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1
Long-term observation of fog chemistry and estimation of fog water and nitrogen input via fog water deposition at a mountainous site in Hokkaido, Japan
山口 高志*; 堅田 元喜; 野口 泉*; 酒井 茂克*; 渡邊 陽子*; 植松 光夫*; 古谷 浩志*
Atmospheric Research, 151, p.82 - 92, 2015/01
霧沈着による森林地帯への水・窒素供給を定量化するため、2006年から2012年までの植物成長期の日本北部の摩周湖の外輪山における霧化学性および沈着量を調べた。霧水とその粒径分布を自動霧捕集装置と粒径分光計を用いて測定した。過去に行われた酸性霧の暴露実験の結果に基づくと、本研究で観測された霧の酸性度が植物葉の損傷を引き起こすレベルには達していなかった。視程(VIS)と大気中霧水量(LWC)の関係は、夏季と秋季で異なっていた。この関係から経験的にフィッティングしたLWCの予測式と風速および植物パラメータから算出した沈着速度を用いて、この地域の霧沈着量を推定した。植物成長期間の霧による水および窒素沈着量は、それぞれ107-161mmおよび20-41meq m$$^{-2}$$と推定された。
2
Electron and ion coincidence momentum imaging of multichannel dissociative ionization of ethanol in intense laser fields
板倉 隆二; 穂坂 綱一*; 横山 淳; 生田 朋也*; 神成 文彦*; 山内 薫*
Progress in Ultrafast Intense Laser Science XI; Springer Series in Chemical Physics, Vol.109, p.23 - 42, 2015/00
光電子光イオン同時計測画像法を用いて、強レーザー場中エタノールの多チャンネル解離性イオン化を調べ、イオン化とその後の電子励起を分離して観測することができた。光電子と解離イオンのエネルギー相関から、エタノールが獲得できる内部エネルギーがイオン化および励起経路によって変わることを明らかとした。
3
A Numerical study of the effects of aerosol hygroscopic properties to dry deposition on a broad-leaved forest
堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 松田 和秀*; 高橋 章*; 中屋 耕*
Atmospheric Environment, 97, p.501 - 510, 2014/11
エアロゾルの吸湿成長がおよぼす森林への乾性沈着への影響を調べるために、多層大気-土壌-植生1次元モデルSOLVEGを用いた微小粒子状物質(PM2.5)の硫黄成分の乾性沈着のシミュレーションを実施した。このモデルに含まれている粒子の乾性沈着スキームを広葉樹林に適用できるように改良した。広く用いられている$$kappa$$-K$"o$hrer理論に基づく大気中での粒子の吸湿成長を計算するスキームを新たに導入した。このモデルを国内の広葉樹林に適用した結果、観測された運動量・熱・水蒸気フラックスや土壌温度・水分量が再現された。吸湿によって粒径が増加した結果、PM2.5の硫黄成分の沈着速度の計算値も増大して観測値に近づくとともに、高湿度時に測定された沈着速度の時間変動の再現性も向上した。このモデルを用いた数値実験によって、粒子の幾何学的平均径や吸湿特性($$kappa$$)が吸湿成長の度合いを大きく変化させることがわかった。比較的低湿度から吸湿成長による沈着速度の増加が見られ、非常に湿潤な環境では沈着速度が乾燥時の5倍に達することが数値的に示された。
4
Vertical and lateral transport of particulate radiocesium off Fukushima
乙坂 重嘉; 中西 貴宏; 鈴木 崇史; 佐藤 雄飛; 成田 尚史*
Environmental Science & Technology, 48(21), p.12595 - 12602, 2014/11
福島第一原子力発電所から約100km東方の沖合に、2011年8月から約2年間にわたってセジメントトラップを設置し、事故由来の放射性セシウムの海底への輸送フラックスを見積もるとともに、鉛同位体濃度等を指標として沈降粒子の輸送過程を解析した。$$^{137}$$Cs粒子束は観測期間の初期に高く、季節的に変動しながら全体として減少傾向を示した。この放射性セシウムの粒子束は、主に2つのモードで制御されていた。一つ目は表層水中で放射性セシウムを取り込んだ粒子の急速な鉛直輸送(鉛直モード)であった。このモードは、特に事故後の早い段階で支配的であり、観測点付近の海底における放射性セシウムの分布を形成したと推測された。二つ目のモードは、海底付近に運ばれた粒子状放射性セシウムの再移動であった(水平モード)。福島周辺の広域で採取した海底堆積物中の$$^{137}$$Cs/$$^{210}$$Pb比を沈降粒子と比較することにより、水平モード時に堆積物が移動する範囲は数十km程度であると推定された。
5
Unique surface structure formation on a Ge-covered Si(110)-16$$times$$2 surface
横山 有太*; 魚住 雄輝; 朝岡 秀人
Journal of Crystal Growth, 405, p.35 - 38, 2014/11
Si-Ge系のナノ構造をSi(110)-16$$times$$2表面に作製し、低次元構造の作製を試みた。蒸着量に応じて、新規のナノドット生成や、Si-Ge層による新規の表面再配列構造を見出した。特にSi-Geの表面再配列構造は1次元鎖を持ち、Geの濃度に応じて1次元鎖間の距離を自在に制御できる可能性を示した。
6
Sediment and $$^{137}$$Cs behaviors in the Ogaki Dam Reservoir during a heavy rainfall event
操上 広志; 北村 哲浩; Yokuda, Satoru*; 大西 康夫*
Journal of Environmental Radioactivity, 137, p.10 - 17, 2014/11
We performed a simulation of sediment and $$^{137}$$Cs behavior in the Ogaki Dam Reservoir during a heavy rainfall event occurred in 2013. One-dimensional river and reservoir simulation scheme TODAM was applied for calculating the time dependent migration of sediment and $$^{137}$$Cs in dissolved and sediment-sorbed forms in the reservoir. Continuous observational data achieved in upper rivers were used as the input boundary conditions for the simulation. The simulation results were compared with the continuous data achieved in the lower river and we confirmed the predicted values of sediment and $$^{137}$$Cs in sediment-sorbed form at the exit of reservoir satisfactorily reproduced the observational data. The simulation result of a heavy rainfall event shows that the reservoir plays an important role to delay and buffer the contamination movement in heavy rainfall events.
7
Redox equilibrium of the UO$$_2^{2+}$$/UO$$_2^{+}$$ couple in Li$$_{2}$$MoO$$_{4}$$-Na$$_{2}$$MoO$$_{4}$$ eutectic melt at 550$$^{circ}$$C
永井 崇之; 上原 章寛*; 藤井 俊行*; 佐藤 修彰*; 小藤 博英; 明珍 宗孝; 山名 元*
Journal of Nuclear Materials, 454(1-3), p.159 - 163, 2014/11
550$$^{circ}$$Cの溶融Li$$_{2}$$MoO$$_{4}$$-Na$$_{2}$$MoO$$_{4}$$共晶塩中のUOUO$$_2^{2+}$$/UOUO$$_2^{+}$$対の酸化還元平衡を、サイクリックボルタンメトリ及び吸光分光測定で評価した。サイクリックボルタンメトリにより、UO$$_2^{2+}$$/UO$$_2^{+}$$対の標準酸化還元電位の概略値を求めた。さらに、UO$$_{2}$$$$^{+}$$を含む浴塩にUO$$_2^{2+}$$含有試料を添加しながら吸光スペクトルと浸漬電位を測定し、スペクトルから評価したUO$$_2^{2+}$$とUOUO$$_2^{+}$$の濃度比と浸漬電位の関係から、UOUO$$_2^{2+}$$/UO$$_2^{+}$$対の標準酸化還元電位-0.847$$pm$$0.010 V vs. O$$_{2}$$/O$$^{2-}$$を求めた。
8
Development of a reaction ejectile sampling algorithm to recover kinematic correlations from inclusive cross-section data in Monte-Carlo particle transport simulations
小川 達彦; 佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; 仁井田 浩二*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.575 - 590, 2014/11
放射線輸送計算コードPHITSによる断面積データに基づく粒子輸送計算では、エネルギー保存則と運動量保存則を充足するイベントジェネレータモード(EG)が使用できる。しかしながら、これまでのEGは(n,2n)反応などの多体放出反応を扱う場合、二個目以降の二次粒子放出を蒸発モデルによって再現することから、エネルギー分布や角度分布が断面積データから乖離する問題があった。そこで本研究では、(1)二次粒子全てのエネルギーと角度の組合せ(イベント)を多数生成、(2)エネルギー保存・運動量保存を満たすよう残留核の運動量と励起エネルギーを決定、(3)各イベントの確率を核データに基づき計算、(4)イベントの一つを乱数サンプリング、という4ステップにより二次粒子の運動を決定する新手法を考案した。この手法を用いれば、エネルギー保存則と運動量保存則を充足しつつ、核データに基づく二次粒子の角度とエネルギーの確率サンプリングを行うことが可能である。本論文では実際に多数の(n,xn)反応や(n,np)反応に本手法を適用し、核データに示された角度とエネルギーの確率分布を高い精度で再現できることを実証した。本手法はイベントジェネレータモードの改良版としてPHITS Ver.2.63にベータ版が実装されている。
9
Development of a prototype GEM TPC with a gating grid for an H-dibaryon search experiment at J-PARC
佐甲 博之; 杉村 仁志; Ahn, J. K.*; Han, Y.*; 長谷川 勝一; Hwang, S. H.*; 市川 裕大; 今井 憲一; 木内 隆太*; 小沢 恭一郎; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.65 - 81, 2014/11
J-PARCのHダイバリオン探索実験のためGEMとゲーティンググリッドを使用したTPC試験器を開発した。性能評価のため、実験室試験とビーム試験を、Ar-CH$$_{4}$$とAr-CF$$_{4}$$にて行った。検出効率は5$$times$$10$$^{5}$$ cps/cm$$^{2}$$までのビームレートにおいて98%、3$$times$$10$$^{6}$$ cps/cm$$^{2}$$のレートにおいて90%であった。ドリフト長5-20cmにおける水平位置分解能測定値0.19-0.49mmに基づき、本実験の磁場1Tにおける位置分解能は0.3mm以下と見積った。ゲインが1.6$$times$$10$$^{4}$$の時、イオンバックフローの割合は5%と測定され、さらにGEMの電圧調整により3%まで抑えられた。ビームレート5$$times$$10$$^{5}$$cps/cm$$^{2}$$においてゲート使用時のバックフロー2.7$$times$$10$$^{8}$$s$$^{-1}$$cm$$^{-1}$$による位置歪みは$$pm$$0.2mm以下になった。一方、ゲート開の場合のバックフロー1.3$$times$$10$$^{9}$$s$$^{-1}$$cm$$^{-1}$$に対応する位置歪みは$$pm$$2mmであった。本実験における位置歪みは要求値の$$pm$$1mmよりも小さい0.3$$pm$$0.2mmと評価された。本実験における荷電粒子のエネルギーロスより平均30倍高い環境下で本実験と同程度の期間、GEMを連続動作させることができた。
10
Beam loss reduction by magnetic shielding using beam pipes and bellows of soft magnetic materials
神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 發知 英明; 林 直樹; 金正 倫計
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.329 - 339, 2014/11
加速器において真空容器外部からの不要な磁場をいかにして遮蔽するかは、安定なビーム軌道をつくる上で大きな課題である。J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)ではビーム出射部に隣接する電磁石からの漏洩磁場によりビーム重心軌道が10mm程度ずれるという事象が生じていた。我々はビームから最も近い場所で、周りを高い透磁率を持った磁性材料で完全に覆うこと、すなわち真空容器を磁性材料化することが、最善の磁場遮蔽であるとの着想の下、磁気遮蔽性能及び高真空性能を兼ね備えた真空容器の開発を行った。熱処理を高真空中で行うことで、優れた磁気遮蔽性能と超高真空性能をもつ真空容器(ビープパイプ及びベローズ)を製作することができた。これらの真空容器をビームラインへ設置し、ビーム軌道を確認したところ目標どおりビーム軌道のずれを低減でき、結果、ビームロスを抑えることに成功した。
11
Uncertainty analysis of temperature effect on reactivity in very high temperature reactor critical assembly and establishment of biases for benchmark models
北村 康則; 江口 悠太
Nuclear Science and Engineering, 178(3), p.401 - 413, 2014/11
A series of integral reactor physics experiments conducted at the Very High Temperature Reactor Critical Assembly (VHTRC) was analyzed and assembled into a benchmark through an extensive peer-review process under the International Reactor Physics Experiment Evaluation Project (IRPhEP). This benchmark provides the experimental data with respect to criticalities of 7 core configurations and temperature effect on reactivity up to 200$$^{circ}$$C with explicit experimental uncertainties newly evaluated. It further presents the benchmark models and corresponding values with proper simplification, so that it can be utilized by reactor designers for validating their analytical tools employed to design next-generation reactors and for establishing the safety basis for operation of those reactors.
12
Evaluation of burnup reactivity coefficients measured in experimental fast reactor JOYO MK-I duty power operation cycles
横山 賢治; 石川 眞
Nuclear Science and Engineering, 178(3), p.350 - 362, 2014/11
燃焼反応度係数の炉物理ベンチマーク問題を提供するために、1970年代の高速実験炉「常陽」MK-Iの定格出力運転中に取得された過剰反応度と積算熱出力の関係に関する実験データを評価・解析した。MK-Iの定格出力運転後に得られた知見や最新の炉物理解析手法による解析を活用することで、考えられ得るすべての不確かさの要因を評価・定量化した。一方で、この評価データは広く利用されることを期待して、国際炉物理ベンチマーク実験プロジェクト(IRPhEP)に登録された。この論文では、燃焼反応度係数のノミナル値及び主要な誤差要因である測定技術の不確かさに焦点を絞って説明する。
13
ZPPR benchmarks for large LMFBR core physics from JUPITER cooperative program between United States and Japan
石川 眞; 池上 哲雄*; 三田 敏男*
Nuclear Science and Engineering, 178(3), p.335 - 349, 2014/11
OECD/NEAの国際炉物理ベンチマークプロジェクト(IRPhEP)の一環として、日米の共同研究として実施されたJUPITER計画の中から、9つのZPPR実験炉心が大型高速増殖炉物理を研究するためのベンチマークとして整備された。これらのベンチマーク炉心は、均質炉心及び非均質炉心、クリーン炉心及び工学模擬炉心、600-1,000MWe級の種々の炉心サイズ、様々な炉心核特性を含む非常に広範なものとなっている。最近、詳細な実験情報をオリジナル実験記録から新たに発掘して、これらを詳細に検討することにより、正確なベンチマークモデルと定量的な実験誤差評価を確立することに成功した。整備されたベンチマークは、ZPPR実験の重要な炉物理特性の本質を維持しながら、ベンチマークのユーザーが利用しやすいように、非均質セルモデル, 3次元炉心構造などについて不必要な煩雑さを避けている。さらに、このベンチマークでは、ZPPR実験炉心のas-built情報を完全な形で電子情報として含んでいるので、ユーザーが新たなベンチマークモデルを構築することも可能である。これらのZPPRベンチマークを最新手法で解析した結果、これらは炉物理解析手法の改良と核データの検証に有効であることが分かった。
14
A Summary of sodium-cooled fast reactor development
青砥 紀身; Dufour, P.*; Hongyi, Y.*; Glats, J. P.*; Kim, Y.-I.*; Ashurko, Y.*; Hill, R.*; 宇都 成昭
Progress in Nuclear Energy, 77, p.247 - 265, 2014/11
ナトリウム冷却高速炉(SFR)に関する基盤技術の多くが、これまでの長期にわたる高速炉開発で蓄積された経験により築き上げられてきた。これらは仏国フェニックスでのEOL試験、我が国もんじゅの運転再開、露国BN-600の寿命延長、中国CEFRの運転開始等により確証されようとしている。新たに露国BN-800及びインドPFBRが2014年の運転開始を計画しているが、開始されればSFRの基盤技術の確証レベルはさらに深まることとなる。近年、SFR開発は持続可能なエネルギー生産およびアクチニド管理に重点をおいた第4世代炉の構築を目指したものへと進化し、JSFR, ASTRID, PGSFR, BN-1200, CFR-600等の先進的なSFR概念の開発が進められている。第4世代原子力システム国際フォーラム(GIF)は、系統・機器設計、安全及び運転、先進的燃料、アクチニドサイクル等、第4世代SFRの開発に必要な様々な研究開発を進めるための国際協力の枠組みであり、SFR開発国が過去の経験や最新の設計及び研究開発データを共有できる場を提供し、SFRの研究開発の促進に有益な役割を果たす。
15
Estimating fission-barrier height by the spherical-basis method
小浦 寛之
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2014(11), p.113D02_1 - 113D02_10, 2014/11
核分裂障壁を計算する新しい方法を考案した。原子核のポテンシャルエネルギー障壁をKTUY質量公式計算に用いた球形基底の方法で計算する。対象変形形状のもとでの計算において、核分裂障壁が系統的に高い領域($$^{252}$$Fm近傍)、低い両領域($$^{278}$$Ds近傍)を指摘し、その物理的起源を球形基底法の枠内で議論した。超重核領域での系統的な計算を行い、未知中性子欠損超重核領域における原子核の存在領域について調べ、$$N$$=228付近に、ある程度の寿命で存在しうる核種が存在する可能性を指摘した。
16
An Attempt to select thermodynamic data and to evaluate the solubility of radioelements with uncertainty under HLW disposal conditions
山口 徹治; 武田 聖司; 西村 優基; 飯田 芳久; 田中 忠夫
Radiochimica Acta, 102(11), p.999 - 1008, 2014/11
熱力学データを不確実さとともに選定し、放射性元素の溶解度を地下水化学組成の変動を考慮して、不確実さとともに評価することを試みた。熱力学データは2012年に公開されたJAEA-TDBをレビューすることにより選定した。Nb, Pd, Paのデータは、データ選定プロセスの整合性の観点で見直した。Se, U, Paのデータは溶解度評価の保守性の観点で見直した。Zr, Th, U, Np, Puについては近年報告されたCa-metal(IV)-OH 3元錯体 のデータを採用した。モンテカルロ法を用いて確率論的に溶解度を解析するコードPA-SOLを用いて、溶解度の確率論的解析を行った。
17
Signal evaluations using singular value decomposition for Thomson scattering diagnostics
東條 寛; 山田 一博*; 安原 亮*; 谷塚 英一; 舟場 久芳*; 波多江 仰紀; 林 浩*; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11D865_1 - 11D865_3, 2014/11
In incoherent Thomson scattering diagnostics, stray light of the incident laser, which is frequently generated at the vacuum windows, also causes wrong evaluations of the signal intensities. Because the laser goes through the vacuum windows many times in a double-pass (or multi-pass) scattering system, complicate temporal structures can be seen in the output signals. In this paper, Singular Value Decomposition (SVD) is applied to the output signals in a Thomson scattering diagnostic on Large Helical Device (LHD). The analyzed data were all measured signals for each one spectral channel over one plasma shot. Some noises were filtered and Te was evaluated within good accuracies especially in the second pass (forward scattering). We compared the errors in Te (0.8 - 1.3 keV) from the noise-filtered and from non-filtered data. Use of the filtered data enables suppressing the error in Te measured from the second pass by a factor of $$sim$$ 0.5 at the most.
18
Evaluation of two-stage system for neutron measurement aiming at increase in count rate at Japan Atomic Energy Agency - Fusion Neutronics Source
篠原 孝司; 石井 啓一*; 落合 謙太郎; 馬場 護*; 助川 篤彦; 笹尾 眞實子*; 北島 純男*
Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11E823_1 - 11E823_4, 2014/11
A neutron flux array is one of the important plasma diagnostics to obtain the information on fast ion population. However, the limited flux owing to its collimator results in the small number of pulse counts and the large statistical error. The method to increase the pulse counts is required. Here, we propose a multi-stage neutron detection system, in which several sets of a scintillator and photo-multiplier tube (PMT) are placed in a line-of-sight. In order to evaluate the performance of the multi-stage detection system, we have carried out experiments on a two-stage detection system using a neutron beam at FNS (Fusion Neutronics Source) of JAEA (Japan Atomic Energy Agency). The results have shown the concept of the multi-stage detection system works as expected. In the best setup, the test two-stage system reached about 1.7 (1.8) times the efficiency of a single scintillator and PMT system for 2.54 (14) MeV neutrons.
19
Speciation of iodine isotopes inside and outside of a contaminant plume at the Savannah River Site
Schwehr, K. A.*; 乙坂 重嘉; Merchel, S.*; Kaplan, D. I.*; Zhang, S.*; Xu, C.*; Li, H.-P.*; Ho, Y.-F.*; Yeager, C. M.*; Santschi, P. H.*; et al.
Science of the Total Environment, 497-498, p.671 - 678, 2014/11
pHを制御する溶媒抽出法と加速器質量分析(AMS)を組合せることにより、環境水中の$$^{129}$$I/$$^{127}$$I同位体比をヨウ素化学種(ヨウ化物イオン,ヨウ素酸イオン,有機体ヨウ素)別に定量する簡便な試料前処理法を開発した。本法は、試料水のイオン強度による影響を受けにくいことから、幅広い特性の環境水試料に適用できることが期待される。本法を米国サバナリバーサイトの地下水分析に適用して測定した$$^{129}$$I濃度を、既報の分析法(溶媒抽出-ガスクロマトグラフ質量分析法)と比較し、分析法の確かさを評価した。さらに同地域において、地下水中の$$^{127}$$I及び$$^{129}$$I濃度とそれらの化学種の空間分布を、地下水中のpH,酸化還元電位,有機物濃度等の地球化学的指標と合わせて解析した。結果として、同地域の地下水中の$$^{129}$$I/$$^{127}$$I比や$$^{129}$$I化学種は、強いpH依存性を示しながら変化することがわかった。
20
Theory of the acoustic spin pumping
安立 裕人; 前川 禎通
Solid State Communications, 198, p.22 - 25, 2014/11
スピンポンプとは、磁性体の磁化ダイナミクスによって磁性体に貼付けた非磁性体内にスピン流を注入する現象である。慣習的に、スピンポンプに必要な磁化ダイナミクスは強磁性共鳴を用いて駆動されることが多い。しかし近年、音波によって駆動される音響スピンポンプと呼ぶべき新しいタイプのスピンポンプ現象が報告されている。ここでは音響スピンポンプの線型応答理論を議論する。
21
Earthquake doublet in an active shear zone, southwest Japan; Constraints from geophysical and geochemical findings
梅田 浩司; 浅森 浩一; 幕内 歩; 小堀 和雄
Tectonophysics, 634, p.116 - 126, 2014/11
宮崎市南部から霧島火山群を経て鹿児島県北西部に延びる地域は、1997年鹿児島県北西部地震(双子地震)をはじめとする東-西方向の高角左横ずれを示す地震が多数分布する剪断帯として知られている。しかしながら、この地域には活断層を含む明瞭な変動地形が認められないことから、ここでの地殻変動は地質学的に極めて新しい時代に始まったと考えられる。深部比抵抗構造解析および地下水の溶存ガスの希ガス同位体分析によると、沖縄トラフから上昇したアセノスフェアに由来するマントル起源の流体が剪断帯の下に広く存在することが明らかになった。この地域のネオテクトニクスには、マントル起源の流体や霧島火山群下のマグマ等によって生じた地殻の不均質性が関与している可能性がある。
22
Effect of water vapor and hydrogen treatments on the surface structure of Ni$$_{3}$$Al foil
Xu, Y.*; Ma, Y.*; 櫻井 惇也*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 出村 雅彦*; 平野 敏幸*
Applied Surface Science, 315, p.475 - 480, 2014/10
The Ni$$_{3}$$Al foils were heat treated in water vapor at 873 K for 1 h followed by H$$_{2}$$ reduction at 873 K for 1 h. The effects of the water vapor treatment and the H$$_{2}$$ reduction on the surface structure of the Ni$$_{3}$$Al foils were investigated by means of scanning electron microscopy and synchrotron radiation X-ray photoemission spectroscopy. Both Ni and Al were oxidized during the water vapor treatment; fine NiO particles were formed on the surface, accompanied by the formation of Al(OH)$$_{3}$$ and NiAl$$_{2}$$O$$_{4}$$/Al$$_{2}$$O$$_{3}$$. The NiO particles were reduced to metallic Ni and the Al(OH)$$_{3}$$ was decomposed to Al$$_{2}$$O$$_{3}$$, whereas the NiAl$$_{2}$$O$$_{4}$$ and Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ remained unchanged during the H$$_{2}$$ reduction, forming a Ni-enriched porous structure on the surface layer of NiAl$$_{2}$$O$$_{4}$$/ Al$$_{2}$$O$$_{3}$$.
23
Metallurgical analysis of lithium test assembly operated for 1200 h
古川 智弘; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 平川 康; 山岡 信夫*; 帆足 英二*; 鈴木 幸子*; 堀池 寛*
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1674 - 1678, 2014/10
IFMIFの実現に向けた課題の一つに、リチウム機器のエロージョン・コロージョンがあげられる。大阪大学では、IFMIFターゲットの設計に資することを目的としたリチウム自由表面流に関する研究が実施され、そのテストアッセンブリは、300$$^{circ}$$Cの高流速リチウム環境下で1200時間使用された。このテストアッセンブリは、実証実験データとしてのエロージョン・コロージョン挙動を把握するうえで貴重であることから、金属組織観察を実施した。その結果、ノズル先端部において、高流速リチウム流の痕跡と考えられるわずかな凹凸が観察された。また、当該部に比較して流速比が0.1-0.4となるノズル入口部には、まだら模様が観察されるとともに数ミクロン深さの多数のき裂が観察された。詳細な分析により、これらの現象は、リチウムからの浸炭によるものと推察された。本研究により、IFMIF機器のエロージョン・コロージョンを防止するには、リチウム中に溶存する炭素のコントロールも必要であることが新たにわかった。
24
Physical properties of F82H for fusion blanket design
廣瀬 貴規; 野澤 貴史; Stoller, R. E.*; 濱口 大; 酒瀬川 英雄; 谷川 尚; 谷川 博康; 榎枝 幹男; 加藤 雄大*; Snead, L. L.*
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1595 - 1599, 2014/10
低放射化フェライト/マルテンサイト鋼(RAF / M)は、増殖ブランケットの最も有望な候補材料である。しかし、設計解析に用いられるRAF/Mの物性値の評価例は非常に限られている。本研究では、設計解析に使用される材料特性データについて再評価するとともに、F82Hの複数ヒートについて新たに物性値を評価した結果を報告する。これまで、F82Hの熱伝導率はIEAラウンドロビン試験の中間報告値が国内外で広く参照されてきたが、複数ヒートの測定結果と比較すると、総じて20%程度過大に評価していることが明らかとなった。また、物性への中性子照射効果の一例として、573K及び673 Kにおいて、6dpaまで中性子照射したF82Hとその溶接部における抵抗率は、最大で6%低下することを明らかにした。
25
Investigation on degradation mechanism of ion exchange membrane immersed in highly concentrated tritiated water under the Broader Approach activities
岩井 保則; 佐藤 克美; 山西 敏彦
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1534 - 1538, 2014/10
デュポン社のナフィオンに代表されるイオン電解質膜はトリチウム水処理システムの電解セルに使用する重要な物質である。本研究ではイオン電解質膜であるナフィオンN117CS膜につき1.38$$times$$10$$^{12}$$Bq/kgの高濃度トリチウム水に室温にて最長二年間浸漬させ、トリチウムベータ線による膜の劣化を観察した。高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜はイオン伝導度が変化した。またラジカル反応により本来透明である膜が黄化する現象が見られた。FT-IR分析の結果、高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜内に疎水性の可動性グループの形成が見られた。疎水性グループの形成により伝導度がトリチウム水浸漬後に変化したものと判断される。$$^{19}$$F NMR分析による高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜の構造変化は同じ線量の$$gamma$$線照射したものと同様であった。この結果はナフィオン膜フッ素構造の放射線による劣化において、トリチウムベータ線による劣化機構の特異性はないことを示している。
26
Penetration of tritiated water vapor through hydrophobic paints for concrete materials
枝尾 祐希; 河村 繕範; 山西 敏彦; 深田 智*
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2062 - 2065, 2014/10
防水性塗料を介したコンクリート材へのトリチウムの浸透特性の把握を目的として、エポキシ樹脂塗料及びシリコン樹脂塗料のトリチウム透過挙動を調べた。2$$sim$$100Bq/cm$$^{3}$$のトリチウム水蒸気に曝された各塗膜へのトリチウム透過量を測定した。室温ではトリチウムのほとんどが水蒸気形HTOとして透過した。エポキシ塗料におけるトリチウム透過は拡散律速であることがわかり、シリコン塗膜においては拡散律速ではなく透過率は時間に対して直線的な増加傾向を示した。エポキシ塗料の有効拡散係数は1.0$$times$$10$$^{-13}$$$$sim$$1.8$$times$$10$$^{-13}$$m$$^{2}$$/sと得られたが、セメントペーストに塗布した状態よりも2$$sim$$3ケタほど大きいことが実験より分かった。したがって、エポキシ塗膜を介したセメント試料へのトリチウム透過過程においては、セメント-エポキシ界面の移動が支配的であることが示唆された。各種塗料を塗布した場合のトリチウム浸透透過挙動を理解するためには、コンクリート-塗料界面のトリチウム挙動の把握が重要である。
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Robot vision system R&D for ITER blanket remote-handling system
丸山 孝仁; 油谷 篤志; 武田 信和; 角舘 聡; 中平 昌隆; Tesini, A.*
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2404 - 2408, 2014/10
For maintenance of ITER, a system to remotely handle the shield blanket modules is necessary because of high $$gamma$$-ray field. Blanket handling will be carried out by robotic devices such as power manipulators. The manipulator should have a non-contact sensing system to install and grasp a module, and the manipulator is required to be accurate within 5 mm in translational motion and 1 degree in rotational motion. The Robot Vision System (RV) was adopted as the non-contact sensing system. To satisfy the requirements, three widely used methods of RV were adopted: Stereo Vision, Visual Feedback and Visual Servoing. Stereo Vision is a RV method using two cameras. In Visual Feedback, the manipulator moves to the target position in many sequential steps. In Visual Servoing, the manipulator moves in order to fit the current picture with the target picture. Also, note that it is completely dark in the vacuum vessel and lighting is needed. Tests for grasping a module using those three methods were carried out and the measuring error of the RV system was studied. The results of these tests were that the accuracy of the manipulator's movements was within 1 mm and 0.3 degrees using RV. This satisfies the requirements; therefore, it is concluded that RV is suitable as the non-contact sensing system for the ITER BRHS.
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Evaluation of applicability of laser-based distance meter to measure Li-jet thickness for IFMIF/EVEDA project
金村 卓治; 近藤 浩夫; 帆足 英二*; 鈴木 幸子*; 山岡 信夫*; 堀池 寛*; 古川 智弘; 平川 康; 若井 栄一
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1642 - 1647, 2014/10
国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)で実施している液体リチウム(Li)ターゲットの開発では、厚さ25mmの流れの安定性評価が重要であるため、その厚みを0.1mmの精度で計測することが必要である。この精度を満たす有望な計測器として、レーザー入射光とその反射光との干渉効果を用いて距離を計測する手法の適用可能性を調べた。通常計測対象とする拡散体とは異なり、液体Li表面は鏡面体でかつ湾曲した面であるため、実測に基づく評価を実施した。実験は、厚み10mmのLi噴流を生成可能な大阪大学Liループにて、流速10$$sim$$15m/s、雰囲気圧力0.12MPa(Ar)、Li温度300$$^{circ}$$C、サンプリング周波数500kHzの条件で実施した。本計測器が適用可能か否かは、Li液面計測の精度結果から評価した。液面変位を正弦波と仮定した場合、流速10$$sim$$15m/sの条件ではサンプリング周期2$$mu$$sの間に液面の変位量は1$$mu$$mにも満たず平面と仮定できる。したがって計測精度は、2$$mu$$sごとの厚み変位量を統計処理して得たヒストグラムの標準偏差として定義した。実験の結果、精度は9$$mu$$mであり、本機器は高精度で液体Li表面の測定に適用可能だとわかった。
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Research and development status on fusion DEMO reactor design under the Broader Approach
飛田 健次; Federici, G.*; 岡野 邦彦
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.1870 - 1874, 2014/10
幅広いアプローチ(BA)活動で実施中の原型炉設計の目標は、原型炉で想定可能な物理、工学及びシステム工学における設計課題または選択肢の検討・分析に取組み、この結果を踏まえて実現可能な原型炉概念を開発することである。この活動の一環で、日欧のシステム設計コードのベンチマークが行い、比較的保守的な設計パラメータに対しては両コードがよく一致することを確認した。現在、適用範囲を高ブートストラップ電流割合、高放射損失パワー領域に拡大するための改良を行っている。ダイバータの除熱は原型炉の特に重要な課題であり、デタッチメント、磁場配位の改良による熱負荷低減の研究が進行中である。遠隔保守は、高い稼働率を実現するため、セクター分割及びポートアクセスに関して様々な概念に対する比較検討中である。
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Development of remote pipe cutting tool for divertor cassettes in JT-60SA
林 孝夫; 櫻井 真治; 柴沼 清; 逆井 章
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2299 - 2303, 2014/10
JT-60SAはITERへの支援研究及び原型炉に向けた補完研究を担うトカマク型核融合実験装置である。JT-60SAではプラズマから発生するDD中性子による放射化のため真空容器内への人によるアクセスは制限される。そのため真空容器内機器を交換及び修理するために遠隔保守(RH)システムが必要とされている。本発表はJT-60SAのRHシステムに関するものであり、下部ダイバータカセット内の冷却配管の切断装置について述べる。ダイバータカセットを交換する際には、アウトボード側冷却水配管は真空容器内において、遠隔保守システムで切断及び再溶接を行う。切断対象の配管は配管外径:59.7mm、肉厚:2.8mm、材質:SUS316Lであり、空間的制限により配管の内側から切断を行う必要がある。切断はディスクカッター刃及び反力支持ローラを押し出す機構を備えた切断ヘッドを、カッター刃を押し出しながら回転させることにより行う。カッター刃の最大押し出し時の到達径を半径30.5mm(直径換算で$$phi$$61mm)としてヘッド製作及び切断試験を行い、下部ダイバータカセット内の冷却配管の切断が可能であることを示した。
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Stress envelope of silicon carbide composites at elevated temperatures
野澤 貴史; Kim, S.*; 小沢 和巳; 谷川 博康
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1723 - 1727, 2014/10
SiC/SiC複合材料は先進核融合DEMOブランケットの有力な候補材である。DEMO設計のため、SiC/SiC複合材料の高温強度安定性を特定する必要があり、さらに、独特な織物構造のため、強度異方性を明らかにする必要がある。そのため、本研究は、高温でのさまざまなモードの試験により機械的特性を評価し、設計のための応力包括線の特定を行った。本研究では、SiC/PyCの多層被覆界面を有する平織Tyranno-SA3繊維強化CVIマトリックス複合材料を評価した。引張,圧縮試験は高温用の微小試験片技術により行い、面内剪断試験は混合破壊モードが複合材に適用できるという仮定のもと、非主軸の引張試験により推定した。なお、すべての試験は真空下で行った。予備的評価の結果、比例限度応力と最大強度ともに1000度以下では有意な劣化が生じ得ないことを明らかにした。また、高温の圧縮,面内剪断データも同様に、総じて強度劣化は認められなかった。これらの結果より、設計のための高温での応力包括線を最終的に得た。
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Benchmark experiment on titanium with DT neutron at JAEA/FNS
太田 雅之; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 佐藤 聡; 今野 力
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2164 - 2168, 2014/10
チタンは、核融合炉のトリチウム増殖候補材であるチタン酸リチウムの主成分であり、精度の高い核データが求められている。しかし、チタンの核データベンチマーク実験例は少ない。そこで、JAEA/FNSのDT中性子を用いてチタンの積分実験を行った。実験体系は、45cm$$times$$45cm$$times$$40cmのチタンの周りを厚さ5から10cmの酸化リチウムで囲んだもので、体系内に設置したニオブ,アルミニウム,インジウム,金,タングステンの箔の放射化から、ドシメトリー反応の反応率を測定した。また、マイクロフィッションチェンバーを用いて、$$^{235}$$U及び$$^{238}$$Uの核分裂率を測定した。この実験をENDF/B-VII.0, ENDF/B-VII.1, FENDL-2.1, JEFF-3.1.2, JENDL-3.3, JENDL-4.0, JENDL-4.0uの核データファイルを用いてモンテカルロ中性子輸送計算コードMCNP5-1.40で解析し、実験データとの比較からチタンの核データの妥当性を調べた。
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Safe disassembly and storage of radioactive components of JT-60U torus
池田 佳隆; 岡野 文範; 花田 磨砂也; 逆井 章; 久保 博孝; 秋野 昇; 千葉 真一; 市毛 尚志; 神永 敦嗣; 清野 公広; et al.
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2018 - 2023, 2014/10
JT-60U本体の解体は、18年間の重水素運転の後、2009年から開始し、2012年10月に終了した。JT-60本体は電磁力に耐えるため複雑で溶接構造を有しており、機器は放射化している。本解体作業は、日本で初めての放射化した核融合装置の解体であり、注意深く実施された。約3年間で、約41,000人日の作業を行い、解体品総数は約13000個、総重量は5400トンに達した。全ての解体品は線量当量率等の測定を行っており、ほとんどの解体品は、将来、クリアランス検認を行えば、非放射化物となると期待できる。この解体が終了し、JT-60SAの組立が2013年1月から開始した。
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Relationship between net electric power and radial build of DEMO based on ITER steady-state scenario parameters
坂本 宜照; 中村 誠; 飛田 健次; 宇藤 裕康; 染谷 洋二; 星野 一生; 朝倉 伸幸; 徳永 晋介
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2440 - 2445, 2014/10
これまでに核融合原型炉概念が数多く提案されているが、想定されているプラズマ物理パラメータとトカマク実験で達成されている総合プラズマ性能には大きな隔たりがある。今後のトカマク実験の進展を踏まえれば、原型炉で実現可能なプラズマ総合性能としてITER定常運転シナリオが妥当である。そこで、ITER定常運転シナリオで想定されているプラズマ物理パラメータに基づき、システムコードを用いてプラズマサイズに対する原型炉特性を解析した。その結果、1GW以上の核融合出力を得るにはプラズマ大半径9mが必要であるが、ブランケット等の炉内機器の厚さを0.5m小さくすればプラズマ大半径8mで同程度の核融合出力が得られることが分かった。さらに、核融合出力を上昇させるために、密度を増大すると核融合出力と加熱パワーが増大するとともにシンクロトロン放射が減少するためダイバータ熱負荷が増大すること、ベータ値を増大すると核融合出力は増大するが加熱パワー減少とシンクロトロン放射増大のためダイバータ熱負荷が減少することを明らかにした。
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Waste management scenario in the hot cell and waste storage for DEMO
染谷 洋二; 飛田 健次; 柳原 敏*; 近藤 正聡*; 宇藤 裕康; 朝倉 伸幸; 星野 一生; 中村 誠; 坂本 宜照
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2033 - 2037, 2014/10
原型炉での保守シナリオは、ブランケット及びダイバータモジュールをバックプレートに配置したセクター集合体を一括で交換することを想定している。定期交換保守によって発生する放射化した集合体には、残量熱と吸蔵されたトリチウム(T)および表面に付着したタングステン(W)ダストが存在する。したがって、集合体の保管、解体および処分の際には、集合体の温度及び吸蔵T及びWダスト管理に留意する必要がある。検討の結果、ホットセルにおいて自然対流冷却が可能になるまでの約半年間を、集合体内の既設配管に冷却水を流して冷却することとした。この手法の特徴は、集合体を低温にできるので吸蔵Tの放出が抑えられるとともに、ホットセル内の雰囲気を自然対流環境下で維持できるため、Wダストの拡散を防ぐことができる。次に、廃棄物を埋設処分する際には、モルタルとともに詰めた廃棄体として、処分することを想定している。検討の結果、残留熱を有する廃棄体をモルタルの健全性が保てる温度(65$$^{circ}$$C)以下になるまで、中間貯蔵施設において、約12年程度一時保管する必要があることがわかった。本論文では、ホットセル及び一時保管施設の具体的イメージを示すとともに定期保守時に発生する廃棄物の減容に係る検討結果を報告する。
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Study of safety features and accident scenarios in a fusion DEMO reactor
中村 誠; 飛田 健次; Gulden, W.*; 渡邊 和仁*; 染谷 洋二; 谷川 尚; 坂本 宜照; 荒木 隆夫*; 松宮 壽人*; 石井 響子*; et al.
Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2028 - 2032, 2014/10
福島第一原子力発電所事故を受けて、日本国内の核融合研究コミュニティにおいて、核融合炉の安全性に対する関心が高まっている。そこで幅広いアプローチ原型炉設計活動(BA-DDA)では、核融合炉の安全性研究に着手した。本論文は、BA-DDAで行っている核融合原型炉安全性研究の進展について報告するものである。まず本研究での安全確保の考え方を明確化し、事故時の放射性物質放出に対する敷地境界での公衆被ばく線量の目標値を設定した。次に、核融合原型炉が内包する放射性物質とエネルギーの量の評価を行った。ここでの原型炉は、我が国で開発しているブランケット工学技術(水冷却、固体ペブル増殖ブランケット)に基づくものとする。さらに、マスター・ロジック・ダイアグラム法と機能FMEA法を用いて原型炉で考えられる事故シナリオの分析を行った。分析したシナリオのうち、とりわけ重要な事故事象を選定した。
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Numerical study of the MHD flow characteristics in a three-surface-multi-layered channel with different inlet conditions
青柳 光裕; 伊藤 悟*; 橋爪 秀利*
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1227 - 1231, 2014/10
入口流動条件が以前に行われた実証試験の結果や、三面複層コーティング流路を用いる第一壁の設計枠に与える影響を明らかにするために、三次元MHD流動場解析を行った。MHD圧力損失は入口条件により大きく影響された。乱流速度分布を仮定した数値解析モデルでは実験結果と定性的な一致を示した。第一壁流路の温度分布は三次元解析で得られたものと二次元解析で得られたものとでよく一致した。この結果はL字型曲がり管で生じる三次元的で複雑な入口流動条件が既存の設計枠には影響しないことを意味している。
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Hydrogen isotope behavior on a water-metal boundary with simultaneous transfer from and to the metal surface
林 巧; 磯部 兼嗣; 中村 博文; 小林 和容; 大矢 恭久*; 奥野 健二*; 小柳津 誠; 枝尾 祐希; 山西 敏彦
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1520 - 1523, 2014/10
トリチウムの閉じ込めは核融合炉の最も重要な安全上の課題である。特に、水冷却のトリチウム増殖ブランケットではトリチウムの冷却水への移行が重要である。そのため、1kPaの純トリチウムを封入した金属試料配管(純鉄や7ミクロン程度の金メッキを施した純鉄)を高温高圧水容器(150$$^{circ}$$C, 0.8MPa)にいれ、金属側から水中及び水蒸気中に移行するトリチウムを化学形別に測定した。また、高温高圧重水(300$$^{circ}$$C, 15MPa)からの各種金属配管(純鉄,純ニッケル,ステンレス鋼(SS304),金メッキ純鉄など)への重水素の移行挙動を調べ、水側から金属側への移行を確認した。今回、上記の同時移行挙動を、重水からの重水素の安定移行確認後に軽水素を試料配管内側へ導入することにより、検証した。
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Compatibility of Ni and F82H with liquid Pb-Li under rotating flow
金井 亮彦*; Park, C.*; 登尾 一幸*; 笠田 竜太*; 小西 哲之*; 廣瀬 貴規; 野澤 貴史; 谷川 博康
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1653 - 1657, 2014/10
The present study reports the compatibility of a reduced-activation ferritic steel F82H and Ni exposed to liquid Pb-Li flow using a rotating disk apparatus at 873 K. Cross-sectional observations revealed that grain boundary attack of Pb caused a liquid metal embrittlement of Ni and formation of pitting holes and Cr-depleted zone in F82H.
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Statistical characterization of radiation doses from external exposures and relevant contributors in Fukushima Prefecture
高原 省五; 安陪 達哉*; 飯島 正史; 嶋田 和真; 白鳥 芳武
Health Physics, 107(4), p.326 - 335, 2014/10
原子力事故後の汚染地域において被ばくを適切に管理するためには、住民の線量を合理的に評価する手法が必要である。確率論的線量評価手法は、線量分布を評価することで住民の被ばく状況を包括的に把握できる方法の一つである。この評価手法を利用するためには、被ばく要因に係る統計データが必要となる。本研究では、第一に、福島事故後の被ばく状況について外部被ばくに係る被ばく要因の統計データを決定すること、第二に、個人線量の変動性の原因を特定することを目的とした。これらの目的を達成するために、福島県内の屋内作業者や屋外作業者などの協力を得て、住民の個人線量および自宅の空間線量率を測定するとともに、生活行動時間を調査した。また、個人線量を目的変数として、空間線量率と職場屋外での滞在時間を説明変数とする多重回帰分析を実施した。これらの分析の結果として、第一に、被ばく要因の統計分布と統計値を決定できた。第二に、空間線量率や屋外滞在時間のような被ばく要因は汚染の地域差や生活行動時間の個人差・団体差に応じて変動しており、その変動に応じて個人線量にも統計的に有意な違いが観察されることがわかった。
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Numerical simulation on the long-term variation of radioactive cesium concentration in the North Pacific due to the Fukushima disaster
川村 英之; 小林 卓也; 古野 朗子; 碓氷 典久*; 蒲地 政文*
Journal of Environmental Radioactivity, 136, p.64 - 75, 2014/10
2011年3月に起こった福島第一原子力発電所の事故に起因する放射性セシウムが北太平洋に与える影響を評価するため、長期間の海洋拡散シミュレーションを行った。放射性セシウムの海洋への放出量は海洋モニタリングデータから見積もり、大気から海表面への沈着量は大気拡散シミュレーションにより計算した。放射性セシウムに汚染された主要海域は事故から1 年後には西経170$$^{circ}$$を通過して、北太平洋の中心海域にまで広がったと示唆された。事故から2.5年後には、北太平洋のほとんどの海域で$$^{137}$$Cs濃度は事故以前の値にまで希釈されたと示唆された。
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Factors controlling the spatiotemporal variation of $$^{137}$$Cs in seabed sediment off the Fukushima coast; Implications from numerical simulations
三角 和弘*; 津旨 大輔*; 坪野 孝樹*; 立田 穣*; 青山 道夫*; 小林 卓也; 広瀬 勝己*
Journal of Environmental Radioactivity, 136, p.218 - 228, 2014/10
福島第一原子力発電所事故から1年間の海底堆積物中のCs-137($$^{137}$$Cs)の時空間変動の支配要因について数値シミュレーションを用いて調べた。数値モデルは$$^{137}$$Csの底層水と堆積物間の輸送過程を吸着と脱着により考慮した。モデルは堆積物中の観測された$$^{137}$$Cs濃度の時空間変動を再現することに成功した。堆積物中の$$^{137}$$Csの空間分布は堆積物直上の底層水中に含まれる$$^{137}$$Cs濃度の履歴と堆積物の粒径によって主に反映され、事故発生から数か月で形成された。モニタリング測点が位置する沖合海域における堆積物中$$^{137}$$Csのインベントリーは10$$^{13}$$Bqのオーダーであった。これは既往の観測による推定値と同程度であった。福島第一原子力発電所近傍の値も考慮すると、福島沿岸の堆積物中$$^{137}$$Csの総インベントリーは10$$^{14}$$Bqのオーダーとなった。
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Integrated sorption and diffusion model for bentonite, 1; Clay-water interaction and sorption modeling in dispersed systems
舘 幸男; Ochs, M.*; 陶山 忠宏
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(10), p.1177 - 1190, 2014/10
ベントナイト中の放射性核種の長期移行挙動を評価するために、統合収着・拡散モデルを開発した。この統合モデル開発において、粘土の表面化学と核種収着を整合的に記述するため、双方で比較的単純なモデルとパラメータを一貫して用いた。特に圧縮ベントナイトへ適用する観点から、1サイトの静電補正を考慮しない表面錯体モデルと1サイトのイオン交換モデルを組合せた単純なモデルを選定した。このモデルの基本パラメータは、精製モンモリロナイトの酸塩基滴定データに基づき評価した。さらに、Np(V), Am(III), U(VI)を対象に、pH, イオン強度, 炭酸濃度といった地球化学条件をカバーする収着データセットを抽出し、収着反応の基本定数を導出した。これらの核種の収着データは、溶存化学種の変化との整合も念頭に、炭酸系化学種を含む一連の表面化学種を考慮することによって、定量的に再現することができた。
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Integrated sorption and diffusion model for bentonite, 2; Porewater chemistry, sorption and diffusion modeling in compacted systems
舘 幸男; 四辻 健治; 陶山 忠宏; Ochs, M.*
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(10), p.1191 - 1204, 2014/10
圧縮ベントナイトに対する統合収着・拡散モデルを、間隙水化学モデル, 熱力学的収着モデル, 電気二重層に基づく拡散モデルを整合的に組合せることにより構築した。この統合収着・拡散モデルは、複雑な化学形をとるアクチニド(炭酸錯体が形成される条件下でのNp(V), Am(III), U(VI))を対象に、公開された拡散・収着データ($$D$$$$_{rm a}$$, $$D$$$$_{rm e}$$, $$K$$$$_{rm d}$$)の部分モンモリロナイト密度依存性に対し適用が検討された。その結果、以前に報告している1価の陽イオン(Cs$$^{+}$$, Na$$^{+}$$)や陰イオン(Cl$$^{-}$$, I$$^{-}$$, TcO$$_4^{-}$$)と同様に、実測データとモデルとの整合性が確認された。以上より、統合収着・拡散モデルは、圧縮ベントナイト中の複雑な化学種の収着・拡散挙動の評価にも適用することが可能であるといえる。
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RELAP5 analyses on the influence of multi-dimensional flow in the core on core cooling during LSTF cold-leg intermediate break LOCA experiments in the OECD/NEA ROSA-2 Project
安部 諭; 佐藤 聡; 竹田 武司; 中村 秀夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(10), p.1164 - 1176, 2014/10
PWRを模擬する大型熱水力試験装置LSTFを用いてコールドレグ中口径破断LOCA実験を2回(Test-2, Test-7)行い、それらの比較よりシステム全体の挙動及び熱水力現象の調査をOECD/ROSA2プロジェクトで行った。実験条件として、Test-2では破断サイズはコールドレグの17%相当とし、ECCSは単一故障を仮定した。Test-7では破断サイズは13%相当とし、ECCSは全注入を仮定した。本論文では、炉心を単チャンネルおよび複数チャンネルでノーディングしたRELAP5コード実験後解析の結果を発表する。結果として、炉心複数チャンネルモデルを用いた解析では、炉心内の多次元的な流れを考慮することができ、炉心単チャンネルモデルでは充分に再現できなかった燃料棒表面温度の挙動を再現することに成功した。
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Ambient dose equivalent conversion coefficients for radionuclides exponentially distributed in the ground
斎藤 公明; Petoussi-Henss, N.*
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(10), p.1274 - 1287, 2014/10
Conversion coefficients of radionuclide deposition density to the ambient dose equivalent rate at 1 m height above ground were calculated for exponentially distributed sources in the ground. Firstly, Monte Carlo transport simulations assuming exponential distributions in the ground were performed to obtain ambient dose equivalent for mono-energetic $$gamma$$ ray sources having different relaxation depths; next, on the basis of the simulated data, conversion coefficients for radionuclides were composed considering recent nuclear decay data. The ambient dose equivalent rates were then compared to the effective dose rates for reference adults and a new-born baby. It was confirmed that the ambient dose equivalent sufficiently overestimates effective doses.
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Active sites and mechanisms for oxygen reduction reaction on nitrogen-doped carbon alloy catalysts; Stone-Wales defect and curvature effect
Chai, G.-L.*; Hou, Z.*; Shu, D.-J.*; 池田 隆司; 寺倉 清之*
Journal of the American Chemical Society, 136(39), p.13629 - 13640, 2014/10
カーボンアロイ触媒は酸素還元反応の白金代替触媒として有望視されている。しかしながら酸素還元反応の反応サイトと反応機構についてはまだ議論されているところである。本論文では、第一原理計算に基づいて窒素ドープカーボンアロイ触媒中の様々な構造による可能な酸素還元反応機構に関して一般的な考察を行った。我々の研究から、Stone-Wales欠陥にドープされた窒素対のみが良い活性点を与えることが示唆され、この構造による酸素還元活性は活性点周囲の曲率により調整ができ、極大ポテンシャル(0.8V)に近づけることが可能であることが示された。
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Influence of electron doping on magnetic order in CeRu$$_2$$Al$$_{10}$$
小林 理気*; 金子 耕士; 斉藤 耕太郎*; Mignot, J.-M.*; Andr$'e$, G.*; Robert, J.*; 脇本 秀一; 松田 雅昌*; Chi, S.*; 芳賀 芳範; et al.
Journal of the Physical Society of Japan, 83(10), p.104707_1 - 104707_5, 2014/10
The effect of electron doping by the substitution of Rh for Ru on unconventional magnetic order in CeRu$$_2$$Al$$_{10}$$ was investigated via neutron powder diffraction. In Ce(Ru$$_{1-x}$$Rh$$_x$$)$$_2$$Al$$_{10}$$ with $$x$$ = 0.05, 0.12, 0.2, reorientation of the ordered moment from the $$c$$- to the $$a$$-axis takes place in all samples, while the ordering vector $$q$$ = (0 1 0) remains unchanged within this concentration range. The moment reorientation is accompanied by an enhancement in its size by a factor of 2.4, from $${mu}$$=0.43 $${mu}_B$$ at $$x$$ = 0 to $${mu}$$=1.06, 1.04, and 1.02 $${mu}_B$$ for $$x$$ = 0.05, 0.12 and 0.2, respectively. The continuous decrease in N$'e$el temperature $$T_0$$($$T_N$$), despite an abrupt increase in $${mu}$$, underlines the strong anisotropy in the exchange interaction in CeRu$$_2$$Al$$_{10}$$, and the fact that this anisotropy is easily suppressed by electron doping.
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放射性廃棄物概論; 施設の運転および廃止措置により発生する放射性廃棄物の対策,2; 放射性廃棄物の管理
秋山 和樹; 高橋 正則; 塚本 政樹*; 宮内 善浩*; 和田 弘*
日本原子力学会誌, 56(10), p.656 - 660, 2014/10
一般に、「放射性廃棄物管理」という用語は、国際会議名等によく見られる"Waste Management"の意味で用いられることが多く、放射性廃棄物の発生から処分までが含まれる。本稿でいう「管理」とは、「処分前管理」のことであり、貯蔵や輸送段階での放射性廃棄物の取り扱いを容易にし、かつ、作業者および公衆の被ばくを最小化することを目的とした減容、固化、表面除染など、処分に至るまでの各段階で適切な管理が行われる、または計画されている。本稿では、放射性廃棄物の主な発生箇所として原子力発電所と再処理工場を取り上げ、低レベル放射性廃棄物と高レベル放射性廃棄物の発生と具体的な管理状況について解説することとし、放射性廃棄物の主要な発生箇所、ならびに、それらの貯蔵施設における管理状況、輸送の際の検査等の状況を中心に述べる。
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遠隔操作装置・機器の実証試験施設の構築
河村 弘
日本機械学会誌, 117(1151), p.688 - 689, 2014/10
福島廃炉技術安全研究所は、東京電力福島第一原子力発電所(1F)の廃止措置に向けた研究開発を遂行するため、遠隔操作機器・装置開発・実証試験施設(以下、モックアップ試験施設)の整備を2013年度から開始した。本施設は、原子炉格納容器下部漏えい箇所を調査・補修するロボット等の機器・装置の開発・実証試験、ロボットオペレータや作業員の訓練等に利用されている施設である。なお、本施設の建設工事は2014年8月に契約され、2015年からの本格的運用開始を目指している。本施設は国内の英知を集結して整備するため、日本原子力研究開発機構内に委員会を新設し、遠隔操作機器の研究者のみならず、幅広い専門分野の研究者が知見を持ち寄り、モックアップ試験施設の利用促進も念頭に置いて、施設の配置計画、災害対応ロボットの実証試験のために具備すべきもの等について審議・検討を行っている。それらの結果の概要について報告する。
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Dynamics of low-$$n$$ shear Alfv$'e$n modes driven by energetic N-NB ions in JT-60U
Bierwage, A.; 藤堂 泰*; 相羽 信行; 篠原 孝司
Nuclear Fusion, 54(10), p.104001_1 - 104001_14, 2014/10
Dynamics of fast ions and shear Alfv$'e$n waves are simulated using MEGA, a global nonlinear hybrid code. The scenario is based on JT-60U shot E039672, driven by strong negative-ion-based neutral beams (N-NB), just before the onset of a so-called Abrupt Large Event (ALE). It is found that modes with toroidal mode numbers $$n$$ = 2, 3, 4 can be destabilized, besides the $$n$$ = 1 mode studied previously. The properties of the modes with n $$>$$ 1 are sensitive to the value of the plasma beta and the form of the fast ion distribution, so simulation conditions are set up as realistically as possible. When the fast ion drive exceeds a certain threshold, the $$n$$ = 3 mode is enhanced through a convective amplification process while following fast ions that were displaced by the field fluctuations. The fast ion transport in several cases is analyzed and implications of the results for the explanation of ALEs are discussed.
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Multi-phase simulation of fast ion profile flattening due to Alfv$'e$n eigenmodes in a DIII-D experiment
藤堂 泰*; Van Zeeland, M. A.*; Bierwage, A.; Heidbrink, W. W.*
Nuclear Fusion, 54(10), p.104012_1 - 104012_13, 2014/10
The hybrid code MEGA, which simulates the interaction between fast ions and an MHD fluid, is extended with realistic beam deposition profile and collisions. It is used for multi-phase simulations, where classical simulations (fast ion source + collisions) and hybrid simulations (source + collisions + MHD) are run alternatingly. In a multi-phase simulation of DIII-D discharge 142111, it is found that the stored beam ion energy is saturated due to toroidal Alfv$'e$n eigenmodes (TAE) at a level lower than in the purely classical simulation. This is consistent with the experimental observation. After the stored fast ion energy is saturated, it is demonstrated by hybrid simulations that the fast ion spatial profile is significantly flattened due to the interaction with the multiple TAEs with amplitude $$v$$/$$v$$$$_{rm A}$$ and $$delta$$$$B$$/$$B$$ of order 10e-4. The temperature fluctuations caused by TAEs are of the order of 1% of the equilibrium temperature. This is also comparable with ECE measurements in the experiment.
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Measurements and parameterization of neutron energy spectra from targets bombarded with 120 GeV protons
梶本 剛*; 執行 信寛*; 佐波 俊哉*; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; Lee, H. S.*; Soha, A.*; Ramberg, E.*; Coleman, R.*; Jensen, D.*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 337, p.68 - 77, 2014/10
エネルギー10GeVを超える陽子加速器施設における中性子線量計算の精度検証のために、120GeV陽子入射による厚いターゲット(グラファイト,アルミニウム,銅,タングステン)から生成する中性子エネルギースペクトルを、液体有機シンチレータNE213と飛行時間法を用いて、米国フェルミ国立研究所のTest Beam Facilityにおいて測定した。測定した中性子のエネルギー範囲は25MeVから3GeVとし、測定角度は30, 45, 120, 150$$^{circ}$$の4点とした。また、中性子スペクトルを3つの運動源模型を用いてフィッティングし、スペクトル形状を再現するパラメータを導出した。得られたスペクトルをモンテカルロ粒子輸送計算コードPHITS及びFLUKAの計算結果と比較した。その結果、全てのターゲットと角度において、PHITSによる計算結果は実験値を16-36%過小評価、FLUKAの計算結果は実験値を26-57%過小評価することがわかった。この主な原因として、計算コードの核反応モデルにおいて、120GeV陽子とターゲットの最初の衝突に伴う中性子生成の記述に問題があることがわかった。
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深部結晶質岩における割れ目の形成・充填過程と透水性割れ目の地質学的特徴;土岐花崗岩を例として
石橋 正祐紀; 安藤 友美*; 笹尾 英嗣; 湯口 貴史; 西本 昌司*; 吉田 英一*
応用地質, 55(4), p.156 - 165, 2014/10
高レベル放射性廃棄物の地層処分では、長期的な透水性構造の変遷を考慮する必要がある。そのため、本研究では透水性割れ目の特徴に着目し、地下約300mの水平坑道から取得したデータに基づいて、透水性割れ目の変遷について検討を行った。その結果、深度300mの坑道では1670本の割れ目が認められ、そのうち約11%の割れ目が透水性割れ目であった。透水性割れ目のうち、グラウト材で充填されるような割れ目は、割れ目周辺母岩の変質が顕著ではなく、方解石で充填される。一方で、グラウト材で充填されていないが、少量の湧水を伴う割れ目は、水みちとして機能していないと考えられるシーリング割れ目と類似した特徴を示す。割れ目充填鉱物と割れ目周辺母岩の変質に基づくと、これらの割れ目は、花崗岩の貫入・定置(ステージI)後の冷却過程における形成及び熱水活動時期における充填(ステージII)、その後の隆起・侵食に伴う開口・伸長(ステージIII)といった履歴が考えられた。また、現在の透水性割れ目は、ステージIIにおいて割れ目の充填による透水性の低下を被るが、その後の隆起・侵食に伴う開口又は伸長による透水性の増大によって形成されたと考える。
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Dynamic discrimination of oriented molecules controlled with the nonresonant dynamic Stark effect induced by a single-cycle THz pulse
黒崎 譲; 赤木 浩; 横山 啓一
Physical Review A, 90(4), p.043407_1 - 043407_9, 2014/10
We theoretically propose a new control scheme of temporal wave-packet separation for oriented molecules, based on nonresonant dynamic Stark effect (DSE) in the dipole limit. In the scheme linearly-polarized single-cycle THz pulses are employed as control fields. In this work the proposed scheme is applied to the temporal wave-packet separation of the binary mixture of alkali halide isotopologues, $$^{133}$$CsI and $$^{135}$$CsI. We assume that before applying the control pulse one of the isotopologues is oriented along the field polarization direction and the other along the opposite direction and then they are electronically excited from the ground-state PEC to the excited-state counterpart. Numerical wave-packet propagations reveal that a THz pulse yields a temporal wave-packet separation of about 2 ps between the two isotopologue photodissociations.
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Spin-chirality-driven ferroelectricity on a perfect triangular lattice antiferromagnet
三田村 裕幸*; 綿貫 竜太*; 金子 耕士; 小野崎 紀道*; 天羽 祐太*; 橘高 俊一郎*; 小林 理気*; 志村 恭通*; 山本 勲*; 鈴木 和也*; et al.
Physical Review Letters, 113(14), p.147202_1 - 147202_5, 2014/10
Magnetic field ($$B$$) variation of the electrical polarization $$P$$$$_{c}$$ ($${parallel}$$c) of the perfect triangular lattice antiferromagnet RbFe (MoO$$_4$$)$$_2$$ is examined up to the saturation point of the magnetization for B$${perp}c$$. $$P$$$$_{c}$$ is observed only in phases for which chirality is predicted in the in-plane magnetic structures. No strong anomaly is observed in $$P$$$$_{c}$$ at the field at which the spin modulation along the c axis exhibits a discontinuity to the commensurate state. These results indicate that ferroelectricity in this compound originates predominantly from triangular-spin chirality. The obtained field-temperature phase diagrams of ferroelectricity well agree with those theoretically predicted for the spin chirality of a Heisenberg spin triangular lattice antiferromagnet.
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原子力機構TIARAサイクロトロンにおける大面積均一イオンビーム利用のための技術開発
百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.862 - 865, 2014/10
高崎量子応用研究所のイオン照射施設TIARAのAVFサイクロトロンでは、多重極電磁石を用いた非線形集束によって形成した均一ビームを照射利用に供するため、効率的なビーム形成技術の開発や利用環境の整備を進めている。照射条件に応じて2次元の大面積均一ビームや細長いリボン状の均一ビームを効率的に形成するため、主としてターゲット直前の2連四重極電磁石や多重極電磁石の磁場を調整するビーム形成手順をビーム光学計算に基づいて確立した。これに基づく実験により、これまでに陽子,ヘリウム,アルゴン,キセノン等の3$$sim$$13MeV/uのビームで100cm$$^2$$を超える均一照射野が得られた。さらに、様々な利用形態に対応できるターゲットチェンバーを整備するとともに、大口径の薄膜窓を設置して大気中での均一照射を可能にした。本ビームは、照射野全体を同時に照射できるという、従来のスキャン方法では困難であった特長を持つことから、それが最大限活用できる機能性材料創製等の新たな量子ビーム応用研究での利用を開始した。
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Analysis of excavation cycle time during sinking of the ventilation shaft at the Mizunami Underground Research Laboratory
真田 祐幸; 佐藤 稔紀; 堀内 泰治*; 見掛 信一郎; 沖原 光信*; 矢萩 良二*; 小林 伸司*
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2014/10
日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物地層処分技術に関する研究開発を実施しており、その一環として超深地層研究所計画を実施している。本計画において、換気立坑掘削の際にサイクルタイムのデータを取得して設計段階で設定したデータと比較した。その結果、実際のサイクルタイムは設計時の2から3倍長くかかっていることが明らかになった。
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Hydrogeomechanical investigation of an excavation damaged zone in the Horonobe Underground Research Laboratory
青柳 和平; 津坂 仁和*; 野原 慎太郎*; 窪田 健二*; 常盤 哲也*; 近藤 桂二*; 稲垣 大介*
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2014/10
In a construction of a deep underground facility such as repository for high-level radioactive waste (HLW) disposal, significant changes in hydrogeomechanical properties around a gallery are expected. This zone is called an Excavation Damaged Zone (EDZ). For the safety of HLW disposal, it is necessary to investigate extent and hydrogeomechanical characteristics of an EDZ. In this research, the authors conducted in situ surveys such as seismic refraction survey, geological observation around a gallery, borehole television survey, and hydraulic tests in the Horonobe Underground Research Laboratory. From the results of those surveys, the authors concluded that the extent of the area with high-density of fractures and high hydraulic conductivity was estimated to be about 0.2 to 1.2 m into the gallery wall. The authors also compiled the information of the extent of an EDZ and hydrogeomechanical properties inside and outside of an EDZ as a conceptual model. Since the conceptual models provide the basic idea for determining flow and solute transport in an EDZ, the result of this research provides a useful data for a safety assessment of the HLW disposal.
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Status of grouting to reduce groundwater inflow into deep shafts and galleries in the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan
佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 小林 伸司*; 辻 正邦*
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/10
日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物地層処分技術に関する研究開発を実施しており、その一環として超深地層研究所計画を実施している。この計画の中で、施工対策技術として湧水抑制対策技術に関する研究を実施している。瑞浪超深地層研究所の立坑や水平坑道においてグラウトを実施し、普通セメントで2ルジオン、超微粒子セメントで0.2ルジオン、溶液型シリカでは0.29ルジオンという透水性を達成することができた。
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Groundwater recovery experiment using an underground gallery in fractured crystalline rock
尾上 博則; 岩月 輝希; 三枝 博光; 大貫 賢二; 竹内 竜史; 真田 祐幸; 石橋 正祐紀; 佐藤 稔紀
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/10
高レベル放射性廃棄物の地層処分のサイト選定にあたっては、処分場周辺の地質環境特性を適切に評価する必要がある。処分場などの大規模な地下施設の建設や長期的な施設運用に伴い、地質環境特性が変化する可能性があり、地層処分の安全評価の観点からは、地下施設閉鎖に伴う地質環境特性の回復過程の評価が重要となる。そこで、原子力機構では結晶質岩における地下水圧や地下水水質の回復過程の評価を目的として、岐阜県瑞浪市に建設している瑞浪超深地層研究所の深度500mにある研究坑道において再冠水試験を計画した。本稿では、再冠水試験の概要および調査の進展状況について示す。
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Comparison of grouting with silica sol in the $"A$sp$"o$ Hard Rock Laboratory in Sweden and Mizunami Underground Research Laboratory in Japan
辻 正邦*; Funehag, J.*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/10
溶液型シリカは環境影響が少なくかつ開口幅の小さな割れ目にも浸透する。スウェーデンにおいては、溶液型シリカに関する研究や適用例が最近増えており、割れ目の透水性と理論的な浸透長さによってグラウトの設計が行われる。2008年にはエスポ岩盤研究所の深度450mのトンネルにおいて、2010年には瑞浪超深地層研究所の深度300mにおいて溶液型シリカを用いたグラウトが実施された。双方のグラウトの結果を比較すると、割れ目密度の大きい日本においてもスウェーデンのグラウト技術は適用が可能であり、日本特有のグラウト手法もスウェーデンにおけるグラウト品質の向上に役立つと期待される。
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Application of three-dimensional laser scanning data to acquire geometrical data for fractured rock mass modeling
早野 明; 松川 瞬*; Xu, Z.*; 板倉 賢一*
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/10
坑道壁面の地質観察は、亀裂性岩盤のモデル化に用いられる割れ目の幾何学的パラメータの設定に必要となるデータが取得できる調査のひとつである。しかしながら、高レベル放射性廃棄物の処分場建設時に行われる坑道壁面の地質観察は、数キロ四方にわたって展開される坑道群に対して行われることから、観察作業の効率化が必要である。また、地質専門家の経験や知識の違いから生じるデータの品質のばらつきを低減するために、客観的なデータ取得手法を用意することも必要である。これらの課題解決には、三次元レーザスキャナの活用が考えられる。本研究では、三次元レーザスキャナを適用した地質観察手法の整備の一環として、亀裂性岩盤のモデル化に必要となる割れ目の幾何学的データを明確にし、それらデータを三次元レーザスキャナデータから取得することを試みた。その結果、三次元レーザスキャナにより生成した傾斜図と傾斜方位図の目視判読により割れ目が抽出され、その割れ目のトレースマップと走向・傾斜が取得された。そして、地質専門家による観測結果と遜色のない割れ目のトレースマップと割れ目の走向・傾斜を取得することが可能であることが確認できた。
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Modeling damage processes in laboratory tests at the Horonobe Underground Research Laboratory
朝比奈 大輔*; 青柳 和平; 津坂 仁和*; Houseworth, J.*; Birkholzer, J.*
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/10
We present ongoing collaborative work applying a rigid-body-spring network (RBSN), a special type of lattice model, to simulate laboratory experiments conducted in the Horonobe Underground Research Laboratory (URL) in Japan. The Horonobe URL Project, which began in 2001, has developed a URL at a depth of about 350 m in a sedimentary rock called the Koetoi and Wakkanai formation. The basic capabilities of RBSN modeling are demonstrated through two standard laboratory tests: (1) split-cylinder (Brazilian) test; and (2) uniaxial compression test. Bulk material properties (i.e., Young's modulus, the strength parameters such as tensile strength, cohesion, and internal friction angle) estimated by the experiments are directly used for the mechanical parameters of springs. Tensorial representations of stress are obtained within the lattice elements and compared with Mohr-Coulomb failure criteria for fracture simulation. Agreement between the numerical and laboratory test results is good with respect to stress development, tensile/compressive strength, and fracture pattern, under the assumption of homogeneous systems using the RBSN model. The connection of hydraulically active fractures is also addressed for both of the simulation studies.
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A Study of mechanical stability of support elements and surrounding rock mass during shaft sinking through a fault
津坂 仁和*; 稲垣 大介*; 名合 牧人*; 井尻 裕二*
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/10
This study describes the analysis performed on the West Access Shaft of the Horonobe Underground Research Laboratory, which was expected to intersect a fault at the depth of approximately 320 m. Field observation, and measurement data were used to determine analysis conditions including magnitude and orientation of in-situ stress, boundary conditions, and rock mass properties. The fault was modeled as having a dip angle of 40 degrees and apparent thickness of 5 m (equivalent to the height of the excavated rock wall). The shaft sinking procedure was simulated using three-dimensional excavation analysis. The excavation involved installing concrete lining at every 2 m span. The analysis considered two cases of maximum in situ principal stress orientation: (1) perpendicular to and (2) parallel to the fault plane orientation. The results of the analysis indicate that the maximum excavation-induced stress, developed in a single-span lining concrete, was in the direction perpendicular to the maximum in situ principal stress orientation, unaffected by the fault plane orientation. The influence of the fault plane orientation on the excavation-induced stress state was found to be significant above and below the fault rather than in the fault. Another observation was that the excavation-induced stress magnitude appeared to be greater when the maximum in situ principal stress orientation was parallel to the fault plane orientation.
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An Investigation on mechanical properties of in-situ rock mass at the Horonobe Underground Research Laboratory
津坂 仁和*; 稲垣 大介*; 丹生屋 純夫*; 城 まゆみ*
Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/10
The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been promoting the Horonobe Underground Research Laboratory Project in Hokkaido since 2001 to enhance the reliability of relevant disposal technologies through investigations of the deep geological environment in sedimentary rocks of Japan. In the project, investigations on mechanical property of in-situ rock mass were conducted in order to evaluate the methodology to build a mechanical dataset of the rock mass based on the results of laboratory tests using rock cores and borehole logs. In this paper, the methodology to be applied for the surface-based investigation around the URL was studied based on the results of in-situ investigation in the galleries at 250 m and 350 m depths.
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Monte Carlo simulation studies of cation selectivity in ion exchange of zeolites
中村 博樹; 奥村 雅彦; 町田 昌彦
RSC Advances (Internet), 4(95), p.52757 - 52761, 2014/10
福島の原子力発電所事故を受けて、汚染水の除染などのために放射性物質の吸着材としてゼオライトが注目されている。Csなどの放射性物質の吸着の選択性はゼオライトの種類によって差があることが知られている。しかし、その種類が多すぎるため、すべての種類に対して、Cs選択性を実験で評価するのは困難である。そこで、本研究では、数値シミュレーションによって、Csの選択性を評価する方法を確立することを目的とした。具体的には、モンテカルロ法によるイオン交換等温曲線を評価する手法を確立し、実験結果との比較によって、その有効性を探った。今回、開発した手法を応用することにより、より効率的なCs吸着物質としてのゼオライトの開発に貢献することが期待される。
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Cellulose gels produced in room temperature ionic liquids by ionizing radiation
木村 敦; 長澤 尚胤; 田口 光正
Radiation Physics and Chemistry, 103, p.216 - 221, 2014/10
天然高分子の一種である多糖類は、環境にやさしい材料として注目を集めているが、多くの多糖類は水や有機溶媒に難溶性であり、その成形加工には化学処理などの各種プロセスを要する。近年、このような多糖類を高濃度で溶解する溶媒として、イオン液体の利用が検討されている。本研究では、独自に合成したイオン液体を用いて難溶性天然多糖類セルロースの高濃度溶液を作製し、放射線を照射することで、網目状の化学結合を有する新規セルロースゲルの作製に成功した。また、セルロースゲルを高効率で生成する反応条件(初期濃度,照射温度,水分率)を調べた。その結果、セルロースゲルの生成収率は、試料の初期濃度20%、放射線の照射温度298K、含水率18%の条件において、線量10kGyの$$gamma$$線照射により、最大14%であることを明らかにした。さらに、得られたセルロースゲルは、3.0mS cm$$^{-1}$$の電子伝導性を有することから、電子および医療機器への応用が期待される。
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Radiation stability and modification of gelatin for biological and medical applications
Haema, K.*; 大山 智子; 木村 敦; 田口 光正
Radiation Physics and Chemistry, 103, p.126 - 130, 2014/10
生物資源であるゼラチンの医療・バイオデバイス応用に向け、放射線滅菌耐性と放射線改質に関する研究を行った。ゼラチン粉末に電子線(2MeV, 2mA)を室温・大気中で照射してゲル浸透クロマトグラフィーで分子量変化を調べたところ、滅菌線量5-25kGyに対してゼラチンの重量平均分子量は約7-10%減少することが分かった。さらに、体内や細胞培養環境を模擬した37$$^{circ}$$C水中での加水分解速度が照射によって影響を受けることが分かった。一方で、ゼラチン水溶液を照射すると、水酸化ラジカルなどの水分解活性種によりゼラチンが架橋し、ハイドロゲルが形成した。ゲル分率測定とゾルの分子量分析より、放射線架橋ゼラチンハイドロゲルは37$$^{circ}$$C水中で一週間安定であることが分かった。
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Air shower simulation for WASAVIES; Warning system for aviation exposure to solar energetic particles
佐藤 達彦; 片岡 龍峰*; 保田 浩志*; 八代 誠司*; 桑原 孝夫*; 塩田 大幸*; 久保 勇樹*
Radiation Protection Dosimetry, 161(1-4), p.274 - 278, 2014/10
航空機乗務員は、銀河宇宙線(GCR)に恒常的に被ばくするのみならず、巨大な太陽フレアが発生した場合、それに伴って放出される太陽高エネルギー粒子(SEP)にも被ばくする。そのSEPによる被ばく線量を評価するため、われわれは、放射線挙動解析コードPHITSをベースに構築したGCRが引き起こす空気シャワーシミュレーション技術をSEPに応用し、単色のSEPが大気に入射したときの各高度における放射線フラックスを計算するデータベースを作成した。そして、そのデータベースを開発中の航空機被ばく警報システム(WASAVIES)に組み込み、過去における巨大太陽フレア時の被ばく線量を推定した。本稿では、WASAVIESの概要について説明するとともに、空気シャワーシミュレーションの詳細について解説する。
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Spin-orbit coupling induced semi-metallic state in the 1/3 hole-doped hyper-kagome Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$
高山 知弘*; Yaresko, A.*; 松本 章代*; Nuss, J.*; 石井 賢司; 吉田 雅洋*; 水木 純一郎; 高木 英典*
Scientific Reports (Internet), 4, p.6818_1 - 6818_6, 2014/10
The complex iridium oxide Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$ with a B-site ordered spinel structure was synthesized in single crystalline form, where the chiral hyper-kagome lattice of Irions, as observed in the spin-liquid candidate Na$$_4$$Ir$$_3$$O$$_8$$, was identified. The average valence of Ir is 4.33+ and, therefore, Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$ can be viewed as a doped analogue of the hyper-kagome spin liquid with Ir$$^{4+}$$. The transport measurements, combined with the electronic structure calculations, indicate that the ground state of Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$ is a low carrier density semi-metal. We argue that the semi-metallic state is produced by a competition of the molecular orbital splitting of $$t_{2g}$$ orbitals on Ir$$_3$$ triangles with strong spin-orbit coupling inherent to heavy Ir ions.
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A Novel fine-tuning mesoporous adsorbent for simultaneous lead(II) detection and removal from wastewater
Awual, M. R.; Hasan, M. M.*
Sensors and Actuators B; Chemical, 202, p.395 - 403, 2014/10
The functionalized mesoporous silica based fine tuning meso adsorbent was developed for ultra trace lead (Pb(II)) detection and removal from wastewater. The design of the ligand into ordered pore based meso adsorbent transformed the Pb(II) detection and removal systems into smart and stable assemblies. The ability of the meso adsorbent to detect and remove Pb(II) from aqueous solutions has been studied and discussed with different optimized conditions of concentrations, the amount of meso adsorbent, concentration of coexisting electrolyte and pH. The design of such a tunable meso adsorbent offered a simple procedure in such toxic Pb(II) ions removal without using high tech, sophisticated instruments.
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放射性廃棄物をガラスに閉じ込める; 放射性廃棄物処理用ガラス; 鉄リン酸塩ガラス
都築 達也*; 三田村 直樹*; 天本 一平
社会・環境報告書2014(インターネット), p.6 - 7, 2014/10
放射性廃棄物の安定化処理には、一般的にガラスが用いられている。放射性廃棄物を充填したガラス(ガラス固化体)の場合、仮にガラス固化体が割れても放射性物質が放出せず、安定的に閉じ込めることができる。固化処理に使用されるガラスの条件としては、(1)放射性廃棄物を多く充填できる、(2)化学的にまた熱的に安定である、(3)耐放射線性などが挙げられ、このような処理用ガラスとして、「ホウケイ酸塩ガラス」や「鉄リン酸塩ガラス」が提案されている。セントラル硝子では、多様な物質の充填に対応できる可能性のある鉄リン酸塩ガラスを媒体として使用する検討を日本原子力研究開発機構や愛媛大学と取り組んでいる。
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水素脆化モデル構築のための原子及び連続体手法による粒界面上微小き裂近傍の応力分布の考察
海老原 健一; 蕪木 英雄; 板倉 充洋
「鋼の機械的特性に及ぼす水素の効果とその評価」シンポジウム予稿集(USB Flash Drive), 6 Pages, 2014/09
水素脆化は鉄鋼材料の強度低下や破壊をもたらす要因の1つであり、その機構の解明が求められている。高強度鋼の遅れ破壊や溶接部の低温割れは、偏析水素による粒界強度低下が主な原因と考えており、その機構は応力腐食割れと同様と考えられる。粒界強度低下に基づく水素脆化モデルでは、水素による粒界強度低下を原子レベルスケールの計算で評価し、その情報を用い巨視的スケールの強度やき裂進展の評価がなされているが、両スケール間におけるスケールのモデル化についてはあまり明確でない。特に、微視き裂先端での応力集中について、き裂周囲を弾性体とするモデルがあるが、その妥当性も明確でない。本研究では、微視き裂を含みその周囲に転位がない系の引張によるき裂周囲の応力を分子動力学(MD)と連続体計算(FEM)の計算手法で評価し、その差異について考察した。その結果、1%以下の低いひずみでは、両手法による応力分布は同様の結果となったが、それ以上になるとき裂先端の応力集中部から両者の差が大きくなった。また、応力集中のモデル化については、き裂周辺を単なる弾性体とするだけではMDの結果を再現できなかった。
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Ligand-induced protein responses and mechanical signal propagation described by linear response theories
Yang, L.-W.*; 北尾 彰朗*; Huang, B.-C.*; 郷 信広*
Biophysical Journal, 107(6), p.1415 - 1425, 2014/09
In this study, a general linear response theory (LRT) is formulated to describe time-dependent and -independent protein conformational changes upon CO binding with myoglobin. Using the theory, we are able to monitor protein relaxation in two stages. The slower relaxation is found to occur from 4.4 to 81.2 picoseconds and the time constants characterized for a couple of aromatic residues agree with those observed by UV Resonance Raman (UVRR) spectrometry and time resolved X-ray crystallography. The faster "early responses", triggered as early as 400 femtoseconds, can be best described by the theory when impulse forces are used. The newly formulated theory describes the mechanical propagation following ligand-binding as a function of time, space and types of the perturbation forces. The "disseminators", defined as the residues that propagate signals throughout the molecule the fastest among all the residues in protein when perturbed, are found evolutionarily conserved and the mutations of which have been shown to largely change the CO rebinding kinetics in myoglobin.
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Boiling heat transfer characteristics of a sulfuric-acid flow in thermochemical iodine-sulfur cycle
野口 弘喜; 寺田 敦彦; 小貫 薫; 日野 竜太郎
Chemical Engineering Research & Design, 92(9), p.1659 - 1663, 2014/09
硫酸蒸発器は熱化学法ISプロセスの主要機器の一つであり本器を設計するためには硫酸沸騰熱伝達率が必要となる。しかしながら実測値の報告例が無いため、これまで提案さている様々な熱伝達率予測式の適用性を実験的に確認する必要があった。そこで、ISプロセスで使用する濃度の硫酸(90wt%)を用いた沸騰熱伝達率測定試験を行なった。その結果、一般に広く使用されているNishikawa-Fujitaの式による予測値は実測値の半分程度であることが分かった。この式に代わり、二成分系沸騰熱伝達率予測式として知られているStephan-K$"o$rnerの式の適用を試みた。実験定数を最適化して本式を用いれば、実験結果を$$pm$$15%の精度で予測可能であることを明らかにした。これにより硫酸沸騰熱伝達率の予測式としてStephan-K$"o$rnerの式が適用可能なことをその実験定数および予測精度とともに示した。
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Reduction of contaminated concrete waste by recycling aggregate with the aid of pulsed power discharge
Arifi, E.*; 石松 宏一*; 飯笹 真也*; 浪平 隆男*; 坂本 浩幸*; 舘 幸男; 加藤 博康*; 重石 光弘*
Construction and Building Materials, 67(Part.B), p.192 - 196, 2014/09
福島第一原子力発電所の事故によって多量の放射性汚染コンクリートが発生している。放射性廃棄物としての汚染コンクリートの減容化に対するパルスパワー放電の適用可能性が調査された。汚染コンクリートは、パルスパワー放電過程で、非汚染粗骨材を汚染マトリクスから分離することにより除染される。本研究では、放射性汚染コンクリートを模擬するために、Csの安定同位体を用いた。試験の結果、汚染コンクリートから回収された骨材の体積は最大で60%であり、一方で、回収骨材中のCsはおおよそ3%であった。大部分のCsは、放電過程で水中に移行した。これらの結果より、パルスパワー法によって、骨材の再利用による汚染コンクリートの減容できる可能性が示された。本手法の実際の廃棄物への適用性を評価していくため、より実際の廃棄物に近い条件で試験を実施する必要がある。
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Experimental verification of models assessing Eh evolution induced by corrosion of carbon steel overpack
坂巻 景子; 片岡 理治; 前田 敏克; 飯田 芳久; 鴨志田 美智雄; 山口 徹治; 田中 忠夫
Corrosion Engineering, Science and Technology, 49(6), p.450 - 454, 2014/09
地層処分環境下において人工バリアの一つであるオーバーパックは地下水と接触し、腐食する。処分場閉鎖直後は、酸素が存在するため酸化的雰囲気であるが炭素鋼の腐食等で酸素が消費され還元性雰囲気になると考えられる。酸化還元電位(Eh)の低下は廃棄中に含まれる$$^{79}$$Se等の地球化学的挙動に影響するため、地層処分の安全評価を行う上で重要な評価項目である。本研究では、Eh変動を模擬する炭素鋼腐食試験を行い、その結果を用いてEh変動評価モデルの妥当性を検証した。ベンチマーク計算では最近公表された知見を反映したモデルも用いて、2ケースの計算を行った。それぞれのケースでEhを決定づける酸化還元反応は異なったが、Eh評価結果には大きな差はなくいずれのケースも300日以降において実験値と整合した。
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放射性物質の拡散モデリング
永井 晴康; 山澤 弘実*
原発事故環境汚染; 福島第一原発事故の地球科学的側面, p.175 - 187, 2014/09
福島第一原子力発電所事故により大気に放出された放射性物質への対応として、国の緊急時対応システムであるSPEEDIの適用状況と課題について解説する。SPEEDI開発の経緯や機能、原子力防災体制における役割を概説するとともに、今回の原子力発電所事故対応においてどのように使われたか、また、使われるべきであったかを、開発者の視点で検証する。これにより得られる教訓と課題が、原子力防災体制の再構築も含めた予測システムの改善や活用方法の検討に役立てられるとともに、今後、万一同様な事故が起こってしまった際に公表される予測情報を適切に理解し、有効に活用するための一助となる。
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レーザートラッカーを用いたJT-60SAの組立計測
西山 友和; 柳生 純一; 中村 誠俊; 正木 圭; 岡野 文範; 逆井 章
平成26年度北海道大学総合技術研究会報告集(DVD-ROM), 6 Pages, 2014/09
原子力機構では、幅広いアプローチ活動及びトカマク国内重点化装置計画で実施するサテライトトカマク装置(JT-60SA)の組立を開始した。JT-60SAの組立では、大型の構造物を規定された許容誤差の範囲で精度よく位置決めし設置するため、高精度で広範囲の三次元計測が可能なレーザートラッカーを使用した組立計測が必要である。組立位置はJT-60SA装置中心を原点とした絶対座標系によって管理するために、JT-60SA組立開始に先立ち、既設のベンチマークを利用し本体室の空間に架空の絶対座標系を構築した。さらに、絶対座標系をいつでも高い精度でレーザートラッカーに認識できるようにするために多くの基準点を壁や機器等に設けるとともに、2点の基準点で座標系の位置合わせを行う方法を採用した。3次元CADを使った基準点の写しと、それに伴う内在誤差の確認から、JT-60SAにおけるレーザートラッカーを用いた計測精度は、計算上0.4mm以下であることを確認した。さらに、絶対座標系へ位置合わせする際には、基準点の組み合わせによって大きな誤差が生じ、計測誤差を増大させる要因になることが明らかになった。これらの整備や誤差に対する知見を得ることにより、高精度に位置計測ができる環境が整い、JT-60SAの組立及び位置計測を順調に進めている。。
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3次元ブロック核図表; 同位体の理解のために
小浦 寛之
放射化学, (30), p.19 - 20, 2014/09
最近開発した3次元核図表の紹介を日本放射化学会の学会誌「放射化学」のニュース(トピックス)にて行う。原子の質量値版, 半減期版の写真を紹介してその外観を示し、鉄56が原子の一核子当たりの質量が最小であることや、Tc, Pmに安定同位体がない事実などを例示する。さらに最近作製した紹介動画を二例紹介する。
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Synthesis of highly-selective fibrous adsorbent by introducing 2-ethylhexyl hydrogen-2-ethylhexylphosphonate for scandium adsorption
保科 宏行; 植木 悠二; 佐伯 誠一; 瀬古 典明
International Journal of Organic Chemistry, 4(3), p.195 - 200, 2014/09
2-Ethylhexyl hydrogen-2-ethylhexylphosphonate (EHEP) is commonly used as a metal extractant because it has a particular affinity for rare-earth metals like Scandium (Sc). To develop a highly-selective polymeric adsorbent of Sc(III), EHEP was introduced as a functional group onto a polyethylene fabric with radiation-induced graft polymerization (RIGP). The adsorption performances for Sc(III) were evaluated in aqueous solutions containing Sc(III) and Fe(III) by a column test. The adsorption capacities of Sc(III) and Fe(III) until the bed volume reached 5000 were 5.22 and 0.12 mg/g, respectively. The adsorbents showed 44 times higher Sc(III) adsorption capacity than that of Fe(III). These results indicated that the grafted adsorbent containing EHEP had an extremely high selectivity for Sc(III) adsorption.
83
Seven-year history of vertical hydraulic diffusivity related to excavation around an underground facility
宮川 和也; 野原 壯; 常盤 哲也; 山崎 雅則*
International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 70, p.332 - 342, 2014/09
地下施設の掘削により比較的大量の地下水が排水されることによって、岩盤中の透水性などの水理パラメーターが影響を受ける可能性が考えられる。本研究では、幌延深地層研究所において観測された大気圧と間隙水圧の長期間の観測記録を用いて透水性の経時変化を得るために、スペクトル解析を行った。本研究により、地下施設の掘削が周囲の帯水層へ影響を与え、鉛直方向の水頭拡散率を低下させていることが明らかになった。地下施設から約130m離れた距離では、地下施設の掘削開始から5年間で約70%の水頭拡散率の低下が観測された。また、地下施設から約860mの距離では、間隙水圧の記録には大きな変化が見られていないものの、約26%の水頭拡散率の低下が観測された。これらの結果は、地下水が移動しにくくなる傾向を示しており、地層処分の長期安定性に関して、安全側の評価が示された。
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Local structure analysis of BaTiO$$_3$$ and KNbO$$_3$$ solid solution
米田 安宏; 小原 真司*; 熊田 伸弘*; 和田 智志*
Japanese Journal of Applied Physics, 53(9S), p.09PD01_1 - 09PD01_5, 2014/09
チタン酸バリウム(BaTiO$$_3$$, BT)とニオブ酸カリウム(KNbO$$_3$$)は共にペロブスカイト構造を有する 強誘電体でほぼ同じ逐次相転移を起こすことが知られている。スレーターモードとして知られるBサイトイオンのオフセンターシフトを分極発現機構に持つBTに対し、アクセモードと呼ばれるBサイトイオンを含む八面体の回転モードを分極発現機構に持つKNはBサイトのNbと酸素の相関が非常に強く、Nbサイトのネットワークがペロブスカイト構造を形成している。BTとKNは同じペロブスカイト構造を有していながら、局所的には異なるネットワーク構造で形成されている。このように、異なるネットワーク構造を持つ物質で混晶を作製した場合、どのような局所構造が現れるのか、興味が持たれる。BT-KN混晶の高エネルギーX線回折とBa-L3吸収端XAFSを行い、局所構造解析を行った。BTとKNは局所構造に類似性が認めら れるが、固溶化が進むにつれて局所構造が変調 を受けることがわかった。その局所構造の変調の原因として、ドメインサイズの微小化によってドメイン内部の強誘電的な相関が弱められたことが考えられる。
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日本原子力研究開発機構図書館における福島原子力事故関連情報アーカイブ化への道のり
權田 真幸; 池田 貴儀; 長屋 俊
情報の科学と技術, 64(9), p.357 - 360, 2014/09
東日本大震災発災後の日本原子力研究開発機構図書館の状況と、3.11原子力事故参考文献情報やTwitterによる情報発信など、東京電力福島第一原子力発電所事故に関するこれまでの取組みを紹介するともに、福島原子力事故関連情報アーカイブ化の活動とその特徴について述べる。
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4次元データにおける特徴領域探索のための2次元可視化
宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 喜雄; 井戸村 泰宏; 武宮 博
情報処理学会論文誌, 55(9), p.2216 - 2224, 2014/09
数値シミュレーションでは、ある変量軸を設定して計算し、その変量の変化に応じて結果が変化する様子を観察することが行なわれる。対象となるモデルが3次元である場合、シミュレーション結果は4次元となる。このような4次元以上の多次元データの解析は、空間軸と変量軸で構成された多次元空間内を精査して特徴領域を特定する必要がある。しかし、多次元かつ大規模な対象データから特徴領域を探し出す作業は、膨大な手間と時間を要する。さらにすべての特徴領域を見逃しなく発見することは困難である。本研究では、4次元データから特徴領域を発見するために、動画像解析技術である時空間画像を応用した2次元可視化手法を提案する。具体的には、8分木構造を用いて空間軸を作成し、その軸と垂直に変量軸を作成することで4次元データを2次元画像として可視化する。実際に提案手法を原子力施設の耐震シミュレーション結果と固有値解析シミュレーション結果に適用し、応力値が相対的に高い領域の発見や、周波数ごとに影響を受ける領域の探索を実施した。その結果、提案手法を用いることで複雑かつ大規模な4次元データから特徴領域を効率的に発見できることを確認した。
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A High-precision calculation method for interface normal and curvature on an unstructured grid
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大野 修司; 上出 英樹; 大島 宏之
Journal of Computational Physics, 273, p.38 - 53, 2014/09
In the volume-of-fluid algorithm, the calculations of the interface normal and curvature are crucially important for accurately simulating interfacial flows. In this paper, the authors develop a height function method that works appropriately on an unstructured grid. In the process, the definition of the height function is discussed, and the high-precision calculation method of the interface normal is developed to meet the necessary condition for a second-order method. The curvature calculation method is also discussed and the approximated quadric curve of an interface is employed to calculate the curvature. Following a basic verification, the developed height function method is shown to successfully provide superior calculation accuracy and highly reduced computational cost compared with conventional calculation methods in terms of the interface normal and curvature.
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Predicting the long-term $$^{137}$$Cs distribution in Fukushima after the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident; A Parameter sensitivity analysis
山口 正秋; 北村 哲浩; 小田 好博; 大西 康夫*
Journal of Environmental Radioactivity, 135, p.135 - 146, 2014/09
福島第一原子力発電所事故後のセシウム137($$^{137}$$Cs)の長期分布予測を試行した。本研究では、USLE(土壌流亡予測式)と簡易的な水理公式を併用した土壌およびセシウム移行モデルを適用して福島におけるセシウムの長期分布予測を行った。本モデルは、土壌侵食、土砂移動および堆積モデル、およびセシウムの移行モデルとその将来分布モデルにより構成される。観測値等の得られていないパラメータについては、感度解析を実施し、パラメータの不確実性に起因する結果の幅を示した。本試行により、ほぼすべての解析ケースにおいて、河川流域内への砂の顕著な堆積傾向が示された一方、シルトや粘土については大半が河口まで運搬されることが示された。一方、侵食・運搬される土砂$$^{137}$$Csの量については、土地利用や地形、降雨に関わるパラメータに起因するケース毎のばらつきがみられた。これに対し、運搬される土砂中の$$^{137}$$Cs濃度はこうしたパラメータの設定に関わらず、流域毎にほぼ一定の値を示すことが示された。このことは、$$^{137}$$Csの移動には、土砂の侵食・運搬量と、セシウムの沈着量の寄与が大きいことを示唆する。
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Unsteady wall pressure characteristics of a 90 degree elbow in high Reynolds numbers
岩本 幸治*; 山野 秀将
Journal of Fluid Science and Technology (Internet), 9(3), p.JFST0055_1 - JFST0055_13, 2014/09
曲率が内径と一致(125mm)する90$$^{circ}$$エルボ管の壁圧計測を行った。ここで得た規格化圧分布変動とレイノルド数3,250,000における白石ら(2006)の結果とは動圧の0.02以内で一致したことを示した。ストローハル数0.5の最大強度は白石らが実験で設定した(2011年山野ら)使用と定性的に一致し力学的相似則が振動に関して適用できることを示唆した。圧力変動の相互相関はストローハル数0.5の圧力変動は平面波としてバルク速度で伝播することを示した。
90
Investigation of potential conjugate adsorbent for efficient ultra-trace gold(III) detection and recovery
Awual, M. R.
Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(5), p.3493 - 3501, 2014/09
A novel conjugate adsorbent was developed for simultaneous Au(III) detection and recovery from urban mining waste. This adsorbent has the large surface are to volume ratios and uniformly shaped pores in the nanostructures in its cage cavities. Therefore, the conjugate adsorbent permitted to fast and specific Au(III) ions capturing via a colorimetric naked eye visualization based on stable complexation mechanism. The detection limit and sorption capacity of the novel adsorbent at optimum conditions was 0.22 $$mu$$g/L and 183.42 mg/g, respectively. The design in such novel adsorbent offered a simple procedure for ultra trace Au(III) detection and recover without using highly sophisticated instruments.
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Preparing of novel fibrous ligand exchange adsorbent for rapid column-mode trace phosphate removal from water
Awual, M. R.; Shenashen, M. A.*; 城 昭典*; 塩飽 秀啓; 矢板 毅
Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(5), p.2840 - 2847, 2014/09
We developed a potentially high performance adsorbent for sustainable treatment of soluble inorganic trace phosphate from water by zirconium(IV) loaded bifunctional fibers. In the presence of common chloride and sulfate, phosphate adsorption was not adversely affected but slightly enhanced due to coion and Donnan invasion mechanism. Trace phosphorus (0.0143 mM) was also removed in presence of relatively high amounts of competing anions at high feed flow rate. In competitive arsenate and phosphate adsorption, this novel adsorbent slightly preferred phosphate to arsenate. The adsorbent is reversible and keeps remaining functionality to further reuse in many cycles.
92
Thermal expansion of PuO$$_{2}$$
内田 哲平; 砂押 剛雄*; 小無 健司*; 加藤 正人
Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.281 - 284, 2014/09
アクチニド酸化物の物性評価を試験とシミュレーション計算により行っている。熱膨張は分子動力学(MD)法により物性値計算を行うために重要なデータである。本研究ではPuO$$_{2}$$の熱膨張について試験とMD法により評価を行った。試験では95%TDのPuO$$_{2.00}$$のペレットを使用し、熱膨張計により300-1923Kの範囲で熱膨張測定を行った。MD法では、部分イオンモデルのBorn-Mayer-HugginsポテンシャルにMorseポテンシャルを加えた原子間ポテンシャルを使用して、300-2800Kの範囲で格子定数を計算し、格子定数から熱膨張を評価した。熱膨張測定結果とMD法による熱膨張はよく一致しており、両データから300-2800Kの範囲におけるPuO$$_{2}$$の熱膨張評価式を導出した。
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Effects of irradiation induced Cu clustering on vickers hardness and electrical resistivity of Fe-Cu model alloys
飛田 徹; 中川 将*; 武内 伴照; 鈴木 雅秀; 石川 法人; 知見 康弘; 齋藤 勇一; 曽根田 直樹*; 西田 憲二*; 石野 栞*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.241 - 247, 2014/09
圧力容器鋼に含まれる不純物Cuの析出は、材料の照射脆化(照射硬化)の要因の一つである。本研究では、Fe-Cuモデル合金を用いて電子線照射試験を行い、機械的特性の指標となるビッカース硬さの増加と、材料内部の状態変化に敏感な電気抵抗率の低下を測定し、両者に良い相関があることを明らかにした。また、3DAPによる析出物の観察を行った結果、硬さの増加及び電気抵抗率の低下のメカニズムを析出物の体積分率を用いることで説明できることがわかった。これらのことから、電気抵抗率の測定により照射硬化を評価できる可能性が示唆された。
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Properties of tritium/helium release from hot isostatic pressed beryllium of various trademarks
Chekushina, L.*; Dyusambaev, D.*; Shaimerdenov, A.*; 土谷 邦彦; 武内 伴照; 河村 弘; Kulsartov, T.*
Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.41 - 45, 2014/09
金属ベリリウム(Be)は、低原子番号及び質量、熱中性子に対する低捕獲断面積、良い弾性散乱特性を有していることから、原子炉構造材料として、試験研究炉では減速材や反射材として利用されている。実際、金属Beを用いた原子炉は世界中に多く存在し、原子力開発の初期段階から試験研究炉で多くの金属Beが使用されている。一方、中性子照射場での使用において、金属Beは機械的特性に影響するとともに、核反応により材料中にトリチウムガス等を生成する。本研究は、金属Be製中性子反射体の長寿命化を検討のため、異なった製法の金属Beについて、カザフスタン共和国にあるWWR-K炉を用いて照射試験を行い、TDS法によりトリチウム及びヘリウムの放出特性を調べた。その結果、従来使用されているS-200Fと他の2種類の金属Be(S-65H及びI-220H)の放出挙動が異なることが明らかとなった。
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Verification of the FBR fuel bundle-duct interaction analysis code BAMBOO by the out-of-pile bundle compression test with large diameter pins
上羽 智之; 伊藤 昌弘*; 根本 潤一*; 市川 正一; 勝山 幸三
Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.552 - 556, 2014/09
バンドル-ダクト相互作用(BDI)解析コードBAMBOOを、太径ピンの炉外バンドル圧縮試験の結果を用いて検証した。太径ピンの外径は8.5mmと10.4mmであり、原型炉の高度化炉心とFaCTで検討している実証炉や実証炉のピン径に相当する。バンドル圧縮試験では、X線-CT技術により圧縮中のバンドルの横断面CT画像を取得した。このCT画像を解析し、ピン-ダクト間距離やピン-ピン間距離を評価した。検証ではBAMBOOコードの炉外バンドル圧縮試験解析結果とCT画像解析による評価結果とを比較した。比較の結果、BAMBOOコードは、ピン湾曲と被覆管の変形をBDI条件下での主要な変形機構と仮定することにより、太径ピンのBDI挙動を適切に予測できることが分かった。
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Effect of neutron irradiation on the mechanical properties of weld overlay cladding for reactor pressure vessel
飛田 徹; 宇田川 誠; 知見 康弘; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄
Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.61 - 68, 2014/09
原子炉圧力容器の内面には、母材の耐食性を確保するため厚さが約5mmのステンレス鋼で肉盛溶接(ステンレスオーバーレイクラッド、以下、クラッドと呼ぶ。)が施工されている。加圧熱衝撃事象時の健全性評価においては、原子炉圧力容器内面の母材または溶接金属に表面き裂を想定し、脆性破壊の発生を判定する。健全性評価の精緻化のためにクラッド部を含めた評価を検討するには、中性子照射後のクラッドの機械的特性を把握する必要がある。本研究では、クラッド材を用いて高照射量領域まで中性子照射試験を行い、破壊靱性値等の機械的性質の変化について評価を行った。クラッド材の降伏応力と引張強さは中性子照射により増加し、シャルピー遷移温度は上昇した。中性子照射による弾塑性破壊靱性値の低下は少ないことを明らかにした。
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Uncertainty assessment of neutron resonance transmission analysis using the linear absorption model
北谷 文人; 原田 秀郎; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 瀬谷 道夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(9), p.1107 - 1113, 2014/09
Neutron resonance densitometry (NRD) has been proposed to quantify nuclear materials in particle-like debris of melted spent nuclear fuel formed in severe nuclear reactor accidents. NRD proposed here is a hybrid of neutron resonance transmission analysis and neutron resonance capture analysis using a pulsed neutron generator and the neutron time-of-flight technique. In this study, the effects of impurities and sample thickness on the measurement statistical uncertainty were examined using a linear absorption model.
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Experimental studies on the upward fuel-discharge for elimination of severe recriticality during core-disruptive accidents in sodium-cooled fast reactors
神山 健司; 小西 賢介; 佐藤 一憲; 豊岡 淳一; 松場 賢一; Zuyev, V. A.*; Pakhnits, A. V.*; Vityuk, V. A.*; Vurim, A. D.*; Gaidaichuk, V. A.*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(9), p.1114 - 1124, 2014/09
Recently, a design option which leads molten fuel to upward discharge has been considered to minimize technical difficulties for practical application to JSFR. In the present study, a series of experiments which consisted of three out-of-pile tests and one in-pile test were conducted to investigate effectiveness of the upward discharge option on eliminating energetics potential. Experimental data which showed a sequence of upward fuel-discharge and effects of initial pressure conditions on upward-discharge were obtained through the out-of-pile and in-pile test. Preliminary extrapolation of the present results to the supposed condition in early phase of the CDA in the JSFR design, suggested that sufficient upward flow rate of molten-fuel was expected to prevent the core-melting from progressing beyond the fuel subassembly scale and that the upward discharge option would be effective in eliminating the energetic potential.
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Evaluation of fracture resistance of ruptured, oxidized, and quenched Zircaloy cladding by four-point-bend tests
大和 正明; 永瀬 文久; 天谷 政樹
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(9), p.1125 - 1132, 2014/09
軽水炉燃料のLOCA条件及びLOCA後の冷却条件での耐破断性能を評価するために、破裂,高温酸化,急冷させた未照射ジルカロイ被覆管に対する4点曲げ試験を行った。曲げ試験手法は、破裂領域に対して均一な曲げモーメントが働くよう、破裂側に引張応力が働くように設計した。破断時曲げモーメントは酸化量だけでなく、酸化温度や水素濃度の増大に伴って減少した。設計基準地震動から予想される曲げモーメントとの比較から、高温での酸化量が15%ECR、すなわち我が国のLOCA基準以下であれば、LOCA後の冷却時に地震があった場合にも被覆管は破断しないと考えられる。
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An Investigation on debris bed self-leveling behavior with non-spherical particles
Cheng, S.; 田上 浩孝; 山野 秀将; 鈴木 徹; 飛田 吉春; 竹田 祥平*; 西 津平*; 錦戸 達也*; Zhang, B.*; 松元 達也*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(9), p.1096 - 1106, 2014/09
Studies on debris bed self-leveling behavior with non-spherical particles are crucial in the assessment of actual leveling behavior that could occur in core disruptive accident of sodium-cooled fast reactors. Although in our previous publications, a simple empirical model (based model), with its wide applicability confirmed over various experimental conditions, has been successfully advanced to predict the transient leveling behavior, up until now this model is restricted to calculations of debris bed of spherical particles. Focusing on this aspect, in this study a series of experiments using non-spherical particles was performed within a recently-developed comparatively larger-scale experimental facility. Based on the knowledge and data obtained, an extension scheme is suggested with the intention to extend the base model to cover the particle-shape influence. Through detailed analyses, it is found that by coupling this scheme, good agreement between experimental and predicted results can be achieved for both spherical and non-spherical particles given current range of experimental conditions.
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Intensity of diffracted X-rays from biomolecules with radiation damage caused by strong X-ray pulses
甲斐 健師; 徳久 淳師*; 森林 健悟; 福田 祐仁; 河野 秀俊; 郷 信広*
Journal of the Physical Society of Japan, 83(9), p.094301_1 - 094301_5, 2014/09
X線自由電子レーザー(XFEL)を利用した新たな単分子立体構造解析法が注目されており、この手法を実現するための最適条件の解明が期待されている。しかし、この手法では高強度のレーザーを使用するために、生じる分子の損傷が問題となる。本研究では単分子の損傷を考慮した上で、XFEL照射により得られる単分子の回折イメージング強度を様々な照射条件下において計算し、単分子立体構造解析を実現するために必要な照射条件について検討した。照射条件としてXFELの強度,エネルギー,パルス幅及び標的サイズをパラメータとし、標的を球状クラスターとした計算コードの開発を行った。本研究の成果により、XFEL照射による単分子の回折イメージング強度は入射X線のエネルギーが増加するとわずかに増加し、単分子の半径が400オングストローム以上になると照射強度に概ね比例することが分かった。XFEL照射条件を強度3$$times$$10$$^{19}$$photons/mm$$^{2}$$、パルス幅1fs、エネルギー15.5keV、及び標的半径500オングストローム以上であると、単分子立体構造解析を行うための十分な回折イメージング強度が得られ、最適条件の存在が示された。
102
Impurity effects in a two-dimensional topological superconductor; A Link of $$T_{rm c}$$-robustness with a topological number
永井 佑紀; 太田 幸宏; 町田 昌彦
Journal of the Physical Society of Japan, 83(9), p.094722_1 - 094722_5, 2014/09
銅酸化物高温超伝導体に代表される非従来型超伝導体は、様々な産業への応用が期待され世界中で盛んに研究されている。特に、従来とは異なった電磁応答や熱応答を示すトポロジカル超伝導体と呼ばれるカテゴリー群が注目を集めている。そこで、本論文では、トポロジカル超伝導体に非磁性不純物の存在に対してどの程度堅牢かを理論的に調べた。なお、上記課題の解決にあたり、トポロジカル超伝導体を特徴付けるトポロジカル量を数値的に精度よく計算する方法を開発し、トポロジカル数と不純物耐性の間に関係があることを突き止めた。本論文では、強磁性体と超伝導体を組み合わせたナノ半導体構造体上で実現されるトポロジカル超伝導体を調べた結果を報告する。これらの結果は、超伝導体の基礎特性を明らかにするのみならず、良い特性を持つデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。
103
Anomalous behavior of the magnetization process of the $$S$$ =1/2 kagome-lattice Heisenberg antiferromagnet at one-third height of the saturation
中野 博生*; 坂井 徹
Journal of the Physical Society of Japan, 83(10), p.104710_1 - 104710_7, 2014/09
$$S$$=1/2カゴメ格子反強磁性体の磁化過程について数値対角化により研究した。我々は42スピン系の完全な磁化曲線を計算することに成功した。その結果、磁化3分の1に現れる臨界的な振る舞いが、従来の二次元系の磁化プラトーとは異なることが明らかとなった。
104
異なる陸域解析モデルによる福島第一原子力発電所事故に起因する$$^{137}$$Cs流出率の比較
北村 哲浩; 今泉 圭隆*; 山口 正秋; 油井 三和; 鈴木 規之*; 林 誠二*
環境放射能除染学会誌, 2(3), p.185 - 192, 2014/09
福島第一原子力発電所の事故に起因して福島の地表に降下した放射性セシウムについて、日本原子力研究開発機構と国立環境研究所で独立に開発した陸域解析モデルSACTおよびG-CIEMSを用いて、河川を通じて河口域に到達する年間流出率を解析した結果を比較検討した。対象河川は規模および流域の放射性セシウム沈着量を考慮し、阿武隈川、請戸川、新田川の3水系とした。その結果、モデルの構成内容や用いた仮定に異なる点があるものの、地表からの年間流出率は1%に満たないことが両モデルで試算された。
105
Site occupancy of interstitial deuterium atoms in face-centred cubic iron
町田 晃彦; 齋藤 寛之; 杉本 秀彦*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 遠藤 成輝*; 片山 芳則; 飯塚 理子*; 佐藤 豊人*; 松尾 元彰*; et al.
Nature Communications, 5, p.5063_1 - 5063_6, 2014/09
鉄と水素との反応は水素脆性などな材料科学の問題や、地球内核の鉄中の水素の有無なども地球科学の問題を考える上で重要であり、広く興味が持たれている。鉄は高温高水素圧力下において水素化物を形成するが、常温常圧では不安定であるため、水素化物の形成過程や状態を観測するには高温高圧力下でその場観察を行う必要がある。本研究ではJ-PARC/MLFのBL11 PLANETを利用して高温高圧力下中性子回折実験を実施し、鉄の重水素化過程および面心立方晶構造の鉄重水素化物における重水素原子の占有位置と占有率の決定を行い、これまで考えられていた八面体サイトだけでなく四面体サイトの一部も重水素原子が占有することを世界で初めて明らかにした。さらに量子力学的計算に基づいて二つのサイトを占有するメカニズムについて考察を行った。
106
粒子ベースボリュームレンダリングを利用した遠隔可視化システム
河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博
日本シミュレーション学会論文誌, 6(2), p.15 - 26, 2014/09
遠隔地にあるスーパーコンピュータシステム上で計算された大規模データに対して対話的な可視化を可能にする、粒子ベースボリュームレンダリング(PBVR)を利用した遠隔可視化システムを提案する。このシステムはクライアント・サーバ型のスタイルを採用し、PBVRに必要とされる可視化用の中間処理(粒子データの生成)をスーパーコンピュータ上で実行し、クライアントマシンに可視化用データを転送することで、対話的なボリュームレンダリングを行うことが可能である。PBVRは粒子数が描画する画素数によって決まるため、大規模ボリュームデータに対してデータ転送量を大幅に削減でき、粒子データを利用することで高いフレームレートが実現できる。このシステムではサーバマシンとしてGPGPUクラスタを使用し、MPIとCUDAのハイブリッドなプログラミングモデルを用いる。粒子データの生成処理はCPUによる手法と比較して2桁高速化され、要素数約108の構造格子と非構造格子を数秒で処理できる。システムの全体性能を商用の可視化ソフトウェアと比較し、2桁以上の可視化時間の短縮を達成した。
107
エネルギーと原子力に関する定期意識調査; 首都圏住民
篠田 佳彦; 土田 昭司*; 木村 浩*
日本原子力学会和文論文誌, 13(3), p.94 - 112, 2014/09
福島第一原子力発電所(福島事故)は多くの人々の原子力発電所の安全に関する意識を大きく変えた。これからの日本のエネルギー選択における議論の際には、多くの人々の原子力に対する態度を把握しておくことが重要だ。日本原子力学会では、東京駅を中心とした30km圏内居住者から500名を抜き出したアンケート意識調査を毎年実施している。これらの調査の目的は、公衆の原子力に対する態度の動向を評価することにある。著者らは、日本原子力学会の社会環境部会の下に設けられたデータ管理ワーキンググループのメンバーとして、アンケート票の設計や調査結果データベースの管理を行っている。我々は、これらの毎年実施している調査から、福島事故後に公衆の原子力に対する態度が激変したことを確認した。特に、福島事故後に人々の原子力に対する関心(心配)は高まり、少なくない多数の人々が将来の原子力利用に対して疑いを持ち始めた。
108
もんじゅの過去・今・これから
向 和夫; 荒井 眞伸; 伊藤 和寛; 大川内 靖
日本原子力学会誌, 56(9), p.554 - 560, 2014/09
エネルギー基本計画で、「もんじゅ」を進めることが改めて明確になった。しかし、その運転再開時期については、いまだに不透明のままである。「もんじゅ」をめぐる現場は今、どうなっているのか。一方で、日米原子力協力協定の改定が2018年に迫り、この時までに「もんじゅ」が運転を再開していなければ、日本に認められている核燃料サイクル政策の実行に悪影響を及ぼす可能性があるとも言われている。これらにどう対処していけばよいのか。東京工業大学の澤田哲生氏と「もんじゅ」の技術者で議論を行った。
109
ナトリウム冷却高速炉の高温側1次主冷却系統合解析モデルの整備
田中 正暁; 高屋 茂; 藤崎 竜也*
日本機械学会関東支部茨城講演会2014講演論文集, p.203 - 204, 2014/09
ナトリウム冷却高速炉の原子炉容器内上部プレナム部とホットレグ配管を統合した解析モデルを整備し、非定常流動解析を実施するとともに、流動解析結果を境界条件として流力振動解析を行う連携手法を整備した。構造応答解析の結果、定性的には既往知見と整合する結果が得られ、実機評価への適用可能性の見通しを得た。今後、定量的に妥当な評価結果を得るべく、解析モデルおよび解析手法を高度化していく。
110
Current status of the "Hybrid Kurotama model" for total reaction cross sections
Sihver, L.*; 小濱 洋央*; 飯田 圭*; 親松 和浩*; 橋本 慎太郎; 岩瀬 広*; 仁井田 浩二*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 334, p.34 - 39, 2014/09
物質中を通過する際の核反応の発生確率や生成するフラグメントの量は、核子-原子核および原子核-原子核間の全反応断面積により与えられる。そのため、加速器施設における遮へい設計や粒子線治療における線量評価等を目的とした粒子や重イオンの輸送計算においては、これらの全反応断面積を精度よく計算できるモデルが重要な役割を果たす。黒玉モデルは、原子核を完全に粒子を吸収する黒体と仮定し、陽子-原子核の散乱データからその半径を系統的に評価することで、様々な原子核の全反応断面積を計算するモデルである。しかし、この仮定は数100MeV/u以下のエネルギー領域では満たされず、実験データを再現しないという問題があった。本研究では、低エネルギー領域をTripathiらの半経験的モデルで与える"ハイブリッド黒玉モデル"を新たに開発した。このハイブリッド黒玉モデルにより、陽子-He、陽子-原子核、原子核-原子核間の全反応断面積を評価し、これらの反応の実験データとの比較を行った。その結果、他の従来モデルと比べて幅広いエネルギー領域で実験データの再現性が高くなり、粒子輸送計算で利用する全反応断面積モデルとして非常に有効であることがわかった。
111
Heterophase fluctuations near $$T_{rm c}$$ in the relaxor ferroelectrics (1-x)Pb(Zn$$_{1/3}$$Nb$$_{2/3}$$)O$$_{3}$$-xPbTiO$$_{3}$$ ($$x$$ = 0.09) studied by X-ray diffuse scattering and coherent X-ray scattering
大和田 謙二; 水木 純一郎*; 松下 三芳*; 並河 一道*
Physical Review B, 90(10), p.104109_1 - 104109_12, 2014/09
X線散漫散乱法とコヒーレントX線散乱法を相補利用し、リラクサー強誘電体91%Pb(Zn$$_{1/3}$$Nb$$_{2/3}$$)O$$_{3}$$-9%PbTiO$$_{3}$$の強誘電相転移(455K)を調べ、その近傍でヘテロ相ゆらぎが発生していることを明らかにした。ヘテロ相ゆらぎは強誘電相転移(1次相転移)の前駆現象であるばかりでなく、低周波誘電応答の起源とも考えられる。
112
Impedance of a ceramic break and its resonance structures
菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*; 高田 耕治*
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(9), p.091001_1 - 091001_41, 2014/09
A new theory is developed to evaluate longitudinal and transverse impedances of any size of ceramic break that is sandwiched between metal chambers. The theory has been numerically compared with the codes ABCI and CST studio. Excellent agreements are obtained with both codes, in particular with ABCI. The theory successfully reproduces resonance structures of the impedance due to trapped modes inside the ceramic break, which are enhanced by the difference of the dielectric constants between the ceramic and the surrounding space. Moreover, the theory can evaluate the impedance of the ceramic break with Titanium Nitride coating. We discuss several characteristics of the impedances, especially the difference between the impedances of the ceramic break covered with and without a conductive wall on its outer surface.
113
Optimization of electrode shape for stripline beam position monitors
菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(9), p.092801_1 - 092801_8, 2014/09
The exponentially tapered beam position monitor (BPM) has been proposed by Linnecar to produce a flat and wide-band frequency response for beam position signals. However, it still has a large ringing fluctuation on the amplitude of the transfer function. This paper aims at improving the overall characteristics of the transfer function. With the help from the window function theory, we investigate the correlation between the shape of the electrode and the resulting transfer function. Finally, we propose a polynomial shape for the electrode that provides a much flatter response function. Three-dimensional results using the CST STUDIO are also presented to demonstrate the validity of the polynomial shape even in more realistic conditions.
114
Neutron spectroscopic factors of $$^{55}$$Ni hole-states from (p,d) transfer reactions
Sanetullaev, A.*; Tsang, M. B.*; Lynch, W. G.*; Lee, J.*; Bazin, D.*; Chan, K. P.*; Coupland, D.*; Hanzl, V.*; Hanzlova, D.*; Kilburn, M.*; et al.
Physics Letters B, 736, p.137 - 141, 2014/09
$$^{55}$$Niの1/2$$^+$$状態は二重閉殻核$$^{56}$$Niの中性子s$$_{1/2}$$軌道が空となった一空孔状態が支配的であると考えられ、したがってその状態の性質は不安定核の殻構造を知る上で重要な情報となる。本論文では、$$^{55}$$Niの1/2$$^+$$状態における一空孔状態の割合となる分光学的因子を測定し、その値を最新の理論計算と比較した結果を報告した。実験はミシガン州立大学の超伝導サイクロトロンを用い、$$p$$($$^{56}$$Ni, $$^{55}$$Ni)$$d$$反応によって調べた。実験の解析の結果、s$$_{1/2}$$の一空孔状態が支配的な1/2$$^+$$状態は3.18MeVに現れ、その分光学的因子は1.0$$pm$$0.2であることがわかった。発表代表者が行った殻模型計算では対応する状態の励起エネルギーが3.75MeVで分光学的因子が1.21と実験値を比較的よく再現するのに対し、グリーン関数による第一原理計算では分光学的因子は1.10と良いものの、励起エネルギーが11.5MeVと実験値からの大きなずれが見られた。
115
ICRP Publication 116; The First ICRP/ICRU application of the male and female adult reference computational phantoms
Petoussi-Henss, N.*; Bolch, W. E.*; Eckerman, K. F.*; 遠藤 章; Hertel, N.*; Hunt, J.*; Menzel, H. G.*; Pelliccioni, M.*; Schlattl, H.*; Zankl, M.*
Physics in Medicine and Biology, 59(18), p.5209 - 5224, 2014/09
様々な放射線による外部被ばくに対して、フルエンスあたりの臓器吸収線量、実効線量の換算係数データ集ICRP Publication 116(ICRP116); "外部放射線被ばくに対する放射線防護量のための換算係数"を取りまとめた。ICRP116はこれまで用いられてきたICRP74に置き換わるもので、放射線の種類及びエネルギー範囲を拡張したデータ集である。換算係数は、標準の成人男性及び女性を表したICRP/ICRUコンピュータファントムとファントム中における放射線の挙動を模擬するモンテカルロコードを用いて計算され、様々な方向からの平行ビーム、回転ビーム、等方照射等による全身の照射に対して提供されている。実効線量の換算係数を、放射線モニタリングに使われている実用量の換算係数と比較した結果、実用量は光子,中性子,電子に対して、ICRP74で考慮されていたエネルギー範囲においては実効線量の評価に適用できるが、それ以上のエネルギーでは実効線量を適切に評価できないことが分かった。
116
Impact of higher-order flows in the moment equations on Pfirsch-Schl$"u$ter friction coefficients
本多 充
Physics of Plasmas, 21(9), p.092508_1 - 092508_10, 2014/09
In fusion plasmas, the impact of the higher-order flows in the moment approach of the neoclassical transport theory on an estimate of the friction coefficients is examined multilaterally. Their effects have not been consistently taken into account thus far in the widely used neoclassical transport codes based on the moment equations when diffusivities are calculated in the collision-dominated Pfirsch-Schl$"u$ter regime. Due to the matrix element expressions applicable to arbitrary mass and temperature ratios and the rigorous way of numerically calculating the higher-order flows and the resultant friction coefficients, it is clearly revealed that incorporating the higher-order flow effects precisely is of great importance especially for plasmas including multiple hydrogenic ions and other lighter species with similar masses.
117
Hydrogen absorption/desorption behavior through oxide layer of fuel claddings under accidental conditions
坂本 寛*; 柴田 裕樹; 宇根 勝巳*; 大内 敦*; 青見 雅樹*; 倉田 正輝
Proceedings of 2014 Water Reactor Fuel Performance Meeting/ Top Fuel / LWR Fuel Performance Meeting (WRFPM 2014) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2014/09
水素吸収・放出に対する燃料被覆管に形成されている酸化膜の影響を調べるために、1073-1473Kの温度範囲の高温水蒸気で腐食させた被覆管外周表面の水素濃度の深さ分布を調べた。その結果、被覆管表面に形成された酸化膜は酸化に対しては保護膜となるのに対し、水素に対してはもはや保護膜にはならないことが示唆された。
118
Study on the effect of phosphorous concentration on intergranular corrosion of stainless steel in boiling nitric acid solution
上野 文義; 小松 篤史; 五十嵐 誉廣; 山本 正弘
Proceedings of European Corrosion Congress 2014 (EUROCORR 2014) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/09
本報告では、沸騰硝酸中でのステンレス鋼の粒界腐食挙動を理解するため、粒界での微量のリン偏析が粒界腐食進展に及ぼす影響について検討した。超高純度310ステンレス合金(310EHP)にリンを添加し、硝酸中で腐食試験を行うとともに、粒界のリン濃度を3次元アトムプローブを用いて分析した。粒界のリンの分布と粒界腐食進展関係を調べるためにセルオートマトン法を用いた計算解析を行った。その結果、リンが約1.4at%程度に偏析することによって粒界腐食が顕著になることを明らかにした。また、開発した計算解析法により、リン分布の影響による粒界腐食の変化を再現できることを示した。
119
Effects of nuclear data library and ultra-fine group calculation for large size sodium-cooled fast reactor OECD benchmarks
久語 輝彦; 杉野 和輝; 植松 眞理 マリアンヌ; 沼田 一幸*
Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 12 Pages, 2014/09
本論文は、大型高速炉核特性に関するOECDベンチマーク問題に対して、核データライブラリの効果および超詳細群計算の効果を分析した結果をまとめたものである。臨界性について、JENDL-4.0とJEFF-3.1の差は約0.4%、JENDL-4.0とENDF/B-VII.1の差は約-0.1%であった。感度解析の結果、JENDL-4.0とENDF/B-VII.1の差は、$$^{240}$$Pu捕獲、$$^{238}$$U非弾性散乱および$$^{239}$$Pu核分裂反応によるものであった。JENDL-4.0とJEFF-3.1の差は、$$^{23}$$Na非弾性散乱、$$^{56}$$Fe非弾性散乱、$$^{238}$$Pu核分裂、$$^{240}$$Pu捕獲、$$^{240}$$Pu核分裂、$$^{238}$$U非弾性散乱および$$^{239}$$Pu核分裂反応よるものであった。ナトリウムボイド反応度については、JEFF-3.1およびENDF/B-VII.1は、JENDL-4.0に比べて約8%の過小評価であった。JENDL-4.0とENDF/B-VII.1の差は、$$^{23}$$Na弾性散乱、$$^{23}$$Na非弾性散乱および$$^{239}$$Pu核分裂反応によるものであった。JENDL-4.0とJEFF-3.1の差は、$$^{23}$$Na非弾性散乱反応によるものであった。超詳細群計算の効果は、ナトリウムボイド反応度を約2%大きくさせることが分かった。
120
Development and verification of three-dimensional Hex-Z burnup sensitivity solver based on generalized perturbation theory
横山 賢治
Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 11 Pages, 2014/09
汎用解析フレームワークMARBLE上において、一般化摂動論に基づく燃焼感度解析ソルバーを開発した。新しいソルバーは、燃焼により核変換した燃料組成(原子数密度)に対する核データの感度係数を拡散理論に基づく2次元R-Z体系だけでなく3次元Hex-Z体系においても計算することができる。また、この論文では、一般化摂動論の各項の結果を確認するための「項別直接計算」と名付けられた新しい検証方法を提案する。この新しい検証方法の数値実験を行うことでこの検証方法が有効であることを確認した。更に、2次元と3次元モデルの違いに起因する計算モデル効果を評価するためにサンプル計算結果を示す。
121
IAEA benchmark calculations on control rod withdrawal test performed during Phenix End-of-Life experiments; JAEA's calculation results
高野 和也; 毛利 哲也; 岸本 安史; 羽様 平
Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 13 Pages, 2014/09
2009年に仏Phenix炉のEnd of Life試験において、定格出力時における制御棒の非対称引抜が径方向出力分布に与える影響を目的とする「制御棒引抜試験」が実施された。IAEAのTWG-FR(高速炉技術作業部会)において本試験に対するベンチマーク解析を実施するための共同研究プロジェクト(CRP)が立ち上げられ、CEA, ANL, IGCAR, IPPE, IRSN, JAEA, KIT, PSIから専門家が参加し本CRPを進めている。ここでは原子力機構(JAEA)によるベンチマーク解析結果について述べるとともに、JAEA解析手法が出力分布偏差に対して十分な精度を有していることを示す。また、中性子線及び$$gamma$$線輸送効果を考慮した発熱計算により、径方向ブランケット燃料領域における出力分布解析精度が向上することを示す。
122
IAEA benchmark calculations on control rod withdrawal test performed during Phenix End-of-Life experiments; Benchmark results and comparisons
Pascal, V.*; Prulhi$`e$re, G.*; Vanier, M.*; Fontaine, B.*; Devan, K.*; Chellapandi, P.*; Kriventsev, V.*; Monti, S.*; Mikityuk, K.*; Chenu, A.*; et al.
Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 16 Pages, 2014/09
2009年に仏Phenix炉のEnd of Life試験において、定格出力時における制御棒の非対称引抜が径方向出力分布に与える影響を目的とする「制御棒引抜試験」が実施された。IAEAのTWG-FR(高速炉技術作業部会)において本試験に対するベンチマーク解析を実施するための共同研究プロジェクト(CRP)が立ち上げられ、CEA, ANL, IGCAR, IPPE, IRSN,原子力機構, KIT, PSIから専門家が参加し本CRPを進めている。ここでは、「制御棒引抜試験」の概要及び制御棒非対称引抜に伴う出力分布変化に対する測定結果について述べるとともに、本CRPにて得られた解析結果を基に、測定結果との差及び解析結果同士の差の要因について考察する。
123
Monte Carlo analysis of doppler reactivity coefficient for UO$$_2$$ pin cell geometry
長家 康展
Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 13 Pages, 2014/09
放物線状の温度分布をもつUO$$_2$$ピンセル体系における厳密共鳴弾性散乱のドップラー反応度係数に対する影響を調べるためにモンテカルロ解析を行った。その結果、厳密共鳴弾性散乱は、平坦及び放物線状温度分布のドップラー反応度係数について同様の影響を与えることが分かった。すなわち、$$sim$$16eVから$$sim$$150eVのエネルギー領域の$$^{238}$$Uの共鳴吸収を増大させ、径方向には一様に共鳴吸収を増大させる。それゆえ、以下の結論が厳密及び漸近共鳴弾性散乱モデルのどちらにも当てはまる。Grandiらによって提案された実効燃料温度(等価の平坦温度)の定義はドップラー反応度係数をよく再現する。さらに、燃料領域全体にわたって体積平均した実効燃料温度を用いると、ドップラー反応度係数の参照解を負側に過大評価するが、等体積領域に数分割すると計算値は大きく改善される。
124
Evaluation of OECD/NEA/WPRS benchmark on medium size metallic core SRF by deterministic code system; MARBLE and Monte Carlo code: MVP
植松 眞理 マリアンヌ; 久語 輝彦; 沼田 一幸*
Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 15 Pages, 2014/09
OECD/NEAにおける炉心及び原子炉システム作業部会(WPRS)枠組みにおいて、ナトリウム冷却高速炉(SFR)のベンチマーク解析が実施されている。このOECD/NEA/WPRSベンチマークのうち、中型金属燃料炉心について、決定論的手法に基づく高速炉炉心計算コードシステム(MARBLE)及びモンテカルロ法コード(MVP)を用いて解析評価を実施した。最新の核データ・ライブラリーJENDL-4.0を用い、固有値(k$$_{rm eff}$$)及び反応性(ナトリウムボイド反応度、ドップラー係数および制御棒価値)の解析を実施するとともに、決定論的手法に基づく手法(MARBLE/BURNUP)及びモンテカルロ法に基づく手法(MVP-BURN)を用いた燃焼計算を実施した。更に、中型金属燃料ベンチマーク炉心を用い、核データライブラリの違い(JENDL-4.0とJEFF-3.1及びENDF/B-VII間の違い)による固有値及びナトリウムボイド反応度の差異について感度解析を実施し、差異をもたらす主要反応を把握した。
125
Essential function of the N-termini tails of the proteasome for the gating mechanism revealed by molecular dynamics simulations
石田 恒
Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 82(9), p.1985 - 1999, 2014/09
Proteasome is involved in the degradation of proteins. Proteasome activators bind to the proteasome core particle (CP) and facilitate opening a gate of the CP, where Tyr8 and Asp9 in the N-termini tails of the CP form the ordered open gate. Four different molecular dynamics simulations were carried out: ordered- and Tyr8Gly/Asp9Gly disordered-gate models of the CP complexed with an ATP-independent PA26 and ordered- and disordered-gate models of the CP complexed with an ATP-dependent PAN-like activator. In the ordered-gate models, the substrate in the activator was more stable than that in the CP. In the disordered-gate models, the substrate in the activator was more destabilized than in the ordered-gate models. Thus, it was concluded that the dynamics of the N-termini tails entropically play a key role in the translocation of the substrate.
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第14回X線レーザー国際会議(ICXRL2014)
河内 哲哉; 錦野 将元; 大道 博行
プラズマ・核融合学会誌, 90(9), P. 579, 2014/09
2014年5月25日から30日に米国コロラド州フォートコリンズのコロラド州立大学において第14回X線レーザー国際会議(International Conference on X-Ray Lasers 2014: ICXRL 2014)が開催された。本国際会議は、1980年代から30年近くにわたって世界各地で隔年開催されてきた。今回の参加者は、米国を中心にヨーロッパ諸国, 日本, 韓国, 中国等より約90名であった。この国際会議では、レーザー励起プラズマを用いた軟X線レーザーだけでなく、超短パルスレーザーによる高次高調波や相対論的プラズマからの軟X線放射やX線自由電子レーザー等のコヒーレントX線源の開発とその利用技術を専門とする世界中の研究者が集まり、最新の成果報告と議論が行われた。これらの内容について報告する。
127
Dynamics of low-energy electrons in liquid water with consideration of Coulomb interaction with positively charged water molecules induced by electron collision
甲斐 健師; 横谷 明徳; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎; 樋口 真理子; 渡辺 立子
Radiation Physics and Chemistry, 102, p.16 - 22, 2014/09
本研究では水中に入射及び生成された電子のエネルギー緩和過程の詳細に明らかにするために、電子の衝突イベント数及び軌道追跡の時間発展を計算により求めた。本シミュレーション法では電子の軌道を追跡する計算を行うために、分子過程として電子衝突による水分子の電離過程、電子的励起過程、解離性付着過程、振動励起過程、回転励起過程及び弾性散乱過程を考慮し、さらに低エネルギー電子の詳細軌道を計算するために荷電粒子間のクーロン相互作用を考慮した。水中に500eVの電子を入射した際の各分子過程の衝突イベント数を見積もった結果、振動及び回転励起過程をより多発させながらエネルギーを損失することがわかった。また、生成された2次電子は100フェムト秒間で電離した位置から平均3nm程度の位置まで拡散することがわかった。
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Spectroscopic study of Np(V) oxidation to Np(VI) in 3 mol/dm$$^{3}$$ nitric acid at elevated temperatures
伴 康俊; 袴塚 保之; 筒井 菜緒; ト部 峻一; 萩谷 弘通; 松村 達郎
Radiochimica Acta, 102(9), p.775 - 780, 2014/09
加熱した3mol/dm$$^{3}$$硝酸中におけるNpの吸光スペクトルを光路長1cmのウォータージャケット付き分光セルで測定し、Np(VI)のモル吸光係数($$varepsilon$$$$_{T}$$)を種々の温度で求めた。$$varepsilon$$$$_{T}$$は温度の上昇と共に減少し、$$varepsilon$$$$_{T}$$の温度依存性を表す式として$$varepsilon$$$$_{T}$$=-0.14${it T}$+85.5 (${it T}$は温度)を得た。加熱した3mol/dm$$^{3}$$硝酸中におけるNp(V)のNp(VI)への酸化を上述の分光セルで観察し、Np(V)の酸化はNp(V)の濃度に対する疑一次反応として進行することを示した。さらに、336-362KにおけるNp(V)の酸化反応速度式として-d[Np(V)]$$_{t}$$/dt=2.2$$times$$10$$^{7}$$exp[-65$$times$$10$$^{3}$$/(${it RT}$)][Np(V)]$$_{t}$$ (${it R}$及び[Np(V)]$$_{t}$$は気体定数及び時間${it t}$における[Np(V)]の濃度)を導出した。
129
タンパク質に新しい機能を与える
黒木 良太
進化を続ける構造生物学; 新たなタンパク質機能の解明と創出, p.93 - 109, 2014/09
タンパク質に期待される新しい力には、新規な反応生成物創製、触媒活性の加速、より高度な分子認識などが考えられる。X線結晶回折法を初めとする精密な立体構造解析手法により、タンパク質に新しい力を付与するための具体的な方策が得られる。本章では立体構造に基づいてタンパク質へのさまざまな新機能を付与した例を示し、立体構造情報を土台としたタンパク質工学の重要性を述べたい。さらに、水素原子を含む全原子の座標情報を得ることができる中性子解析や、立体構造情報を得るためのタンパク質工学による結晶化手法についても紹介する。
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Large reversible magnetocaloric effect in ferromagnetic semiconductor EuS
Li, D. X.*; 山村 朝雄*; 二森 茂樹*; 本間 佳哉*; 本多 史憲*; 芳賀 芳範; 青木 大*
Solid State Communications, 193, p.6 - 10, 2014/09
We present the large reversible magneto caloric effect of the ferromagnetic semiconductor EuS which shows a maximum magnetic entropy change of 37 J/K kg at 10.4 K, an adiabatic temperature change of 10.4 K and a relative cooling power of 782 J/kg at 18.5 K for a magnetic field change of 5 T. The present results indicate that EuS has excellent refrigeration performance at the temperatures near 20 K, and thus can be considered as the potential magnetic refrigerant material for liquefaction of hydrogen.
131
Local structure analysis of Li-substituted (Bi$$_{0.5}$$Na$$_{0.5}$$)TiO$$_3$$ and NaNbO$$_3$$
米田 安宏; 青柳 倫太郎*; Fu, D.*; 竹中 正*
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 39(3), p.247 - 250, 2014/09
Bi$$_{0.5}$$Na$$_{0.5}$$TiO$$_3$$とNaNbO$$_3$$は共に${it AB}$O$$_3$$型のペロブスカイト強誘電体である。これらの物質は比較的高い圧電特性を有していることから、比鉛圧電素子への応用が期待されている。圧電素子として利用する場合、圧電振動中に自身の発する熱によって相変態することを防ぐために、広い温度領域で強誘電相を安定化させる必要がある。これらの物質にはアルカリ金属であるナトリウムが含まれているがナトリウムをリチウムで置換すると強誘電相が広い温度領域で安定化することがわかった。そこで、この安定化機構の解明のため平均構造のみでなく、局所構造も調べた結果、ナトリウムをリチウムに置換した際だけに観測される局所構造を見出した。
132
Efficient extreme ultraviolet emission from one-dimensional spherical plasmas produced by multiple lasers
吉田 健祐*; 藤岡 慎介*; 東口 武史*; 鵜篭 照之*; 田中 のぞみ*; 大橋 隼人*; 川崎 将人*; 鈴木 悠平*; 鈴木 千尋*; 富田 健太郎*; et al.
Applied Physics Express, 7(8), p.086202_1 - 086202_4, 2014/08
半導体デバイスには更なる高性能化, 小型化が求められておりノードの微細化は急務となっている。さらなる細線化を目指して波長6.5-6.7nmの極端紫外光源の研究開発に着手している。極端紫外光源を実現させるために最も重要な開発課題は、光源の高出力化であり、本研究では球状ターゲットにレーザーを球対称に12方向から同時にターゲットに照射することで球対称なプラズマを生成させ6.5-6.7nm帯域の放射特性を調べた。本実験では変換効率のレーザー照射強度依存性をスペクトル, 電子密度, イオン価数, 電子温度など様々なパラメータから考察することでリソグラフィに求められる光源として最適なプラズマの生成条件の研究を行った。ガドリニウムターゲットの最適なレーザー照射強度に対する変換効率として、これまでの研究報告の中で最高の0.8%が得られた。
133
ウラン鉱床の分布から見た地質環境の安定性
笹尾 英嗣
ESI-News, 32(4), p.155 - 162, 2014/08
安心安全科学アカデミーでの話題提供の内容をまとめたものであり、わが国の地質体における地質環境(還元性)の長期安定性と、地質環境が有する天然バリア機能の例証として、わが国のウラン鉱床の分布と産状を述べた。この中では、ウラン鉱床は様々な年代の地質体に胚胎し、ウランの大部分は粘土,褐鉄鉱などに収着して存在すること、酸化帯では二次鉱物としてウランが固定されていること述べた。また、ウラン鉱床を保存してきた地質環境は地質学的な時間スケールで安定に還元環境を保持してきたと推定されることから、地層処分に適した地質環境は広く分布することが示唆されることを示した。これらの点から、ウラン鉱床は多様な地質体で認められることから、地質学的な変動帯に位置するわが国の地質体においても、安定な地質環境が存在するとともに、鉱物化と吸着といった物質の移動を遅延し、また固定する機能が期待されることを示すことを述べた。
134
Non-volcanic seismic swarm and fluid transportation driven by subduction of the Philippine Sea slab beneath the Kii Peninsula, Japan
加藤 愛太郎*; 雑賀 敦; 武田 哲也*; 岩崎 貴哉*; 松澤 暢*
Earth, Planets and Space (Internet), 66, p.86_1 - 86_8, 2014/08
紀伊半島下で発生する非火山性群発地震の発生メカニズムを明らかにするため、稠密地震計アレイ観測データに基づく詳細な地震波速度トモグラフィ解析とレシーバ関数解析を行った。その結果、群発地震発生域下に低速度域が存在することを明らかにした。この低速度域は高電気伝導度・高減衰域と空間的に対応しており流体の存在を示唆する。また、陸のモホ面の深さは、群発地震発生域下では約32kmであるのに対し、南に行くにしたがって約20kmまで浅くなる傾向がみられた。この構造は、マントルウェッジの蛇紋岩化に影響を受けていると解釈できる。さらに、南側から沈み込むフィリピン海プレートの海洋性地殻は、浅部では低速度で特徴づけられるが深部では高速度へと変化しており、海洋性地殻内の含水鉱物の脱水反応が沈み込みに伴い進行していると考えられる。沈み込むフィリピン海プレートの脱水がマントルウェッジの蛇紋岩化、地殻下部への流体移送を生じさせ、非火山性群発地震の発生に影響を及ぼしていると考えられる。
135
中性子実験装置「定常炉編」,8; 中性子反射率計
武田 全康; 山崎 大; 日野 正裕*
波紋, 24(3), p.200 - 205, 2014/08
中性子反射率法は、多層構造を持った物質の表面や埋もれた界面の構造を非破壊的に調べることのできる強力な研究手法である。中性子反射率計は、定常炉中性子源にもパルス中性子源のどちらにも設置されているが、それぞれの使われ方に特徴がある。本稿では、定常炉に設置された中性子反射率計に焦点を当てて、初心者向けに解説する。
136
原子力分野における光・レーザ技術の展開; 原子炉保全・廃止措置(廃炉)への適用
大道 博行
光アライアンス, 25(8), p.47 - 51, 2014/08
レーザ技術のコンパクトでフレキシブルな性質、高いパワーと時間と空間域における高い制御性を活用した原子炉の保守保全、安全・確実かつ効率の良い廃炉工法の適用可能性が高まっている。本稿ではこれらに加え福島第一原子力発電所へのレーザ技術の適用可能性にも触れる。
137
Investigation of single-event damages on silicon carbide (SiC) power MOSFETs
水田 栄一*; 久保山 智司*; 阿部 浩之; 岩田 佳之*; 田村 貴志*
IEEE Transactions on Nuclear Science, 61(4), p.1924 - 1928, 2014/08
Radiation effects in silicon carbide power MOSFETs caused by heavy ion and proton irradiation were investigated. In the case of ions with high LET, permanent damage (increase in both drain and gate leakage current with increasing LET) was observed and the behavior is similar to the permanent damage observed for SiC Schottky Barrier diodes in our previous study. In the case of ions with low LET, including protons, Single Event Burnouts (SEBs) were observed suddenly although there was no increase in leakage current just before SEBs. The behavior has not been observed for Si devices and thus, the behavior is unique for SiC devices.
138
内部被ばくの評価法
木名瀬 栄
Isotope News, (724), p.82 - 85, 2014/08
放射線取扱主任者の復習のきっかけになるよう、これまで一般的に実施してきた内部被ばくの評価法について概要を述べるとともに、福島第一原子力発電所事故後の内部被ばくの評価法に関する課題を紹介する。内部被ばくモニタリングである直接法, 間接法ともに、体内負荷量、排泄(率)、空気中濃度で表現される放射能について、信頼性高く測定評価することが日常的な課題であり、特に、直接法には被検者の測定条件と同一条件となる人体形状ファントムを用いた校正法が、間接法には十分な量の試料採取と迅速かつ高感度な組成分析法が極めて重要になると考えられる。評価対象核種によっては、直接法, 間接法ともに、長所と短所があり、いずれがよいかを選択することは困難になるが、最終的には測定結果の不確かさなどを考慮して、預託実効線量を評価しなければならない。
139
Submicron scale image observation with a grazing incidence reflection-type single-shot soft X-ray microscope
馬場 基芳*; 錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 山極 満; 河内 哲哉; 末元 徹
Japanese Journal of Applied Physics, 53(8), p.080302_1 - 080302_4, 2014/08
軟X線光源として波長13.9nm、パルス幅8ピコ秒の軟X線レーザーを用 いたシングルショット斜入射反射型軟X線顕微鏡の開発を行っている。結像光学素子としてフレネルゾーンプ レートを用いることで高空間分解能を達成している。サブミクロンスケールの溝構造をつけたプラチナサンプルの表面を約360nmの空間分解能でシングルショット撮像に成功した。ケーラー照明を用いることで100ミクロンの幅広い空間視野を保ち、また、この軟X線顕微鏡は100ミクロン以上の深さの焦点深度を持つことを確認した。この高空間分解能の軟X線顕微手法により、単一パルスのフェムト秒レーザーによって引き起こされる レーザーアブレーションの過程や表面の微細構造を高空間,高時間分解能で観察することが可能となった。
140
Selective cesium removal from radioactive liquid waste by crown ether immobilized new class conjugate adsorbent
Awual, M. R.; 矢板 毅; 田口 富嗣; 塩飽 秀啓; 鈴木 伸一; 岡本 芳浩
Journal of Hazardous Materials, 278, p.227 - 235, 2014/08
Conjugate materials can provide chemical functionality, enabling an assembly of the ligand complexation ability to metal ions that are important for applications, such as separation and removal devices. In this study, we developed ligand immobilized conjugate adsorbent for selective cesium (Cs) removal from wastewater. The adsorbent was synthesized by direct immobilization of DB24C8 onto inorganic mesoporous silica. The obtained results revealed that adsorbent had higher selectivity towards Cs even in the presence of a high concentration of Na and K and this is probably due to the Cs-$$pi$$ interaction of the benzene ring. The proposed adsorbent was successfully applied for radioactive Cs removal to be used as the potential candidate in Fukushima nuclear wastewater treatment. The adsorbed Cs was eluted with suitable eluent and simultaneously regenerated into the initial form for the next removal operation after rinsing with water.
141
Thermal expansion measurement and heat capacity evaluation of hypo-stoichiometric PuO$$_{2.00}$$
加藤 正人; 内田 哲平; 松本 卓; 砂押 剛雄*; 中村 博樹; 町田 昌彦
Journal of Nuclear Materials, 451(1-3), p.78 - 81, 2014/08
PuO$$_{2-x}$$の熱膨張率について、酸素分圧をコントロールした雰囲気において熱膨張計を用いて測定した。熱膨張率は、定比組成からのずれ$$x$$の増加でわずかに増加した。PuO$$_{2-x}$$の線熱膨脹係数について、O/M比と温度を関数として式化した。得られた式を用いて比熱の評価を行い、比熱に及ぼすO/M比の影響は小さく、ショットキー項を評価することが重要であることが分かった。
142
Possible oxygen reduction reactions for graphene edges from first principles
池田 隆司; Hou, Z.*; Chai, G.-L.*; 寺倉 清之*
Journal of Physical Chemistry C, 118(31), p.17616 - 17625, 2014/08
窒素をドープした炭素ベースのナノ材料が固体高分子形燃料電池の非白金電極触媒として非常に興味がもたれている。この研究では、第一原理計算に基づいたシミュレーションにより窒素をドープしたグラフェン端が電子供与性・受容性、および塩基性を制御することにより高い酸素還元活性を示し、これらの制御により酸性条件下でそれぞれ内圏型と外圏型電子移動による高い4電子還元選択性をもつことを示した。我々のシミュレーションからジグザグ端でカルボニル酸素の隣にピリジン様窒素が存在する場合に2電子還元が選択的に起きることもわかった。この研究により酸素還元反応に対するグラフェン状物質にドープされた窒素の役割が明らかとなった。
143
Interplay between oxidized monovacancy and nitrogen doping in graphene
Hou, Z.*; Shu, D.-J.*; Chai, G.-L.*; 池田 隆司; 寺倉 清之*
Journal of Physical Chemistry C, 118(34), p.19795 - 19805, 2014/08
非貴金属触媒やナノ電子デバイス材料として注目されている窒素ドープグラフェンには、多くの場合、窒素量と同程度かそれ以上の酸素が含まれている。我々は、グラフェンの単空孔は複空孔やストーンウェルズ欠陥よりもしばしば観察され、より化学的に活性であることから、酸化単空孔と窒素ドーパントの相互作用を密度汎関数計算により調べた。温度と酸素、水素ガスの分圧の関数として窒素未ドープ酸化単空孔と窒素ドープ酸化単空孔の相図を求めた。また単空孔の酸化と窒素ドープによる電子構造の変化を調べた。我々の計算結果からエーテル基が酸化単空孔での安定構造に共通して存在し、ほとんどの安定構造ではキャリアがドープされないことがわかった。
144
Evaluation of Gibbs free energies of formation of Ce-Cd intermetallic compounds using electrochemical techniques
柴田 裕樹; 林 博和; 赤堀 光雄; 荒井 康夫; 倉田 正輝
Journal of Physics and Chemistry of Solids, 75(8), p.972 - 976, 2014/08
塩化物溶融塩を媒体とする金属燃料や窒化物燃料の乾式再処理では、電解精製により大部分のウランを固体陰極に、残りのウランと超ウラン元素を液体Cd陰極に回収することが提案されている。回収した液体Cd陰極は973$$sim$$1173K程度で加熱され、陰極中のCdが蒸発により除去される。その過程で陰極中に生成しているアクチノイドとCdとの金属間化合物は次第にアクチノイド分率の大きい金属間化合物へと変化していくと考えられるため、金属間化合物の生成自由エネルギーの変化に伴いCd蒸発速度にも影響する。そのため、金属間化合物の熱力学性質を把握することは、プロセスの理解や最適化のために重要である。そこで本発表では、Cd中で超ウラン元素と類似の挙動をとるランタノイドの一つであるCeとCdの金属間化合物の生成自由エネルギーを電気化学的手法で測定し、その温度依存性を評価した。
145
Comparison and assessment of the creep-fatigue evaluation methods with notched specimens made of Mod.9Cr-1Mo steel
安藤 勝訓; 廣瀬 悠一*; 唐戸 孝典*; 渡邊 壮太*; 井上 修*; 川崎 信史; 江沼 康弘*
Journal of Pressure Vessel Technology, 136(4), p.041406_1 - 041406_10, 2014/08
構造不連続部のクリープ疲労評価法の比較評価のため、改良9Cr-1Mo鋼切り欠き試験体によるクリープ疲労試験を実施した。試験は単軸の引張り-圧縮試験及びインダクションコイルを用いた熱荷重による試験を行った。応力集中部の応力は切り欠き半径により調整した。種々のクリープ疲労評価法により寿命評価を行うために有限要素法解析を実施するとともに、その予測寿命と試験寿命の比較検証を行った。クリープ疲労評価法としては応力再配分軌跡法(SRL法),弾性追従法,高速炉規格による方法等を採用した。これらの比較によりすべての試験結果に対してSRL法が最も適切な予測寿命を与えることが確認された。高速炉規格については繰り返し数で70倍以上安全側の評価を与えることが確認された。
146
Spin-flop phenomenon of two-dimensional frustrated antiferromagnets without anisotropy in spin space
中野 博生*; 坂井 徹; 長谷川 泰正*
Journal of the Physical Society of Japan, 83(8), p.084709_1 - 084709_7, 2014/08
スピン空間に異方性を持たない$$S$$=1/2スクエア・カゴメ格子反強磁性体においてスピンフロップ現象が発見されたことに触発されて、我々は二つの異なる頂点共有三角形からなる別の格子における$$S$$=1/2反強磁性体の磁化過程を数値対角化法によって研究した。二つの格子とは、4枚歯の手裏剣のような形をした格子と、ひずんだカゴメ格子である。その結果、両方の格子で、飽和磁化の3分の1における磁化プラトーの高磁場側の端にスピンフロップ現象を伴う磁化ジャンプが起きることが判明した。
147
Hydrogenation of anodized aluminum and crystal growth of formed hydride at high pressure and high temperature
齋藤 寛之; 加藤 誠一*; 片桐 昌彦*
Materials Transactions, 55(8), p.1114 - 1116, 2014/08
Anodized aluminum samples with different surface oxide layer thicknesses (approximately 0.3 and 3 $$mu$$m) were hydrogenated at 9 GPa and 600$$^{circ}$$C for 24 h. A few large crystals of AlH$$_{3}$$, less than 50 $$mu$$m in particle size, were formed when the aluminum sample with the thicker oxide layer was hydrogenated, whereas the sample with the thinner oxide layer was uniformly hydrogenated to form AlH$$_{3}$$ crystals less than 10 $$mu$$m in particle size. It is likely that the surface oxide layer inhibits not only the hydrogenation reaction of aluminum but also the spontaneous nucleation of AlH$$_{3}$$.
148
Experimental study and empirical model development for self-leveling behavior of debris bed using gas-injection
Cheng, S.; 田上 浩孝; 山野 秀将; 鈴木 徹; 飛田 吉春; 中村 裕也*; 竹田 祥平*; 西 津平*; Zhang, B.*; 松元 達也*; et al.
Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0022_1 - TEP0022_16, 2014/08
To clarify the mechanisms underlying the debris-bed self-leveling behavior, several series of experiments were elaborately designed and conducted within a variety of conditions in recent years, under the collaboration between Japan Atomic Energy Agency (JAEA) and Kyushu University. The current contribution, including knowledge from both experimental analyses and empirical model development, is focused on a recently developed comparatively larger-scale experimental facility using gas-injection to simulate the coolant boiling. Based on the experimental observation and quantitative data obtained, influence of various experimental parameters, including gas flow rate ($$sim$$ 300 L/min), water depth (180 mm and 400 mm), bed volume (3 $$sim$$ 7 L), particle size (1 $$sim$$ 6 mm), particle density (beads of alumina, zirconia and stainless steel) along with particle shape (spherical and irregularly-shaped) on the leveling is checked and compared. As for the empirical model development, aside from a base model which is restricted to calculations of spherical particles, the status of potential considerations on how to cover more realistic conditions (esp. debris beds formed with non-spherical particles), is also presented and discussed.
149
Experimental analyses by SIMMER-III on duct-wall failure and fuel discharge/relocation behavior
山野 秀将; 飛田 吉春
Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0028_1 - TEP0028_17, 2014/08
2次元/3次元のオイラー型の多成分多相流コードであるSIMMER-III/IVでコード検証のため行った実験解析について説明する。炉心損傷事故において重要となる2つの話題、すなわち、ダクト壁破損および流出/再配置挙動について示す。SIMMER-IVは燃料冷却相互反応、ナトリウムボイド、実験によって観察される燃料転移挙動をよく模していた。これらの実験解析によってダクト壁破損及び燃料流出/再配置挙動に対するSIMMER-III/IVコードの妥当性が示された。
150
RELAP5 code study of ROSA/LSTF experiment on a PWR station blackout (TMLB') transient
竹田 武司; 中村 秀夫
Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0015_1 - TEP0015_13, 2014/08
RELAP5 code analysis was performed on one of abnormal transient tests conducted with the ROSA/LSTF simulating a PWR station blackout transient with TMLB' scenario in 1995. The LSTF test revealed core uncovery by core boil-off took place a little after hot leg became empty of liquid. The code indicated remaining problems in the predictions of reverse flow U-tubes in SG during long-term single-phase liquid natural circulation. Sensitivity analyses were performed to clarify effectiveness of depressurization of and coolant injection into SG secondary-side as accident management measures. SG secondary-side depressurization was initiated by fully opening the safety valve in one of two SGs with incipience of core uncovery. Coolant injection was done into the secondary-side of the same SG at low pressures considering availability of fire engines. The SG depressurization with the coolant injection was found to well contribute to maintain core cooling by the actuation of accumulator system.
151
A Safety evaluation of HTTR core graphite structures against the Great East Japan Earthquake
飯垣 和彦; 小野 正人; 島崎 洋祐; 栃尾 大輔; 清水 厚志; 猪井 宏幸; 高田 昌二; 沢 和弘
Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0021_1 - TEP0021_13, 2014/08
2011年3月11日に起こった東北地方太平洋沖地震は、日本で最も大きい地震の中の一つであり、HTTRで観測された地震波の一部は、設計時の入力地震動を超えていた。このことから、地震後の原子炉施設の健全性を確認するため外観点検,耐震解析,性能確認テストを行った。耐震解析は、炉内の構造物について応答倍率法によりおこなった。評価の結果、炉内の黒鉛ブロックの地震時の発生応力は、許容値を満足しているとともに、外観点検及びコールドでの性能確認試験により、原子炉内の構造物の健全性を確認した。
152
Relaxation behavior of laser-peening residual stress under tensile loading investigated by X-ray and neutron diffraction
秋田 貢一; 林 健吾*; 竹田 和也*; 佐野 雄二*; 鈴木 裕士; 盛合 敦; 大谷 眞一*
Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.SMM0029_1 - SMM0029_8, 2014/08
ピーニング技術による圧縮残留応力の導入は、疲労や応力腐食割れ等の鋼の強度特性の改善に有効である。ただし、圧縮残留応力は稼働時に機器に作用する熱的あるいは機械的な外力が原因で低下する可能性がある。本研究では、レーザーピーニングを施したフェライト鋼の静的引張荷重下における表面及び内部の残留応力挙動を、X線および中性子回折によって検討した。X線回折および中性子回折の相補利用により、応力緩和プロセスを明確に示す実験的確証が得られた。また、引張負荷応力下における臨界負荷応力の値は、内部の最大引張残留応力値とvon Misesの降伏条件によって推定できることを示した。
153
Development of prediction technology of two-phase flow dynamics under earthquake acceleration
吉田 啓之; 永武 拓; 高瀬 和之; 金子 暁子*; 文字 秀明*; 阿部 豊*
Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0025_1 - TEP0025_11, 2014/08
In this study, to develop the predictive technology of two-phase flow dynamics under earthquake acceleration, a detailed two-phase flow simulation code with an advanced interface tracking method TPFIT was expanded. In addition, the bubbly flow in a horizontal pipe excited by oscillation acceleration and under the fluctuation of the liquid flow was simulated by using the modified TPFIT. In the results, it was confirmed that the modified TPFIT can predict time dependent velocity distribution around the bubbles and shapes of bubbles qualitatively. The main cause of bubble deformation observed is large shear stress at the lower part of the bubble, and this large shear stress is induced by the velocity difference between the liquid phase and bubble. Moreover, we discussed about the difference between both effects of flow rate fluctuation and structure vibration on two-phase flow. In the results, bubble acceleration of the structure vibration case was larger than that of the flow rate fluctuation case. Finally, it was concluded that unsteady shear stress induced by vibration of the pipe wall was one of the main driving forces of bubble motion in structure vibration case.
154
Relationship between self-priming and hydraulic behavior in venturi scrubber
堀口 直樹; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0026_1 - TEP0026_11, 2014/08
As revealed by Fukushima Daiichi nuclear disaster, countermeasures against severe accident in nuclear power plants are an urgent need. In particular, from the viewpoint of protecting containment and suppressing the diffusion of radioactive materials, it is important to develop a device which allows filtered venting of contaminated high pressure gas. In the filtered venting system that used in European reactors, so called Multi Venturi Scrubbers System is used to realize filtered venting without any power supply. This system is able to define to be composed of Venturi Scrubbers (VS) and a bubble column. In the VS, scrubbing of the contaminated gas is promoted by both gas releases through a submerged VS and gas-liquid contact with splay flow formed by liquid suctioned through a hole provided in the throat part of the VS. This type of VS is called self-priming ones. However, the mechanism of the self-priming VS are understood insufficiently in the previous studies. In this study, to understand operation characteristics of the VS for filtered venting, we discussed the mechanisms of self-priming phenomena and hydraulic behavior in the VS. In this paper, we conduct visualized observation of the hydraulic behavior in the VS and measure the liquid flow rate in the VS for understanding self-priming. As results, it is shown that the possibility that the VS decontamination performance falls low level with no self-priming.
155
光周波数コムが拓く長寿命核分裂生成物の精密同位体分離技術;量子ウォークの数理から放射性廃棄物低減技術へ
横山 啓一; 松岡 雷士*
日本原子力学会誌, 56(8), p.525 - 528, 2014/08
長寿命核分裂生成物のセシウムの同位体分離に関する背景と理論、実現性、関西光科学研究所における研究活動内容を紹介する。
156
BNCT用リチウムターゲットにおけるH$$_{2}$$O添加による低温・低圧窒化リチウム合成
石山 新太郎; 馬場 祐治; 藤井 亮*; 中村 勝*; 今堀 良夫*
日本金属学会誌, 78(8), p.317 - 321, 2014/08
BNCT用Liターゲットの運転中の蒸発損耗を防ぐためN$$_{2}$$/H$$_{2}$$O添加環境下でのLiターゲット表面における窒化合成実験を超高真空容器内で行うとともに、H$$_{2}$$Oを添加した窒素ガス中でのリチウム窒化直接合成において観察された表面汚染の主要原因を探るべくXPSによる計測も実施し、その結果下記結論が得られた。(1)1$$times$$10$$^{-8}$$Paの超高真空容器内室温状態において101.3PaN$$_{2}$$ガス添加によりLi表面に窒化反応が生じる。(2)13.3-80Pa/1.33-4.7Pa N$$_{2}$$/H$$_{2}$$O混合ガス中で合成された窒化リチウム化合物表面で顕著なO及びCによる汚染が観察された。(3)0.013-0.027Pa/0-0.005Pa N$$_{2}$$/H$$_{2}$$O混合ガスの場合、窒化反応ならびにO及びCによる汚染は観察されなかった。(4)O及びCによる表面汚染は1.33Pa以上の過剰なH$$_{2}$$O添加により助長される。(5)XPS計測の結果、Li-N化合物表面にLi$$_{2}$$CO$$_{3}$$の生成することが示された。以上の結果、リチウムは窒素ガス中のH$$_{2}$$Oの存在に敏感に反応するものの、H$$_{2}$$Oの存在が室温においてLiとN$$_{2}$$ガスとの反応を促進する助剤として機能することに関する実験事実は得られなかった。
157
ホウ素中性子捕獲療法のためのリチウムターゲット表面に合成したLi$$_{3}$$Nの表面化学状態
石山 新太郎; 馬場 祐治; 藤井 亮*; 中村 勝*; 今堀 良夫*
日本金属学会誌, 78(8), p.322 - 325, 2014/08
ホウ素中性子捕獲治療法のためのリチウムターゲット表面に合成した蒸発防止用Li$$_{3}$$N表面層のO及びCの表面汚染を低減するための1123Kまでの超真空加熱試験を実施した結果、主要な汚染要素であるH$$_{2}$$O, Li化合物であるLiOH及びLi$$_{2}$$CO$$_{3}$$は1123Kまでの真空加熱による分解除去できることがわかった。
158
Thermal transient test and strength evaluation of a tubesheet structure made of Mod.9Cr-1Mo steel, 1; Test model design and experimental results
安藤 勝訓; 長谷部 慎一; 小林 澄男; 笠原 直人*; 豊吉 晃*; 大前 隆広*; 江沼 康弘*
Nuclear Engineering and Design, 275, p.408 - 421, 2014/08
JSFRの蒸気発生器のために設計された球形管板の破損形態を明らかにするために、管板試験体を用いた繰返し熱過渡強度試験を実施した。管板構造試験体はJSFRの冷却系機器配管で採用予定の改良9Cr-1Mo鋼である。試験は原子力機構の有する大型ナトリウムループを利用して実施した。600$$^{circ}$$C及び250$$^{circ}$$Cのナトリウムを試験体に交互に流しこんで熱過渡を発生させた。また600$$^{circ}$$Cのナトリウム流入後には2時間、250$$^{circ}$$Cのナトリウム流入後には1時間の定温ナトリウム流入時間を設けた。1873サイクルの試験後に液体探傷試験、破面観察、硬さ試験を実施した。また計測された温度分布履歴の妥当性を検証するために熱流動解析を実施した。これらの結果により球形管板の破損形態についてまとめた。
159
Thermal transient test and strength evaluation of a tubesheet structure made of Mod.9Cr-1Mo steel, 2; Creep-fatigue strength evaluation
安藤 勝訓; 長谷部 慎一; 小林 澄男; 笠原 直人*; 豊吉 晃*; 大前 隆広*; 江沼 康弘*
Nuclear Engineering and Design, 275, p.422 - 432, 2014/08
JSFRの蒸気発生器のために設計された球形管板の破損様式を明らかにするために実施された管板構造試験体のナトリウム中繰返し熱過渡強度試験の結果ついて、試験中に得られたナトリウム温度分布およびその履歴と、試験体表面温度分布およびその履歴をもとに熱伝導解析を実施し、試験体の温度分布履歴を算定した。この結果を用いて応力解析を実施し、応力発生状況とき裂発生状況の比較、破損機構の検証、強度評価結果とき裂の関係調査などを実施した。非弾性解析結果に基づく評価では2.59mmのき裂に対してファクター3で寿命を予測できた。
160
GTHTR300; A Nuclear power plant design with 50% generating efficiency
佐藤 博之; Yan, X.; 橘 幸男; 國富 一彦
Nuclear Engineering and Design, 275, p.190 - 196, 2014/08
発電効率向上を目的に、最新の技術的知見をもとに高温ガス炉システムGTHTR300の設計改良を行った。圧縮機試験結果を反映することでタービン及び圧縮機の効率を向上させるとともに、炉心設計により原子炉出口温度950$$^{circ}$$Cにおいても通常時及び減圧事故時の燃料最高温度が設計目標値以下となることを明らかにした。また、単結晶ニッケル基合金を採用することで、タービン入口温度950$$^{circ}$$Cにおいてもタービン翼の健全性を確保できることを示した。これらサイクルパラメーターを反映したサイクル計算を行った結果、送電端における発電効率が45.6%から50.4%に向上することを示した。
161
An Experimental study on local fuel-coolant interactions by delivering water into a simulated molten fuel pool
Cheng, S.; 松場 賢一; 磯崎 三喜男; 神山 健司; 鈴木 徹; 飛田 吉春
Nuclear Engineering and Design, 275, p.133 - 141, 2014/08
Analyses of severe accidents for SFRs have indicated that the accident might proceed into a transition phase where a large whole-core-scale pool containing sufficient fuel to exceed prompt criticality by fuel compaction might be formed. Local fuel-coolant interaction (FCI) in the pool is regarded as one of the probable initiators that could lead to such compactive fluid motions. To clarify the mechanisms underlying this interaction, in this study a series of experiments was conducted by delivering a given quantity of water into a simulated molten fuel pool. Based on the experimental data obtained from a variety of conditions, interaction characteristics including the pressure-buildup as well as resultant mechanical energy release and its conversion efficiency, is checked and compared. It is found that under our experimental conditions the water volume, melt temperature and water release position have remarkable impact on the interaction, while the role of water subcooling seems to be less prominent. The analyses also suggest that the pressurization and resultant mechanical energy release during local FCIs should be intrinsically limited, due to an observed suppressing role caused by the increasing of coolant volume entrapped within the pool as well as the transition of boiling mode. Evidence and data from this work will be utilized for verifications of advanced fast reactor safety analysis codes.
162
Effects of centrifugal modification of magnetohydrodynamic equilibrium on resistive wall mode stability
白石 淳也; 相羽 信行; 宮戸 直亮; 矢木 雅敏
Nuclear Fusion, 54(8), p.083008_1 - 083008_8, 2014/08
磁気流体力学(MHD: Magnetohydrodynamics)平衡におけるトロイダル回転の遠心力効果を考慮することにより、MHD安定性における回転の効果を自己無撞着に取り入れた。抵抗性壁モード(RWM : Resistive Wall Mode)の安定性に対する回転の効果を解析するため、新しいコードを開発した。真空領域と抵抗性壁における電磁気学的な問題を解くモジュールRWMaCを開発し、回転プラズマにおける線形理想MHDダイナミクスを記述するFrieman-Rotenberg方程式を解くMINERVAコードに組み込んだ。MINERVA/RWMaCにより、トロイダル回転によるMHD平衡の変化が、RWMの成長率を減少させることを初めて示した。加えて、トロイダル回転が線形ダイナミクスにのみ影響を与える場合には安定化窓が存在しない場合でも、平衡の変化により安定化窓が現れることを示した。回転は、平衡の圧力、電流密度、質量密度を変化させ、回転の効果を含むポテンシャルエネルギーを変化させる。
163
Characteristics of global energy confinement in KSTAR L- and H-mode plasmas
Kim, H.-S.*; Jeon, Y. M.*; Na, Y.-S.*; Ghim, Y.-C.*; Ahn, J.-W.*; Yoon, S. W.*; Bak, J. G.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; Joung, M.*; et al.
Nuclear Fusion, 54(8), p.083012_1 - 083012_11, 2014/08
KSTARのLモードおよびHモードプラズマにおいてエネルギー閉じ込め特性を定量的に評価し、多変数回帰解析を行い多装置スケーリング則と比較した。解析したKSTARプラズマのエネルギー閉じ込め時間はLモードで0.04-0.16秒、Hモードで0.06-0.19秒の範囲にある。多変数回帰解析によると、閉じ込め時間は多装置スケーリング則と比較して損失パワーに関しては同程度の、プラズマ電流に関してはわずかに強い依存性が見られた。一方で、非円形度に関しては多装置スケーリング則が正の冪乗依存性を示すのに対してKSTARでは負の冪乗依存性を示した(Lモードで-0.68乗、Hモードで-0.76乗)。KSTARでは非円形度の増加と共にダイバータ足位置が移動するため、不純物の混入量が増加して閉じ込めを劣化させているなどの原因が考えられる。
164
Inter-code comparison benchmark between DINA and TSC for ITER disruption modelling
宮本 斉児*; 諫山 明彦; Bandyopadhyay, I.*; Jardin, S. C.*; Khayrutdinov, R. R.*; Lukash, V.*; 草間 義紀; 杉原 正芳*
Nuclear Fusion, 54(8), p.083002_1 - 083002_19, 2014/08
DINAとTSCはトカマク平衡に関する2次元コードであり、ITERのディスラプションのモデリングにも用いられている。今回、そのモデリングの妥当性を検証するために、ベンチマークシナリオを用いたコード間の比較を行った。DINAとTSCで用いられているシミュレーションモデルは、抵抗性拡散の時間スケールで等価であるはずであるが、コード間の違いをベンチマークで考慮することが困難であったため、これまで、互いに同じ結果が得られるかどうかは確かめられていなかった。本論文では、コード間の違いを考慮して比較を行えば、高い精度でシミュレーション結果が一致することを示した。このことは、DINAやTSCによる計算結果が正しいことの裏付けになるが、ハロー電流および第一壁中の電流経路が関わってくるときには、単純に結論することはできない。DINAでは磁気面平均された電流拡散方程式が解かれているため、近似的にしか壁の中を流れる電流を扱うことができない。一方、TSCはそのような制限なしにより現実的にハロー電流を取り扱うことができる。TSCコードとの比較により、DINAのハロー電流モデルを検証した。また、各コードの特性を明らかにし、ITERでのディスラプション予測に及ぼす影響を議論した。
165
Online full two-dimensional imaging of pulsed muon beams at J-PARC MUSE using a gated image intensifier
伊藤 孝; 豊田 晃久*; 髭本 亘; 田島 美典*; 松田 恭幸*; 下村 浩一郎*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 754, p.1 - 9, 2014/08
A new muon beam profile monitor (MBPM) was developed to diagnose pulsed muon beams in J-PARC MUSE, mainly composed of a scintillation screen, a gated image intensifier (II), and a cooled CCD camera. The MBPM was designed to be compact so that it could be inserted into the bore of the $$mu$$SR spectrometer in the D1 area and used concurrently. The spatial resolution of the MBPM was evaluated to be in the range from one to two line-pair/mm, depending on II gain. Such high-resolution muon beam profiles were obtained online for a positive muon beam with a kinetic energy of $$sim$$ 4 MeV. The contribution from decay positrons was significantly reduced owing to II gating. The linearity of the MBPM was evaluated on the bases of the number of decay positrons monitored by the $$mu$$SR spectrometer. A linear response within five percent deviations was confirmed over more than two orders of magnitude. In addition, 3D imaging capability, use in vacuum, and immunity against moderate magnetic fields were demonstrated.
166
Development of real-time position detection system for single-ion hit
横山 彰人; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 山本 春也; 神谷 富裕; 横田 渉
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.334 - 336, 2014/08
サイクロトロンでは、数百MeV以上の重イオンマイクロビームを用いたシングルイオンヒット技術が生物細胞などの照射実験で利用されており、高精度位置検出が必要とされている。しかし、現状の固体飛跡検出器では照射後の薬品による表面処理と顕微鏡での照射位置の観察に時間を要し、リアルタイムでの検出が困難であった。そこで、ビームモニタに利用されているZnS等を試用したが発光強度や位置分解能が十分ではなかった。本研究では、単結晶サファイアに賦活剤として注入するEuイオンの量や熱処理条件等の調整により、イオン入射方向に強いイオンルミネッセンス(Ion Luminescence: IL)を発する試料を開発できると考え、試料の調製、高感度な発光検出装置の構築を行った。調製試料の評価には、予備実験として試料表面にレーザーを照射することにより、ILと同様に電子励起過程を伴って発光するフォトルミネッセンス(Photoluminescence: PL)を実施した。この結果、表面から30nm$$sim$$70nmにEuを7.5ions/nm$$^{3}$$を注入した後、600$$^{circ}$$Cで30分間熱処理した試料のPL強度が最大だった。また、同試料を用いた発光検出装置の感度試験では、200cps以上の酸素イオンの照射によってILを捕えることができた。しかしながら、シングルイオンヒット実験では、ビーム電流量が数cps程度と低いため、今後賦活剤の濃度等の調製や開口の大きな対物レンズへの変更による感度向上などの改良を行う。
167
Sputtering of SiN films by 540 keV C$$_{60}$$$$^{2+}$$ ions observed using high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy
中嶋 薫*; 森田 陽亮*; 北山 巧*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 辻本 将彦*; 磯田 正二*; 藤居 義和*; 木村 健二*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.117 - 121, 2014/08
Our previous observation that an impact of sub-MeV C$$_{60}$$ ion makes an ion track in a thin amorphous silicon nitride (a-SiN) film suggests emission of thousands of atoms from the cylindrical region. Sputtering yields of a-SiN films by C$$_{60}$$ ions were evaluated in order to confirm this observation. A-SiN films deposited on Si(001) were irradiated with 540-keV C$$_{60}$$$$^{2+}$$ ions at fluences from 2.5$$times$$10$$^{11}$$ to 1$$times$$10$$^{14}$$ ions/cm$$^{2}$$. The compositional depth profiles of the irradiated samples were measured with high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy, and the sputtering yields were estimated at 3900 $$pm$$ 500 N atoms/ion and 1500 $$pm$$ 1000 Si atoms/ion. The sputtering yield of N was two orders of magnitude larger than the elastic sputtering yield by the SRIM code or than the measured electronic sputtering yield of a-SiN by 50-MeV Cu ions previously reported. Such a large sputtering yield cannot be explained either by the elastic sputtering or by the electronic sputtering. However, an estimation of the synergistic effect based on the inelastic thermal spike model roughly explains the observed large sputtering yield, indicating that the synergistic effect of the nuclear and electronic stopping powers plays an important role.
168
Fabrication of fine imaging devices using an external proton microbeam
酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 石井 保行; 大島 明博*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.238 - 241, 2014/08
プロトンマイクロビームによる微細加工技術を利用して、微細な六角柱による周期構造を有する蛍光板の作製を行った。その手順としては、紫外線硬化樹脂に蛍光体粉を混入し、原子力機構-TIARAにおいて3MeVプロトンマイクロビームのパターン照射を行った。照射後の試料はエタノールで洗浄し、未照射部位の紫外線硬化樹脂を取り除き、さらに塩酸によるエッチング処理を施した。作製した蛍光板は、可視光・紫外線照明下での光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡で観察を行った。その結果、ミクロンオーダーの微細な構造を有する蛍光板が作製できていることが確認できた。この新たな蛍光板は、中性子やX線,イオンビーム等の高分解能な検出素子として利用できると思われる。
169
New approach to description of ($$d$$,$$xn$$) spectra at energies below 50 MeV in Monte Carlo simulation by intra-nuclear cascade code with distorted wave born approximation
橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; Boudard, A.*; Cugnon, J.*; David, J.-C.*; Leray, S.*; Mancusi, D.*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 333, p.27 - 41, 2014/08
近年、基礎研究や医療の分野では加速器を用いた高強度中性子ビームが利用されており、中性子生成反応として、特にLi, Be, Cを標的とした重陽子入射反応が注目されている。本研究では、これらの反応等による中性子生成を正確に予測するため、核内カスケードコードINCLと歪曲波ボルン近似(DWBA)を組み合わせた新しい核反応モデルを開発し、粒子輸送計算コードPHITSに組み込んだ。新たに開発したモデルを含むPHITSでは、INCLに組み込まれた陽子ストリッピング過程とDWBAで記述した原子核の離散状態間の遷移を考慮する計算が可能となった。その有効性は、実験データが存在する重陽子の入射エネルギーが40MeVのLi, C標的の反応と、Beを標的とした10及び18MeVの重陽子入射反応について、薄膜標的の2重微分断面積データ及び標的が厚い場合の中性子生成量を計算して検証した。その結果、新たな核反応モデルを含むPHITSによる計算により、実験による断面積データに見られる幾つかのピーク構造の再現性を大幅に向上できた。また、新しい核反応モデルによるPHITSを用いて計算した中性子生成量についても、実験データとよく一致した。
170
The Effects of alloying and segregation for the reactivity and diffusion of oxygen on Cu$$_{3}$$Au(111)
岡 耕平*; 津田 泰孝*; 牧野 隆正*; 岡田 美智雄*; Dino, W.*; 橋之口 道宏*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 笠井 秀明*
Physical Chemistry Chemical Physics, 16(36), p.19702 - 19711, 2014/08
Oxidation of Cu$$_{3}$$Au(111) by a hyperthermal O$$_{2}$$ molecular beam was investigated by synchrotron X-ray photoemission spectroscopy. From the incident-energy dependence of O-uptake curve, dissociative adsorption of O$$_{2}$$ is less effective on Cu$$_{3}$$Au(111) than on Cu(111). The dissociative adsorption is accompanied by the Cu segregation on Cu$$_{3}$$Au(111) as well on Cu$$_{3}$$Au(100) and Cu$$_{3}$$Au(110). Obvious growth of Cu$$_{2}$$O cannot be observed at incident energy of 2.3 eV and it suggests that Au-rich layers prevent the diffusion of O atoms into bulk. Density functional theory calculations indicate that O adsorption shows same behavior on Cu$$_{3}$$Au(111) and on Cu(111). The barrier of diffusion into subsurface in segregated Cu$$_{3}$$Au(111) is higher than that of Cu(111). It indicates that segregated Au-rich layer works as a protective layer.
171
Local dynamics coupled to hydration water determines DNA-sequence dependent deformability
中川 洋; 米谷 佳晃; 中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 稲村 泰弘; 片岡 幹雄; 河野 秀俊
Physical Review E, 90(2), p.022723_1 - 022723_11, 2014/08
CGCGAATTCGCGとCGCGTTAACGCGの柔軟性の異なる二つの配列のDNAの分子シミュレーションと中性子準弾性散乱実験を行った。前者は硬く、後者は柔らかいことが知られている。両方の配列のDNAで、200-240Kに動力学転移が見られた。DNA配列依存的なダイナミクスを調べるために、転移温度以上でDNAと水和水のダイナミクスを分子シミュレーションと中性子準弾性散乱によって調べた。12merDNAの真ん中の4merについて、AATTはTTAAと比べて揺らぎの振幅が小さく、緩和時間が長いことが分かった。これはATステップの方が、TAステップよりも、速度論的に安定であることを示唆している。配列依存的な局所的な塩基対のダイナミクスは、DNAと水和水の間の水素結合ダイナミクスと相関がある。配列依存的なDNAの塩基対の揺らぎは動力学転移温度以上で現れる。これらの結果を総合すると、DNAの柔軟性は塩基対の局所的なダイナミクスと関係があり、DNAのマイナー溝に存在する水和水とカップルしていると結論付けた。
172
Thermal-hydraulic experiments with sodium chloride aqueous solution
Jiao, L.; Liu, W.; 永武 拓; 高瀬 和之; 吉田 啓之; 永瀬 文久
Proceedings of 15th International Heat Transfer Conference (IHTC 2014) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2014/08
原子力機構では、福島第一原子力発電所事故における海水の注入が炉心冷却などに与える影響評価を目的とした熱流動実験を実施している。本報では、損傷前の炉心を簡略模擬した二重管試験体を用い、大気圧下で塩分濃度等をパラメータとした実験を行い、熱伝達及び圧力損失に関する実験結果について報告する。熱伝達に関して、海水及び塩化ナトリウム水溶液は、同じ実験条件下で同様の伝熱能力を有することを確認した。これにより、海水による熱伝達の主な支配因子は海水中の塩化ナトリウムであると考えられる。単相流条件では塩分濃度の増加とともにヒーター表面温度と流体温度の差が大きくなり、二相流条件においてはその傾向が変化する。また圧力損失に関して、塩化ナトリウム水溶液の濃度が増加するに伴い圧力損失も増加することを確認した。
173
Study on nucleate boiling heat transfer by measuring instantaneous surface temperature distribution by infrared radiation camera
小泉 安郎; 高橋 和希*
Proceedings of 15th International Heat Transfer Conference (IHTC 2014) (USB Flash Drive), 13 Pages, 2014/08
核沸騰熱伝達素過程解明を目的として圧力0.101MPaの下、水を用いてプール核沸騰熱伝達実験を行った。伝熱面には銅のプリント基板を使用した。直流電流を直接通電することにより伝熱面加熱を行った。プリント基板伝熱面中心部分の銅薄膜背面のベークライト板部分を剥ぎ取り、銅薄膜背面を剥き出し状にした。その背面の瞬時温度分布を赤外線放射温度計で測定した。また、気泡挙動を高速度カメラで撮影した。孤立気泡領域では、休止期間時伝熱面温度はほぼ一様であった。沸騰気泡生成が始まると気泡直下に伝熱面温度の大きな低下が発生した。伝熱面からの気泡離脱後、伝熱面温度は気泡発生前の一様な分布に回復した。気泡中心から1.8mmを越えると伝熱面温度は気泡生成の影響を受けない。中熱流束、高熱流束域では、熱流束が大きくなっているにも拘わらず気泡生成による温度変動域は大きくなっていない。この傾向は温度変動変動幅は孤立気泡域のそれに近い。
174
Development of science-based fuel technologies for Japan's Sodium-Cooled Fast Reactors
加藤 正人; 廣岡 瞬; 生澤 佳久; 武内 健太郎; 赤司 雅俊; 前田 宏治; 渡部 雅; 米野 憲; 森本 恭一
Proceedings of 19th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2014) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2014/08
ウラン-プルトニウム混合酸化物(MOX)はナトリウム冷却高速炉の燃料として開発が進められている。MOXペレットの焼結挙動や照射挙動を解析するために、サイエンスベース燃料技術の開発を進めてきた。この技術は、適切な燃料製造条件や照射挙動解析結果について、機構論的なモデルを用いて計算し、供給することができる。
175
Preliminary analysis of dipole tracer migration experiments in fractured sedimentary rock at Horonobe URL of Japan
横田 秀晴; 田中 真悟
Proceedings of 19th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2014) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/08
天然バリアとしての地質環境中の物質の移動メカニズムを把握するために、北海道北部の幌延町にある幌延深地層研究所の250m調査坑道において、稚内層の泥岩中の割れ目を対象に原位置ダイポールトレーサー試験を実施した。一次元の移流分散方程式から導かれる解析解により予備的な解析評価を行った結果、泥岩中の割れ目の表面はCs$$^{+}$$とSr$$^{2+}$$に対しては可逆的および不可逆的両方の収着特性を示すが、Co$$^{2+}$$とEu$$^{3+}$$に対しては不可逆的な収着特性のみを示すことが明らかとなった。今後は、室内試験結果との比較を行いながら、詳細解析を進め,堆積岩の持つ収着特性やその収着システムを明らかにしていく。
176
直線型プラズマ生成装置の現状とDEMOのダイバータ設計における課題
坂本 瑞樹*; 大野 哲靖*; 朝倉 伸幸; 星野 一生
プラズマ・核融合学会誌, 90(8), p.473 - 479, 2014/08
国際熱核融合実験炉ITERの建設が進む中、近年、原型炉(DEMO)に関する課題が活発に議論され、国内では文部科学省の原子力科学技術委員会核融合研究作業部会の下に「核融合原型炉開発のための技術基盤構築の中核的役割を担うチーム(合同コアチーム)」が作られ、IAEAではDEMO Programme Workshopが開催されている。このような背景の中で、直線型プラズマ生成装置の果たす役割とDEMOにおけるダイバータ設計の課題を議論する。直線型プラズマ生成装置の研究状況についての説明、トカマクDEMOでのダイバータの役割と熱粒子制御における課題の説明、現状のDEMO概念とダイバータ検討の概要、DEMO設計で重要な役割を果たすダイバータシミュレーションとモデリングの開発課題について解説する。
177
Comparison of Bonner Sphere responses calculated by different Monte Carlo codes at energies between 1 MeV and 1 GeV; Potential impact on neutron dosimetry at energies higher than 20 MeV
R$"u$hm, W.*; Mares, V.*; Pioch, C.*; Agosteo, S.*; 遠藤 章; Ferrarini, M.*; Rakhno, I.*; Rollet, S.*; 佐藤 大樹; Vincke, H.*
Radiation Measurements, 67, p.24 - 34, 2014/08
広範な中性子のエネルギー測定に、減速材付き$${^3}$$He比例計数管(ボナー球)が利用されている。ボナー球の測定結果から中性子のエネルギースペクトルを導出する場合、放射線輸送計算コードで計算される応答関数が用いられる。そのため、放射線輸送計算コードのシミュレーションの精度がボナー球による中性子エネルギー測定の不確定性を決めることとなる。欧州線量評価委員会(EURADOS)は、世界的に普及している放射線輸送計算コードであるMCNP, MCNPX, FLUKA, MARS, GEANT4及び原子力機構が中心に開発を進めているPHITSで応答関数を計算し、その相互比較により、各コードで採用している核反応模型の違い等がもたらす不確定性の度合いを系統的に解析するプロジェクトを実施した。相互比較の参加者はEURADOSの示す計算条件に従い、ボナー球の検出部の中性子フルエンスを計算し、EURADOSは各コードによる結果を取りまとめ応答関数を導出した。その結果、異なる計算コード及び核反応模型の使用がもたらす不確定性は小さく、応答関数計算で20%程度、周辺線量当量の評価で10%程度の差になることが分かった。このことから、既存の測定の信頼性が確認されたとともに、今後の測定における不確定性の類推が可能となった。
178
Radiation-induced change of optical property of hydroxypropyl cellulose hydrogel containing methacrylate compounds; As a basis for development of a new type of radiation dosimeter
山下 真一*; 廣木 章博; 田口 光正
Radiation Physics and Chemistry, 101, p.53 - 58, 2014/08
It was aimed to develop a novel polymer gel dosimeter to overcome weakness of earlier ones. A cellulose derivative, hydroxypropyl cellulose (HPC), was chosen as a polymer composing gel matrices and processed with a radiation-crosslinking technique in advance to manufacture of a gel dosimeter. Two methacrylate-type monomers, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and poly(ethylene glycol) dimethacrylate (9G), were selected as vinyl-type monomers polymerizing with irradiations. Visual change with irradiation of $$^{60}$$Co $$gamma$$-rays was observed, and haze and UV-vis absorption analyses were conducted to quantify visual changes of irradiated dosimeters. Radiation-induced white turbidity was easily observable directly by our eyes even with $$^{60}$$Co $$gamma$$-irradiation of 1 or 2 Gy. Sensitivity, which was evaluated by haze, toward $$gamma$$-ray dose was dependent on the composition of the vinyl-type monomers. UV-vis spectroscopy indicated that there are at least two different mechanisms leading to white turbidity. It was shown that dose rate effect can be less significant by optimizing composition of the vinyl-type monomers.
179
Thermodynamic model for the solubility of Ba(SeO$$_{4}$$, SO$$_{4}$$) precipitates
Rai, D.*; Felmy, A. R.*; Moore, D. A.*; 北村 暁; 吉川 英樹; 土井 玲祐; 吉田 泰*
Radiochimica Acta, 102(8), p.711 - 721, 2014/08
セレン酸バリウムおよび硫酸バリウム混合沈殿物の溶解度について、セレン酸バリウムのモル分率を0.0015$$sim$$0.3830に変化させ、最長302日間の測定を行った。実験系は65日以内に平衡(安定)状態に到達した。固液各相の活量係数導出にはピッツァーのイオン相互作用モデルを用いた。熱力学解析の結果、実験結果はギブズ-デュエムの式を満足せず、単一の固液の反応がセレン酸および硫酸濃度を支配しているわけではないことがわかった。得られたバリウム,セレン酸および硫酸の各濃度は、セレン酸バリウムの理想固溶体で説明でき、やや結晶性の低い硫酸バリウム固相が硫酸濃度を支配していると説明できる。これらの実験においては、固溶体中の硫酸バリウムの成分は、液相に対して熱力学的な平衡に到達しない。実験値の熱力学解釈では、本研究における実験条件全体にわたって、セレン酸バリウムの理想固溶体とやや結晶性の低い硫酸バリウム固相の両方が互いに平衡状態となっていることが示される。
180
液体シンチレーションカウンタによるベトナムウオッカ中の放射性炭素の直接測定
服部 隆充
Radioisotopes, 63(8), p.399 - 403, 2014/08
液体シンチレーションカウンタ(LSC)計測実習への適用性の観点から、ベトナムウォッカは、例えば、無色透明でエタノール濃度は高く、蒸留酒のためエタノール以外の不純物をほとんど含まない、などの優れた特徴を有する。このベトナムウォッカがLSC計測実習用の測定試料として適切であるか否かの検討を行った。化学的な前処理操作を行わない$$^{14}$$Cの直接測定により3種類のベトナムウォッカと純粋な試薬エタノールについて、放射能濃度と比放射能を求めた。その結果、放射能濃度は試料中のエタノール濃度に比例し、ベトナムウォッカと純エタノールの比放射能は標準データである0.25Bq/g炭素とよい一致を示した。このことから、ベトナムウォッカは高い精度でLSC計測実習の測定試料として適用可能であることが結論付けられた。
181
14th International Conference on X-Ray Lasers会議報告
錦野 将元; 河内 哲哉; 大道 博行
レーザー研究, 42(8), p.678 - 679, 2014/08
第14回X線レーザー国際会議(International Conference on X-Ray Lasers 2014: ICXRL2014)が米国コロラド州の ロッキー山脈の麓、フォートコリンズのコロラド州立大学において5月25日$$sim$$30日に開催された。本国際会議は、1980年代から30年近くにわたって隔年で、世界各地で開催されてきた伝統のある会議であり、今回の参加者は、開催国の米国を中心にヨーロッパ諸国(フランス, ドイツ, イギリス, イタリア, ロシア, チェコ等), 日本, 韓国, 中国等より約90名であった。この国際会議では、レーザー励起プラズマを用いた軟X線レーザーだけでな く、超短パルスレーザーによる高次高調波や相対論的プラズマからの軟X線放射やX線自由電子レーザー等のコヒーレントX線源の開発とその利用技術を専門とする世界中の研究者が集まり、最新の成果報告と議論が行われた。
182
高クロム鋼の長時間材料特性に及ぼす微量タングステン添加量の影響
鬼澤 高志; 永江 勇二; 菊地 賢司*
鉄と鋼, 100(8), p.999 - 1005, 2014/08
既存高Cr鋼の高温強度は、多くの元素を添加することで得られる強化機構により達成されているが、それらの強化機構の高速炉温度域(550$$^{circ}$$C)における長時間有効性・安定性は、明らかにされていない。高速炉使用環境における固溶強化機構の高温長時間での安定性・有効性を明らかにし、安定した強度を有すると共に長時間でも優れた延性および靱性を有する高Cr鋼を開発することを目標に、W添加量を無添加から0.35wt.%と低めに調整した高Cr鋼に対して、時効後衝撃試験に加え、引張試験、長時間クリープ試験および組織観察・分析を実施し、高速炉使用条件(最高使用温度550$$^{circ}$$Cで約50万時間)における長時間材料特性とW添加量の関係を明らかにする。特にLaves相に着目した組織観察・分析により靱性およびクリープ特性と金属組織の関係を明らかとし、高速炉構造用高Cr鋼に最適なW添加量を提示する。
183
Li$$_{4}$$FeH$$_{6}$$; Iron-containing complex hydride with high gravimetric hydrogen density
齋藤 寛之; 高木 成幸*; 松尾 元彰*; 飯島 祐樹*; 遠藤 成輝*; 青木 勝敏*; 折茂 慎一*
APL Materials (Internet), 2(7), p.076103_1 - 076103_7, 2014/07
Li$$_{4}$$FeH$$_{6}$$, which has the highest gravimetric hydrogen density of iron-containing complex hydrides reported so far, is synthesized by hydrogenation of a powder mixture of iron and LiH above 6.1 GPa at 900 $$^{circ}$$C. ${it In situ}$ synchrotron radiation X-ray diffraction measurements reveal that while kinetics require high temperature and thus high pressure for the synthesis, Li$$_{4}$$FeH$$_{6}$$ is expected to be thermodynamically stable slightly below room temperature at ambient pressure; further synthetic studies to suppress the kinetic effects may enable us to synthesize Li$$_{4}$$FeH$$_{6}$$ at moderate pressures. Li$$_{4}$$FeH$$_{6}$$ can be recovered at ambient conditions where Li$$_{4}$$FeH$$_{6}$$ is metastable.
184
Large-Eddy Simulation of plume dispersion under various thermally stratified boundary layers
中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康
Advances in Science & Research (Internet), 11, p.75 - 81, 2014/07
大気・陸域・海洋での放射性物質の移行挙動を包括的に予測できるSPEEDI-MPにおいて、Large-Eddy Simulation(LES)に基づく局所域高分解能大気拡散予測モデルの開発とその導入を目指している。今回は、まず、大気が安定・不安定成層化した境界層乱流を作り出し、それぞれのケースにおいて大気拡散計算を行う。既往の拡散風洞実験及び理論解との比較により再現性について議論をし、本LESモデルの性能評価を行う。
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Application of capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence detection for the determination of trace neodymium in spent nuclear fuel using complexation with an emissive macrocyclic polyaminocarboxylate probe
原賀 智子; 齋藤 伸吾*; 佐藤 義行; 浅井 志保; 半澤 有希子; 星野 仁*; 渋川 雅美*; 石森 健一郎; 高橋 邦明
Analytical Sciences, 30(7), p.773 - 776, 2014/07
高レベル放射性廃棄物の発生源である使用済燃料について、燃焼率の指標の一つであるネオジムイオンを簡易・迅速に分析するため、蛍光性環状型6座ポリアミノカルボン酸配位子を用いたキャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法の適用性を検討した。本検討では、ウラニルイオンやランタノイドイオン群など、様々な金属イオンが共存する使用済燃料溶解液において、微量のネオジムイオンを定量することに成功し、その際、ランタノイドイオン間の分離には分離用泳動液に含まれる水酸化物イオンが重要な役割を担っていることを明らかした。従来の陰イオン交換による分離法では、ネオジムの単離に約2週間を要するが、本法では数十分で分離検出が可能であり、分析に要する時間を大幅に短縮することができ、作業者の被ばくの低減が期待できる。
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アスベストと建築資材のレーザー誘起蛍光減衰比の比較研究
大図 章; 江坂 文孝; 安田 健一郎
分析化学, 63(7), p.609 - 617, 2014/07
レーザー誘起蛍光の減衰率でアスベストを他の建築物質と識別する目的で波長266nmの紫外レーザー光を用いて5種類のアスベストと6種類の建築材料物質の350から700nmのレーザー誘起蛍光の減衰率及び減衰率の波長依存性を調査し比較評価した。その結果、各々の蛍光の減衰率は、波長に対して一様でなく波長及び時間で変化することがわかった。また、ロックファイバーを除くすべての物質では波長500nm以上の蛍光は500nm以下の蛍光よりも早く減衰した。さらに、アスベストを他の建築材料物質と精度よく識別又は同定するには、入射レーザーパルスからの遅延時間10nsで波長405から420nmの波長領域の減衰率の比較が最適であることがわかった。
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Studies of silver photo diffusion dynamics in Ag/Ge$$_{x}$$S$$_{1-x}$$ ($$x$$=0.2 and 0.4) films using neutron reflectometry
坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, R.*; et al.
Canadian Journal of Physics, 92(7/8), p.654 - 658, 2014/07
アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。
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Multi-point strain measurement using FBG-OTDR optical fiber sensor
猿田 晃一; 小林 喬郎*
EUR-26577-EN, p.490 - 496, 2014/07
Fiber Bragg gratings (FBGs) are one of the promising sensor elements for structural health monitoring due to multi-point sensing capability of strain with a high sensitivity and spatial resolution. While current FBG strain sensors based on wavelength domain have been established and found a variety of applications, the number of FBGs in a single sensing arm is in practice limited up to several tens. This number of FBGs is insufficient to develop effective structural health monitoring systems by taking full advantage of multiplex capability of FBG sensors. We report a design and experimental demonstration of FBG strain sensor based on optical-time domain reflectometry (FBG-OTDR). In the presented method strain is measured as a change in the optical power reflected from FBGs, and each FBG signal is separated in time domain. Thus the number of FBGs is not limited by the spectrum range of the light source and the grating bandwidth. The experimental results show that 50 sensing points in a single sensing arm can be measured with an rms error of less than 1 microstrain.
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核セキュリティ強化に向けて; 核セキュリティ・サミットのチャレンジと課題
千崎 雅生
エネルギーレビュー, 34(7), p.46 - 49, 2014/07
2014年3月にオランダで第3回核セキュリティサミットが開催された。核セキュリティ強化に向けての過去2回のサミットの成果をレビューし、核テロ等の国内外事例や国際的な核セキュリティ対策について記述する。また、今回のサミットにおける安倍首相ステートメントの概要、サミットの主要な成果、そして今後の課題について解説する。
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Honeycomb Palladium catalyst for the oxidation of tritiated hydrocarbons produced in tritium facilities
岩井 保則; 佐藤 克美; 山西 敏彦
Fusion Science and Technology, 66(1), p.214 - 220, 2014/07
トリチウム化炭化水素の酸化プロセスに適用できるハニカム型パラジウム触媒を開発した。本研究ではパラジウム担持密度が反応速度に与える影響を精査するため2, 5, 10g/Lの三種類のパラジウム密度を持つ触媒を準備した。本研究では炭化水素としてトリチウム化メタンを使用した。ハニカム型パラジウム触媒におけるトリチウム化メタン酸化の総括反応速度係数を空間速度1000から6300h$$^{-1}$$、メタン濃度0.004から100ppm,触媒温度322から673Kの範囲で流通式反応器を用いて評価した。触媒のパラジウム担持密度がトリチウム化メタン酸化の反応速度に与える影響はわずかであった。試験した空間速度の範囲では総括反応速度係数は空間速度に比例した。総括反応速度係数はメタン濃度が10ppm以下ではメタン濃度に依存しなかった。
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Quaternary geochronology using accelerator mass spectrometry (AMS); Current status of the AMS system at the Tono Geoscience Center
松原 章浩; 國分 陽子; 西澤 章光*; 三宅 正恭*; 石丸 恒存; 梅田 浩司
Geochronology; Methods and Case Studies, p.3 - 30, 2014/07
第四紀地質年代学は加速器質量分析AMSによって大きく前進している。それに用いられる代表的な核種として$$^{10}$$Be, $$^{14}$$C, $$^{26}$$Al, $$^{36}$$Clがよく知られる。当施設では、それらの核種のAMS測定に向け技術開発を進めている。ここでは当施設の複数核種のAMS測定に向けた取り組みと現状について述べる。
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核燃料物質使用施設の高経年化に係る安全性評価手法の開発
藤島 雅継; 水越 保貴; 坂本 直樹; 大森 雄
保全学, 13(2), p.115 - 125, 2014/07
大洗研究開発センター福島燃料材料試験部には、高速増殖炉の高性能燃料及び材料の開発を目的とした5つの核燃料物質使用施設 照射後試験施設がある。これらの施設は昭和40年代から50年代に建設されたもので、ホットインからいずれも30年以上経っている。そこで、施設の安全の確保のため、平成15年度より独自の安全評価に取組んでいる。この取組みは、想定されるリスクを摘出し、未然に適切な処置を施すなどの対策によりトラブルを防止しようというものである。その精神は、発電用原子炉等の高経年化対策に適用されている定期安全評価に学んでいる。評価手法の特徴は、安全に影響するさまざまな要因を数値化し、性能劣化監視指標により、適切な保全活動に反映していく点にある。本論文では、福島燃料材料試験部で行っている施設の安全評価への取組みについて、経緯,評価手法と保全活動への展開の状況についてまとめた。
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高速炉への保全学の適用
仲井 悟
保全学, 13(2), p.41 - 42, 2014/07
日本保全学会における高速炉保全のあり方に関する検討において、技術的側面での保全の在り方については、完全とは言えないまでも高速炉保全技術を確立するための道筋は明確になったと考えられる。この道筋を実証し、高速炉保全技術を確立するためには、プラントの運転・保守経験を積むことが肝要である。一方、保全対象設備や保全の方法が明確にされ、その保全に使用する保全技術が確立されたとしても、保全を実施するのは組織・人間であり、組織・人間系における能力の維持・向上、確実な行為の実施は保全においては不可欠である。保全能力の維持・向上については、組織的な教育・技術伝承の取り組みの必要性は軽水炉を含めて言われている。日本保全学会においては保全学の構築とその原子力発電設備への適用が設立の動機であり、保全の第二原則では「正しい保全」を的確に実施する、第三原則では保全における安全性と経済性の両立となっている。この原則を高速炉、特に原型炉に適用するための格好の機会と考えられる。
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Quasi-monoenergetic neutron beam and its application at the RCNP cyclotron facility
岩元 洋介; 八島 浩*; 佐藤 大樹; 萩原 雅之*; 岩瀬 広*; 中村 尚司*; 嶋 達志*; 民井 淳*; 畑中 吉治*
IAEA-TECDOC-1743, Annex (CD-ROM), p.177 - 188, 2014/07
発表者等は、大阪大学核物理研究センター(RCNP)のサイクロトロン施設において、中高エネルギー範囲(100$$sim$$400MeV)の$$^{7}$$Li(p,n)反応を用いた準単色中性子照射場の開発と、中性子ビームを用いた断面積測定及び遮蔽実験を行った。準単色中性子のピーク強度は、入射陽子エネルギーによらず1$$times$$10$$^{10}$$個/sr/$$mu$$Cで、全中性子強度に対するピーク成分の比は0.4$$sim$$0.5であることを明らかにした。また、開発した準単色中性子ビームを用いて、ビスマスの放射化断面積測定,中性子弾性散乱断面積測定及び遮蔽実験等を行い、それぞれ精度良い実験データを取得することに成功した。このように、RCNPの中性子照射場は、中高エネルギー範囲の中性子入射に対する核データ測定、遮蔽実験等に適している。
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Infrared absorption and Raman scattering spectra of water under pressure via first principles molecular dynamics
池田 隆司
Journal of Chemical Physics, 141(4), p.044501_1 - 044501_8, 2014/07
通常水分子の変角振動によるとされている1600cm$$^{-1}$$付近に現れるピークが超臨界水の偏光ラマンおよび偏光解消ラマンスペクトルでは消失することが実験により観測されている。一方赤外吸収スペクトルには対応するピークが明瞭に現れることが観測されている。本研究では第一原理分子動力学と分極理論を組み合わせることにより赤外吸収スペクトルとラマンスペクトルの解析法を構築した。我々の計算法により水の赤外・ラマンスペクトルの上記の奇妙な振る舞いが再現されることを示した。通常の水で1600cm$$^{-1}$$に観測されるラマンスペクトルのピークの起源を議論した。
196
Fogwater deposition modeling for terrestrial ecosystems; A Review of developments and measurements
堅田 元喜
Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 119(13), p.8137 - 8159, 2014/07
植生地への霧沈着モデリングに関するここ数十年間の進展をレビューする。霧沈着の推定のためのいくつかの種類のモデルと簡易パラメタリゼーションをその仮定・入力データ・モデル化したプロセスを比較しながら概観する。モデル計算から得られる霧沈着速度($$V$$$$_{rm d}$$)と植生種・構造との関係は、モデルの検証のために本研究で収集した文献と一致する。しかし、森林での$$V$$$$_{rm d}$$の観測値は複雑地形における観測の不確定性のために大きくばらついており、モデル計算値との定量的な比較は極めて困難である。文献調査によると、$$V$$$$_{rm d}$$の観測値は草地で2.1-8.0cm s$$^{-1}$$、森林で7.7-92cm s$$^{-1}$$であった。霧沈着が大気-陸面相互作用に及ぼす影響や複雑地形における霧沈着に関する数値的研究を紹介する。最終的に、更なる研究の進展に必要と考えられる新しいモデリングおよび観測手法を議論する。
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Ultra-trace copper(II) detection and removal from wastewater using novel meso-adsorbent
Awual, M. R.; Ismael, M.*; Khaleque, M. A.*; 矢板 毅
Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(4), p.2332 - 2340, 2014/07
The functionalized mesoporous silica based meso adsorbent was developed for ultra trace Cu(II) detection and removal from wastewater. The meso adsorbent was fabricated by direct immobilization of ligand onto mesoporous silica monoliths. The calculated HOMO LUMO small energy gap suggested that the electrons excitation according to the electron/energy transfer mechanism was evident in the intense of color complexation during selective detection and removal. The adsorbent was successfully applied in the determination and removal of Cu(II) ions in environmental samples.
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R&D of invar duct for fabrication of 2nd JSNS moderators
原田 正英; 勅使河原 誠; 前川 藤夫; 大井 元貴; 春日井 好己; 高田 弘
Journal of Nuclear Materials, 450(1-3), p.104 - 109, 2014/07
JSNS/J-PARCには、3台の多層構造を有する超臨界水素モデレーターがある。モデレータ1号機の製作において、室温層及び極低温層での熱収縮の違いが、製造プロセスを困難にさせることがわかった。そこで、モデレーター2号機の製作のために、配管材料として低熱収縮材料、インバーを使用することを提案した。製造性を確認するためのインバー配管に関する曲げ試験,溶接試験,異材継手試験を行った。まず、直径22mmの配管を曲げ半径44mmでの曲げ試験を行い、液体窒素で予備冷却し低速なら問題なく曲がることを確認した。TIG溶接では、溶接開先を変えて、適切な開先形状を決定した。そして、接合部分を含む摩擦圧接による異材継手インバー-A6061製とインバー-SS316L製のロッドから、サイズ60mm,直径4又は6mmの試験片を切り出し、2温度(室温と77K(液体窒素温度)で、引張試験を行った。その結果、どの接合材も、接合強度(0.2%耐力)が母材よりも大きいことがわかった。以上より、インバー配管は、モデレーター2号機に使用可能であることを確認できた。
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Damage inspection of the first mercury target vessel of JSNS
直江 崇; 勅使河原 誠; 涌井 隆; 木下 秀孝; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 二川 正敏
Journal of Nuclear Materials, 450(1-3), p.123 - 129, 2014/07
J-PARCの核破砕中性子源施設では水銀ターゲットシステムを採用している。SUS316L製の水銀ターゲット容器は高強度の陽子及び中性子に曝される。特に、水銀と接する容器内壁は、圧力波によって励起されるキャビテーションによる損傷を受ける。2011年3月の東日本大震災の影響により、水銀ターゲット容器の一部が故障したため、2011年11月にこれを新しい容器に交換した。このとき、使用済みのターゲット容器先端部をホールソーを用いて切り出し、内部に形成されているキャビテーション損傷及び水銀流動によるエロージョンを観察した。その結果、構造健全性に影響を与えるような流動によるエロージョンは観測されなかった。また、ターゲット容器内壁中心部及び15mm程度離れた位置に、キャビテーションによる損傷が集中している箇所が見られた。詳細な分析の結果、中心部では、深さ約250$$mu$$mの損傷が形成されていることが明らかとなった。
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The Development of thermal and mechanical cutting technology for the dismantlement of the internal core of Fukushima Daiichi NPS
手塚 将志; 中村 保之; 岩井 紘基; 佐野 一哉; 福井 康太
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(7-8), p.1054 - 1058, 2014/07
福島第一原子力発電所における燃料デブリや炉内溶融金属等の撤去にあたっては、対象物の性状や作業環境等の条件を考慮して取出し技術の選定及び技術開発を行う必要がある。一方、原子力機構では、試験研究の使命を終えた原子炉施設等の廃止措置を進めており、施設の解体に係る様々な技術や知見を有している。切断技術としては、「ふげん」の原子炉解体に向けてプラズマアーク,レーザー、及びアブレイシブウォータージェット(AWJ)、並びに核燃料物質取扱施設の解体に向けてプラズマジェットの各切断技術に係る切断試験や技術開発を実施してきた。このため、原子力機構では、これらの知見を有する切断技術を活用して、切断試験により切断データの取得及び評価を行い、福島第一原子力発電所の炉内溶融金属等の取出しに向けた切断条件及び工法毎の適用範囲等について取りまとめて技術提案していく計画である。本報告では、熱的切断技術のプラズマアーク及び機械的切断技術のAWJを用いた基礎的な切断試験の結果、並びにプラズマジェットを含めた今後の試験計画について報告する。