教訓から、過酷事故が発生した軽水炉の状況下でも使用可能な監視システムの技術開発を実施している。本システムの開発の課題として、耐放射線性カメラや可視光無線伝送システムで使用する撮像素子や電源IC等の耐放射線性が挙げられる。線の積算線量の影響を調べるため、異なる積算線量時においてフォトゲート(PG)駆動電圧に対する取得画像輝度のダイナミックレンジの違いを調べた。線環境下における出力電圧をモニタリングし、積算線量に対する変化を調べた。撮像素子は、PG駆動電圧調整ユニットに接続した簡易的なカメラシステムを照射室内に設置し、出力画像をモニタで観察した。その結果、ダイナミックレンジを最大とするPG駆動電圧の最適値は積算線量に影響することが分かり、PG駆動電圧の変更によって実質的な耐放射線性を向上させたカメラシステムの可能性を見出した。電源ICは、入力電圧を発生する定電圧電源を接続し、出力電圧とともに、絶縁破壊による短絡発生の有無を調べるため、熱電対で測定したIC表面温度データをデータロガーで収集した。その結果、出力電圧は比較的低い積算線量で一時的に減少した後に復帰し、その後はほぼ安定することが分かり、あらかじめ照射したICを用いること等により放射線環境下においても安定した出力を得る見通しを見出した。教訓から、過酷事故時の環境でも原子炉建屋内の監視が可能な耐放射線性カメラシステムの開発を開始した。本研究は、カメラを構成する部品の要素技術開発を行い、カメラシステムの試作・性能を評価した。要素技術開発として放射線環境下において100Gy未満で使用不能となるイメージセンサの劣化主因が暗電流増加であることを明らかにし、トランジスタの数を4つから3つに減らすとともに光電変換構造としてフォトゲート型を採用することで暗電流の軽減を図った。その結果、イメージセンサの耐放射線性は200kGy以上にまで向上した。光学系については、石英とフッ化カルシウムを用いた耐放射線プリズムとズームレンズにすることにより、1MGy照射後においても十分な性能を有することを示した。その他の電子部品については、100kGy未満で故障するものもあり、一部に遮蔽構造を採用した。2018/02JAEA-Technology-2017-026.pdf:4.0MB原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視し、緊急時対応を円滑に実施するためには、信頼性の高い伝送技術が必要である。線の照射による影響を調べた。その結果、LEDは全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色した。フォトダイオードの電流-電圧特性にはほとんど変化は無かった。フォトダイオードは、受光感度が減少するとともに窓材の樹脂が着色したが、暗電流は伝送に悪影響を与えるほどの大きさにはならなかった。これらの結果から、両素子を無線伝送システムに適用する場合に考慮すべき特性劣化の主因は、半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によって発光及び受光量が減少することによるものであることが示唆された。2017/12原子炉建屋内にある使用済燃料プールを監視するための無線伝送システムの開発を行っている。本システムは、光信号を利用して水温等の測定データを水中で無線により送信するものである。これまで、光源をLEDアレイにし、2次元コードとすることで、多くの情報を高精度で送信できることを可能にした。実際に使用する環境では、受信機は水中の外側に設置するため、水中にあるLEDアレイからの発光パターンは水面状態に大きく影響され、高精度の測定データの送信が困難であった。本研究では、ゆらぎ等が発生している水面状態においても、より高精度の測定データを送信するための画像処理・解析システムを開発した。本開発では、受信機で取得した発光パターンより閾値以上の輝度値を求め、その分布及び輝度重心を算出し、この輝度重心を発光中のLEDと仮定することにより、LEDアレイの発光パターンとして読み取る方式とした。この結果、ゆらぎを発生させた水面状態における発光パターンの認識率は、本システムを使用していない認識率の約15%に対して、システム使用時には認識率は約90%となり、水面状態の影響による伝送精度の向上に資することができた。経験や教訓を踏まえ、プラント状態の情報把握能力の向上のため、耐放射線性カメラの開発に取り組んだ。放射線環境下におけるカメラ画像劣化の主因である撮像素子内の暗電流を抑制するため、撮像素子の耐放射線性向上に取り組んだ。線照射試験を行ったところ、照射後の暗電流はFP-PD型が最も小さく、耐放射線性に優れることが分かった。これに対し、さらなる耐放射線性の向上を目指し、暗電流源の一つである照射中における絶縁酸化膜中の正孔の発生を軽減し得ると考えられる埋め込みフォトゲート(PPG)型の撮像素子を開発した。平成23年6月に取りまとめられた日本国政府報告書において、「原子炉及び格納容器などの計装系の強化」が教訓として挙げられている。これを踏まえて、平成24年11月に耐放射線性カメラ、耐放射線性を有する水中無線伝送システム及び高温用計測線を組み合わせた過酷事故時における原子力プラント監視システムの研究開発を開始した。過酷事故時に想定される放射線環境や温度、雰囲気や水中環境等の要求仕様を満たす要素技術開発は平成26年度までに概ね完了し、現在、試作システムの構築とともに評価試験を実施し、システムの特性を取得している。今後、実用化に向けて監視システムの基本仕様や使用限界条件等の情報をユーザに提供すべく評価試験結果のとりまとめを行う。教訓から、耐放射線性を有する水中無線伝送システムの開発を開始した。線照射下におけるLEDとフォトダイオード(PD)の発光及び受光素子としての適用性を調べた。線照射試験から、光学的特性の劣化主因は、半導体部の照射損傷ではなく、樹脂レンズ部の放射線着色であることが示唆された。使用候補であるLED及びPDを用いた水中5mにおける光伝送を検討したところ、光吸収や1MGy時の暗電流増加を考慮しても受光が可能な信号レベルであると見積もられた。経験や教訓を踏まえ、過酷事故時においても水中における信号伝送が可能な無線システムの高度化に向けた基盤技術開発に取り組んだ。使用する送受信方式の選定や構成部品の耐放射線性評価を終え、要素的な技術開発を完了した。これらの要素技術を踏まえた送受信系を試作して水中環境を模擬した伝送試験を実施した。その結果、気泡や浮遊物等が存在する水中環境においても環境ロバスト性を有しており、水中5m間の可視光による無線伝送が十分に可能であることが示され、システム開発に目途を付けた。経験や教訓を踏まえ、プラント状態の情報把握能力の向上のため、耐放射線性カメラの開発に取り組んだ。線照射中の暗電流と照射後の光電変換感度を測定した。ロードマップが取りまとめられ、システム・機器・構造の信頼性向上と高度化に係る取組の重要性が指摘された。この中で、原子力発電所でシビアアクシデントが発生した際に、事象進展を迅速かつ的確に把握するため、プラント状態を監視し、状況を確認するための能力の向上を図ることが重要課題として挙げられている。使用可能な監視システム高度化」の一環として、低照度条件でも高解像度での撮影が可能な耐放射線性カメラ及び原子炉情報伝送システム(水中でも確実に信号を伝送できる無線システム及び過酷環境下における確実に炉内のデータを伝送できる計測線)の高度化に向けた技術基盤開発の現状についてまとめたものである。既存の炉内計装システムは十分には機能せず、結果的に過酷事故の進展を防げなかった。IAEA閣僚会合に向けて平成23年6月に取りまとめられた日本国政府報告書において、教訓14として「原子炉及び格納容器などの計装系の強化」が挙げられている。した背景を踏まえ、原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視するため、平成24年度より、上記2つの対策にかかる研究開発を開始した。本研究開発の課題としては、過酷環境下でも高解像度で監視できる耐放射線性カメラ、撮影した映像を伝送するシステム、計測線等の基盤技術の構築である。過酷事故時の安全対策高度化のひとつとして、過酷環境下でも対応可能な情報伝送システムの確立が求められている。線照射前後における特性を調べた。その結果、LEDは照射によりレンズ(エポキシ系樹脂)が赤茶色に着色されるとともに、全光束は発光波長の短いLEDほど大きく減少した。照射前後における電流-電圧特性はほとんど変化しなかった。PDは、窓材に着色のみられたものは受光感度が減少し、短波長領域でより顕著であった。暗電流は照射前後でほとんど変化しなかった。教訓として、原子力施設で過酷事故が発生した際に、プラント状態を監視し、状況把握能力の向上を図るための水中環境でも使用可能な無線伝送システムが望まれている。これまで、水中伝送方式として可視光を選定し、発光・受光素子(LED及びフォトダイオード)の耐放射線性を明らかにしてきた。本研究では、過酷事故時に想定されるガレキ及び懸濁や気泡のある水中環境においても、高い信頼性を持つ環境ロバストな可視光無線伝送システム設計を行った。教訓として、原子力施設で過酷事故が発生した際のプラント状態を監視し、状況把握能力の向上を図るための耐放射線性を有する監視カメラの開発が必要である。線照射により画像にノイズが発生し、被写体が写らない現象が発生したが、これは撮像素子内の暗電流増加が原因と考えられている。線環境下における暗電流の影響を調べた。この結果、暗電流の増加は撮像素子内フォトダイオード表面及び周辺部の界面準位の増大によるものであることが分かった。経験や、事故から得られた教訓を踏まえ、早急にシビアアクシデント対策を拡充して、更なる安全対策の高度化を適切に進めていくことが必要不可欠である。して、平成24年度から特殊環境下で使用可能な監視システム高度化に係る研究開発を行っている。本発表は、原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視し状況把握能力の向上を図るため、低照度条件でも高解像度での撮影が可能な耐放射線性の高いカメラ、水中でも確実に信号を伝送できる無線システム及び過酷環境下における伝送技術等の高度化に向けた技術基盤の整備に向けた課題及び研究開発の現状について報告する。過酷事故の際の使用済み燃料プール内のデータ取得及び伝送や、原子炉建屋が水で満たされる場合を想定して、水中における無線伝送システムを検討した。本研究では、水中環境が変化した場合でも安定した伝送を可能とするための、環境ロバスト性を有するか施行水中無線伝送システムの試作を行った。設計したシステムでは、発光ダイオードは2次元マトリックス配列とし、フォトダイオードはCMOSイメージセンサに置き換えた。2次元送受信システムの環境ロバスト性を確認するために、水中における気泡の有無や数を変化させて水中送受信試験を実施した。その結果、パターン信号よりも点滅信号の方が気泡の影響を受けにくく、ロバスト性に優れることが分かった。表面実装型の発光ダイオードの方が、砲弾型のものよりも2次元マトリックス上の各発光点の弁別性に優れていることが分かった。線照射試験を実施した。その結果、表面実装型の方が吸収線量に対する全光束の現象が小さく耐放射線性の面からも同発光ダイオードが伝送システムの発光素子として有利であることが分かった。原子力発電所における監視システム高度化の一環として、使用済燃料プール内の温度、水位等の情報を送受信可能とするLEDを用いた光無線伝送システムの開発を行っている。線照射による影響を調べた。線環境下における光通信を実行可能な全光束を保持していることを明らかにした。原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故が発生した際にも監視機能を失わない耐放射線性カメラの開発を行っている。線照射試験結果から、照射による画像劣化の主因は撮像素子内の暗電流増加であることが明らかとなった。線照射施設で70kGyまで照射して暗電流と光電変換感度を測定した。その結果、照射前はトランジスタ構造の多い4T型が有利であるものの、照射下では、トランジスタ構造の少ない3T型のほうが、照射による暗電流の発生個所が少ないことから有利であり、厚い酸化膜を持つフィールドプレート型よりも、酸化膜の薄いフォトゲート型のほうが、照射による界面準位増大を抑制でき、暗電流を軽減できることが分かった。原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故が発生した際にも監視機能を失わない耐放射線性カメラ及び原子炉情報伝送システムの技術基開発を実施している。線照射の影響評価を行った。耐放射線性カメラに関し、照射中に撮像素子のフォトゲート電圧を変化させたところ、最も良好な画質が得られる電圧値は、照射前の-1.6Vではなく、0Vであることが分かった。した挙動のメカニズムを明らかにするため、照射後の撮像素子について光電変換特性を計測した。高さよりも飽和電荷量の大きさを優先した電圧条件にするほうが、放射線による暗電流増加の影響が相対的に軽減され、画質への影響が抑制されたことが原因と示唆された。Cの全範囲で復号化が可能であった。原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故時でも使用済燃料プール内の温度、水位等の計測データを送受信可能な水中無線伝送システムの開発を行っている。より、光通信による情報伝達が困難であった。本研究では、受信用デジタルカメラのシャッター速度の高速化と発光点のトラッキングによる水面揺らぎの影響軽減を行い、各種環境下における発光パターンの認識率に与える影響を調べた。この結果、シャッター速度30fpsかつトラッキングなしの場合、気泡供給数が少ない条件においても画像が乱れ、認識率のばらつきも大きく、150個/minでは発光パターンの認識率は約0.1であった。150個/minでシャッター速度300fpsかつトラッキングありの時、認識率は0.95以上と安定した画像を取得した。以上より、過酷事故に想定される水環境においても、光による無線伝送できる見通しを得た。