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連絡先；〒259-1292 神奈川県平塚市北金目 1117、東海大学工学部エネルギー工学科、大江 俊昭、 Tel.／Fax.：0463-50-2234／0463-50-2017 E-mail：[email protected]

平成１９年度原子力人材育成プログラム事業成果報告

チャレンジ原子力体感プログラム（経済産業省） 東海大学 大学院工学研究科 応用理学専攻 大江 俊昭 ＜提案事業概要＞放射線の基礎知識･技術に関する講義、原子力施設の見学会、炉物理等の基礎理論実験の実施 １．目的・背景 ・学生意識の中では「原子力＝原爆＝原子力発電所＝事故・隠蔽」というイメージの連鎖が払拭できていない。 ・興味を抱く学生に正しい知識と技術の修得を促し、研究・開発意欲を持たせることが教育機関としての責務と考える。 ・研究炉を活用して基礎から応用までの知識を修得させ、さらにその発展となる試験プロジェクトの立案・実習・取り まとめの全行程を体験させることで学生の意欲を引き出す。 ・上記の実施体験を基に試験プロジェクトのマネジメントスキルをもった人材の育成を図るプログラムを構築する。 ２．実施概要 ２−１．講演・勉強会【Study】 公募時事業計画 計画実施内容 ・研究機関や産業界からの講演者による講義形式と質疑応 答を介した講演・勉強会を開催する。（年 6 回） ・個々人の弱点を補強するマンツーマン方式での知識習得 を行う。 第１回 原子炉物理の基礎、研究炉紹介〔2007 年 8/21(火)〕 ・講師：石渡 祐樹 氏（東大）、新藤 隆一 氏（JAEA） 第２回 廃棄物の再処理・処分〔2007 年 10/3(水)〕 ・講師：中山 真一 氏（JAEA）、朝倉 俊英 氏（JAEA） 第３回 研究炉の利用の現状〔2007 年 12/3 日(月)〕 ・講師：森井 幸生 氏（JAEA）、中村 剛実 氏（JAEA） ２−２．研究炉見学・調査会【Watch】 公募時事業計画 計画実施内容

・【Experiment & Experience】の段階で行う試験計画実験の 提案のための調査・検討を行う。 ・ 事前の調査目標を各自でまとめ、参加者全員で意見交 換し、目的意識を高めた上で、調査に臨む。 ・ 当該施設関係者より補足的な説明・解説を頂く。 〔2007 年 8/28(火)∼30(木)；２泊３日〕 8/28 原子炉安全性研究炉 NSRR (JAEA) 高速炉臨界実験装置 FCA (JAEA) 8/29 JRR-4(JAEA) 8/30 東大・原子力専攻研究所「弥生炉」

２−３．基礎理論実験【Experiment & Experience】

公募時事業計画 計画実施内容 ・原子炉物理を中心とする基礎実験を通じ、原子炉物理の 理論と中性子の性質、挙動への理解を深める。 ・中性子を用いた基礎実験を通じ、中性子の基本特性、測 定手法、データ評価法等を修得する。 〔2007 年 9/10(月)∼14(金)；４泊５日〕 9/10 ガイダンス・保安教育 9/11 制御棒校正・炉内中性子束分布測定（準備） 9/12 臨界近接・炉内中性子束分布測定 9/13∼9/14 実験データ処理・レポート作成・報告会 基礎理論実験の状況 (左)臨界近接実習 (中)中性子束測定用試料の準備 (右)放射化箔の測定 ２-４．試験計画実験【Experiment & Experience】

連絡先；〒259-1292 神奈川県平塚市北金目 1117、東海大学工学部エネルギー工学科、大江 俊昭、 Tel.／Fax.：0463-50-2234／0463-50-2017 E-mail：[email protected] 公募時事業計画 計画実施内容 【Study】，【Watch】による事前調査を基に、選定されたプ ロジェクトについて、中性子を用いた試験計画の内容に従 って実験を行う。(４泊５日) ◎試験計画実験における実験課題の例 【分析・計測系】：放射化分析と中性子回折 【核化学系】：RI 製造から放射能・半減期測定 【医学系】：ファントムを用いた体内線量分布測定 試験計画実験案検討審議会〔2007 年 10/26(金)〕にて、学 生からの実験計画案を審議し、実験テーマを決定した。 【DNA マーカーを用いたファントム内中性子線場の評価】 〔2007 年 11/26(月)∼30(金)；４泊５日〕 11/26 ガイダンス・保安教育 11/27∼11/29 試験計画実験 11/30 実験データ処理・報告会 試験計画実験の状況 (左)ファントムへの測定試料装着 (中)原子炉照射場への設置 (右)照射試料の分析 ２-５．日本原子力学会「2008 年春の年会」【Presentation】 公募時事業計画 計画実施内容（予定） 日本原子力学会（学生連絡会「ポスターセッション」）に 参加し、その成果を発表する。また、口頭発表が適当なも のについては同学会においてプレゼンテーションを行う。 〔2008 年 3/26(水)∼28(金)；２泊３日〕 3/26 学生連絡会（ポスター発表） 3/28 口頭発表（総論 N44∼N47） ３．成果 ・基礎理論実験において、一部取扱作業(放射化箔の Hot 試料取扱作業)が不可能となり、測定操作のみとなってしまっ た。放射性物質の取扱体験をより充実させるには事前の調整が不足した点は反省材料である。 ・基礎理論実験及び試験計画実験の各最終日の報告会において、実施した実験内容と得られた成果等を短期間にまとめ、 正確に報告し、聴講者への質疑対応にも、正しく即答できる研究姿勢が見られ、現場スタッフからも賞賛をいただけ る状況であった。 ・試験計画実験案の立案作業において、事前調査、実験計画・類似研究の分析等の分担や、チームで取り組むための調 整など、目的達成に向けて学生の自主的努力が伺えた。選定された実験テーマについては、弥生炉スタッフから新規 性やオリジナリティーに対して高い評価をいただき、学会で発表できる内容にまで実績を出すことが出来た。 ４．取組の評価と今後の展開 ・当初「与えられたテーマをそれなりにこなす」程度ではないかとの懸念を抱いていたが、学生の取組は予想以上に自 主的でしっかりしたものであり、原子力に対する意識をより高いレベルに活性化させるプログラムを具体的に作るこ とができた。このことから、目標は当初の設定のとおりに達成されたと考えられる。 ・自分たちの立案した計画を実施できる満足感等を今後のアンケート等で調査し、学生の声を取り入れながら改良点を 整理したうえで、これを通常の講義に応用することを具体的に試行していく。 ５．添付資料 １）基礎理論実験の報告会資料 ２）試験計画実験の報告会資料 ３）プログラム実施内容の総括資料 ４）日本原子力学会 2008 年春の年会予稿

添付資料４）−１ 日本原子力学会 2008 年春の年会予稿 「原子力＝原爆＝原子力発電所 ＝事故・隠蔽」の 悪いイメージの連鎖 原子力分野に興味を抱く学生へ ↓ 研究炉活用 ↓ 正しい知識・認識と技術の修得 夢のある研究・開発の意欲を保持 図 1 人材育成プログラムの流れ

原子力試験研究ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄの体験型ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ(SWEEP)

(1) ＳＷＥＥＰプログラムの概要

Experiencing management program of an experimental and research project in nuclear energy

(1) An outline of the SWEEP program

東海大・工 ○大江 俊昭 吉田 茂生 伊藤 敦 浅沼 徳子 Toshiaki Ohe Shigeo Yoshida Atsushi Ito Noriko Asanuma 内田 裕久 内海 倫明 岡本 毅 松村 義人 Hirohisa Uchida Michiaki Utsumi Tsuyoshi Okamoto Yoshihito Matsumura

原子力技術の基礎・応用に専修し、試験プロジェクトのマネジメント（立案・実習・取りまとめ）ができる人材 の育成を目標とした SWEEP プログラムについて、その概要を説明する。SWEEP プログラムとは、「Study」「Watch」 「Experiment and Experience」「Presentation」からなる 4 つのプロセスを体験し、知識や技術の基礎から高度な 応用までを実践的に学修するものである。 キーワード：人材育成，原子炉実習，原子炉物理，放射線計測，試験計画実験，原子力教育 １．緒言 平成１９年度より、文部科学省と経済産業省が連携して「原子力人材育成プログラム」事業を実施することとな った。このうち経済産業省の「チャレンジ原子力体感プログラム」は、大学・大学院・高等専門学校の学生が実施 を通じて実践的な技術を習得するとともに、原子力産業や研究現場の実態と魅力を知る機会の充実を図ることを目 的としたものである。このチャレンジ原子力体感プログラムに、東海大学工学部エネルギー工学科が主となり、「原 子力試験研究プロジェクトの体験型マネジメントプログラム（ＳＷＥＥＰ）」として提案し、採択された。 ２．プログラム内容 原子力技術の応用は医学・農学・理工学・工業等、多岐の分野にわたって普及されているものの、学生の意識の 中ではまだまだ「原子力＝原爆＝原子力発電所＝事故・隠蔽」の悪いイメー ジの連鎖として捉えている点を払拭できていないのが現状である。そのため、 原子力分野に興味を抱く学生には正しい知識・認識と技術の修得を促すとと もに、夢のある研究・開発の意欲を持った学生を輩出していくことが原子力 系の学科を有する大学の責務と考える。研究炉は今日まで原子力の基礎・基 盤技術の醸成、研究・開発の推進に活用され、今後もその展開が期待をされ ている。特に今日では強力中性子源として医学・工業にも大きく貢献してい る。この研究炉を活用し、原子力技術の基礎から応用までの知識を修得する とともに、試験プロジェクトの立案・実習・取りまとめ、の全行程に主体的 に関与することを通じて、マネジメントスキルをもった人材の育成を図って いくプログラムである。 本プログラムは図１に示すように〔Study〕，〔Watch〕，〔Experiment & Experience〕，〔Presentation〕の 4 段階から構成された SWEEP プランに基づ くものである。目標達成までのプロセスは①外部講師による講演・勉強会を 通じ、現在の原子力技術の基礎・応用に関連した原理・理論を学ぶ（Study）、 ②研究炉の実地調査から現状を把握し、試験計画実験の分析立案を行う （Watch）、③さらに研究炉を用いた基礎理論実験を通じた実習・体感から学 生の立案による試験計画実験を実施し（Experiment & Experience）、④最後 に試験計画実験等で得られた成果を学会発表する（Presentation）、とする ものである。この SWEEP プラン実施を通じ、原子力分野の試験プロジェクト のマネジメント（計画立案・実施・成果取りまとめ・報告）遂行に対する取 扱知識・技術の基礎から高度応用までを実践的に学修していくものである。 SWEEP プラン ①Study 講演・勉強会 ②Watch 原子力施設(研究炉中心)の見学 ③Experiment＆Experience 原子炉実習 基礎理論実験 試験計画実験 ④Presentation 学会発表（日本原子力学会） 原子力技術の基礎から応用までの 知識の修得とマネジメントスキル をもった人材の育成

添付資料４）−２ 日本原子力学会 2008 年春の年会予稿

原子力試験研究ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄの体験型ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ(SWEEP)

(2) DNA マーカーを用いたファントム内中性子線場の評価−線量評価 Experiencing management program of an experimental and research project

in nuclear energy

(2)Estimation of neutron yield in a phantom with DNA markers- Dose estimation

東海大・工 ○立部 洋介 齊藤 達也 鈴木 将 平 勝良

Yousuke Tatebe Tatsuya Saito Masashi Suzuki Katsuyoshi Taira

高瀬 信宏 高橋 悠 伊藤 敦 吉田 茂生 Nobuhiro Takase Yu Takahashi Atsushi Ito Shigeo Yoshida

SWEEP プログラムのメインとなる試験計画実験として、高速中性子の生体への影響を評価するための基礎的研究 をテーマに揚げた。箔放射化法による生体を模擬したファントム内の中性子のエネルギー分布、TLD 素子、フリッ ケ線量計による中性子・γ線の線量の評価を行い、高速中性子の生体(ファントム)内での挙動を解析することを目 的とする。 キーワード：高速中性子、ファントム、放射化分析、中性子束、放射線計測 １．緒言 高速中性子が生体内に入射すると、生体構成元素との(n,α)、(n,p)反応などのしきい値反応、さらに減速され熱 化すると(n,γ)反応などが起こる。また、弾性衝突により反跳核も発生する。生体への影響を評価する場合、中性 子挙動が複雑となり、評価が難しい。そこで、我々はplasmid DNA を用いた生体内での中性子挙動の評価を検討 している。その基礎的研究として、生体を模擬したファントムに高速中性子を照射し、箔放射化法によるファント ム内の中性子の熱中性子、高速中性子の分布、TLD 素子、フリッケ線量計による中性子・γ線の線量の評価を行い、 高速中性子のファントム内での挙動解析行った。 ２．実験 東京大学原子炉「弥生」において、厚さの異なる板状ファントム（京都科学、300×300mm）数種類を組み合わせ、 厚さ 102mm のブロック体を模擬し、その各層間に放射化箔、TLD 素子、フリッケ線量計を挿入し、原子炉出力 500W にて、高速中性子照射実験（ファーストカラム内照射）を行った。放射化箔としては、熱中性子束分布用に Au 箔 と Cd フィルターで覆った Au 箔、高速中性子束分布用に In 箔を用いた。また、解析計算としてモンテカルロ計算 コード MCNP-4C、核データ ENDF/B-Ⅵを用いたシミュレーション計算を行い、実験値との比較を行った。 ３．結果・考察 図 1 にファントム内における高速中性子束、熱中性 子束分布とフリッケ線量計による線量分布の測定結果 を示す。高速中性子束は、ファントム表面から深さ方 向に進むにつれて減少傾向が見られ、熱中性子束分布 は 30∼40mm 付近にピークがあり、その後減少している。 また、フリッケ線量計の測定結果は、高速中性子束と 同様に深さ方向に進むにつれて減少傾向が見られた。 これは、高速中性子による影響が強いためと考えられ る。 _{図1. ファントム内における高速中性子束、熱中性子束分布と} フリッケ線量計で測定した線量分布

添付資料４）−３ 日本原子力学会 2008 年春の年会予稿

原子力試験研究ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄの体験型ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ(SWEEP)

(3) DNA マーカーを用いたファントム内中性子線場の評価−損傷評価 Experiencing management program of an experimental and research project

in nuclear energy

(3) Estimation of neutron yield in a phantom with DNA markers − Damage evaluation

東海大・工 ○高瀬 信宏 平 勝良 高橋 悠 鈴木 将 Nobuhiro Takase Katsuyoshi Taira Yu Takahashi Masashi Suzuki 齊藤 達也 立部 洋介 伊藤 敦 吉田 茂生 Tatsuya Saito Yousuke Tatebe Atsushi Ito Shigeo Yoshida

SWEEP プログラムの試験計画実験として、高速中性子の生体への影響を評価する基礎的研究をテーマとして掲げ た。高速中性子照射による生体を模擬したファントム内での DNA 損傷率を指標として、生体影響について評価した。 生体(ファントム)内での高 LET 成分である中性子の挙動及び DNA 損傷と放射線線量・線量率との関係を評価する。 キーワード：高速中性子，DNA 損傷，ファントム，放射線量，線エネルギー付与(LET)， １．緒言 高速中性子は生体内に入射すると反跳核を発生させると共に減速され、熱化した中性子は 2 次γ線を発生させる。 ここで反跳核は高 LET 放射線であり、DNA に深刻な損傷となる二本鎖切断を多く誘発することが知られている。人 体内ではこの減速過程に起因して、生物効果が深度に依存して生じることが予測されるが、これまでの高速中性子 の研究では単一スペクトルによる照射がほとんどで、実験的に人体内を模擬したケースは少ない。そこで DNA 鎖切 断を容易に分別できる plasmid DNA（DNA マーカー）とファントムを用いて、ファントム内の各深度における一本 鎖切断(single strand breaks: SSB)と二本鎖切断(double strand breaks: DSB)の発生頻度を指標とする DSB/SSB 収量比を測定し、高速中性子が入射したファントム内放射線場における生物効果を実験的に評価した。 ２．実験 高速中性子源は東京大学原子炉「弥生」を利用し、DNA は pBR322 plasmid を緩衝液に溶かしたものを用いた。 DSB 及び SSB の収量はアガロース電気泳動および DNA 染色によって測定した。まずファントム（SZ-207: 京都科学） 内での DNA 照射は、原子炉出力 100W、500W 及び 1000W 時の照射場（サーマルカラム）で行った。ファントムは厚 さの異なった板状のものを組み合わせて、照射試料を挿入する深度を 0,2,7,12,22,52,102mm に設定した。照射試 料は毛細管に入れた DNA とパラフィルムで包んだ DNA を一組とした。各深度の DSB/SSB 収量比を測定することによ り、ファントム内放射線場の高 LET 成分を評価した。また原子炉出力 100W、500W 及び 1000W 時の照射場（Gz 孔） で DNA を照射し、線量率効果を評価した。 ３．結果・考察 原子炉出力 500W 時のファントム各深度における DSB/SSB 収量比を図１に示す。深度 20∼40mm で最低とな るように、高 LET 成分が減る事が示唆された。また線量 率効果についての結果は、原子炉出力 100W、500W 及び 1000W 時の DSB/SSB 収量比はそれぞれ 0.093、0.065、0.066 であった。低線量率側の 100W で高 LET 成分が多くなると いう結果になった。 図１．ファントム各深度における DSB/SSB 収量比(500W) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0 20 40 60 80 100 Depth(mm) D S B / SS B ( -)

添付資料４）−４ 日本原子力学会 2008 年春の年会予稿

図１ 試験計画実験の様子

表１ プログラム実施内容

原子力試験研究ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄの体験型ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ(SWEEP)

(4) ＳＷＥＥＰプログラムの効果分析

Experiencing management program of an experimental and research project in nuclear energy

(4) Review of the SWEEP program

東海大・工 ○吉田 茂生 大江 俊昭 伊藤 敦 浅沼 徳子 Shigeo Yoshida Toshiaki Ohe Atsushi Ito Noriko Asanuma 内田 裕久 内海 倫明 岡本 毅 松村 義人 Hirohisa Uchida Michiaki Utsumi Tsuyoshi Okamoto Yoshihito Matsumura

原子力技術の基礎・応用に専修し、試験プロジェクトのマネジメント（立案・実習・取りまとめ）ができる人材 の育成を目標とした SWEEP プログラムを実施した。その実施内容・状況・効果等について分析、検討した。さらに 将来的展望についても触れる。 キーワード：人材育成，原子炉実習，原子炉物理，放射線計測，試験計画実験，原子力教育 １．緒言 経済産業省の平成１９年度原子力人材育成プログラムとして「チャレンジ原子力体感プログラム：東海大学」が 採択された。これは「原子力試験研究プロジェクトの体験型マネジメントプログラム（ＳＷＥＥＰ）」と題した、 研究炉を活用した原子力技術の基礎から応用までの知識を修得するもので、試験プロジェクトの立案・実習・取り まとめ、の全行程に主体的に関与することを通じて、マネジメントスキルをもった原子力人材の育成を図っていく プログラムである。 ２．実施内容 本プログラムの中心的な部分が、東京大学高速中性子源「弥生」を利用した試験計画実験の立案・計画・実施、 その後の日本原子力学会における発表である。(独)日本原子力研究開発機構(JAEA)の研究炉 JRR-4 を利用した基礎 理論実験においては、臨界近接・制御棒校正・炉内中性子束分布測定の実習を通じ、講演・勉強会にて習得した炉 物理の基本理論や中性子の性質・挙動を認識させた。また、中性子利用における現状を実習させ、確立された技術 や開発・研究段階の技術を体感させることができた。さらに、研究炉施設見学から施設設備の利用可能性をふまえ て、研究課題が検討され、立案されたテーマは「ＤＮＡマーカーを用いたファントム内中性子線場の評価」の計画 案が提出された。これは高速中性子源である弥生炉を利用するとした条件のもとで、人体ファントム内での高速中 性子の線量・エネルギー分布といった物理的な変化量と「ＤＮＡ」をマーカーとした生物学的影響の評価量（２本 鎖切断・１本鎖切断の生成率）の相関から人体ファントム内での中性子線の挙動・効果を評価する点が研究性に優 れているものとして、検討審議会にて計画実施が決定された。実施計画案採択の後、具体的な実験機器・試薬等の 準備、実験施設スタッフとの実験計画打合せ、詳細な実験計画の検討等、学生自身が積極的な試験計画実験のマネ ジメントに携わる状況となった。この実施された研究結果については、本大会の口頭発表並びに学生連絡会のポス ター発表にて報告されている。 実施年月 プログラム実施内容 開催場所 8 月 第 1 回講演・勉強会 研究炉見学・調査会 東海大 JAEA，東大・弥生炉 9 月 基礎理論実験 JAEA・JRR-3 10 月 第 2 回講演・勉強会 試験計画実験案検討審議会 東海大 東海大 11 月 試験計画実験 東大・弥生炉 2007 12 月 第 3 回講演・勉強会 東海大 1 月 2 月 2008 3 月 日本原子力学会「2008 年春の年会」 大阪大