2020 Fiscal Year Research-status Report

原子力発電所等高放射線環境下で動作可能な電子回路の開発

Research Project

Project/Area Number	19K05337
Research Institution	National Institute of Technology, Kumamoto College
Principal Investigator	高倉健一郎熊本高等専門学校, 拠点化プロジェクト系先端研究コアグループ, 准教授 (70353349)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	電子デバイス / 放射線損傷 / 廃炉問題
Outline of Annual Research Achievements	福島第１原子力発電所の廃炉作業推進のために、放射線耐性を向上させた電子回路開発を目的とする。電子素子は放射線耐性が低いと考えられているが、研究代表者らの研究では放射線耐性の高い素子も多いことを明らかにしている。そこで、本研究では、種々電子素子の放射線耐性評価より、耐性の高い素子を選択、電子回路を作成、放射線耐性の低い素子を使わざるを得ない場合、その素子に補償回路を導入、開発した回路の放射線照射試験を実施し、廃炉現場で要求される放射線被ばく総量に回路が耐えられることを実証することを目指して研究を実施する。これまで、電子素子は放射線耐性が低いとの前提で、ロボット開発が進められてきたため、電子回路そのものの放射線耐性を強化する試みは他になく、独創的な研究である。本課題の開発の成果は、ロボット開発の自由度を広げ、廃炉進捗に大きく貢献できる。駆動系を制御するモータードライバーやセンサー、カメラ、コントローラなどとの信号送受信回路、信号処理の心臓となるマイコンのマウント回路などを対象とする。素子選定は、回路に必要とされる素子の仕様を踏まえ、申請者の経験から耐性の高い素子を選出し、放射線耐性を評価する。研究過程で、ロボットを操作するためのマイコンでは、とくにメモリ部品の放射線に対する劣化が機器の寿命を決めていることが判明した。各社より製品化されているメモリを比較すると、寿命に大きな差があることが分かり、現在は、メモリ構造や書き込み方式など、具体的に放射線耐性が高くなる製品の選定を実施している。その他、カメラ部品、センサ部品など、想定する放射線量に耐え得る部品の選定を実施している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 研究推進のためには、県外の施設設備の利用が必須であるが、コロナ禍で、移動が制限される状況であるため、計画通りに実験を進めることが困難であった。当該研究は、対象機器、素子への放射線照射実験と、その評価を繰り返し、放射線耐性の高い機器を開発する必要があり、当初計画通りの研究進展を実現できていない。しかしながら、想定する放射線量に堪える機器、素子を抽出できたものもあった。放射線耐性が低い機器においても、機器の中で放射線損傷の影響が高い素子を特定することができている。現在は、その素子に対して放射線強化策を講じる検討を始めている。
Strategy for Future Research Activity	想定放射線量まで耐性のある機器及び素子に対しては、さらに追加での放射線照射試験を実施し、使用可能放射線量を判定する。放射線耐性が低かった、機器、素子に対しては、当初計画通り、放射線耐性強化策を検討する。現在は、マイコン用メモリ部品の放射線耐性強化を実現するために、耐性が比較的高い部品を抽出して、内部構造や書き込み方式などで、放射線耐性を比較している。さらに、放射線を遮蔽することで、部品に照射される実行放射線量を低減することの検討を始めた。これらの取組みを完結させるためには、さらに放射線照射実験が必要であるが、現在、照射施設として利用予定の高崎量子応用研究所の照射施設が耐震工事のために使用不可能である。ほかの照射施設での照射も念頭に置いて計画を再検討している。
Causes of Carryover	研究環境が制限されている実情で、計画の遅れが次年度使用額が生じた理由である。計画を再検討して、実施することで解消する。早期に放射線照射実験を実施することで、研究の進展を図る。当初計画の放射線照射施設以外での照射も視野に入れているために、追加の照射料金が発生することも考えている。また、対象とする機器及び素子の範囲を広げることを検討しており、購入費用の増額を見越している。