の減速,1; 原子炉中性子源

新居 昌至

波紋, 28(2), p.99 - 102, 2018/05

日本中性子科学会の学会誌「波紋」の入門講座「中性子のつくりかた」において、原子炉中性子源から発生する中性子の熱中性子及び冷中性子への減速について解説する。

論文

原子力材料評価のための最新ナノミクロ分析技術の新展開,2; 中性子回折法による材料強度研究

諸岡 聡; 鈴木 裕士

日本原子力学会誌, 60(5), p.289 - 293, 2018/05

中性子回折法は、中性子線の優れた透過能を活かすことで、数センチメートルオーダーの材料深部の応力・ひずみを非破壊で測定できる唯一の測定技術であり、種々の機械構造物の製品開発や機械設計、材料開発や既存材料の信頼性評価に大きく貢献できる。本講座では、中性子回折法による応力・ひずみ測定技術の原理および工学回折装置の特徴について述べるとともに、その応用例として、溶接部の残留応力測定、およびステンレス鋼の変形挙動その場観察について紹介する。

論文

Inter atomic force constants of $$beta$$-PbF$$_{2}$$ from diffuse neutron scattering measurement

Xianglian*; Bao, W.*; Guo, T.*; Li, P.*; 佐久間 隆*; 井川 直樹

International Journal of Innovation in Science and Mathematics, 5(6), p.165 - 167, 2017/11

633Kにて$$beta$$-PbF$$_{2}$$の中性子散漫散乱実験を実施した結果、振動性のある散漫強度が観察された。この振動性散漫散乱は原子の熱振動に起因する相関効果によって説明することができ、この相関効果とDebye-Waller熱因子から計算して得られた、第1、第2最近接原子間の力定数は各々、0.36eV/$AA $^{2}$$ (距離; ${it r}$ = 2.599 $AA )$、0.21eV/$AA $^{2}$$ (${it r}$=3.001 $AA )$と求められた。

論文

Hierarchically self-organized dissipative structures of filler particles in poly(styrene-$$ran$$-butadiene) rubbers

山口 大輔; 湯浅 毅*; 曽根 卓男*; 冨永 哲雄*; 能田 洋平*; 小泉 智*; 橋本 竹治*

Macromolecules, 50(19), p.7739 - 7759, 2017/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.82(Polymer Science)

スチレン-ブタジエンランダム共重合体におけるフィラー粒子の空間分布を解明した。中性子小角散乱実験の結果、本共重合体中におけるフィラーは5つの構造レベルからなる階層構造を形成していることが判明した。

論文

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構における量子ビーム利用の研究開発について

武田 全康

放射線と産業, (142), p.34 - 37, 2017/06

日本原子力研究開発機構(原子力機構)から量子ビーム応用研究の一部と核融合研究の業務を分離し、放射線医学総合研究所に移管統合することで発足した量子科学技術研究開発機構(量研機構)が動き出して約1年が過ぎた。本稿では量研機構に移管されずに原子力機構に残った量子ビーム応用研究の現状を紹介する。

論文

Magnetic structure and quadrupolar order parameter driven by geometrical frustration effect in NdB$$_4$$

山内 宏樹; 目時 直人; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*; 深澤 裕; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*

Journal of the Physical Society of Japan, 86(4), p.044705_1 - 044705_9, 2017/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:37.33(Physics, Multidisciplinary)

$$T_{rm 0}=17.2$$K、$$T_{rm N1}=7.0$$K、and $$T_{rm N2}=4.8$$Kで相転移を示すNdB$$_4$$の中間秩序相の磁気構造、および、秩序変数を決定するために、中性子回折実験を行った。II相($$T_{rm N1} < T < T_{rm 0}$$)で観測された回折パターンは、正方晶$$ab$$面内の静的磁気モーメントによる秩序構造を仮定することでよく説明できた。また、II相の磁気構造が二つのノンコリニアな反強磁性構造("all-in/all-out"型と"vortex"型)の線形結合で一意的に説明できることを見出した。この特異な磁気構造が実現する主要素として、我々は、「(1)磁気相互作用の優位性を抑制する幾何学的フラストレーションの効果、(2)ノンコリニアな磁気構造と四極子秩序を安定化させる四極子相互作用の重要性」の二つを提唱した。

報告書

PHITSコードによる中性子照射下ベリリウムからの反跳トリチウム放出率計算(共同研究)

石塚 悦男; Kenzhina, I. E.*; 奥村 啓介; 竹本 紀之; Chikhray, Y.*

JAEA-Technology 2016-022, 35 Pages, 2016/10

JAEA-Technology-2016-022.pdf:3.73MB

試験研究炉の一次冷却水中へのトリチウム放出機構解明の一環として、ベリリウム炉心構成材からの反跳トリチウム放出率を評価するためPHITSコードを用いた場合の計算方法について検討した。この結果、線源に中性子またはトリトンを用いた場合、両者とも反跳トリチウム放出率は同程となったが、トリトン線源の計算速度が2桁程度速いことが明らかとなった。また、トリトン線源を用いて反跳トリチウム放出率を有効数字2桁の精度で求めるためには、単位体積あたりのヒストリー数が2$$times$$10$$^{4}$$ (cm$$^{-3}$$)程度になるまで計算すれば良いことが明らかとなった。更に、トリトン線源を用いてベリリウム炉心構成材の形状と反跳トリチウム放出率の関係を調べたところ、反跳トリチウム放出率はベリリウムの体積当たりの表面積に対して線形となったが、従来の式を使って求めた値の約半分となった。

論文

Automatic Prompt Gamma-ray Analysis system; Automation of an existing large-scale analytical device

大澤 崇人

Automation and Control Trends, p.149 - 166, 2016/10

JRR-3ガイドホールに設置されている即発$$gamma$$線分析装置(PGA)は2012年から2013年にかけて自動化された。これは原子力施設にある、大規模だが古い測定装置の自動化の良い例であり、本稿ではこの開発内容を解説する。

論文

Mn酸化物の磁気ダイナミクス; 二重交換相互作用と軌道秩序

梶本 亮一; 吉澤 英樹*

Radioisotopes, 65(9), p.393 - 401, 2016/09

立方ペロブスカイトMn酸化物AMnO$$_3$$はMnサイトへのホールの導入により巨大磁気抵抗効果が現れることで有名な物質であるが、スピン・軌道・電荷の自由度が絡み合うことで多彩な物性を示す代表的な系としてもよく知られている。この物質における各自由度の役割を明らかにする研究の中で中性子散乱は重要な役割を果たしてきた。AMnO$$_3$$の基本物性やこの物質が示す代表的な磁気・軌道秩序について概説し、本物質に特徴的なスピン間相互作用である二重交換相互作用や軌道秩序によって生じるスピン相関の様子を、非弾性中性子散乱によるスピン波の解析から調べた研究例を紹介する。

論文

中性子ラジオグラフィによる混相流の可視化計測

呉田 昌俊

化学工学, 80(8), p.464 - 467, 2016/08

中性子ラジオグラフィは中性子を利用して物質内部を可視化計測する技術であり、X線ラジオグラフィ(レントゲン)と相補的な特長を持つ。本レビュー論文においては、その計測原理および適用事例、例えばエンジン内の潤滑油オイルの可視化、大強度陽子加速器施設J-PARC(共用中性子イメージング専用施設)を利用した最先端技術などについて、計測の次元毎に技術全体を網羅し整理した形で紹介する。

論文

Photonic crystals fabricated by block copolymerization-induced microphase separation

元川 竜平; 谷口 竜王*; 熊田 高之; 飯田 優羽*; 青柳 翔太*; 佐々木 祐亮*; 桑折 道済*; 岸川 圭希*

Macromolecules, 49(16), p.6041 - 6049, 2016/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.18(Polymer Science)

We present a method for fabricating photonic crystals (PCs) by polymerization-induced microphase separation of block copolymers (BCPs). Molecular weight of BCP for PCs is so large that it has been difficult for conventional solution casting and annealing methods to complete the microphase separation to form periodically-ordered submicron structures. Our method overcomes the difficulty by inducing the micro phase separation and transitions during the polymerization, when the molecular weight of the BCPs is small enough for the microphase separation and transitions. The microphase-separated structure is then enlarged while maintaining the self-similarity. We succeeded in fabricating PCs with reflection wavelength $$lambda$$m $$approx$$ 1000 nm and a full width at half maximum $$lambda$$ = 0.05 $$lambda$$m by living-radical bulk block-copolymerization of poly(methyl methacrylate)-block-polystyrene.

論文

Design and burn-up analyses of new type holder for silicon neutron transmutation doping

米田 政夫; 新居 昌至; 玉井 和夫*; 川崎 幸三*

Applied Radiation and Isotopes, 113, p.60 - 65, 2016/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:74.53(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

研究用原子炉JRR-3におけるシリコン照射において、シリコンインゴットを均一に照射するためのシリコン照射ホルダーの設計・製作及び燃焼解析を行った。新型シリコン照射ホルダーでは、アルミニウムと中性子吸収材であるB$$_{4}$$Cからなる合金を用いることにより、軸方向の中性子束分布の均一化を図っている。しかし、中性子吸収材を用いることにより、長期使用時のフィルター性能の低下が懸念される。本研究により、800時間の照射では、ドーピング分布の変化がほとんど表れないことが分かった。ホルダーの寿命は、フィルターの性能低下以外に、ホルダーに含まれる不純物の放射化量で決まり、それは数百時間と推定される。不純物の放射化が問題となる照射時間の範囲では、ドーピング反応の分布は問題とはならないことが分かった。長期間照射で用いても安定した均一性を維持しており、ドーピング反応の軸方向の差異は、1600時間照射では1.08、4000時間照射では1.18であった。この新型ホルダーを用いることにより、従来のホルダーを用いることに比べて1.7倍の増産が期待されている。

論文

研究用原子炉JRR-3における中性子ビーム利用研究

武田 全康

保全学, 15(2), p.31 - 34, 2016/07

研究用原子炉JRR-3は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が茨城県那珂郡東海村の原子力科学研究所(原科研)の敷地内に所有する熱出力20MWの高性能汎用研究炉である。平成2年に臨界に達した後、大地震が東日本をおそった平成22年度までの20年に亘りJRR-3を使った中性子ビーム利用実験(ビーム利用)と材料照射が行われてきた。ビーム利用に関しては、震災が起きた平成22年度には約22,000人・日にも及ぶ利用があった。このような大きな需要を持ちながら、停止期間が5年以上という長期間となり、学術的な側面、教育的な側面、産業利用の側面などで多くの負の影響を与えている。本稿ではJRR-3でこれまで行われてきた研究の概要、停止期間が長期にわたることによる利用者への影響及び原子力機構が行っている再稼働への取り組みを解説する。

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