OVERVIEW Vol. 1...Nuclear Reactors (RLNR)” is joined as a sub-institute of newly funded “Institute of Innovative Research”, which includes more than 180 faculty members, and

Energy

Mass transmutation

System and safety

engineering division



緑が丘地区緑が丘地区

至日吉至日吉

至溝の口至溝の口

至目黒至目黒至大井町至大井町

大岡山東地区大岡山東地区大岡山駅大岡山駅

正門正門

南門南門大岡山南地区大岡山南地区

大岡山西地区大岡山西地区

石川台地区石川台地区

緑が丘駅緑が丘駅

Haneda International AirportYokohama

Oimachi

Jiyugaoka

Ookayama

Shibuya

Meguro

Shinagawa

Tokyo

Narita International Airport

SuzukakedaiCampus

TamachiCampus

OokayamaCampus

2016-17Laboratory for Advanced Nuclear Energy LANEInstitute of Innovative Research Tokyo Institute of Technology

( 　　)Copyrightⓒ2016 by Laboratory for Advanced Nuclear Energy,Tokyo Institute of Technology. All rigths reserved.

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

OVERVIEW

OVERVIEW of LANEVol. 1

1 号第

Tamachi Campus The Tamachi Campus is a 2-minute walk from Tamachi Station.

Suzukakedai Campus The Suzukakedai campus (former Nagatsuta campus) is a 5-minute walk from Suzukakedai Station.

Ookayama Campus The Ookayama campus is a one-minute walk from Ookayama Station.

東工大要覧2016_H1-4（w420×h297㎜）

01

ごあいさつ

東京工業大学は、平成28年4月1日に教育研究体制を大幅に刷新し、約180名の専任教員から構成される科学技術創成研究院がスター卜しました。原子炉工学研究所は、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年目の節目を迎えての組織変更となりました。先導原子力研究所は、原子力に関わる学理を追求するとともにその応用研究を先導し、世界の持続的発展への貢献を目指しております。エネルギー問題と二酸化炭素排出による地球環境問題の解決、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進します。さらに国の重要課題である、福島原発事故からの回復に向けた原子炉廃止措置、環境汚染回復などの研究にも取り組みます。平成23年3月11日に発生した東日本大震災と、東京電力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、容易にはなすすべを見つけられませんが、地殻変動の特に激しい、それゆえに自然の美しい日本に住む国民として、大自然の災

Tokyo Institute of Technology reorganized both education system and

research institutes in April 2016. Former “Research Laboratory for

Nuclear Reactors (RLNR)” is joined as a sub-institute of newly funded

“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

applied research as well as pursuing the scientific principles related to

nuclear energy, the LANE aims to contribute to the sustainable

development of the world. The fundamental research of peaceful use of

nuclear energy is of great significance to solve the global energy

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

toward recovery from the Fukushima Daiichi nuclear power plant

accident and environmental pollution recovery.

The Higashi-Nihon disaster and the severe nuclear accident, which led

to the reactor core melt-down, occurred on March 11, 2011, inflicted

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

risks faced from the forces of nature, as people of Japan, living along

the “ring of fire” of active movements at the earth’s crust, producing

Director Toyohiko YANO

所長矢野豊彦

02

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。しかしながら“想定を超える”津波による原子力発電所の炉心溶融事故は、防ぐことは出来なかったのでしょうか？

“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。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をしております。前身の原子核工学専攻では平成15 〜19年度に「革新的原子力システム」をテーマとした21世紀COEプログラムに原子力関連では全国で唯一採択され成功裏に終了し、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、博士課程に新しい教育課程が設置されました。さらに、平成26年度からは廃止措置等基盤研究・人材育成プログラムで「廃止措置工学高度人材育成と基盤研究の深化」が採択され、5年間の活動を開始しました。このように、一貫して最高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、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ルギー消費を急激に増加させ、エネルギー・食糧・水問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大きな課題であり、原子力への大きな期待が寄せられていました。しかしながら、福島第一原発の過酷事故により、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。科学者としての原点に立ち戻り、原子核に閉じ込められ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。

such beautiful nature. However, why could we not have anticipated and

prevented the accidental melt down of the reactor core by a giant

tsunami that exceeded “the assumption scope” ? But I think that

everyone did involve consciously or subconsciously rule out the “worst-

case 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

Nuclear Engineering), the Graduate Major in School of Environment

and Society are operating and have developed as “two sides of the

same coin”. During the fiscal years 2003–2007, the program on the

“Innovative Nuclear Energy System for Sustainable Development of the

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

Nuclear Safety and Security”. It has started in 2011, as a unique 7-year

program. In this way, a new educational program has been established

in the doctoral course. Recently in 2014, a new educational program

focused on human development for nuclear decommissioning was

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

future nuclear energy.

In the middle of the 21st century, population increases rapidly in

developing countries and improved living standards in those areas give

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

challenge for all human survival on the Earth into the future. In this

regard, there were great expectations for nuclear energy. However, the

most dangerous aspect of nuclear energy had been revealed by the

severe nuclear accident. Reverting to the original position as a scientist,

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.

Greetings from the director

03

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 Laboratory for Advanced Nuclear Energy (LANE), Institute of Innovative Research

沿　革 History

04

Nuclear energy research leading to a peaceful, safe, and secure society and to sustainable development of the worldWhen Tokyo Institute of Technology turned into an independent

administrative entity in 2004, Laboratory for Advanced Nuclear Energy

(LANE) formulated the medium-term objectives and plan. Now we

have entered into the third–term of the plan, and promoted the current

mission-driven research projects such as, “Innovative nuclear energy

system study”, “Actinide management study”, “Global nuclear security

study”, and “Advanced radiation application for medical treatment

study”. At the same time, fundamental studies concerning the above

four projects have been also promoted. Furthermore, after the

Fukushima Dai-ichi nuclear plant accidents in 2011, we have been

dedicated to study the decontamination of radioactive materials from

the land/water or buildings/houses, decommission of the reactors, and

disposal of damaged fuels.

LANE conducts scientific research of nuclear energy to seek for

practical solutions of problems between energy and global

environmental issues, and works in cooperation not only with the

United States, European countries and former republics of the Soviet

Union but also with South-East Asian countries such as Indonesia,

Vietnam, Thailand, etc. We aim to be a global hub research institute

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 high-

level education for glowing-up students who are responsible to the

next generation is pursuing (see Guide of the Graduate Major).

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」、および「高度放射線医療研究」を推進しています。また、次期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、2011年の福島原発事故以降は、除染をはじめ、福島復興に向けた取り組みに務めています。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、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、ベトナム、タイ等の東南アジア諸国とも連携し、原子力・放射線応用のグローバルな連携拠点を目指しています。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学院（工学院、物質理工学院、環境・社会理工学院）、5系（機械系、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す（教育関係はコースガイドを参照）。

活動目的 The Scope of LANE

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

アクチノイド・マネージメント研究

高度放射線医療研究

•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

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

革新的原子力システム研究

基盤研究領域Fundamental Research Division

グローバル原子力セキュリティ領域

Global Nuclear Security Division

Innovative Nuclear EnergySystem Division

革新的原子力システム領域

Innovative Nuclear EnergySystem Division

Advanced MedicalApplication Division

アクチノイド・マネージメント領域Actinide Management Division

東京工業大学Tokyo Institute of Technology

環境・社会理工学院School of

Environment and Society

融合理工学系Transdisciplinary

Science and Engineering Dept.

工学院School of Engineering

機械系Mechanical

Engineering Dept.

電気電子系Electrical and Electronic

Engineering Dept.物質理工学院School of

Materials and ChemicalTechnology

材料系Materials Science and

Engineering Dept.

応用化学系Chemical Science andEngineering　Dept.

原子核工学コースGraduate Major of Nuclear

Engineering

科学技術創成研究院Institute of Innovative Research

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

高度放射線医療応用領域Advanced MedicalApplication Division

東京工業大学Tokyo Institute of Technology

先導原子力研究所Laboratory for

Advanced Nuclear Energy (LANE)

先導原子力研究所Laboratory for

Advanced Nuclear Energy (LANE)

05

組　織 Organization

国名Country

連携（学術交流）先名称Organization

米国U.S.A

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)

コンソーシアムconsortium

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）EUJEP2(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)

フランスFrance

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Germany

カールスルーエ工科大学放射性廃棄物処理研究所Institute for Nuclear Waste Disposal Karlsruhe Institute of Technology

イタリアItaly

メッシーナ大学　電子化学工学専攻University of Messina (Department of Electron Engineering, Chemistry and Industrial Engineering)

セルビア共和国Serbia

ベオグラード大学ビンカ原子力科学研究所University of Belgrade (Vinca Institute of Nuclear Sciences)

ルーマニアRomania

バベス・ボヨイ大学物理学部Babes-Bolyai University of Cluj-Napoca (Faculty of Physics)

ポーランドPohland

ワルシャワ大学化学部University of Warsaw (Facultut of Chemistry)

リトアニアLithuania

カウナス工科大学基礎科学学部Kaunasu University (Faculty of Fundamental Science)

エジプトEgypt

アシュート大学Assiut University

マレーシアMalaysia

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Indonesia

インドネシア原子力庁Indonesian National Atomic Energy Agency

タイThailand

タイ原子力技術研究所Thailand Institute of Nuclear Technology

ベトナムVietnam

ベトナム原子力委員会Vietnam Atomic Energy Commission

モンゴルMongolia

モンゴル国立大学原子核研究センターNational University of Mongolia (Nuclear Research Center)

韓国Korea

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Seoul National University (Department of Nuclear Engineering, Center for Advance Research in Fusion Reactor Engineering)

06

教職員一覧　Members List of LANE

革新的原子力システム領域教授— 井頭—政之教授— 小原—徹—教授— 加藤—之貴教授— 小林—能直教授— 高橋—実准教授— 片渕—竜也准教授— 木倉—宏成助教— 近藤—正聡助教— 西山—潤

アクチノイド・マネージメント領域教授— 竹下—健二准教授— 鷹尾—康一朗准教授— 塚原—剛彦助教— 原田—雅幸

グローバル原子力セキュリティ領域教授— 大貫—敏彦教授— 小田原—修教授— 矢野—豊彦准教授— 相樂—洋准教授— 吉田—克己助教— 澤田—哲生助教— Anna—Gubarevich

高度放射線医療応用領域　教授— 小栗—慶之准教授— 林﨑—規託准教授— 松本—義久助教— 島田—幹男

基盤研究領域教授— 飯尾—俊二教授— 千葉—敏准教授— 赤塚—洋准教授— 筒井—広明

Innovative Nuclear Energy System Division Professor—— Masayuki—IgashiraProfessor—— Toru—ObaraProfessor—— Yukitaka—KatoProfessor—— Yoshinao—KobayashiProfessor—— Minoru—Takahashi—Associate—Professor—— Tatsuya—Katabuchi—Associate—Professor—— Hiroshige—Kikura—Assistant—Professor—— Masatoshi—Kondo—Assistant—Professor—— Jun—Nishiyama

Actinide Management DivisionProfessor—— Kenji—Takeshita—Associate—Professor—— Koichiro—Takao—Associate—Professor—— Takehiko—Tsukahara—Assistant—Professor—— Masayuki—Harada——

Global Nuclear Security DivisionProfessor—— Toshihiko—Ohnuki—Professor—— Osamu—Odawara—Professor—— Toyohiko—Yano—Associate—Professor—— Hiroshi—Sagara—Associate—Professor—— Katsumi—Yoshida—Assistant—Professor—— Tetsuo—Sawada—Assistant—Professor— Anna—Gubarevich— —

Advanced Medical Application DivisionProfessor—— Yoshiyuki—Oguri—Associate—Professor—— Noriyosu—Hayashizaki—Associate—Professor—— Yoshihisa—Matsumoto— —Assistant—Professor—— Mikio—Shimada—

Fundamental Research Division Professor—— Shunji—Iio—Professor—— Satoshi—Chiba—Associate—Professor—— Hiroshi—Akatsuka— —Associate—Professor—— Hiroaki—Tsutsui　—

07

Innovative Nuclear Energy System Division

中性子ビーム

500 mm

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

カドミウム

125°

90°

NaI 検出器

プラスチック検出器

試料

鉄

コンクリート

中間コリメータ中性子ビーム

500 mm


鉛


カドミウム

125°

90°

NaI 検出器


試料

鉄

コンクリート

中間コリメータ

中性子ビーム

500 mm


鉛


カドミウム

125°

90°

NaI 検出器


試料

鉄

コンクリート

中間コリメータ

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.2 NaI(Tl) Spectrometer for Neutron Capture Cross Section Measurement at J-PARC

図１高位粒子線物質変換実験装置Fig.1 Mass Transmutation Facilities with High-Quality Particle Beams

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行っている。

iga@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3378

Masayuki IGASHIRA, Prof.

教授　井頭政之

社会のための中性子科学研究の展開Development of Neutron Science Research for Society

Systematic Study on Neutron Capture Reaction Cross Sections for the Technological Development of Nuclear Transmutation of Long-Lived Nuclear WastesManagement of long-lived nuclear waste from nuclear power plants is a

serious issue. Nuclear transmutation, which transmutes long-lived

nuclides into shorter or stable nuclides via neutron-induced reactions,

has been suggested as an option. We are studying the neutron capture

cross sections of long-lived fission products and minor actinides for the

technological development of nuclear transmutation. Systematic

measurements are ongoing using the Mass Transmutation Facilities

(Fig.1) of RLNR and the Accurate Neutron-Nucleus Reaction

measurement Instrument (Fig.2) of the Japan Proton Accelerator

Research Complex (J-PARC).

08


図２大口径シリコン半導体製造用小型原子炉概念Fig.2 �Concept of a small reactor for large diameter silicon semiconductor production

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

Study on Passive Safe Small Nuclear Reactors

We are studying small nuclear reactors, in which it is possible to remove

decay heat after the shutdown without using active devices, such as

coolant pumps, with high efficiency in fuel utilization. The study of

nuclear reactors that are possible to shutdown only by passive safety

features is also in progress (Fig.1).

Study on Innovative Nuclear Reactor Concept

We are studying innovative nuclear reactors such as CANDLE reactor,

which uses natural uranium as its fuel with high sustainability, and a

small reactor for large diameter silicon semiconductor production (Fig.2).

Study on Criticality Safety

We are studying the transient analysis of energy and radiation release

in case of criticality accident by several nuclear materials by computer

simulation (Fig.3).

受動安全小型原子炉の研究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で可能な原子炉の研究も進めている（図1）。

革新的原子炉概念の研究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の研究を行っている（図2）。

臨界安全に関する研究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り行っている（図３）。

tobara@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-2380

Toru OBARA, Prof.

教授　小原徹

Innovative nuclear reactors for future

未来のための革新的原子炉

09


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

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)

yukitaka@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-2967

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。

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開発を進めている。

炭素循環エネルギーシステム(ACRES)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。製鉄向けのACRESシステム（iACRES）を検討している（図3）。産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が期待できる。

水素透過膜を用いた高効率水素製造システム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）。

3CO 2Fe Product

Iron- making

process

CO2 reduction process

Regenerated

Fe2O3 Raw material

Work (electricity/ heat/H2)

HTGR 3/2O2

Oxidation process

3CO2

Carbon dioxide emission mitigation is important for global environment

protection and fossil fuel consumption saving. Nuclear thermal power

is efficient for the mitigation. For utilization of nuclear power, energy

storage and conversion technologies are being developing in our

laboratory for contribution on global society.

Chemical Heat Pump for Surplus Heat Recovery and UtilizationChemical heat pumps which use chemical reactions for heat

management are being developed for heat recovery, storage and

transformation of surplus heats emitted from nuclear power system,

industrial processes and engines. Magnesium oxide/water chemical

heat pump is mainly discussed by developing the chemical materials

(Fig.1), reactor (Fig.2) and system.

Active Carbon Recycling Energy SystemActive Carbon Recycling Energy System (ACRES) in which emitted

carbon dioxide is recovered and regenerated into carbon material by

using a high-temperature gas reactor (HTGR) and nuclear plants has

been proposed. Smart ironmaking system based on ACRES (iACRES) is

being developed (Fig.3). ACRES is expected to contribute on the

saving of carbon resource consumption and the mitigation of carbon

dioxide emission.

High-efficient Hydrogen Production System using Hydrogen Permeation MembraneA plate-type fuel reformer for high-efficient hydrogen production using

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

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)

10


Improvement of materials reliability toward innovative nuclear reactorsFor the long-time operation of the reactor of next generation, control

and reduction of impurities are necessary and studied to make fission

fuel cladding and reactor pressure vessel highly resistant to heat,

pressure and irradiation. Best mix of composition and microstructure

are pursued by the development of creation and evaluation process.

Accessibility for removal of fuel debris in BWR plant after severe accident

To assess the access root to the fuel debris for its removal from nuclear

reactors after severe accident, damage and collapse behavior of

structural metals in the reactor core should be well understood and

studied through materials reaction experiments. Phase stability of

d e b r i s a n d f o r m a t i o n b e h a v i o r o f f i s s i o n p ro d u c t s a re

thermodynamically studied for safe removal and storage of the debris

and prediction of condition of RPV during severe accident.

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・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特性評価を行っています。

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要な相安定性評価を行っています。

ykobayashi@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3075

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

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 �Conceptofmetallurgyforthesafetyandreliabilityofnuclear

system.

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 �Reactorcoreassemblyandreactionexperimentbetweenmockfuel-roddebrisandstainlesssteelinacoldcrucible

furnace.

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 �Reactionexperimentbetweenmockcontrol-roddebrisand

stainlesssteel.

11


革新的高速炉の概念研究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、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低減にも貢献できると期待される。

鉛・鉛ビスマス技術に関する基盤研究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、および冷却材中の不純物の輸送・拡散特性に関する研究を行っている。

高転換沸騰水型炉に関する熱流動研究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。

mtakahas@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-2957

Minoru TAKAHASHI, Prof.

教授　高橋実

革新的高速炉概念とその材料・熱流動研究Innovative fast reactor concept and related studies on material and thermal-hydraulics

図１革新的鉛ビスマス冷却高速炉Fig.1 �Innovative lead-bismuth-cooled fast reactor

(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

(b)原子炉(b) Nuclear reactor

(c)格納容器(c) Containment vessel

(d)原子力プラント(d) Nuclear power plant

Conceptual study of innovative fast reactor

As Generation IV reactor for sustainability of nuclear energy utilization,

a concept of fast reactor system has been formulated, where core

nuclear and thermal-hydraulic performance has been improved by

using lead or lead-bismuth eutectic instead of sodium as a primary

coolant. Furthermore, an innovative concept of small and simplified fast

reactor system has been proposed by promoting reliability, cost-down

and non-proliferation resistance (Fig.1). This innovative fast reactor is

also expected to be used as a transmutation reactor which shorten the

lives of minor actinides produced in spent fuels, which will contribute

the decrease of environmental load in deep geological repository.

Basic studies on lead and lead-bismuth technologyAs key technical issues in using lead and lead-bismuth for a primary

coolant, studies have been performed on the compatibility of structural

materials with the coolants, control and measurement techniques of

oxygen concentration in the coolants, and the transport and diffusion

characteristics of impurities in the coolants.

Study of thermal-hydraulics for high conversion boiling water reactorIn 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.

12


Study on Neutron Capture Reaction

We measure neutron nuclear data, especially, neutron capture cross

sections, which are important for design of a nuclear transmutation

system and understanding of nucleosynthesis. Measurements are

performed in LANE and the Japan Proton Accelerator Research

Complex (J-PARC).

Development of an Imaging System for Online Dosimetry in Boron Neutron Capture TherapyWe are developing an imaging system for dosimetry during treatment

in boron neutron capture therapy. This system allows for evaluating the

absorbed dose of each pat ient onl ine, thereby improving

determination of irradiation parameters and evaluation of treatment

efficacy.

中性子捕獲反応の研究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。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測定可能となり、BNCT照射条件の決定やBNCT治療効果の評価精度向上に貢献できる。

buchi@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3378

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　片渕竜也

図２ BNCT用オンライン線量評価システムの概念図Fig.2 �ConceptualdesignofonlineimagingsystemforBNCT

図１ J-PARCの中性子核反応測定装置ANNRIFig.1 �AccurateNeutronNucleusReactionMeasurementInstrument

(ANNRI)ofJ-PARC

13


Measurement technique using Ultrasound

Research on the improvement in safety and the advancements of

nuclear reactors is done by the diagnostic techniques developed from

the measurement techniques and process control strategies used in

light-water reactors, future-type reactors and fast reactors. We

investigate the novel ultrasonic technique which can diagnose weld

defects and measure flows with profound effects on materials.

According to Fukushima Dai-ichi nuclear power plant accident, we also

study the sensing technique of location of fuel debris and contaminated

water leakage.

超音波計測技術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に関する研究も行っている。

kikura@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3058

計測・安全・診断Measurement, Safety and Diagnosis

Hiroshige KIKURA, Assoc. Prof.

准教授　木倉宏成

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

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Actinide Management Division

原子燃料サイクル研究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ル放射性廃液（HLW）の分離変換技術」、「HLWに含まれる有価物回収技術」等の開発研究を行っている。

環境保全研究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。

takeshita@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3845

原子燃料サイクルのバックエンド技術開発Development of Back-end Technology of Nuclear Fuel Cycle

Kenji TAKESHITA, Prof.

教授　竹下健二

Nuclear Fuel Cycle Study

For promoting the security of nuclear fuel cycle and the safety disposal

of high-level wastes, we are studying R&D subjects on back-end

technology. Based on fundamental studies such as separation science

and functional molecule design, we are developing the vitrification

process for stable containment of HLW, the PT (partition and

transmutation) of long-lived elements from HLW and the recovery of

valuable metals from HLW.

Environmental Protection Study

The environment in the nuclear power plant and its surrounding area

were contaminated by the release of large amounts of radioactive

elements by Fukushima nuclear disaster and the public confidence in

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.

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

⑦原子燃料サイクル評価用LCAツールの開発

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

⑤地層処分における長期安全確保のための新概念構築

③ガラス固化プロセス高度化研究

④白金族元素分離技術の開発

軽水炉燃料サイクル

採掘

精錬

ウラン濃縮

中間貯蔵施設

地下埋設

ガラス

固化体

高速炉再処理

MOX燃料製造高速炉

燃料サイクル

ガラス

固化体

Ｐｕ回収Ｕ

天然ウラン


採掘

精錬精錬

ウラン濃縮

UO2燃料製造

中間貯蔵施設

ウラン鉱山

ガラス

固化体

濃縮ウラン（ＵＦ６）

高速増殖炉

高速炉再処理高速炉

MOX燃料製造MOX燃料製造高速炉

燃料サイクル

ガラス

固化体

Ｐｕ回収Ｕ

天然ウラン混合酸化物燃料（ＰｕＯ２＋ＵＯ２）

回収ウラン

軽水炉軽水炉

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

⑥回収ウラン再利用技術及びMOX燃料製造技術の開発

軽水炉再処理

⑦原子燃料サイクル評価用LCAツールの開発

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

⑤地層処分における長期安全確保のための新概念構築

③ガラス固化プロセス高度化研究

④白金族元素分離技術の開発


採掘

精錬精錬

ウラン濃縮ウラン濃縮

中間貯蔵施設

地下埋設

ガラス

固化体

高速炉再処理高速炉再処理


燃料サイクル

ガラス

固化体

Ｐｕ回収Ｕ

天然ウラン


採掘

精錬精錬

ウラン濃縮

UO2燃料製造

中間貯蔵施設

ウラン鉱山

ガラス

固化体

濃縮ウラン（ＵＦ６）

高速増殖炉高速増殖炉高速増殖炉

高速炉再処理高速炉


燃料サイクル

ガラス

固化体

Ｐｕ回収Ｕ

天然ウラン混合酸化物燃料（ＰｕＯ２＋ＵＯ２）

回収ウラン

軽水炉軽水炉軽水炉

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

⑥回収ウラン再利用技術及びMOX燃料製造技術の開発

軽水炉再処理軽水炉再処理

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

脱水

農地

上澄み水

破砕

農地土壌

分解物

洗浄水

廃水

林野

Cs含有収集物

Cs含有収集物

破砕枝打ち

腐葉土

植物栽培

下水汚泥下水処理場（沈澱池）脱水汚泥

濃縮

上澄み液（リサイクル・廃棄）

水相

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Fundamental Study on Development of Facile Reprocessing Method for Spent Fuels On the basis of selective precipitation of actinide(VI) by N-alkylated

2-pyrrolidone derivatives, we try to clarify the fundamental chemistry to

develop a facile method for spent fuel reprocessing.

Understanding Chemical Behavior of Actinides in Geological Disposal

We study the coordination chemistry of low-valent actinides to obtain

deep understanding about their chemical behavior in geological

disposal of the vitrified high-level wastes.

Application of Ionic Liquids in Radioactive Waste Treatment

Through development of rational preparation method of ionic liquids

and clarifying coordination chemistry of metal ions in these media, we

explore potential of ionic liquids in waste treatment.

Spotlight on Uranium Chemistry for Its Efficient Use

Understanding coordination and solution chemistry of uranium in

depth, we intend to find a sophisticated use of uranium resources in its

chemical aspects.

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、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研究を推進する。

高レベル放射性廃棄物地層処分のための技術基盤形成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・挙動に対する理解を深める。

イオン液体の拓く放射性廃棄物処理・除染技術新展開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。

ktakao@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-2968

錯体化学に基づく核燃料サイクル先進基盤研究Fundamental Research on Nuclear Fuel Cycle Based on Coordination Chemistry

Koichiro TAKAO, Assoc. Prof.

准教授　鷹尾康一朗

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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 ��Selective catch and release of uranium using stimulus-responsive polymers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

Highly Analytical System on a Micro/Nano Fluidic ChipWe are trying to realize micro/nano fluidic chip, which various chemical

operations invoking reaction, extraction, and separation can be

integrated into micro/nano scale spaces on a chip, using micro/nano

fabrication technologies. Rapid and highly efficient separation/analysis

of radionuclides at single ion level will be constructed by combination

with original nano-detection methods (Fig.1).

Creation of Functional Nano Materials and Its Applications for Nuclear and RadiochemistryWe have created various functional nanomaterials such as stimulus-

responsive polymers, micelles, and etc, which can adsorb and desorb

selectively target radionucleids, decontaminate radioactive wastes, and

enclose radioactive drugs (Fig.2). Radioactive drug preparation

methods for drug delivery system (DDS) and extraction/separation

methods of metal ions have been studied.

Studies on Deep Geological Repository

We have established experimental instruments, which are modeled for

artificial and natural barrier environments (high-temperatures and

-pressures, acid-base, confining geometries, and various materials), and

examined molecular structures and dynamics of water and radionucleids

inside them by spectroscopic analysis methods.

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〜100um）の微小流路を彫り込み、そこに、集積回路のように、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、これら元素を数秒で分離することに成功している。

機能性ナノ材料の創製と応用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・制御に取り組んでいる。

地層処分関連研究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、専用の分光分析装置を駆使して解明している。

ptsuka@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3067

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

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Transformation of radionuclides by microorganismsMicroorganisms change chemical forms of dissolved elements in water

by metabolism and protection. We study mechanisms of the change of

chemical forms of radionuclides by microorganisms (Fig.1), and apply

the mechanisms for the environmental remediation. At present, we

have studying ”Immobilization of radionuclides during the formation of

Mn oxyhydroxides”, ”Accumulation of radioactive Cs into filamentous

fungi from litter layer in forest system”, Development of remediation

system for clean-up contaminated water by biogenic carbonate and

phosphate minerals (Fig.2)”, and so on.

Transformation of radionuclides by minerals

Minerals are unstable in environments. They are dissolved and

precipitated to form secondary minerals (Fig.1). The reactions of

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.

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2）」等の研究開発を行っている。

鉱物による放射性核種の化学状態変化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。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の新規固化体の開発も行っている。

toshi.ohnuki@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-2962

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　大貫敏彦

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 �Reactionsofradionuclides(An)occurredattheinterface

betweensolutionandmineralsandmicrobes.

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 �Sorptionofrareearthelements(REEs)bybiogenicMnoxyhydroxides.TrivalentCeisoxidizedtotetravalentonebyMnoxyhydoroxide,resultinginhighersorptionthanotherREEs.

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 �BiomineralizationofREEoccurredoncellsurface.AdsorbedREEaremineralizedbythereactionwithphosphatereleasedfrominsidecell.

18


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

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.

Neutron Irradiation Damage of Ceramics for Fission and Fusion Reactors Physical, mechanical, thermal property changes of the candidate

ceramic materials for fission and fusion reactors caused by neutron

irradiation are observed experimentally and discussed basing on

physical and chemical points of views. Particularly, microstructural

change of ceramics induced by fast neutron irradiation is observed by

high-resolution electron microscopy (see Fig.1 and Fig.2). Furthermore,

recovery behavior of defects is evaluated by post-irradiation annealing

experiments.

Development of Innovative Ceramics for Application under Severe Environment

For application of ceramics under severe environment such as fusion

nuclear reactors, engine or gas turbine, and space or air planes, new

ceramic materials which show excellent resistance for intensive

radiation, high-temperature, corrosion, heat-shock, or with high heat

transfer property and high hardness, are necessary to be developed.

Several new ceramics including fiber-reinforced ceramics are developed

and evaluated.

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.

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、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）。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を明らかにしている。

セラミックス系耐苛酷環境材料の開発核融合炉、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性評価を進めている。

高速炉制御材の組織制御による高度化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。

tyano@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3380

マテリアルは安心を支える大黒柱Toyohiko YANO, Prof.

教授　矢野豊彦

Materials are the center column for safety

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Studies on robust nuclear energy system against threats to safety, security and non-proliferationNuclear disaster may cause not only by accidental causes such as

natural disaster or errors, but also by human intentions such as terrorist

attacks. Diversion of nuclear material to fission explosive devices is also

significant threats by terrorists or host nations, needed to be most

securely prevented. We are pursuing studies on robust nuclear energy

system against threats to safety, security and non-proliferation, by

system designing. Accident-torrent fuel for inherent safety and security,

and proliferation resistance of nuclear energy system for security and

non-proliferation are one of our targets of researches (Fig. 1).

Non-proliferation science & technology - application to Fukushima decommissioning -Researches on science and technology to contribute safeguards activity

are also one of our targets. One of the applications is non-destructive

assay technology R&D to quantify the nuclear material inside fuel

debris by passive high-energy γ-ray measurement, emitted from low-

volatile fission products such as lanthanides of Ce, Eu, etc, which tend

to co-exist with uranium and plutonium due to its similarity of chemical

property, cooperating with Japan Atomic Energy Agency, aiming to be

applied for safe & secure decommissioning of Fukushima Daiichi

Nuclear Power Station(Fig.2).

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、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有する原子力システム研究（図1）等を実施している。

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-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・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（図2）。

sagara@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3074

安全・核不拡散・核セキュリティの追究Pursuing Nuclear Safety, Security & Non-proliferation

Hiroshi SAGARA, Assoc. Prof.

准教授　相樂洋

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

20


Development of Advanced Ceramic-Based CompositesFiber-reinforced ceramic matrix composites have been expected to be

used as the components for nuclear and fusion power applications,

high temperature gas turbines and aerospace industries. Novel

fabrication process of ceramic-based fiber-reinforced composites, their

properties, and advanced ceramic matrix composites with unique

morphology have been studied (Fig.1).

Development of High-Performance Porous Ceramics

Application of porous ceramics has been considered to be effective to

reduce environmental load and to save resources and energy. We have

uniquely proposed porous ceramics with in-situ grain growth and grain

orientation for the surface functionalization (Fig.2). We have been

deve loping h igh-per formance porous ceramics based on

microstructure control in nano-, micro- and macro-scales. Furthermore,

porous ceramics for purifying radioactively contaminated water and

immobilizing radioactive nuclides have been studied.

Development of severe environment resistant ceramics

Changes in properties and microstructure of ceramics exposed under

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.

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・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合材料の研究を行っている（図1）。

高機能セラミック多孔体の開発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が可能な多孔質セラミック材料の開発も行っている。

耐苛酷環境性セラミックスの開発高温、高熱勾配、腐食性・酸化雰囲気、放射線・粒子線照射等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、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行っている。

k-yoshida@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-2960

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

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 �SEMmicrographofsiliconcarbidefiber-reinforcedsiliconcarbidematrix(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 SEMmicrographofporoussiliconcarbide(SiC)ceramics

within-situgraingrowth

21

Advanced Medical Application Division

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 deep-seated cancer therapy and a semiconductor X-ray detector; (Right) Measured spectrum of the X-rays from a needle with a silver target.

Interaction between high-temperature targets and heavy-ion beamsAs a part of heavy-ion inertial fusion studies, interaction of heavy ions

with plasma or dissociated hot gas targets, particularly projectile energy

deposition to the target, is experimentally investigated (Fig.1).

Development of ion-beam-based microanalytical techniques

High-sensitivity microanalytical techniques for environmental sciences

are studied based on ion-beam analyses such as PIXE (Particle-Induced

X-ray Emission), PIXRF (Proton-Induced X-ray Fluorescence) and RBS

(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).

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、特に標的へのエネルギー付与を調べる実験を進めている（図1）。

イオンビームを用いた精密分析技術の開発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行っている（図2）。

陽子線励起準単色X線の医学利用陽子線励起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）。

yoguri@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3071

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

22


nhayashi@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3055

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　林﨑規託

マルチビーム型RFQ線形加速器の研究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、マルチビーム型RadioFrequencyQuadrupole（RFQ）線形加速器の開発をおこなっている。2ビーム型のInterdigital-H（IH）-RFQ線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・同時に加速することで、108mA（2×54mA）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速器駆動型中性子源の開発を、ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）などの医学応用を目的に進めている。

産業用小型電子加速器の開発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。

Study on multibeam type RFQ linac

We developed a two-beam Interdigital-H type Radio Frequency

Quadrupole (IH-RFQ) linac as a prototype of a multibeam type RFQ

linac for high intensity heavy ion acceleration in the low energy region.

The linac can accelerate two beams in parallel in one cavity. Using this

linac system, we were able to accelerate carbon ions with an output

beam current of about 108 mA (2×54 mA/channel).

Development of accelerator-driven neutron source using RFQ proton linac and liquid lithium targetWe have developed an accelerator-drive neutron source system for

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) using a compact RFQ proton

linac and a liquid lithium target.

Development of compact electron accelerator for industrial irradiation processingWe 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.

23


Molecular Radiation Biology

We seek to elucidate the biological effects of radiation and the

biological response to radiation in molecular terms (i.e., in terms of

genes and proteins). Through this, we wish to contribute to the

promotion of safe, secure use of atomic power and radiation and to

explore the infinite potential of radiation in medicine and life science.

Mechanism of the Recognition and Repair of DNA Double-Strand Breaks

Radiation is thought to exert its biological effects through the

generation of damage on DNA molecules, which is responsible for the

transmission of genetic information. Among various DNA damages,

DNA double-strand breaks are thought most critical and responsible

for the biological effects, e.g., carcinogenesis, cure of cancer and side

effects to normal tissues. We are seeking to elucidate the mechanism

of the recognition and repair of DNA double-strand breaks employing

molecular biological and biochemical approaches. We also have a

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.1 Experimental 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.

分子放射線生物学本研究室では、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)のレベルで理解すること、また、これを通じて、原子力・放射線の安全・安心利用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り開くことを目指している。

DNA二重鎖切断の認識・修復の分子機構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。本研究室では、分子生物学、生化学的手法を駆使して、生体がDNA二重鎖切断を認識して、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を目指している。

yoshim@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3703

放射線の生体影響を「分子」の言葉で理解するUnderstanding biological effects of radiation in terms of ”molecule”

Yoshihisa MATSUMOTO, Assoc. Prof.

准教授　松本義久

24

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 ofα particle positions in 3 or 4 bounce times in Poincare maps. The horizontal straight lines show averaged positions.

図３製作中の小型トカマク装置Fig.3 �Schematic illustration of tokamak device under contruction.

Ripple Resonant Diffusion of α Particles in TokamaksThe resonance of toroidal precession of the banana orbits shown in

Fig.1 of DT-fusion α particles with toroidal field ripples enhances

particle diffusion. The evaluation of the diffusion coefficient by Monte

Calro computation showed that it has local maxima in both sides of

resonant energies in the axi-symmetric configuration. Investigation of

the time evolution of particle positions in Poincare maps revealed the

following physical mechanism. Particles with slightly different energies

from resonance lie outside of the separatrix and that particle

movements to the other side of an island, pink colored region in Fig.2

shift the averaged positions and hence enhance the particle diffusion.

On the other hand, particles with nearly resonant energies lie inside of

the separatrix so that the diffusion coefficients do not increase so much

since the averaged positions are almost fixed, though particles spread

with time.

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.

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変化しないため、拡散係数が極大とはならない。

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。

siio@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3377

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　飯尾俊二

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

-0.47

-0.46

-0.45

-0.44

-0.43

-0.42

-0.41

-0.4

-0.39

0 1 2 3 4 5 6

Initial Trajectory(Outside of Separatrix)

Initial Trajectory(Inside of Separatrix)

-0.48

-0.47

-0.46

-0.45

-0.44

-0.43

-0.42

-0.41

-0.4

-0.39

0 1 2 3 4 5 6

Fundamental Research Division

25


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。

宇宙における元素合成と宇宙年代学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。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、太陽系形成時に形成された隕石中の92Zr量に対する92Nbの影響を定量的に評価し、それにより爆発的現象から太陽系生成までの時間を推定した（図2）。

Comprehensive study in delayed-neutron yield of minor actinidesAfter the accident at Fukushima in 2011, it is required to make the

nuclear energy systems safer and establish a reasonable method for

treatment and repository of spent nuclear fuels having high

radioactivity. Furthermore, emerging requests for nuclear energy,

especially in developing countries, require high burnup of nuclear fuels

and transmutation of radioactive materials such as minor actinides (MA).

Those facilities which realize these new demands form an important

part of the innovative nuclear energy systems (INES). The aim of our

investigation is to comprehend systematically the fission fragments

yield(Fig.1) and their β -decay properties leading to emission of delayed

neutrons as a base for design of INES.

Research in nucleosynthesis and dating the universeNuclear data is also important for calculation of astrophysical

nucleosynthesis. We have calculated neutrino-cross section of 93Nb

and 92Zr leading to 92Nb, and used it to estimate the time between

explosive nucleosynthesis which populated 92Nb and formation of the

solar system (Fig.2).

宇宙核時計としての可能性と天体起源の探求

何らかの天体現象

太陽系の誕生現在

時間

Nb-92の

量

太陽系の年齢　約 46億年何らかの天体現象から

太陽系誕生までの時間

理論モデルで求める

隕石研究で求める

ベータ崩壊して減ってゆく

・ JENDL-FPY（独立収率）計算値（一次収率）

2.0

・ JENDL-FPY（独立収率）計算値（一次収率）

2.0

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.

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).

chiba.satoshi@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3066

Satoshi CHIBA, Prof.

教授　千葉敏

核データ研究による革新的原子力システムと宇宙Nuclear data : from innovative nuclear energy systems to the universe

新仮説・超新星爆発ニュートリノによる生成

水素層

ヘリウム層

炭素 /酸素層

酸素 /ネオン層

シリコン層

鉄層

原始中性子星

ニュートリノ

92Nb の生成

ニュートリノ

ニュートリノ

ニュートリノ

ニュートリノ

92Nb の生成

ニュートリノ

中性子

電子型ニュートリノ

電子

ニュートリノ

ニオブ 93 ニオブ 92

ニオブ 92ジルコニウム 92

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。

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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.2 An arc-jet plasma at open-field line.

730

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0740 750 760

Exp.Cal.

ExtractedLines of NAtom

740730 750 760

0.3

0.2

0.1

0

-0.1

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、電子工学、材料工学、同位体分離、大気環境問題、等への応用について基礎研究を行う。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（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躍的に窒素分子解離度が上昇する事を見いだした。

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、研究を実施している。

Atomic and Molecular Processes in Plasmas and Plasma Chemistry — Diagnostics, Materials, Laser Source, and Atmospheric EnvironmentBy means of an arc jet generator, a microwave discharge apparatus,

etc., we study fundamentals and applications of atomic and molecular

processes in plasmas and plasma chemistry. Particularly, we concentrate

on development of OES measurement of molecular gas discharge

plasmas. For example, we demonstrated calculation of 1PS or N2

plasma based on theoretical molecular spectroscopy. We can extract

atomic line of nitrogen, which enables actinometer measurement of

N-atom density in the plasma (Fig.1). By this method, we also find

marked enhancement in nitrogen dissociation degree with neon gas

admixture.

Plasma Physics at Open-Field-Lines — Study on Supersonic Acceleration, Mechanisms of Electric Potential Formation and Rarefied Plasma FlowWe are studying flowing characteristics of plasmas at open-field-line

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

thermonuclear fusion plasmas, or ionosphere plasmas. We apply

plasma wind tunnel for experimental studies, and adopt particle

simulation in numerical studies.

hakatsuk@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3379

Hiroshi AKATSUKA, Assoc. Prof.

准教授　赤塚洋

プラズマ理工学〜測る、解る、使うPlasma Science — to diagnose, to understand and to apply

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図２超伝導ビリアル限界コイルFig.2 �Superconducting Virial-Limit coil

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.

図１コイルピッチと主応力の関係Fig.1 �Relations of coil pitch and principal stresses

Study of SMES and Tokamak with Virial-Limit CoilsSuperconducting Magnetic Energy Storage (SMES) is very promising as

a power storage system for a night and day load leveling. However, the

strong electromagnetic force caused by high magnetic field and large

current is a serious problem in SMES system. To cope with this problem,

we proposed the concept of the Virial-Limit Coil (VLC), which is

optimized to create a strong magnetic field based on the virial theorem

which is the relation of magnetic energy and stress. The VLC, which is a

helically wounded coil with a toroidal configuration, can level the stress

distribution (Fig.1). In order to verify the validity of the VLC concept, we

made a superconducting coil (Fig.2) and achieved a magnetic field

around 7 T.

A compact tokamak device with VLS’s was also created and achieved a

magnetic field above 1 T.

3D-Analysis of Plasma Equilibrium

Recently, stabilizing effects of additional non-axisymmetric field are

investigated. In order to evaluate the effects, experimental and

theoretical approach to a three dimensional equilibirum is required. We

extended a two dimensional Cauchy-Condition Surface (CCS) method

to three dimensions and obtained the outer-most magnetic surface

(Fig.3). A three dimensional equilibrium code with stability analysis is

developed by a combination of CCS and a multi-current-layers method.

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、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。現在、7T近い強磁場発生に成功している。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。

プラズマの３次元平衡に関する研究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。我々は軸対称系で用いられているCauchy-ConditionSurface（CCS）法を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次元平衡解析コードの開発も行っている。

htsutsui@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3465

Hiroaki TSUTSUI, Assoc. Prof.

准教授　筒井広明

強磁場：核融合から超伝導エネルギー貯蔵Nuclear Fusion and Superconducting Magnetic Energy Storage

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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 reactorsThe 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.

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 radiationGenome 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.

助　教 Assistant Professors


[email protected]

Masatoshi KONDO, Assist. Prof.

助教　近藤正聡


[email protected]

Mikio SHIMADA, Assist. Prof.

助教　島田幹男


tetsuo@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3062

Tetsuo SAWADA, Assist. Prof.

助教　澤田哲生

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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 SafetyThe 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


jun-nishiyama@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-2380

Jun NISHIYAMA, Assist. Prof.

助教　西山潤

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 FormationFormation 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.


[email protected]

Anna GUBAREVICH, Assist. Prof.

助教　グバレビッチアンナ


mharada@ lane.iir.titech.ac.jp03-5734-3080

Masayuki HARADA, Assist. Prof.

助教　原田雅幸

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The SR (Social Responsibility) Philosophy (Excerpt)Date of Enactment: 27 July, 2007

Revised: 1 April, 2016

We, the members of Laboratory for Advanced Nuclear Energy, Institute

of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology, as an

organization to promote research and education related to nuclear

energy, have pride and responsibilities in undertaking important

missions and act on our own initiative and on sound ethics. The aim is

to establish consciousness, “The Safety Culture of the Nuclear Energy,”

a philosophy that requires all organizations and individuals engaged in

research, development, and use of nuclear energy to act with their

awareness of safety as their highest priority by preventing human errors

and accidents while complying with applicable laws and regulations

and international rules. We also strive to contribute to sustainable

developments in environments, economies, and societies. We intend to

propagate the importance of the safety culture throughout societies,

both nationally and internationally, work on research and education in

terms of safe and stable supply of energy and peaceful use of nuclear

energy, foster human resources through such activities, and thus win

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.

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

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、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、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(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果たしながら公正・公明かつ誠実に行動する。

SR イニシアチブ SR Initiative

Energy

Mass transmutation

System and safety




緑が丘地区緑が丘地区

至日吉至日吉

至溝の口至溝の口

至目黒至目黒至大井町至大井町

大岡山東地区大岡山東地区大岡山駅大岡山駅

正門正門

南門南門大岡山南地区大岡山南地区

大岡山西地区大岡山西地区

石川台地区石川台地区

緑が丘駅緑が丘駅

Haneda International AirportYokohama

Oimachi

Jiyugaoka

Ookayama

Shibuya

Meguro

Shinagawa

Tokyo

Narita International Airport

SuzukakedaiCampus

TamachiCampus

OokayamaCampus

2016-17Laboratory for Advanced Nuclear Energy LANEInstitute of Innovative Research Tokyo Institute of Technology

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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

OVERVIEW

OVERVIEW of LANEVol. 1

1 号第

Tamachi Campus The Tamachi Campus is a 2-minute walk from Tamachi Station.

Suzukakedai Campus The Suzukakedai campus (former Nagatsuta campus) is a 5-minute walk from Suzukakedai Station.

Ookayama Campus The Ookayama campus is a one-minute walk from Ookayama Station.

東工大要覧2016_H1-4（w420×h297㎜）

URL http://www.lane.iir.titech.ac.jp

〒152-8550　東京都目黒区大岡山2-12-1-N1-16　TEL：03-5734-3052　FAX：03-5734-37492-12-1-N1-16, Ookayama, Meguro-ku, Tokyo 152-8550, JAPAN　TEL:+81-3-5734-3052 FAX:+81-3-5734-3749

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OVERVIEW Vol. 1...Nuclear Reactors (RLNR)” is joined as a sub-institute of newly funded “Institute of Innovative Research”, which includes more than 180 faculty members, and