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Vol. 1 - Research Laboratory for Nuclear Reactors
OVERVIEW of LANE Vol. 1 国立大学法人東 京工業大学 科 学 技 術 創 成 研 究 院 先導原子力研究所 要覧 第 1 号 ) Laboratory for Advanced Nuclear Energy(LANE Institute of Innovative Research Tokyo Institute of Technology 2016-17 ごあいさつ Director Toyohiko YANO 所長 矢野 豊彦 東京工業大学は、平成28年4月1日に教育研究体制を大 Tokyo Institute of Technology reorganized both education system and 幅に刷新し、約180名の専任教員から構成される科学技 research institutes in April 2016. Former “Research Laboratory for 術創成研究院がスター卜しました。原子炉工学研究所は、 Nuclear Reactors (RLNR)” is joined as a sub-institute of newly funded 他の研究所と共に科学技術創成研究院の中に配置され、 新たに先導原子力研究所として再出発しました。昭和31 年に理工学部附属原子炉研究施設として発足し、昭和39 年に原子炉工学研究所として附置研究所となり、60年目 “Institute of Innovative Research”, which includes more than 180 faculty members, and name is modified as “Laboratory for Advanced Nuclear Energy (LANE)”. The RLNR had initially been funded as a research facility in 1956 and then, it had been upgraded to a research laboratory attached to the University in 1964. As one of the top laboratories leading the の節目を迎えての組織変更となりました。先導原子力研 applied research as well as pursuing the scientific principles related to 究所は、原子力に関わる学理を追求するとともにその応 nuclear energy, the LANE aims to contribute to the sustainable 用研究を先導し、世界の持続的発展への貢献を目指して development of the world. The fundamental research of peaceful use of おります。エネルギー問題と二酸化炭素排出による地球 nuclear energy is of great significance to solve the global energy 環境問題の解決、原子力の平和的な利用に向けた基盤研 究を進めると共に、ミッション主導研究として革新的原子 力システム研究、アクチノイド・マネージメント研究、グロー バル原子力セキュリティ研究、高度放射線医療研究を推 shortage and carbon dioxide emission problems. Innovative nuclear energy systems research, actinide management research, global nuclear security research, advanced radiation medical research are promoted as mission-driven researches. The laboratory also studies some important issues Japanese society has to cope with – reactor decommissioning 進します。さらに国の重要課題である、福島原発事故か toward recovery from the Fukushima Daiichi nuclear power plant らの回復に向けた原子炉廃止措置、環境汚染回復などの accident and environmental pollution recovery. 研究にも取り組みます。 The Higashi-Nihon disaster and the severe nuclear accident, which led 平成23年3月11日に発生した東日本大震災と、東京電力 to the reactor core melt-down, occurred on March 11, 2011, inflicted 福島第一原子力発電所の炉心溶融に至った過酷事故は、 甚大な被害を及ぼし、今もって多数の国民が避難生活を 余儀なくされています。被災された方々やその関係者に は、心よりお見舞い申し上げます。巨大地震およびそれ に伴う巨大津波という自然の猛威には、容易にはなすす enormous damage to a wide-spread area of Japan. Even now, a great number of people have been forced to live in shelters as evacuees. In this regard, we would like to express our heartfelt sympathy to the victims and related persons involved. Although it is not easy to find counter measures against the forces of nature, such as massive earthquakes and giant tsunamis, I think that we must accept the great べを見つけられませんが、地殻変動の特に激しい、それ risks faced from the forces of nature, as people of Japan, living along ゆえに自然の美しい日本に住む国民として、大自然の災 the “ring of fire” of active movements at the earth’s crust, producing 01 Greetings from the director 禍は必然的に背負わなければならないリスクであります。 such beautiful nature. However, why could we not have anticipated and しかしながら“想定を超える”津波による原子力発電所 prevented the accidental melt down of the reactor core by a giant の炉心溶融事故は、防ぐことは出来なかったのでしょうか？ tsunami that exceeded “the assumption scope” ? But I think that “最悪の状況”を意識的あるいは無意識的に除外してい たように思います。原子力研究を使命とする研究所に身 を置く研究者として悔しい思いとともに、本当に申し訳な く思います。 everyone did involve consciously or subconsciously rule out the “worstcase scenario”. As a nuclear scientist in this laboratory, I was extremely upset/ frustrated, and at the same time I was very sorry that the accident could not prevented. The LANE and the Nuclear Engineering Course (former Department of 先導原子力研究所と原子核工学コースは表裏一体の運営 Nuclear Engineering), the Graduate Major in School of Environment をしております。前身の原子核工学専攻では平成15 〜 and Society are operating and have developed as “two sides of the 19年度に「革新的原子力システム」をテーマとした21世 same coin”. During the fiscal years 2003–2007, the program on the 紀COEプログラムに原子力関連では全国で唯一採択さ “Innovative Nuclear Energy System for Sustainable Development of the れ成功裏に終了し、その後も、平成23年度からは博士課 程教育リーディングプログラムにより「グローバル原子力 安全・セキュリティ・エージェント養成」が原子核工学専 攻単独の運営により7年計画でスタートし、博士課程に新 World” proposed by the Department had been adopted as the only nuclear-related program in the 21st Century Center of Excellence Programs and had been concluded successfully. Even after that, the doctoral course education program for Leading Graduate Schools developed the “Global Human Resource Development Program for しい教育課程が設置されました。さらに、平成26年度か Nuclear Safety and Security”. It has started in 2011, as a unique 7-year らは廃止措置等基盤研究・人材育成プログラムで「廃止 program. In this way, a new educational program has been established 措置工学高度人材育成と基盤研究の深化 」が採択され、 in the doctoral course. Recently in 2014, a new educational program 5年間の活動を開始しました。このように、一貫して最高 focused on human development for nuclear decommissioning was レベルの原子核工学教育を実施する体制が確立されてお ります。これらの取り組みを通してこれからの原子力を背 負っていく若者の育成に所を挙げて取り組んでいく所存 であります。 21世紀は、開発途上国における人口の急激な増加と、 adopted, that is “Advanced Research and Education Program for Nuclear Decommissioning” as a 5-year program. And thus the educational system that consistently implements the highest level of nuclear engineering education has been established. Through the above-mentioned efforts, the entire faculties actively address the development of young people who have the mission to continue the それら地域の生活水準の向上が重なり合って世界のエネ future nuclear energy. ルギー消費を急激に増加させ、エネルギー・食糧・水問 In the middle of the 21st century, population increases rapidly in 題と共に大きな地球環境問題を引き起こすことが危惧さ developing countries and improved living standards in those areas give れております。そのなかでも特に化石燃料の大量消費に 伴う大気中の二酸化炭素濃度の上昇は、地球温暖化や異 常気象を引き起こす要因であることが知られています。 必要なエネルギーを確保しつつ温暖化ガスの排出を削減 することは将来にわたり人類が地球に生き続けるための sharp increases in world energy consumption. Therefore, fears of a global environmental problem may have taken place as well as of problems in energy, food and water. Among those, it is particularly well known that an increase in atmospheric CO2 concentration is a factor that causes global warming and abnormal weather. To reduce emission of greenhouse gases while securing energy necessary for our life is a great 大きな課題であり、原子力への大きな期待が寄せられて challenge for all human survival on the Earth into the future. In this いました。しかしながら、 福島第一原発の過酷事故により、 regard, there were great expectations for nuclear energy. However, the 原子力のもっとも危険な面をさらけ出してしまいました。 most dangerous aspect of nuclear energy had been revealed by the 科学者としての原点に立ち戻り、原子核に閉じ込められ severe nuclear accident. Reverting to the original position as a scientist, ていたエネルギーを解放するという所作に内在する危険 性を謙虚に認識し、より安全性の高い原子力システムを 再構築しなければならないと思います。過酷事故の経験 から多くを学び、原子力への信頼を取り戻すべく、研究・ 教育活動を続けていきたいと思います。 I sincerely think that we must humbly recognize the risks involved in the release of the enormous energy from the atomic nucleus, and then, reconstruct a safer nuclear system than ever before, in light of the important lessons learned from the nuclear accident. In order to carry out my responsibility, I would like to continue the research and educational activities of the LANE and of the School to which I belong. 02 沿 革 History 明治14年 （1881） — — 東京職工学校設立 Establishment of The Tokyo Vocational School 昭和 ４ 年 （1929） — — 東京工業大学に昇格 The school became a degree-conferring university, Tokyo Institute of Technology 昭和31年 （1956） — — 東京工業大学理工学部附属原子炉研究施設発足 （当初2部門、逐次設備後7部門体制） Establishment of the Research Laboratory for Nuclear Reactors, the Faculty of Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology (2-Division Organization at First, 7-Division Organization Later) 昭和32年 （1957） — — 理工学研究科原子核工学専攻設置 Establishment of Department of Nuclear Engineering in Graduate School of Science and Engineering 昭和34年 （1959） — — 原子科学研究室設置 Construction of Atomic Science Laboratory 昭和35年 （1960） — — 天然ウラン-軽水系指数炉設置 Installation of Exponential Experiment Facility for Natural Uranium - Light Water System 昭和36年 （1961） — — 核分裂実験装置研究室設置 Construction of Fission Experiment Facility Research Laboratory 昭和37年 （1962） — — 放射性同位元素実験室設置 Construction of Radio Isotope Laboratory 昭和38年 （1963） — — 研究施設本館建設 Construction of Main Building of the Research Laboratory 昭和39年 （1964） — — 東京工業大学原子炉工学研究所発足 （7部門体制） Establishment of the Research Laboratory for Nuclear Reactors (7-Division Organization) 昭和40年 （1965） — — 原子動力実験室設置 Construction of Nuclear Power Laboratory 昭和42年 （1967） — — 同位体分離実験室設置 （現：同位体科学実験室） 原子炉設計理論部門増設 （8部門体制） Construction of Isotope Separation Laboratory (Present Name: Isotope Science Laboratory) Establishment of Reactor Design Division (8-Division Organization) 昭和45年 （1970） — — 高温核燃料要素実験室設置 原子炉燃料部門増設 （9部門体制） Construction of High-Temperature Nuclear Fuel Elements Laboratory Establishment of Nuclear Fuel Division (9-Division Organization) 昭和49年 （1974） — — 広領域線質放射線照射実験室設置 Construction of Multi-Purpose Irradiation Facilities Laboratory 昭和50年 （1975） — — 放射線物理部門 （改称、旧：保健物理部門） Radiation Physics Division (Renamed, Old Name: Health Physics Division) 昭和53年 （1978） — — 原子炉安全性工学部門設置 （10部門体制） Establishment of Nuclear Reactor Safety Engineering Division (10-Division Organization) 昭和55年 （1980） — — トリチウム化学部門設置 （11部門体制） Establishment of Tritium Chemistry Division (11-Division Organization) 昭和60年 （1985） — — ブランケット安全工学部門設置 （原子炉安全性工学部門の転換） Establishment of Blanket Safety Engineering Division (Change of Nuclear Reactor Safety Engineering Division) 平成 ２ 年 （1990） — — 原子炉工学研究所改組 （3大部門体制） Reorganization of Research Laboratory for Nuclear Reactors (3-Broad-Division Organization) 平成 ７ 年 （1995） — — システム・安全工学部門 外国人客員教授設置 Establishment of a foreign visiting professor at System and Safety Engineering Division 平成28年 （2016） — — 科学技術創成研究院先導原子力研究所発足 03 Laboratory for Advanced Nuclear Energy (LANE), Institute of Innovative Research 活動目的 The Scope of LANE 平和で安全・安心な社会の構築と 世界の持続的発展のための原子力研究 国立大学法人となった際に、研究所として中期目標・計画を策定 Nuclear energy research leading to a peaceful, safe, and secure society and to sustainable development of the world し、現在はその第三期に入っています。現在の中期計画では、ミッ When Tokyo Institute of Technology turned into an independent ション主導型研究として、 「革新的原子力システム研究」 、 「アクチ administrative entity in 2004, Laboratory for Advanced Nuclear Energy ノイド・マネージメント研究」 「 、グローバル原子力セキュリティ研究」 、 (LANE) formulated the medium-term objectives and plan. Now we および「高度放射線医療研究」を推進しています。また、次期 have entered into the third–term of the plan, and promoted the current 中期計画に向けての新しいテーマが生まれることを期待して、そ mission-driven research projects such as, “Innovative nuclear energy れら４つ の 基 礎 基 盤とな る 研 究 も 推 進して い ま す。 さらに、 system study”, “Actinide management study”, “Global nuclear security 2011年の福島原発事故以降は、除染をはじめ、福島復興に向け study”, and “Advanced radiation application for medical treatment た取り組みに務めています。 study”. At the same time, fundamental studies concerning the above 先導原子力研究所は、エネルギー問題と地球規模の環境問題の four projects have been also promoted. Furthermore, after the 解決を目指す原子力の基盤研究をプロジェクトの柱として実施し、 Fukushima Dai-ichi nuclear plant accidents in 2011, we have been 放射線応用を含めた原子力分野のフロンティアを開拓できる拠点 dedicated to study the decontamination of radioactive materials from 研究機関として、米国、欧州、旧ソ連諸国をはじめ、インドネシア、 the land/water or buildings/houses, decommission of the reactors, and ベトナム、タイ等の東南アジア諸国とも連携し、原子力・放射線 disposal of damaged fuels. 応用のグローバルな連携拠点を目指しています。 LANE conducts scientific research of nuclear energy to seek for 大学の附置研究所として、学生の教育は重要なミッションです。3 practical solutions of problems between energy and global 学院 （工学院、物質理工学院、環境・社会理工学院） 、5系 （機械系、 environmental issues, and works in cooperation not only with the 電気電子系、材料系、応用化学系、融合理工学系） にまたがる複 United States, European countries and former republics of the Soviet 合系コースである原子核工学コースは本研の教員により運営さ Union but also with South-East Asian countries such as Indonesia, れ、次代を担う優れた学生を輩出すべく高度な教育を行っていま Vietnam, Thailand, etc. We aim to be a global hub research institute す （教育関係はコースガイドを参照） 。 leading to explore the frontiers in nuclear energy including various radiation applications. Education of students is another important mission of the research laboratory attached to the university. Graduate Major in Nuclear Engineering is operating by the professors of the Laboratory, and highlevel education for glowing-up students who are responsible to the next generation is pursuing (see Guide of the Graduate Major). グローバル原子力 セキュリテイ研究 大規模な原子力災害 戦略的原子力セキュリティ 核拡散抵抗性の高い燃料の製造技術と 利用技術 ▶▶▶戦略的国際先導 エネルギー長期安定供給、高い安全性、 核廃棄物低減 超長寿命炉、高燃焼度炉、消滅炉、 分散型小型炉等の開発 原子力を用いた低炭素エネルギーシステム ▶▶▶国際的原子力政策提言 革新的原子力システム研究 アクチノイド・ マネージメント研究 原子力 基礎基盤研究 量子線と粒子線科学 放射線医療理工学 核融合、プラズマ科学 計測・画像処理・診断技術 核データ 過酷環境材料 核拡散抵抗性の高い再処理技術 放射性廃棄物の環境負荷低減 合理的なアクチノイド マネージメント技術の基盤研究 ▶▶▶新フロンテイア開拓 加速器を用いたホウ素中性子捕捉療法 癌細胞への選択性の高いホウ素化合物 の合成とその運搬技術 DNA二重鎖切断の修復機構 陽子線励起X線による診断・治療技術 ▶▶▶新フロンテイア開拓 高度放射線医療研究 04 組 織 Organization 環境・社会理工学院 School of Environment and Society 科学技術創成研究院 融合理工学系 Institute of Innovative Research Transdisciplinary Science and Engineering Dept. 研究所 Research Laboratories ・未来産業技術研究所 (FIRST) ・フロンティア材料研究所 (MSL) ・化学生命科学研究所 (CLS) 研究センター Research Centers 研究ユニット Research Units グローバル原子力 セキュリティ領域 原子核工学コース Graduate Major of Nuclear Engineering アクチノイド・ マネージメント領域 Global Nuclear Security Division Actinide Management Division 工学院 School of Engineering 機械系 Mechanical Engineering Dept. 電気電子系 物質理工学院 School of Materials and Chemical Technology 革新的原子力 システム領域 高度放射線 医療応用領域 Innovative Nuclear Energy System Division 材料系 Electrical and Electronic Engineering Dept. Advanced Medical Application Division 基盤研究領域 Materials Science and Engineering Dept. Fundamental Research Division 先導原子力研究所 応用化学系 Laboratory for Advanced Nuclear Energy (LANE) Chemical Science and Engineering Dept. 東京工業大学 Tokyo Institute of Technology 国名 連携 （学術交流） 先名称 Country 米国 U.S.A Organization マサチューセッツ工科大学先進原子力研究センター Massachusetts Institute of Technology (Center for Advanced Nuclear Energy Systems) カルフォルニア大学アーバイン校 化学工学・材料科学科、ヘンリーサムエリ工学院 University of California, Irvine (Chemical Engineering and Material Science, The Henry Samueli School of Engineering) 欧州委員会共同研究センター Joint Research Center (JRC),European Commission EUJEP2 （欧州原子力教育ネットワーク連合、フランス原子力科学技術機構、ルーマニア国立原子力研究 コンソーシアム センター、京都大学大学院工学研究科、京都大学大学院エネルギー科学研究科、福井大学工学 研究科、日本原子力開発機構原子力人材育成センター） consortium EUJEP2 フランス France (European Nuclear Education Network Association, Institute for Nuclear Sciences and Technologies, University Politehnica Bucharest (Faculty of Power Engineering), Academy for Nuclear Science and Technology (Center for Nuclear Research), Kyoto University (Graduate School of Engineering, Graduate School of Energy Science), University of Fukui (Graduate School of Engineering), Japan Atomic Energy Agency (Nuclear Human Resource Development Center) 国立科学研究センター高温放射線極限条件材料研究所 CEMHTI, Centre National de la Recherche Scientifique ドイツ カールスルーエ工科大学放射性廃棄物処理研究所 イタリア メッシーナ大学 電子化学工学専攻 Germany Italy Institute for Nuclear Waste Disposal Karlsruhe Institute of Technology University of Messina (Department of Electron Engineering, Chemistry and Industrial Engineering) セルビア共和国 ベオグラード大学ビンカ原子力科学研究所 Serbia University of Belgrade (Vinca Institute of Nuclear Sciences) ルーマニア バベス・ボヨイ大学物理学部 ポーランド ワルシャワ大学化学部 リトアニア カウナス工科大学基礎科学学部 エジプト アシュート大学 Romania Pohland Lithuania Egypt マレーシア Malaysia Babes-Bolyai University of Cluj-Napoca (Faculty of Physics) University of Warsaw (Facultut of Chemistry) Kaunasu University (Faculty of Fundamental Science) Assiut University テナガナショナル大学工学部 Universiti Tenega Nasional (College of Engineering) マレーシア国民大学科学工学部 The National University of Malaysia (Faculty of Science and Technology) インドネシア インドネシア原子力庁 タイ タイ原子力技術研究所 ベトナム ベトナム原子力委員会 モンゴル モンゴル国立大学原子核研究センター 韓国 ソウル国立大学原子核工学専攻、核融合炉工学先端研究センター Indonesia Thailand Vietnam Mongolia Korea 05 Indonesian National Atomic Energy Agency Thailand Institute of Nuclear Technology Vietnam Atomic Energy Commission National University of Mongolia (Nuclear Research Center) Seoul National University (Department of Nuclear Engineering, Center for Advance Research in Fusion Reactor Engineering) 教職員一覧 Members List of LANE 革新的原子力システム領域 Innovative Nuclear Energy System Division 教授 井頭 政之 Professor Masayuki Igashira 教授 小原 徹 Professor Toru Obara 教授 加藤 之貴 Professor Yukitaka Kato 教授 小林 能直 Professor Yoshinao Kobayashi 教授 高橋 実 Professor Minoru Takahashi 准教授 片渕 竜也 Associate Professor Tatsuya Katabuchi 准教授 木倉 宏成 Associate Professor Hiroshige Kikura 助教 近藤 正聡 Assistant Professor Masatoshi Kondo 助教 西山 潤 Assistant Professor Jun Nishiyama アクチノイド・マネージメント領域 Actinide Management Division 教授 竹下 健二 Professor Kenji Takeshita 准教授 鷹尾 康一朗 Associate Professor Koichiro Takao 准教授 塚原 剛彦 Associate Professor Takehiko Tsukahara 助教 原田 雅幸 Assistant Professor Masayuki Harada グローバル原子力セキュリティ領域 Global Nuclear Security Division 教授 大貫 敏彦 Professor Toshihiko Ohnuki 教授 小田原 修 Professor Osamu Odawara 教授 矢野 豊彦 Professor Toyohiko Yano 准教授 相樂 洋 Associate Professor Hiroshi Sagara 准教授 吉田 克己 Associate Professor Katsumi Yoshida 助教 澤田 哲生 Assistant Professor Tetsuo Sawada 助教 Anna Gubarevich Assistant Professor Anna Gubarevich 高度放射線医療応用領域 Advanced Medical Application Division 教授 小栗 慶之 Professor Yoshiyuki Oguri 准教授 林﨑 規託 Associate Professor Noriyosu Hayashizaki 准教授 松本 義久 Associate Professor Yoshihisa Matsumoto 助教 島田 幹男 Assistant Professor Mikio Shimada 基盤研究領域 Fundamental Research Division 教授 飯尾 俊二 Professor Shunji Iio 教授 千葉 敏 Professor Satoshi Chiba 准教授 赤塚 洋 Associate Professor Hiroshi Akatsuka 准教授 筒井 広明 Associate Professor Hiroaki Tsutsui 06 Innovative Nuclear Energy System Division Development of Neutron Science Research for Society 社会のための中性子科学研究の展開 Masayuki IGASHIRA, Prof. 教授 井頭 iga@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3378 政之 長寿命核廃棄物の核変換処理技術開発のための 中性子捕獲反応断面積の系統的研究 現在、原子力発電により発生する長寿命核廃棄物の処分が大き な問題となっている。 長寿命核廃棄物の処分方法のひとつのオ Systematic Study on Neutron Capture Reaction Cross Sections for the Technological Development of Nuclear Transmutation of Long-Lived Nuclear Wastes プションとして、中性子核反応により長寿命核種を短寿命化ある Management of long-lived nuclear waste from nuclear power plants is a いは安定化する核変換処理システムが提案されている。 本研究 serious issue. Nuclear transmutation, which transmutes long-lived では、核変換処理技術開発の基礎となる長寿命核分裂生成物お nuclides into shorter or stable nuclides via neutron-induced reactions, よびマイナーアクチニドの中性子捕獲断面積の系統的研究を行っ has been suggested as an option. We are studying the neutron capture ている。 本研究所の高位粒子線物質変換実験装置 （図1）および cross sections of long-lived fission products and minor actinides for the 日本原子力研究開発機構の大強度陽子加速器施設 （J-PARC）の technological development of nuclear transmutation. Systematic 中性子核反応測定装置 （図２） を用いて中性子捕獲断面積測定を measurements are ongoing using the Mass Transmutation Facilities 行っている。 (Fig.1) of RLNR and the Accurate Neutron-Nucleus Reaction measurement Instrument (Fig.2) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). 図１ 高位粒子線物質変換実験装置 Fig.1Mass Transmutation Facilities with High-Quality Particle Beams 中間コリメータ 中間コリメータ 中性子ビーム 中性子ビーム ボロン入りポリエチレンまたはゴム ボロン入りポリエチレンまたはゴム 鉛 鉛 水素化リチウム６ 水素化リチウム６ カドミウム プラスチック検出器 プラスチック検出器 NaI 検出器 NaI 検出器 中間コリメータ 中性子ビーム カドミウム 鉄 鉄 コンクリート コンクリート ボロン入りポリエチレンまたはゴム 鉛 水素化リチウム６ プラスチック検出器 90° 90° NaI 検出器 125° 125° 試料 試料 500 mm 500 mm 07 カドミウム 鉄 コンクリート 図２ J-PARCの中性子核反応測定装置に設置された中性子捕獲断面積測定用NaI(Tl)スペクトロメータ Fig.2NaI(Tl) Spectrometer for Neutron Capture Cross Section Measurement at J-PARC 125° 90° 試料 Innovative Nuclear Energy System Division Innovative nuclear reactors for future 未来のための革新的原子炉 Toru OBARA, Prof. 教授 小原 tobara@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-2380 徹 受動安全小型原子炉の研究 Study on Passive Safe Small Nuclear Reactors 原子炉の停止後の崩壊熱の除去がポンプなどの能動的機器を使 We are studying small nuclear reactors, in which it is possible to remove 用することなくでき、高い燃料利用効率をもった小型原子炉の研 decay heat after the shutdown without using active devices, such as 究を行っている。さらに、異常時の原子炉の停止も受動的機能 coolant pumps, with high efficiency in fuel utilization. The study of で可能な原子炉の研究も進めている （図1） 。 nuclear reactors that are possible to shutdown only by passive safety 革新的原子炉概念の研究 features is also in progress (Fig.1). Study on Innovative Nuclear Reactor Concept 天然ウランを燃料として高い持続性を有するCANDEL型原子炉 や大口径シリコン半導体製造用小型原子炉などの革新的原子炉 We are studying innovative nuclear reactors such as CANDLE reactor, の研究を行っている （図2） 。 which uses natural uranium as its fuel with high sustainability, and a 臨界安全に関する研究 small reactor for large diameter silicon semiconductor production (Fig.2). 複数の核燃料物質による臨界事故が発生した場合のエネルギー Study on Criticality Safety や放射線の発生挙動の研究をコンピューターシミュレーションによ We are studying the transient analysis of energy and radiation release り行っている （図３） 。 in case of criticality accident by several nuclear materials by computer simulation (Fig.3). 図１ 受動安全小型シンプルペブルベッド型原子炉の概念 Fig.1 Concept of passive safe small simplified pebble bed reactor 図２ 大口径シリコン半導体製造用小型原子炉概念 Fig.2 C oncept of a small reactor for large diameter silicon semiconductor production 図３ 3つの核燃料溶液タンクの超臨界状態での過渡解析例 Fig.3 Example of transient analysis in super critical condition by three nuclear fuel solution tanks 08 Innovative Nuclear Energy System Division Nuclear thermal power utilization technologies for global CO2 emission mitigation 核熱の有効利用による世界の CO2 排出削減 Yukitaka KATO, Prof. 教授 加藤 yukitaka@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-2967 之貴 二酸化炭素排出の削減は地球環境の保護と化石資源節約のため Carbon dioxide emission mitigation is important for global environment に重要である。 原子力熱エネルギーの活用がこの削減に有効で protection and fossil fuel consumption saving. Nuclear thermal power ある。 本研究室では核熱を活用するためのエネルギー貯蔵、変 is efficient for the mitigation. For utilization of nuclear power, energy 換技術の開発を通して、世界の環境への貢献を目指している。 storage and conversion technologies are being developing in our ケミカルヒートポンプを用いた熱エネルギー貯蔵と 有効利用 laboratory for contribution on global society. Chemical Heat Pump for Surplus Heat Recovery and Utilization 原子力システム、産業プロセス、エンジンから出される中温熱の 回収、貯蔵、変換による有効利用を行うためのケミカルヒートポ Chemical heat pumps which use chemical reactions for heat ンプを開発している。酸化マグネシウム／水系ケミカルヒートポン management are being developed for heat recovery, storage and プを中心に材料 （図1） 、装置 （図2） 、システムを含めた総合的な transformation of surplus heats emitted from nuclear power system, 開発を進めている。 industrial processes and engines. Magnesium oxide/water chemical 炭素循環エネルギーシステム(ACRES) heat pump is mainly discussed by developing the chemical materials (Fig.1), reactor (Fig.2) and system. 二酸化炭素を高温ガス炉などの原子力エネルギーを用いて炭化 Active Carbon Recycling Energy System 水素に再生し、新たな炭素資源として循環再利用する“能動的な 炭素循環エネルギーシステム(ACRES)”の開発を進めている。 Active Carbon Recycling Energy System (ACRES) in which emitted 製鉄向けのACRESシステム （iACRES） を検討している （図3） 。産 carbon dioxide is recovered and regenerated into carbon material by 業プロセスの炭素資源利用節約、二酸化炭素排出削減への貢献 using a high-temperature gas reactor (HTGR) and nuclear plants has が期待できる。 been proposed. Smart ironmaking system based on ACRES (iACRES) is 水素透過膜を用いた高効率水素製造システム being developed (Fig.3). ACRES is expected to contribute on the 次世代のエネルギーキャリアである水素を原子力エネルギーにて dioxide emission. saving of carbon resource consumption and the mitigation of carbon 高効率に製造する方法として、プレート型非平衡燃料改質水素製 造装置を検討している。鍵となる水素透過膜の高性能化のため、 逆ビルドアップ法によるパラジウム合金使用量を大幅に削減した 透過膜を開発している （図4） 。 High-efficient Hydrogen Production System using Hydrogen Permeation Membrane A plate-type fuel reformer for high-efficient hydrogen production using 図１ ケ ミカルヒートポンプ用 高伝熱性化学蓄熱材料 （EM8） Fig.1 Thermochemical energy storage material with high-thermal conductivity (EM8) nuclear power is developed. Hydrogen permeation membrane is the key material for the reformer. New original membrane which uses one 10th of Palladium alloy for conventional membrane is being developed by the reverse build-up method (Fig.4). 図２ 酸 化マグネシウム／水系ケミカル ヒートポンプ試験装置 Fig.2 Demonstration apparatus for MgO/H2O chemical heat pump 3CO2 Work (electricity / heat/H2) 09 Raw material Ironmaking process Regenerated HTGR 図３ 高温ガス炉 （HTGR） 利用型の 炭素循環製鉄システム(iACRES) Fig.3 Smart ironmaking system based of ACRES (iACRES) driven by high temperature gas reactor (HTGR) Fe2O3 CO2 reduction process 3CO 3/2O2 2Fe Product Oxidation process 図4 逆 ビルドアップ法で開発した 水素透過膜 Fig.4 Developed hydrogen permeation membrane prepared by the reverse build-up method Innovative Nuclear Energy System Division Utilization of metallurgy for safety, reliability and sustainability of nuclear systems 原子力システムの安全性・信頼性・持続性の確立への冶金技術の活用 Yoshinao KOBAYASHI, Prof. 教授 小林 能直 次世代革新炉の材料信頼性向上の関する研究 原子力システムを長期間にわたり安全にオペレートするために必 ykobayashi@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3075 Improvement of materials reliability toward innovative nuclear reactors 要な、信頼性の高い健全な金属材料に関する研究を行っていま For the long-time operation of the reactor of next generation, control す。核燃料被覆材・圧力容器や蒸気管など高温・高腐食性、応力・ and reduction of impurities are necessary and studied to make fission 放射線照射の環境下で長期に使用される金属材料の健全性を高 fuel cladding and reactor pressure vessel highly resistant to heat, めるため、組成・組織の最適制御を目指した創成プロセス開発と pressure and irradiation. Best mix of composition and microstructure 特性評価を行っています。 are pursued by the development of creation and evaluation process. 沸騰水型軽水炉過酷事故後の燃料デブリ取り出し アクセス性に関する研究 Accessibility for removal of fuel debris in BWR plant after severe accident 過酷事故後の廃炉加速を目指した燃料デブリ取り出しアクセス性 To assess the access root to the fuel debris for its removal from nuclear を評価するために必要な、燃料デブリと炉心下部構造物の反応に reactors after severe accident, damage and collapse behavior of よる材料損傷状況評価を行っています。また、燃料・制御棒・構 structural metals in the reactor core should be well understood and 造材料からなる系の熱力学的性質を把握し、生成物挙動による studied through materials reaction experiments. Phase stability of 炉内状況推測および燃料デブリの安全な取り出しおよび保管に必 debris and formation behavior of fission products are 要な相安定性評価を行っています。 thermodynamically studied for safe removal and storage of the debris and prediction of condition of RPV during severe accident. 図1 原子力システムの安全性・信頼性を向上させる金属工学の概念図 Fig.1 Concept of metallurgy for the safety and reliability of nuclear system. 図2 制御棒由来のメタル系デブリとステンレス鋼の反応実験と解析結果例 Fig.2 Reaction experiment between mock control-rod debris and stainless steel. 図3 原子炉芯構造物とコールドクルーシブルによる燃料系デブリ模擬溶融試験 Fig.3 Reactor core assembly and reaction experiment between mock fuel-rod debris and stainless steel in a cold crucible furnace. 10 Innovative Nuclear Energy System Division Innovative fast reactor concept and related studies on material and thermal-hydraulics 革新的高速炉概念とその材料・熱流動研究 Minoru TAKAHASHI, Prof. 教授 高橋 mtakahas@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-2957 実 革新的高速炉の概念研究 Conceptual study of innovative fast reactor 核エネルギーの持続的利用が可能な第四世代の原子炉として、ナ As Generation IV reactor for sustainability of nuclear energy utilization, トリウムの代わりに鉛または鉛ビスマスを一次系冷却材に用いるこ a concept of fast reactor system has been formulated, where core とにより炉心核熱特性と安全性を向上させた高速炉システムの概 nuclear and thermal-hydraulic performance has been improved by 念を構築している。さらに、システムを小型・簡素化し、信頼性、 using lead or lead-bismuth eutectic instead of sodium as a primary 経済性、核不拡散性の向上を追及した革新的高速炉システムの coolant. Furthermore, an innovative concept of small and simplified fast 概念 （図1） を提案している。この革新的高速炉は、使用済燃料か reactor system has been proposed by promoting reliability, cost-down ら発生するマイナー・アクチニドを短寿命化させる核変換炉として and non-proliferation resistance (Fig.1). This innovative fast reactor is も有望であるため、放射性廃棄物の地層処分における環境負荷 also expected to be used as a transmutation reactor which shorten the 低減にも貢献できると期待される。 lives of minor actinides produced in spent fuels, which will contribute 鉛・鉛ビスマス技術に関する基盤研究 the decrease of environmental load in deep geological repository. 鉛と鉛ビスマスを一次系冷却材に用いる場合の重要な技術課題と して、冷却材に対する構造材料の共存性、共存性を向上させる Basic studies on lead and lead-bismuth technology ための冷却材中の酸素濃度の制御・測定技術、および冷却材中 As key technical issues in using lead and lead-bismuth for a primary の不純物の輸送・拡散特性に関する研究を行っている。 coolant, studies have been performed on the compatibility of structural 高転換沸騰水型炉に関する熱流動研究 materials with the coolants, control and measurement techniques of 核エネルギーの持続的利用を現有の沸騰水型軽水炉で実現する characteristics of impurities in the coolants. oxygen concentration in the coolants, and the transport and diffusion 方法を模索するために、炉心を稠密格子にすることで炉心の中性 子スペクトルを高速化し、Puの転換率をおよそ１まで高めること をめざしている。ワイヤー・スペーサを用いて稠密格子炉心とす る場合の熱流動特性、特に限界熱流束の特性を調べている。 Study of thermal-hydraulics for high conversion boiling water reactor In order to seek the nuclear energy sustainability using conventional light water reactors, the feasibility of high conversion boiling water reactor has been studied. The conversion ratio will be increased up to about unity by hardening neutron spectrum with tight lattice core. Thus, thermal-hydraulic performance, in particular the characteristics of the critical heat flux, has been studied for the tight lattice core with wire spacers. (c)格納容器 (c) Containment vessel (a)鉛ビスマス中への直接給水の概念 (a) Concept of direct water feed into lead-bismuth 図１ 革新的鉛ビスマス冷却高速炉 Fig.1 Innovative lead-bismuth-cooled fast reactor 11 (b)原子炉 (b) Nuclear reactor (d)原子力プラント (d) Nuclear power plant Innovative Nuclear Energy System Division 中性子原子核反応の測定研究 - 原子力、宇宙、そして医療 Tatsuya Katabuchi, Associate Prof. 准教授 片渕 buchi@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3378 竜也 中性子捕獲反応の研究 Study on Neutron Capture Reaction 原子力などの工学分野および宇宙物理などの基礎理学分野で必 We measure neutron nuclear data, especially, neutron capture cross 要とされる中性子核反応データの測定を行っている。 特にマイ sections, which are important for design of a nuclear transmutation ナーアクチニド等の長寿命核種の核変換システムの設計に必要 system and understanding of nucleosynthesis. Measurements are 不可欠となる中性子捕獲断面積の高精度化研究を行っている。 performed in LANE and the Japan Proton Accelerator Research 測定は、本研究所のペレトロン加速器および大強度陽子加速器 Complex (J-PARC). 施設 （J-PARC） を用いて行っている。 ホウ素中性子捕捉療法のためのイメージングシス テム開発 Development of an Imaging System for Online Dosimetry in Boron Neutron Capture Therapy 中性子核データ測定で培った技術を生かし、ホウ素中性子捕捉療 We are developing an imaging system for dosimetry during treatment 法 （BNCT）のために照射中に患部周辺の線量を評価するイメー in boron neutron capture therapy. This system allows for evaluating the ジングシステムを開発している。このシステムにより、今まで実 a b s o r b e d d o s e o f e a c h p a t i e n t o n l i n e , t h e re b y i m p ro v i n g 測できていなかった、治療中の吸収線量が個々の患者について determination of irradiation parameters and evaluation of treatment 測定可能となり、BNCT照射条件の決定やBNCT治療効果の評 efficacy. 価精度向上に貢献できる。 図１ J-PARCの中性子核反応測定装置ANNRI Fig.1 Accurate Neutron Nucleus Reaction Measurement Instrument (ANNRI) of J-PARC 図２ BNCT用オンライン線量評価システムの概念図 Fig.2 Conceptual design of online imaging system for BNCT 12 Innovative Nuclear Energy System Division Measurement, Safety and Diagnosis 計測・安全・診断 Hiroshige KIKURA, Assoc. Prof. 准教授 木倉 kikura@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3058 宏成 超音波計測技術 Measurement technique using Ultrasound 現行の軽水炉や将来型炉、高速炉などのプロセス制御技術と計 Research on the improvement in safety and the advancements of 測技術およびそれらを発展させた診断技術をベースに、原子炉 nuclear reactors is done by the diagnostic techniques developed from の安全性向上と高度化に関する研究を行っている。 中でも従来 the measurement techniques and process control strategies used in の超音波探傷技術を発展させ、構造材や溶接部の診断とその材 light-water reactors, future-type reactors and fast reactors. We 料に影響を与える流れ場の同時計測が可能な新しい超音波診断 investigate the novel ultrasonic technique which can diagnose weld 技術を研究している。また、福島第一原子力発電所事故に関連 defects and measure flows with profound effects on materials. して、超音波を用いた燃料デブリや汚染水漏洩のセンシング技術 According to Fukushima Dai-ichi nuclear power plant accident, we also に関する研究も行っている。 study the sensing technique of location of fuel debris and contaminated water leakage. 図１ 3D音場計測装置 Fig.1 3D sound field measurement system 図２ 超音波ミニアレイセンサ Fig.2 Ultrasonic mini-array sensor 図３ フェイズドアレイおよび空中超音波流速分布計測装置 Fig.3 Phased array and air-coupled ultrasonic velocity profile measurement system 13 Actinide Management Division Development of Back-end Technology of Nuclear Fuel Cycle 原子燃料サイクルのバックエンド技術開発 Kenji TAKESHITA, Prof. 教授 竹下 takeshita@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3845 健二 原子燃料サイクル研究 Nuclear Fuel Cycle Study 軽水炉燃料サイクルの安全性確保と使用済み燃料の安全な処理 For promoting the security of nuclear fuel cycle and the safety disposal 処分を目的に、バックエンド関連の課題を研究している。 分離科 of high-level wastes, we are studying R&D subjects on back-end 学及び機能性分子設計などの基礎研究を活かして、 「ガラスへの technology. Based on fundamental studies such as separation science 再処理廃棄物の封じ込め技術」 、 「再処理工程で発生する高レベ and functional molecule design, we are developing the vitrification ル放射性廃液 （HLW）の分離変換技術」 、 「HLWに含まれる有価 process for stable containment of HLW, the PT (partition and 物回収技術」等の開発研究を行っている。 transmutation) of long-lived elements from HLW and the recovery of 環境保全研究 valuable metals from HLW. 福島第一原子力発電所事故では放出された放射性物質によって Environmental Protection Study 原発周囲の環境が汚染され、原子力の安全性への国民の信頼を The environment in the nuclear power plant and its surrounding area 大きく損なう結果となった。研究室では原子力の信頼回復のため were contaminated by the release of large amounts of radioactive に原子力サイト内の汚染水処理技術、植物体、土壌、汚泥から elements by Fukushima nuclear disaster and the public confidence in の放射性核種の回収技術などを国の支援の下で研究している。 the nuclear safety was lost. For recovering the trust of nuclear technology, we are developing the decontamination technology of polluted water in the nuclear site and the removal technology of radioactive materials from polluted plants, soil and sludge. ⑦原子燃料サイクル評価用 LCAツールの開発 ①高レベル放射性廃液から のマイナーアクチノイド（MA) 及び有価金属の分離抽出技 術の開発 採掘 精錬 天然ウラン ウラン鉱山 濃縮ウラン （ＵＦ６） UO2燃料製造 回収ウラン ⑥回収ウラン再利用 技術及びMOX燃料 製造技術の開発 混合酸化物燃料 （ＰｕＯ２＋ＵＯ２） ウラン濃縮 軽水炉 燃料サイクル 軽水炉 軽水炉 ④白金族元素 分離技術の開発 ③ガラス固化プロセス 高度化研究 軽水炉 再処理 MOX MOX燃料製造 燃料製造 Ｐｕ 回収Ｕ 高速炉 高速炉 燃料サイクル 燃料サイクル 高速増殖炉 高速炉 再処理 ガラス 固化体 ガラス 固化体 ②核種分離プロセスの高度 化を目指した液々向流遠心 抽出装置の開発 中間貯 蔵施設 地下埋設 ⑤地層処分における長期安全 確保のための新概念構築 図１ 原子燃料サイクル研究の主要な研究テーマ Fig.1 Research subjects promoted in the nuclear fuel cycle study 農地 植物栽培 Cs含有 収集物 破砕 農地土壌 枝打ち 林野 洗浄水 破砕 分解物 Cs含有 収集物 腐葉土 水相 下水汚泥 下水処理場 （沈澱池） 上澄み水 汚泥 濃縮 脱水 脱水 廃水 上澄み液 （リサイクル・廃棄） 図２ Cs汚染した森林、農地、下水汚泥の処理システム Fig.2 Decontamination processes of soil, forest and sewage sludge polluted by radioactive cesium 14 Actinide Management Division Fundamental Research on Nuclear Fuel Cycle Based on Coordination Chemistry 錯体化学に基づく核燃料サイクル先進基盤研究 Koichiro TAKAO, Assoc. Prof. 准教授 鷹尾 ktakao@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-2968 康一朗 使用済み核燃料に対する簡易再処理技術基盤構築 N-アルキル-2-ピロリドン(NRP)等の環状アミド化合物が硝酸水 溶液からアクチノイド(VI)を選択的に沈殿させる現象に基づき、 Fundamental Study on Development of Facile Reprocessing Method for Spent Fuels 使用済み核燃料に対する簡易再処理技術基盤構築のための基礎 On the basis of selective precipitation of actinide(VI) by N -alkylated 研究を推進する。 2-pyrrolidone derivatives, we try to clarify the fundamental chemistry to 高レベル放射性廃棄物地層処分のための技術基盤 形成 develop a facile method for spent fuel reprocessing. 5f電子系特有の普遍性・系統性に基づく低酸化数アクチノイド錯 Understanding Chemical Behavior of Actinides in Geological Disposal 体化学の解明により、ガラス固化された高レベル放射性廃棄物 We study the coordination chemistry of low-valent actinides to obtain 地層処分環境下でのアクチノイドの存在状態・挙動に対する理解 deep understanding about their chemical behavior in geological を深める。 disposal of the vitrified high-level wastes. イオン液体の拓く放射性廃棄物処理・除染技術新 展開 Application of Ionic Liquids in Radioactive Waste Treatment 環境調和型媒体として近年幅広い分野での応用が期待されるイ Through development of rational preparation method of ionic liquids オン液体自体の合成法開発からそれらを溶媒とする各種金属イオ and clarifying coordination chemistry of metal ions in these media, we ンの錯体化学・溶液化学研究を行うことにより、先進的核種分離 explore potential of ionic liquids in waste treatment. 及び除染技術へのイオン液体の応用を目指す。 ウラン錯体化学の深化によるウラン資源有効活用 法開拓 Spotlight on Uranium Chemistry for Its Efficient Use Understanding coordination and solution chemistry of uranium in 有機合成における触媒活性発現や電力貯蔵用湿式電池への応用 depth, we intend to find a sophisticated use of uranium resources in its など長年培ってきたウランの錯体化学・溶液化学に基づく新たな chemical aspects. 機能開拓を行うことにより、ウラン資源有効活用法を探索する。 15 Actinide Management Division Creation of Compact Environmental-Friendly Chemical System 環境調和型コンパクト化学システムの創成 Takehiko TSUKAHARA, Assoc. Prof. 准教授 塚原 剛彦 ptsuka@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3067 マイクロ・ナノ流体チップを用いた放射性元素の 高度分離分析 Highly Analytical System on a Micro/Nano Fluidic Chip 放射性元素を迅速・高効率かつ低廃棄物量で分離分析できる「マ We are trying to realize micro/nano fluidic chip, which various chemical イクロ・ナノ流体チップ」の研究開発を進めている。 半導体加工 operations invoking reaction, extraction, and separation can be 技術を駆使して、一枚の基板上にマイクロ・ナノスケール （10nm integrated into micro/nano scale spaces on a chip, using micro/nano 〜 100um） の微小流路を彫り込み、そこに、集積回路のように、 fabrication technologies. Rapid and highly efficient separation/analysis 溶液混合・反応・分離・検出等の様々な化学操作を集積化する of radionuclides at single ion level will be constructed by combination 新概念の技術である （図1） 。僅か1滴の溶液中に存在する放射性 with original nano-detection methods (Fig.1). 元素 （アクチノイド、レアアース、レアメタル等） を検出したり、こ 機能性ナノ材料の創製と応用 Creation of Functional Nano Materials and Its Applications for Nuclear and Radiochemistry れら元素を数秒で分離することに成功している。 放射性元素を選択的にキャッチ＆リリースさせることができる様々 We have created various functional nanomaterials such as stimulus- な機能性ナノ材料 （感応性ポリマー、ミセル等） を創成する研究を responsive polymers, micelles, and etc, which can adsorb and desorb 進めており、汚染水の処理、レアメタル・レアアースの回収、ドラッ selectively target radionucleids, decontaminate radioactive wastes, and グデリバリー （DDS）用 放 射 性 薬 剤 調 製などへ 展 開している （図 enclose radioactive drugs (Fig.2). Radioactive drug preparation 2） 。 併せて、ナノ界面領域で起こる分子レベルの現象の解明・ methods for drug delivery system (DDS) and extraction/separation 制御に取り組んでいる。 methods of metal ions have been studied. 地層処分関連研究 Studies on Deep Geological Repository 放射性廃棄物地層処分の安全性評価のため、人工・天然バリア We have established experimental instruments, which are modeled for 材中 （ナノ間隙・高温・高圧） における水や放射性元素の構造・ダ artificial and natural barrier environments (high-temperatures and イナミクス及びそれらが関与する化学反応を、専用の分光分析装 -pressures, acid-base, confining geometries, and various materials), and 置を駆使して解明している。 examined molecular structures and dynamics of water and radionucleids inside them by spectroscopic analysis methods. 図１ マイクロ・ナノ流体チップの基盤技術 Fig.1 Fundamental Techniques of Micro/Nano Fluidic chip 図２ 感応性ポリマーによるウラン選択的キャ ッチ＆リリース （温度変化のみでウランを吸・脱着する） Fig.2 S elective catch and release of uranium using stimulus-responsive polymers 16 Global Nuclear Security Division Study on Environmental behavior of radionuclides: Toward remediation and disposal 放射性核種の環境挙動の解明：環境修復・地層処分に向けて Toshihiko OHNUKI, Prof. 教授 大貫 toshi.ohnuki@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-2962 敏彦 微生物による放射性核種の化学状態変化 微生物は呼吸、代謝や防御のために水中の元素の化学状態を変 Transformation of radionuclides by microorganisms 化させる （図1） 。生物の機能が発現する状態における放射性核種 Microorganisms change chemical forms of dissolved elements in water の化学状態変化機構を解明し、それらの機構の環境修復への適 by metabolism and protection. We study mechanisms of the change of 用を目指している。 現在、 「Mn酸化物生成過程における放射性 chemical forms of radionuclides by microorganisms (Fig.1), and apply 核種の不溶化」 「森林リター層中の放射性セシウムの糸状菌への the mechanisms for the environmental remediation. At present, we 濃集」 「生物起源炭酸塩やリン酸塩による放射性核種の浄化 （図 have studying ”Immobilization of radionuclides during the formation of 2） 」等の研究開発を行っている。 Mn oxyhydroxides”, ”Accumulation of radioactive Cs into filamentous 鉱物による放射性核種の化学状態変化 fungi from litter layer in forest system”, Development of remediation 鉱物は環境中で安定でなく、水への溶解と沈殿を繰り返している。 phosphate minerals (Fig.2)”, and so on. system for clean-up contaminated water by biogenic carbonate and 沈殿溶解反応は鉱物と水との境界である界面で生じる （図１） 。界 面における放射性核種の挙動を解明する目的で、FeやMgを含 む鉱物の界面 （図3） やモンモリロナイトのような層状の粘土鉱物 Transformation of radionuclides by minerals の界面における放射性核種の挙動の解明研究を行っている。さ Minerals are unstable in environments. They are dissolved and らに、ジオポリマーと呼ばれる鉱物様の材料を用いた放射性核種 precipitated to form secondary minerals (Fig.1). The reactions of の新規固化体の開発も行っている。 dissolution and precipitation occurred at the mineral-solution interface. We study the interaction of radionuclides at the interface. At present, we focus on the interface of Fe and/or Mn containing minerals (Fig.3), layered clay minerals like montmorillonite. In addition, we develop one of the ceramic materials, called as Geopolymer, for the containment of radionuclides. 図１ 微生物及び鉱物の表面における放射性核種(An)の反応 Fig.1 Reactions of radionuclides (An) occurred at the interface between solution and minerals and microbes. 図2 水 中に溶解した希土類元素の微生物細胞表面での鉱物化。細胞表面に吸 着した希土類元素が細胞内から排出されたリン酸と反応してナノ鉱物化し た。 Fig.2 Biomineralization of REE occurred on cell surface. Adsorbed REE are mineralized by the reaction with phosphate released from inside cell. 図3 微 生物により生成したMn酸化物への希土類元素の吸着。3価のCeがMn 酸化物により4価に酸化されることで他の希土類元素よりも吸着係数が大 きくなる。 Fig.3 Sorption of rare earth elements (REEs) by biogenic Mn oxyhydroxides. Trivalent Ce is oxidized to tetravalent one by Mn oxyhydoroxide, resulting in higher sorption than other REEs. 17 Global Nuclear Security Division Materials are the center column for safety マテリアルは安心を支える大黒柱 Toyohiko YANO, Prof. 教授 矢野 tyano@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3380 豊彦 原子炉・核融合炉用セラミックスの中性子照射損傷 原子炉・核融合炉等で使用されることが検討されている種々のセ Neutron Irradiation Damage of Ceramics for Fission and Fusion Reactors ラミックスの高速中性子照射による物性の変化を実験的に検証す Physical, mechanical, thermal property changes of the candidate るとともに、その原因を物理的、化学的に解明している。 特に、 ceramic materials for fission and fusion reactors caused by neutron 高分解能電子顕微鏡を用いることにより、高速中性子照射により irradiation are observed experimentally and discussed basing on セラミックスに導入された欠陥の構造を解明している （図参照） 。 physical and chemical points of views. Particularly, microstructural さらに、照射済み試料の加熱実験から、種々の欠陥の回復挙動 change of ceramics induced by fast neutron irradiation is observed by を明らかにしている。 high-resolution electron microscopy (see Fig.1 and Fig.2). Furthermore, セラミックス系耐苛酷環境材料の開発 recovery behavior of defects is evaluated by post-irradiation annealing 核融合炉、エンジン・ガスタービン、航空機を初めとする、各種 エネルギー機器など、耐放射線性、耐熱性、耐腐食性、耐熱衝 撃性、高熱伝導性、高硬度を要求される部分に適用する高温構 experiments. Development of Innovative Ceramics for Application under Severe Environment 造部材として、繊維強化セラミックスを初め、各種セラミックス基 For application of ceramics under severe environment such as fusion 複合材料の製造プロセス開発と機械的、熱的特性を中心とした物 nuclear reactors, engine or gas turbine, and space or air planes, new 性評価を進めている。 ceramic materials which show excellent resistance for intensive 高速炉制御材の組織制御による高度化 radiation, high-temperature, corrosion, heat-shock, or with high heat 近い将来の主要エネルギー源となることが期待される高速増殖炉 Several new ceramics including fiber-reinforced ceramics are developed では、軽水炉に比べて高い燃料密度の炉心より効率的に熱が発 and evaluated. 生するので、制御材もより多数の中性子を吸収することが求めら れる。 高速炉の制御材である炭化ホウ素ペレットの健全性維持と 長寿命化のために、高熱伝導率化や破壊靱性の向上を目指して 組織制御に基づく材料設計を進めている。 transfer property and high hardness, are necessary to be developed. Improvement of Control-Rod Materials for FBR by Microstructural Control Fast breeder reactors will be the next generation of power reactors. In fast reactors, the fission rates in cores are more denser, then the control materials receive quite lots of neutrons. In this study, the material properties of B4C pellets such as thermal conductivity and mechanical integrity are improved by control of microstructure. 図１ 中 性子照射により窒化ケイ素に導入された格子欠陥の 高分解能電子顕微鏡写真 Fig.1 HREM of a crystalline defect induced into silicon nitride due to neutron irradiation. 図２ 図1に示した欠陥構造の原子配列モデル Fig.2 Atomic arrangement of the defect shown in Fig.1 18 Global Nuclear Security Division Pursuing Nuclear Safety, Security & Non-proliferation 安全・核不拡散・核セキュリティの追究 Hiroshi SAGARA, Assoc. Prof. 准教授 相樂 sagara@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3074 洋 自然災害・核テロ・核拡散脅威に堅牢な 原子力システム研究 原子力エネルギー活用の基盤である核安全・核セキュリティ・核 Studies on robust nuclear energy system against threats to safety, security and non-proliferation 不拡散 （3S）の一体向上のための科学・技術を研究している。 原 Nuclear disaster may cause not only by accidental causes such as 子力災害は、自然災害やミスなどの偶発的要因だけでなく、人 natural disaster or errors, but also by human intentions such as terrorist 為的行為によっても起こり得る。また、テロリストや国家が核物 attacks. Diversion of nuclear material to fission explosive devices is also 質を盗み、製造・使用することも重大な脅威である。 未然防止 significant threats by terrorists or host nations, needed to be most に加え、例え事象が起こっても重大な進展を防ぐ原子力システム securely prevented. We are pursuing studies on robust nuclear energy として、冷却機能喪失や外的衝撃に固有の耐性を有する燃料や、 system against threats to safety, security and non-proliferation, by 物質・技術・制度を合理的に組み合わせた高い核拡散抵抗性を system designing. Accident-torrent fuel for inherent safety and security, 有する原子力システム研究 （図1） 等を実施している。 and proliferation resistance of nuclear energy system for security and 核不拡散への科学 -技術の追究-福島第一原発廃止措置への適用- non-proliferation are one of our targets of researches (Fig. 1). 核物質の兵器転用防止を目的とした保障措置に貢献する科学・ Non-proliferation science & technology - application to Fukushima decommissioning - 技術を研究している。 その一環として、東京電力福島第一原子 Researches on science and technology to contribute safeguards activity 力発電所の内、炉心溶融事故が起こった1－3号機の安全で迅速 are also one of our targets. One of the applications is non-destructive な廃止措置に貢献することを目指し、炉心溶融課程においても揮 assay technology R&D to quantify the nuclear material inside fuel 発しにくくウランやプルトニウムに随伴しやすい性質を持つランタ debris by passive high-energy γ-ray measurement, emitted from low- ノイド （セリウム、ユーロピウム等） からの高エネルギーγ線を測定 volatile fission products such as lanthanides of Ce, Eu, etc, which tend し、ウラン・プルトニウム量を間接的に推定する簡便な非破壊測 to co-exist with uranium and plutonium due to its similarity of chemical 定手法研究開発を、日本原子力研究開発機構と共同で行っている property, cooperating with Japan Atomic Energy Agency, aiming to be （図2） 。 applied for safe & secure decommissioning of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station(Fig.2). 図1 高い核拡散抵抗性を有するPuの生成概念 Fig.1 Protected Pu Production 図2 燃料デブリの非破壊測定装置 （γ線測定） の例 Fig.2 Image of non-destructive assay module for molten nuclear materials 19 Global Nuclear Security Division Development of high-performance severe environment resistant ceramics 苛酷環境に耐える高性能セラミックスの創製 Katsumi YOSHIDA, Assoc. Prof. 准教授 吉田 克己 先進セラミックス基複合材料の開発 原子力・核融合炉、高温ガスタービンや宇宙航空産業等の苛酷 k-yoshida@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-2960 Development of Advanced CeramicBased Composites 環境下での適用が期待されている繊維強化セラミックス基複合材 Fiber-reinforced ceramic matrix composites have been expected to be 料の新規作製プロセスの開発及びその特性評価や様々な機能・ used as the components for nuclear and fusion power applications, 特性の付与を目指した特異な構造を有する先進セラミックス基複 high temperature gas turbines and aerospace industries. Novel 合材料の研究を行っている （図1） 。 fabrication process of ceramic-based fiber-reinforced composites, their 高機能セラミック多孔体の開発 properties, and advanced ceramic matrix composites with unique 環境負荷低減や省資源・エネルギー化を図る上でセラミック多孔 材の活用が有効であると考えられる。独自に提案した「その場結 晶成長・粒子配向」等を利用した機能付与やナノ～マクロレベル morphology have been studied (Fig.1). Development of High-Performance Porous Ceramics での気孔径制御を軸とした高機能セラミック多孔材に関する基礎 Application of porous ceramics has been considered to be effective to 研究を行っている （図2） 。また、放射能汚染水の浄化及び固定化 reduce environmental load and to save resources and energy. We have が可能な多孔質セラミック材料の開発も行っている。 uniquely proposed porous ceramics with in-situ grain growth and grain 耐苛酷環境性セラミックスの開発 orientation for the surface functionalization (Fig.2). We have been 高温、高熱勾配、腐食性・酸化雰囲気、放射線・粒子線照射等 microstructure control in nano-, micro- and macro-scales. Furthermore, の苛酷環境下に曝された材料の特性・微構造変化を明らかにし、 porous ceramics for purifying radioactively contaminated water and 得られた結果をもとに苛酷環境に耐えるセラミック材料の開発を immobilizing radioactive nuclides have been studied. 行っている。 原子力・核融合炉分野での適用を目指した材料開 発として、微構造制御による事故耐性燃料への適用を目指した新 規セラミック材料の開発、高速炉用革新的セラミック制御材の開 d e v e l o p i n g h i g h - p e r f o r m a n c e p o ro u s c e r a m i c s b a s e d o n Development of severe environment resistant ceramics 発や長寿命放射性核種核変換用セラミックマトリックスの開発を Changes in properties and microstructure of ceramics exposed under 行っている。 severe environment such as high temperatures, high thermal gradient, corrosive and oxidizing atmosphere, radiation and particles irradiation have been studied, and we have been developing severe environment resistant ceramics. In consideration of nuclear and fusion applications, novel ceramics for accident tolerant fuels, high-performance neutron absorbing ceramic pellets for fast reactors, and inert ceramic matrix for the transmutation of long-lived fission products into short-lived or stable nuclides in nuclear reactors or accelerators, based on microstructure control, have been studied. 図１ 炭 化ケイ素繊維強化炭化ケイ素基 （SiCf/SiC） 複合材料の微構造 SEM写真 Fig.1 SEM micrograph of silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide matrix (SiCf/SiC) composites 図2 その場粒成長炭化ケイ素 （SiC） 多孔体の微構造SEM写真 Fig.2 SEM micrograph of porous silicon carbide (SiC) ceramics with in-situ grain growth 20 Advanced Medical Application Division MeV Ion beams: Technology towards the future 未来を拓く MeV イオンビーム技術 Yoshiyuki OGURI, Prof. 教授 小栗 慶之 高温標的と重イオンビームの相互作用 重イオン慣性核融合の基礎研究の一環として、プラズマや原子に yoguri@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3071 Interaction between high-temperature targets and heavy-ion beams 解離した高温ガス標的と重イオンビームとの相互作用、特に標的 As a part of heavy-ion inertial fusion studies, interaction of heavy ions へのエネルギー付与を調べる実験を進めている （図1） 。 with plasma or dissociated hot gas targets, particularly projectile energy イオンビームを用いた精密分析技術の開発 deposition to the target, is experimentally investigated (Fig.1). PIXE （ 荷 電 粒 子 励 起X線 放 出 ） 、PIXRF （ 陽 子 線 励 起X線 蛍 光 分 析） 、RBS （ラザフォード後方散乱） 等のイオンビーム分析法を用い Development of ion-beam-based microanalytical techniques て、環境科学等への応用に向けた高感度精密分析技術の開発を High-sensitivity microanalytical techniques for environmental sciences 行っている （図2） 。 are studied based on ion-beam analyses such as PIXE (Particle-Induced 陽子線励起準単色X線の医学利用 X-ray Emission), PIXRF (Proton-Induced X-ray Fluorescence) and RBS 陽子線励起X線の高い単色性を利用した診断用高コントラスト透 視撮影技術や、副作用の少ない深部ガン放射線治療の基礎研究 を行っている （図3） 。 (Rutherford Backscattering) (Fig.2). Medical application of proton-induced quasi-monochromatic X-rays High-contrast clinical radiography and deep-seated cancer therapy with few side effects are being developed through the use of high monochromaticity of proton-induced quasi-monochromatic X-rays (Fig.3). 図１ （左） レーザー生成リチウム＋水素プラズマ標的中 のSiイオンビームの阻止能の測定結果； （右） 開発 中の衝撃波駆動解離水素ガス標的 Fig.1 (Left) Experimental result on the stopping power of Si ions in a laser-produced Li + H plasma; (Right) Shock-driven dissociated hydrogen gas target under development. 図２ （左） 波長分散型PIXE分析装置； （右） 環境中塩素 の化学状態分析に向けた標準試料及び燃焼生成 物中の塩素のKβ1X線の化学シフトの測定結果 （ “BP” ：燃焼生成物） 。 Fig.2 (Left) Wavelength-dispersive PIXE system; (Right) Chemical shift of chlorine Kß1X-rays measured for standard samples and burning products for chemical speciation of chlorine in environmental samples (“BP”: Burning Product). 図３ （左） 深部ガン治療用注射針型陽子線励起準単色X 線源と半導体X線検出器； （右） 銀標的を内蔵した 注射針から発生したX線のエネルギースペクトル Fig.3 (Left) Syringe-needle type proton-induced quasimonochromatic X-ray source for deepseated cancer therapy and a semiconductor X-ray detector; (Right) Measured spectrum of the X-rays from a needle with a silver target. 21 Advanced Medical Application Division We create a better society through accelerator and beam technologies. 加速器とビーム技術で豊かな社会を創ります Noriyosu HAYASHIZAKI, Assoc. Prof. 准教授 林﨑 nhayashi@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3055 規託 マルチビーム型RFQ線形加速器の研究 Study on multibeam type RFQ linac 低エネルギー大強度重イオンビームの加速を目的とした、マルチ We developed a two-beam Interdigital-H type Radio Frequency ビーム型Radio Frequency Quadrupole （RFQ） 線形加速器の Quadrupole (IH-RFQ) linac as a prototype of a multibeam type RFQ 開発をおこなっている。2ビーム型のInterdigital-H （IH） -RFQ線 linac for high intensity heavy ion acceleration in the low energy region. 形加速器とレーザーイオン源から構成されるマルチビーム加速器 The linac can accelerate two beams in parallel in one cavity. Using this システムを開発し、レーザーイオン源で生成された2本の炭素イオ linac system, we were able to accelerate carbon ions with an output ンビームを1台のIH-RFQ線形加速器で並列・同時に加速するこ beam current of about 108 mA (2×54 mA/channel). とで、108 mA （2×54 mA） の大強度ビーム加速に成功した。 加速器駆動型中性子源の開発 RFQ陽子線形加速器と液体リチウムターゲットから構成される加 Development of accelerator-driven neutron source using RFQ proton linac and liquid lithium target 速器駆動型中性子源の開発を、ホウ素中性子捕捉療法 （BNCT） We have developed an accelerator-drive neutron source system for などの医学応用を目的に進めている。 Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) using a compact RFQ proton 産業用小型電子加速器の開発 linac and a liquid lithium target. 電子線滅菌などへの利用を目的とした、大電力ビームを加速可能 な、電子線照射プロセス用小型加速器システムの実用化開発を 進めている。 Development of compact electron accelerator for industrial irradiation processing We have developed a compact electron accelerator to be able to produce high power beam for industrial irradiation processing such as electron sterilization. 図１ 2ビーム型IH-RFQ線形加速器の原理実証機 Fig.1 A prototype of a two-beam IH-RFQ linac. 図２ 液体リチウムターゲットを用いた加速器駆動型BNCTシステム Fig.2 Accelerator-driven BNCT system using liquid lithium target. 図３ 電子線照射プロセス用加速器リッジトロンの原理実証機 Fig.3 A prototype of the compact electron accelerator Ridgetron for industrial irradiation processing. 22 Advanced Medical Application Division Understanding biological effects of radiation in terms of ”molecule” 放射線の生体影響を「分子」の言葉で理解する Yoshihisa MATSUMOTO, Assoc. Prof. 准教授 松本 義久 yoshim@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3703 分子放射線生物学 Molecular Radiation Biology 本研究室では、放射線の生体への作用・影響と生体の放射線に We seek to elucidate the biological effects of radiation and the 対する反応・応答を分子(遺伝子、タンパク質)のレベルで理解す biological response to radiation in molecular terms (i.e., in terms of ること、また、これを通じて、原子力・放射線の安全・安心利用 genes and proteins). Through this, we wish to contribute to the に貢献するとともに、医学・生命科学における無限の可能性を切 promotion of safe, secure use of atomic power and radiation and to り開くことを目指している。 explore the infinite potential of radiation in medicine and life science. DNA二重鎖切断の認識・修復の分子機構 Mechanism of the Recognition and Repair of DNA Double-Strand Breaks 放射線は生体の遺伝情報を担う物質、DNAに様々な損傷を与え る。その中で、DNA二重鎖切断は最も重篤で、生物効果—例え Radiation is thought to exert its biological effects through the ば、放射線による発がん、がん放射線治療の成否、正常組織へ generation of damage on DNA molecules, which is responsible for the の影響の有無など―の鍵を握ると考えられている。 本研究室で transmission of genetic information. Among various DNA damages, は、分子生物学、生化学的手法を駆使して、生体がDNA二重鎖 DNA double-strand breaks are thought most critical and responsible 切断を認識して、修復したり、他の生体防御反応を引き起こした for the biological effects, e.g., carcinogenesis, cure of cancer and side りするメカニズムを解き明かすことを目指している。 その成果を effects to normal tissues. We are seeking to elucidate the mechanism 応用することにより、がんの治療効果、正常組織への副作用など of the recognition and repair of DNA double-strand breaks employing を予測したり、コントロールしたりする新たな方法を創出すること molecular biological and biochemical approaches. We also have a を目指している。 keen interest on its application to the prediction and modification of radiosensitivity of cancer and normal tissues in radiotherapy. 図１ 放 射線の生体影響を分子レベルで解明するための実験技術 （左上） DNA配列を決定する、 （右上） 放射線照射後の細胞生存率の測定する、 （左下） タンパク質の 量や存在状態を電気泳動で解析する、 （右下） タンパク質の細胞内での局在を蛍光顕微鏡で観察する Fig.1Experimental techniques to reveal the effects of radiation in terms of molecule. (Left Top) Determination of the nucleotide sequence of DNA. (Right Top) Measurement of the cell survival after irradiation. (Left Bottom) Analysis of protein expression and post-translational modification by gel electrophoresis. (Right Bottom) Fluorescent microscopic analysis of the localization of DNA repair proteins. 23 Fundamental Research Division To develop earth-friendly energy source 地球環境と調和したエネルギー開発を行う Shunji IIO, Prof. 教授 飯尾 siio@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3377 俊二 トカマクにおけるアルファ粒子のリップル共鳴拡散 DT核融合反応で生じるα粒子のバナナ軌道は図１に示すようにト Ripple Resonant Diffusion of α Particles in Tokamaks ロイダル方向にずれ、それが磁場リップルと共鳴すると粒子拡散 The resonance of toroidal precession of the banana orbits shown in が増大する。モンテカルロ計算で拡散係数を評価すると、軸対称 Fig.1 of DT-fusion α particles with toroidal field ripples enhances 磁場での共鳴エネルギーの両側で極大となることを見出した。ポ particle diffusion. The evaluation of the diffusion coefficient by Monte アンカレ・マップ上の粒子位置の変化を調べて、次のような物理 Calro computation showed that it has local maxima in both sides of 機構が明らかになった。 図２に示すように、共鳴エネルギーから resonant energies in the axi-symmetric configuration. Investigation of 少し離れたエネルギーの粒子はセパラトリクスの外にあり、衝突に the time evolution of particle positions in Poincare maps revealed the より島の反対側 （ピンクの領域） へ粒子が移り、平均位置が変化し following physical mechanism. Particles with slightly different energies て拡散が増大する。他方、共鳴エネルギー付近の粒子はセパラト from resonance lie outside of the separatrix and that particle リクス内にあり、衝突によって拡がるものの平均位置はほとんど movements to the other side of an island, pink colored region in Fig.2 変化しないため、拡散係数が極大とはならない。 shift the averaged positions and hence enhance the particle diffusion. 簡易ヘリカルコイルによるトーラスプラズマの 位置安定化 On the other hand, particles with nearly resonant energies lie inside of 簡易ヘリカルコイルによるトーラスプラズマの位置安定化を実証 with time. するために、図３に示すような小型トカマク装置を製作している。 the separatrix so that the diffusion coefficients do not increase so much since the averaged positions are almost fixed, though particles spread Positional Stabilization of Torus Plasma with Simple Helical Coils We are constructing a small tokamak device as shown in Fig.3 to demonstrate the position stabilization of torus plasma with simple helical coils. -0.39 -0.4 -0.41 -0.42 -0.43 -0.44 -0.45 -0.46 Initial Trajectory (Outside of Separatrix) -0.47 図１ 球状トカマクでのバナナ補足粒子の案内中心軌道 Fig.1 Guiding-center orbit of banana particles in a spherical tokamak. -0.48 0 1 2 3 4 5 6 5 6 -0.39 -0.4 -0.41 -0.42 -0.43 -0.44 -0.45 -0.46 Initial Trajectory (Inside of Separatrix) -0.47 -0.48 図３ 製作中の小型トカマク装置 Fig.3 Schematic illustration of tokamak device under contruction. 0 1 2 3 4 図２ ポ アンカレ・マップ上の3、4バウンス毎のα粒子の位置変化。 水平の直線は平均位置を示す。 Fig.2 Time evolution of α particle positions in 3 or 4 bounce times in Poincare maps. The horizontal straight lines show averaged positions. 24 Fundamental Research Division Nuclear data : from innovative nuclear energy systems to the universe 核データ研究による革新的原子力システムと宇宙 Satoshi CHIBA, Prof. 教授 千葉 chiba.satoshi@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3066 敏 マイナーアクチノイドの遅発中性子収率の統合的研究 東電福島第一原子力発電所での事故を受けて原子力分野には更 Comprehensive study in delayed-neutron yield of minor actinides なる安全性の追求、廃棄物処理処分方法の早期の確立等が求め After the accident at Fukushima in 2011, it is required to make the られている。 一方で世界における原子力発電の役割は、新興国 nuclear energy systems safer and establish a reasonable method for を中心にこれまで以上に高まっていく。このため高燃焼度化によ treatment and repository of spent nuclear fuels having high る核燃料の効率的利用や、マイナーアクチノイド （MA）の核変換 radioactivity. Furthermore, emerging requests for nuclear energy, 処理法確立が喫緊の課題として要求されている。 本研究では革 especially in developing countries, require high burnup of nuclear fuels 新的原子力システムの構築に必要な種々の核反応及び崩壊特性 and transmutation of radioactive materials such as minor actinides (MA). の研究、特に遅発中性子の総和計算に必要な核分裂収率の多次 Those facilities which realize these new demands form an important 元ランジュバン模型計算 （図1） 、核分裂片のβ崩壊特性、即発及 part of the innovative nuclear energy systems (INES). The aim of our び遅発核分裂中性子放出を中心に理論研究を進めている。 investigation is to comprehend systematically the fission fragments 宇宙における元素合成と宇宙年代学 yield(Fig.1) and their β -decay properties leading to emission of delayed neutrons as a base for design of INES. 宇宙における重元素の起源として、原子炉と同様に中性子捕獲 反応の連鎖が主要であると考えられている。 一部の中性子欠損 核については超新星爆発等の高温・高圧環境下での元素合成に Research in nucleosynthesis and dating the universe おけるニュートリノ反応が重要であることが認識されてきている。 Nuclear data is also important for calculation of astrophysical 我々は原子力開発に必要な核データ計算の技術を生かして宇宙 nucleosynthesis. We have calculated neutrino-cross section of 93Nb における元素合成の研究を進め、他研究機関研究者と共同で、 and 太陽系形成時に形成された隕石中の Zr量に対する Nbの影響 explosive nucleosynthesis which populated 92Nb and formation of the を定量的に評価し、それにより爆発的現象から太陽系生成までの solar system (Fig.2). 92 92 92 Zr leading to 92 Nb, and used it to estimate the time between 時間を推定した （図2） 。 ・ JENDL-FPY（独立収率） 計算値 （一次収率） ・ JENDL-FPY（独立収率） 計算値 （一次収率） 2.0 2.0 宇宙核時計としての可能性と天体起源の探求 新仮説・超新星爆発ニュートリノによる生成 何らかの天体現象 ニュートリノ 中性子 ニオブ 93 酸素 / ネオン層 ニュートリノ 92 Nb の生成 シリコン層 ニオブ 92 ニュートリノ Nb-92 の量 ヘリウム層 炭素 / 酸素層 ベータ崩壊して 減ってゆく ニュートリノ ニュートリノ 水素層 図１（左） ランジュバン計算に用いる 多次元ポテンシャルと典型的な ランジュバン軌道 （白線） （右） ランジュバン計算値 （赤のヒストグラム） と 実験値 （黒点） の比較 Fig.1(left) Potential energy surface used in multi-dimensional Langevin calculation and a typical trajectory (white line). (right) Results of our Langevin calculation (red histogram) and experimental data (black points). 理論モデルで 求める 太陽系の誕生 隕石研究で 求める 現在 電子 92 Nb の生成 ニュートリノ 時間 鉄層 ジルコニウム 92 ニュートリノ ニオブ 92 電子型ニュートリノ 原始中性子星 超新星爆発で発生した多量のニュートリノで生成されたのではないかという仮説を提唱しました。 太陽の8倍以上の質量を有する恒星は、寿命の最期を迎えるとき、中心部の鉄のコアが重力に耐え切れずに 収縮、原始中性子星を生成。次に、この原始中性子星から膨大な量のニュートリノが放出され、超新星爆発を 引き起す。この時、ニュートリノが恒星の外側の層を通過するときに、もともと存在していたジルコニウム92や ニオブ93とニュートリノ原子核反応を引き起こし、ニオブ92を生成。 25 何らかの天体現象から 太陽系誕生までの時間 太陽系の年齢 約 46 億年 図２ （左） 超新星爆発におけるニュートリノ反応 （右） 隕石内92Nbによる宇宙年代測定の原理 Fig.2 (left) Neutrino reactions in supernova environment to populate 92Nb. (right) Principle of dating the history of universe by isotopic information contained in meteorites. Fundamental Research Division Plasma Science — to diagnose, to understand and to apply プラズマ理工学〜測る、解る、使う Hiroshi AKATSUKA, Assoc. Prof. 准教授 赤塚 hakatsuk@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3379 洋 プラズマ内の原子分子過程とプラズマ化学 〜計測、材料応用、レーザー源、大気環境 各種実験室プラズマの計測について、原子分子過程の立場から 分光計測を応用したプラズマ診断法開発や、新型レーザー源、電 Atomic and Molecular Processes in Plasmas and Plasma Chemistry — Diagnostics, Materials, Laser Source, and Atmospheric Environment 子工学、材料工学、同位体分離、大気環境問題、等への応用に By means of an arc jet generator, a microwave discharge apparatus, ついて基礎研究を行う。 etc., we study fundamentals and applications of atomic and molecular 特に分光計測法開発に注力している。１例として、複雑な窒素プ processes in plasmas and plasma chemistry. Particularly, we concentrate ラズマ第１陽帯スペクトルにつき、分子分光学を援用して理論導 on development of OES measurement of molecular gas discharge 出を可能とし、減算により窒素原子スペクトル線の抽出に成功し plasmas. For example, we demonstrated calculation of 1PS or N 2 （図1） 、プラズマ中の窒素原子密度測定もアクチノメトリー計測で plasma based on theoretical molecular spectroscopy. We can extract 可能とした。さらにこの計測法を応用し、ネオンガス混入時に飛 atomic line of nitrogen, which enables actinometer measurement of 躍的に窒素分子解離度が上昇する事を見いだした。 N-atom density in the plasma (Fig.1). By this method, we also find 開放端磁場におけるプラズマ物理学 〜超音速加速と電位形成メカニズム、希薄プラズマ 流の研究 marked enhancement in nitrogen dissociation degree with neon gas 人工衛星スラスタ、磁場閉じこめ核融合炉の周辺領域、宇宙地 球科学など、様々な分野の基礎現象として重要な、開放端磁場 におけるプラズマ流現象につき、実験・理論の両面から研究して admixture. Plasma Physics at Open-Field-Lines — Study on Supersonic Acceleration, Mechanisms of Electric Potential Formation and Rarefied Plasma Flow いる （図2） 。プラズマ風洞実験と、粒子法シミュレーションを用い、 We are studying flowing characteristics of plasmas at open-field-line 研究を実施している。 both experimentally and theoretically (Fig.2), which is fundamentally crucial in various scientific and engineering applications like thrusters of artificial satellites, boundary domain of magnetic confinement 1 thermonuclear fusion plasmas, or ionosphere plasmas. We apply plasma wind tunnel for experimental studies, and adopt particle 0.8 simulation in numerical studies. 0.6 0.4 0.2 0 730 0.3 0.2 Exp. Cal. 740 750 760 750 760 Extracted Lines of N Atom 0.1 0 -0.1 730 740 図１ 窒 素プラズマのN2-1PSバンド発光の理論計算によるフィッティング (a)と、その減算による窒素原子線スペクトルの抽出(b) Fig.1 Theoretical fitting of N2 1PS spectrum in nitrogen plasma (a) and extraction of N-atom lines by 1PS subtraction (b). 図２ 開放端磁場におけるアークジェットプラズマ Fig.2An arc-jet plasma at open-field line. 26 Fundamental Research Division Nuclear Fusion and Superconducting Magnetic Energy Storage 強磁場：核融合から超伝導エネルギー貯蔵 Hiroaki TSUTSUI, Assoc. Prof. 准教授 筒井 htsutsui@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3465 広明 Virial限界コイルを用いた超伝導磁気エネルギー 貯蔵、及び、トカマク装置の研究 Study of SMES and Tokamak with VirialLimit Coils 超伝導磁気エネルギー貯蔵 （SMES） は電力負荷平準化の有力な Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) is very promising as 候補である。超伝導電線の技術革新は目覚ましいが、しかし、エ a power storage system for a night and day load leveling. However, the ネルギー蓄積にともなう大きな電磁力が深刻な問題である。この strong electromagnetic force caused by high magnetic field and large 問題に対処するために、我々は磁場と応力の関係を表す「Virial current is a serious problem in SMES system. To cope with this problem, 定理」に基づくビリアル限界コイルの概念を提案した。ビリアル we proposed the concept of the Virial-Limit Coil (VLC), which is 限界コイルはトーラス形状のヘリカルコイルであり、エネルギー貯 optimized to create a strong magnetic field based on the virial theorem 蔵効率を減少させる圧縮応力を排除し応力を平準化することで、 which is the relation of magnetic energy and stress. The VLC, which is a 最大応力を半減することができる （図1） 。この原理検証のために helically wounded coil with a toroidal configuration, can level the stress 手作りの小型超伝導コイル （図2） を作成し、実験的に実証した。 distribution (Fig.1). In order to verify the validity of the VLC concept, we 現在、7T近い強磁場発生に成功している。 made a superconducting coil (Fig.2) and achieved a magnetic field 一方、同じ原理を核融合実験装置にも適用し、大学の研究室での around 7 T. 装置としては異例の1Tを超える強磁場の発生にも成功している。 A compact tokamak device with VLS’s was also created and achieved a プラズマの３次元平衡に関する研究 magnetic field above 1 T. 軸対称系のトカマク装置でも非軸対称なヘリカル磁場を印加し安 3D-Analysis of Plasma Equilibrium 定性を改善する研究が広く行われている。そのためには3次元平 Recently, stabilizing effects of additional non-axisymmetric field are 衡配位を実験的にも理論的にも求める必要がある。 我々は軸対 investigated. In order to evaluate the effects, experimental and 称系で用いられているCauchy-Condition Surface （CCS）法を theoretical approach to a three dimensional equilibirum is required. We 3次元に拡張し、プラズマ表面同定を行った （図3） 。また、この extended a two dimensional Cauchy-Condition Surface (CCS) method 方法と多層磁気面法を融合することで安定性解析も含んだ3次元 to three dimensions and obtained the outer-most magnetic surface 平衡解析コードの開発も行っている。 (Fig.3). A three dimensional equilibrium code with stability analysis is developed by a combination of CCS and a multi-current-layers method. 図１ コイルピッチと主応力の関係 Fig.1 Relations of coil pitch and principal stresses 図３ 磁場再構成時の相対誤差分布 Fig.3 Relative error distribution of re-constructed magnetic field. 27 図２ 超伝導ビリアル限界コイル Fig.2 Superconducting Virial-Limit coil 助 教 Assistant Professors Masatoshi KONDO, Assist. Prof. 助教 近藤 正聡 Innovative Nuclear Energy System Division [email protected] 03-5734-3065 高機能流体を冷却材とする革新的原子炉に関する工学研究 環境との調和や高い社会的受容性を有する原子炉システムの開発を目指し、優れた核的特性や、熱流動特性を有する高機能流体を 冷却材とする高速炉や核融合炉の冷却システム開発研究を国内外の研究機関と連携しながら行っています。液体金属や溶融塩等の 冷却材の性能を最大限引き出すため、高純度条件での合成から不純物制御、流動場共存性改善等に至るまでの研究を一貫して実施 しています。また、新しいタイプの冷却材を開拓し、600℃程度の高温条件における熱流動物性の評価についても研究を行っていま す。 Development of coolant system by high performance fluid for innovative nuclear reactors The coolant systems by high performance fluids have been developed for the innovative nuclear reactors, which have excellent compatibility with nature and human society. For seeking the excellent performance of the coolant, the experimental and theoretical studies on the fabrication, the impurity control, the thermophysical properties and the compatibility with candidate structural materials have been performed. Some new coolants, which have excellent performance, have been developed, and their thermophysical properties at high temperature have been studied. Tetsuo SAWADA, Assist. Prof. 助教 澤田 哲生 Global Nuclear Security Division tetsuo@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3062 Mikio SHIMADA, Assist. Prof. 助教 島田 幹男 Advanced Medical Application Division [email protected] 03-5734-3703 放射線感受性遺伝病におけるゲノム安定性維持の分子機構の 解析 生まれつき放射線に対して感受性が高い遺伝病は放射線高感受性遺伝病と して分類されます。 我々はそれら遺伝病を分子レベルから解析し、発症原 因の解明に取り組んでいます。また、放射線高感受性遺伝病は高い発癌 性や神経発生異常を併発することが多いために、それらの原因を突き止め るために中心体やDNA修復機構の分子メカニズムの解明を目指していま す。これらの研究結果は抗癌剤開発にも寄与することが期待されます。 Analyze of molecular mechanisms of genome stability in the hereditary disease with high sensitivity to radiation Genome stability is maintained by many molecular mechanisms such as DNA repair, cell cycle checkpoint, centrosome maintenance and apoptosis. Defect of these mechanisms cause radiation high sensitivity, developmental failure and cancer development. We are studying molecular mechanisms of radiation high sensitivity inherited diseases. Our goal is to elucidate the relationship between disease and molecular mechanisms. 28 Innovative Nuclear Energy System Division Jun NISHIYAMA, Assist. Prof. 助教 西山 潤 jun-nishiyama@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-2380 受動安全特性を持ったCANDLE燃焼炉の設計研究 持続性、安全性、経済性、核不拡散抵抗性の特性を兼ね備えた革新的原 子炉としてCANDLE燃焼方式の原子炉がある。 天然ウラン燃料の初期炉 心から加速器中性子源によって臨界状態 （定常炉心） となる燃料転換方法に ついて解析している。また冷却液体の重力移動や自然循環、大気の自然 対流のような基本的な物理法則により原子炉の冷却機能が保たれる安全機 能についても研究を行っている。 Design Study of CANDLE burn-up Reactors with Passive Safety The CANDLE burn-up reactor is an innovative nuclear reactor with sustainability, safety, economy, and proliferation resistance. The methods to construct the initial core from natural uranium fuels with accelerator neutron source have been performed. To evaluate and improve safety, we investigate passive safety system and inherent safety features for the CANDLE reactor. CANDLE燃焼炉中性子束分布 Neutron flux distribution of CANDLE burn-up reactor Actinide Management Division Masayuki HARADA, Assist. Prof. 助教 原田 雅幸 mharada@ lane.iir.titech.ac.jp 03-5734-3080 Global Nuclear Security Division Anna GUBAREVICH, Assist. Prof. 助教 グバレビッチ アンナ [email protected] 03-5734-3082 ナノカーボン構造制御技術の開発 固体潤滑剤や電磁波遮蔽材料などに効果的な軽量材料として、ナノダイヤモンド(ND)やオニオンライクカーボン(OLC)始め様々な 炭素ナノ材料の研究に取り組んでいる。特にNDを起源としたOLC形成過程について研究を進めている。 次世代宇宙服の研究開発及びその場資源有効活用 月・惑星探査での有人活動に資するために、次世代宇宙服 （生命維持、宇宙線防護、パワーアシストなど） の研究開発を進めるととも に、独自に展開して来た燃焼合成技術を用いたその場資源有効活用を支える研究開発を進めている。 R&D on Nanocarbon Structures Design and Their Formation Formation and characteristics of various carbon nanostructures have been studied; especially, related to nanodiamonds (ND) and onion-like carbon (OLC) for applying in solid lubrication, electromagnetic radiation shielding, etc. Transformation process of ND to OLC is one of topical theme in the present work. R&D on Next-Generation Spacesuits and In-Situ Resource Utilization (ISRU) As our challenging research activities on coming human exploration toward Mars, essential technologies development for spacesuits including life-support system, protection against cosmic rays, power-assist system, etc., has been continuously carried out from the stage of conceptual design. ISRU investigation has also been performed with our advanced combustion synthesis technology. 29 SR イニシアチブ SR（社会的責任）理念（抜粋） 2007年7月27日制定 2016年4月1日改訂 SR Initiative The SR (Social Responsibility) Philosophy (Excerpt) Date of Enactment: 27 July, 2007 東京工業大学科学技術創成研究院先導原子力研究所およびその Revised: 1 April, 2016 所員は、原子力に関わる研究と教育をすすめる組織およびその We, the members of Laboratory for Advanced Nuclear Energy, Institute 一員として重要な使命を担う誇りと責任感をもち、主体的に考え of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology, as an 高い倫理観をもって行動する。その目的は、関係法令・国際ルー organization to promote research and education related to nuclear ルおよびその精神を遵守しながら、組織の不祥事や事故の発生 energy, have pride and responsibilities in undertaking important を未然に防ぎ、原子力の研究・開発およびその利用に関わるす missions and act on our own initiative and on sound ethics. The aim is べての個人・組織が、常に安全に関する意識を最優先にもって行 to establish consciousness, “The Safety Culture of the Nuclear Energy,” 動することを求めた思想である「原子力の安全文化」の構築をめ a philosophy that requires all organizations and individuals engaged in ざすとともに、環境・経済・社会の持続可能な発展に貢献するこ research, development, and use of nuclear energy to act with their とにある。あわせて、その安全文化の重要性を国の内外を問わず、 awareness of safety as their highest priority by preventing human errors 公衆はもとより広く社会へ普及させ、エネルギーの安全・安定供 and accidents while complying with applicable laws and regulations 給と原子力の平和利用の視点から研究・教育活動に取り組み、 and international rules. We also strive to contribute to sustainable それらの活動を通じて次代を担う人材を育成し、社会からの信頼 developments in environments, economies, and societies. We intend to を高める。これらの諸目的を実現するために、われわれ所員は次 propagate the importance of the safety culture throughout societies, の社会的責任に関する行動憲章 （以後「SR行動憲章」と称す） を both nationally and internationally, work on research and education in 制定し、先導原子力研究所を取り巻く多様なステークホルダー terms of safe and stable supply of energy and peaceful use of nuclear (利害関係者) と良好な関係を構築し、社会に対する説明責任を energy, foster human resources through such activities, and thus win 果たしながら公正・公明かつ誠実に行動する。 trust from the society. In order to achieve these various purposes, we have established the charter of conduct (hereinafter referred to as the "SR the charter of conduct") regarding social responsibility to be stated, construct favorable relations, using the principles in the charter, with various stakeholders (people who have a vested interest) who are related to the Laboratory for Advanced Nuclear Energy, and act fairly and sincerity while fulfilling its accountabilities to the society. 30 アクセス Access Narita International Airport Shibuya Jiyugaoka Ookayama Suzukakedai Campus Ookayama Campus Tokyo Meguro Shinagawa Tamachi Campus Oimachi Yokohama Haneda International Airport Ookayama Campus The Ookayama campus is a one-minute walk from Ookayama Station. Suzukakedai Campus The Suzukakedai campus (former Nagatsuta campus) is a 5-minute walk from Suzukakedai Station. 緑が丘地区 至 溝の口 緑が丘駅 Tamachi Campus The Tamachi Campus is a 2-minute walk from Tamachi Station. 至 日吉 大岡山キャンパス北地区 Ookayama Campus North Area 先導原子力研究所 Laboratory for Advanced Nuclear Energy 徒歩 on foot 大岡山西地区 車 by car 石川台地区 正門 南門 大岡山南地区 大岡山東地区 大岡山駅 至 大井町 国立大学法人東京工業大学 科 学 技 術 創 成 研 究 院 先導原子力研究所 至 目黒 〒152-8550 東京都目黒区大岡山2-12-1-N1-16 TEL：03-5734-3052 FAX：03-5734-3749 2-12-1-N1-16, Ookayama, Meguro-ku, Tokyo 152-8550, JAPAN TEL:+81-3-5734-3052 FAX:+81-3-5734-3749 URL http://www.lane.iir.titech.ac.jp Copyrightⓒ2016 by Laboratory for Advanced Nuclear Energy, Tokyo Institute of Technology. All rigths reserved.