笠田竜太 エネルギー理工学研究所准教授、河侑成 同研究員（現日本原子力研究開発機構）、坂本寛 日本核燃料開発株式会社主任研究員らの研究グループは、福島第一原子力発電所でも使用されていた炭化ホウ素制御棒の模擬溶融デブリ中のホウ素の化学状態分布の解析に世界で初めて成功しました。 これによって、炉心の重大な損傷を伴うような重大事故であるシビアアクシデント時（過酷事故）の溶融デブリ形成過程の解明が促進され、福島第一原子力発電所の廃炉の進展に貢献することが期待されます。
本成果は、2016年5月10日午前10時（英国時間）に、英国科学誌「Scientific Reports」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から笠田准教授、坂本主任研究员
本研究により、シビアアクシデント环境におかれた炭化ホウ素制御棒の模拟溶融デブリ中のホウ素の化学状态分布を调べることが可能になりました。また、従来のエックス线発光分光装置では困难であったリチウムやベリリウムのような軽元素の化学状态分析も可能であるため、リチウムイオン电池开発、ネオジム磁石开発等様々な材料研究开発への応用も期待されます。
概要
原子炉の出力の制御に用いられる制御棒は、中性子をよく吸収する材料によって炉心における核分裂反応をゆっくりと継続的に起こさせるために必要であるとともに、异常时において原子炉を安全に停止する上でも重要な机器です。
福岛第一原子力発电所を含む商用原子炉の制御棒には、优秀な中性子吸収材料であるとともに、高い融点（2400℃以上）を持つ炭化ホウ素（叠4颁）が使用されています。しかし、炭化ホウ素は、シビアアクシデント时において高温に晒されると、周囲のステンレス钢材と共晶反応を起こし、単体での融点よりも低い约1150℃で溶融してデブリを形成することが想定されます。加えて高温水蒸気による酸化反応も生じると考えられます。これらの反応を通して、ホウ素は様々な化合物を形成しうるため、环境に放出される放射性物质の种类や量にも影响を及ぼす可能性があります。
また、核燃料物质を含むデブリ中においては中性子をよく吸収するホウ素の存在位置を把握することが再临界リスクの评価のために重要な情报となります。さらに、廃炉过程でのデブリ回収作业や回収されたデブリを贮蔵?输送する际にも、含まれるホウ素を临界管理上把握しておくことが望ましく、化学形态をサンプリングにより事前评価する必要があります。そして、安全かつ确実な廃炉作业の炉内でのデブリの分布を予测するための解析コードの検証と妥当性を确认する上でもホウ素の化学状态の评価が必要となります。
これらのことから、溶融デブリ中のホウ素の存在位置と同时に化学状态を把握することが求められますが、従来の走査型电子顕微镜を用いた元素分布解析法では、ホウ素の分布を测定することは可能でしたが、化学状态に関する情报は得られていませんでした。一方、大型放射光施设を用いることによって化学状态の详しい情报が得られるものの、マイクロスケールでの空间分布の详细を同时に得ることは困难でした。
本研究グループは、走査型电子顕微镜の一种である电子プローブマイクロアナライザ用に最近开発された软Ｘ线発光分光器（贰笔惭础-厂齿贰厂）を用いることによって、これまで困难であった模拟溶融デブリ中のホウ素の化学状态を踏まえたマイクロスケールでの二次元分布解析に成功しました。
软Ｘ线発光分光装置（贰笔惭础‐厂齿贰厂）を操作し模拟溶融デブリ中のホウ素の化学状态分布を解析する様子
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
【碍鲍搁贰狈础滨】
R. Kasada, Y. Ha, T. Higuchi & K. Sakamoto. (2016). Chemical State Mapping of Degraded B4C Control Rod Investigated with Soft X-ray Emission Spectrometer in Electron Probe Micro-analysis. Scientific Reports, 6: 25700.
- 京都新聞（5月13日 25面）、産経新聞（5月13日 7面）、日刊工業新聞（5月13日 21面）、日本経済新聞（5月16日 15面）、毎日新聞（5月13日 28面）に掲載されました。
