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論文

Oxide particles in oxide dispersion strengthened steel neutron-irradiated up to 158 dpa at Joyo

外山 健*; 丹野 敬嗣; 矢野 康英; 井上 耕治*; 永井 康介*; 大塚 智史; 宮澤 健; 光原 昌寿*; 中島 英治*; 大沼 正人*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 599, p.155252_1 - 155252_14, 2024/10

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2024.155252

高速実験炉「常陽」で中性子照射した14Cr-ODS鋼(MA957)中の酸化物の安定性について3D-APとTEMを用いて評価を行った。中性子照射は、(502$$^{circ}$$C, 130dpa)、(589$$^{circ}$$C, 154dpa)及び(709$$^{circ}$$C, 158dpa)の3条件で実施した。709$$^{circ}$$C照射では僅かな数密度の減少が認められたが、酸化物は高い数密度を有しており、相対的に照射前後で顕著な変化は確認されず安定に存在していた。これらのことから、ODS鋼は、700$$^{circ}$$C照射で約160dpaまで照射されたとしても強度は維持されることが示唆された。本研究成果の一部は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務(JPMXD0219214482)として実施した。

論文

Ferroaxial transitions in glaserite-type Na$$_2$$Ba${it M}$(PO$$_4$$)$$_2$$ (${it M}$ = Mg, Mn, Co, and Ni)

梶田 遥一*; 永井 隆之*; 山岸 茂直*; 木村 健太*; 萩原 雅人; 木村 剛*

Chemistry of Materials, 36(15), p.7451 - 7458, 2024/08

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c01406

Ferroaxial transitions of Na$$_{2}$$Ba${it M}$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$ (${it M}$ = Mg, Mn, Co, and Ni) with the glaserite structure, featuring rotational distortions of PO$$_{4}$$ tetrahedra, are investigated. Neutron powder diffraction (NPD) measurements on polycrystalline samples were carried out in the temperature range from room temperature to 800 K. Structure analyses on the NPD data revealed that all of the compounds studied here have a ferroaxial structure (space group: ${it P}$ $$bar{3}$$)at room temperature and undergo a ferroaxial transition into a non-ferroaxial phase (space group: ${it P}$ $$bar {3}$$${it m}$1) upon heating. Structural parameters change continuously at the transition temperature, which suggests that the ferroaxial transition of Na$$_{2}$$Ba${it M}$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$ systems is of the second order. Furthermore, to examine the structural stability, ab initio phonon calculations were carried out for Na$$_{2}$$BaMg(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$. The calculated result shows that the rotational phonon mode instability inherent in the non-ferroaxial ${it P}$ $$bar{3}$$${it m}$1 phase leads to the ${it P}$ $$bar{3}$$ phases as a ground state, which well explains the experimental result. This study revealed that Na$$_{2}$$Ba${it M}$ (PO$$_{4}$$)$$_{2}$$ systems with the glaserite structure are a class of ferroaxial compounds showing a second-order pure ferroaxial transition.

論文

Ferroelectricity induced by a combination of crystallographic chirality and axial vector

永井 隆之*; 萩原 雅人; 横井 里江*; 森分 博紀*; 木村 剛*

Journal of the American Chemical Society, 146(33), p.23348 - 23355, 2024/08

https://doi.org/10.1021/jacs.4c06283

Ferroelectric materials compatible with magnetism and/or conductive properties provide a platform for exploring unconventional phenomena, such as the magnetoelectric effect, nonreciprocal responses, and nontrivial superconductivity. Though recent studies on multiferroics have offered several approaches, the search for magnetic and/or conducting ferroelectric materials is still a challenging issue under the traditional "d$$^{0}$$-ness" rule, refusing active d electrons. Here, we propose the emergence of ferroelectricity through a combination of crystallographic chirality and axial vector, accepting even non-d$$^{0}$$ magnetic ions. This proposal is demonstrated in quasi-one-dimensional magnetic systems SrM$$_{2}$$V$$_{2}$$O$$_{8}$$ (M = Ni, Mg, and Co). The ferroelectric phase transition is observed by measurements of neutron powder diffraction and dielectric properties in all compositions. Structural analyses and first-principles calculations indicate that these magnetic compounds are identified as proper-type ferroelectrics whose ferroelectric phase transition is achieved by spiral motions of crystallographic screw chains formed by edge-shared MO6 octahedra, considered as the combination of locally defined chirality and axial vector. Computationally predicted magnitude of spontaneous polarization of SrM$$_{2}$$V$$_{2}$$O$$_{8}$$ reaches $$sim$$10$$^{circ}$$$$mu$$C/cm$$^{2}$$, comparable to that of conventional ferroelectrics, despite the incorporation of non-d$$^{0}$$ magnetic elements. The mechanism proposed in this study offers a unique approach to the exploration of new ferroelectrics beyond the traditional paradigms.

論文

Creep deformation and rupture behavior of 9Cr-ODS steel cladding tube at high temperatures from 700$$^{circ}$$C to 1000$$^{circ}$$C

今川 裕也; 橋立 竜太; 宮澤 健; 鬼澤 高志; 大塚 智史; 矢野 康英; 丹野 敬嗣; 皆藤 威二; 大沼 正人*; 光原 昌寿*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(6), p.762 - 777, 2024/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2269178

日本原子力研究開発機構は、ナトリウム冷却高速炉(SFR)の燃料被覆管材料として9Cr-ODS鋼の開発を進めている。これまでの研究で、650$$^{circ}$$Cから850$$^{circ}$$Cを対象にクリープ破断式が策定されている。本研究では、700$$^{circ}$$Cから1000$$^{circ}$$Cでのクリープ強度評価を目的とし、クリープ試験を実施した。クリープ試験には内圧クリープ試験法と開発中のリングクリープ試験法の2種類の試験方法を使用し、リングクリープ試験方法の妥当性の検証も合わせて実施した。その結果、9Cr-ODS鋼は母相の相変態による強度変化がほとんど起こらず、700$$^{circ}$$Cから1000$$^{circ}$$Cまでを対象に一つの式でクリープ破断傾向を表せることが明らかとなった。リングクリープ試験方法の妥当性検証では、解析により試験片への応力集中の影響を明らかにした。初期応力が高いと塑性変形が起こり、早期破断に至る可能性がある。これらの検討の結果は、今後、中性子照射した9Cr-ODS鋼のクリープ試験の実施と評価をする際に不可欠である。

論文

"Invisible" radioactive cesium atoms revealed; Pollucite inclusion in cesium-rich microparticles (CsMPs) from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

宮崎 加奈子*; 武原 政人*; 蓑毛 健太*; 堀江 憲路*; 竹原 真美*; 山崎 信哉*; 斉藤 拓巳*; 大貫 敏彦*; 高野 公秀; 塩津 弘之; et al.

Journal of Hazardous Materials, 470(15), p.134104_1 - 134104_11, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134104

Radioactive Cs contamination has been one of the central issues in Fukushima and other legacy sites; however, atomic-scale characterization of radioactive Cs has never been successful. Here we report, for the first time, the direct imaging of radioactive Cs atoms using high-resolution high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy. As inclusions in Cs-rich microparticles, 27-36 wt.% of Cs (as Cs$$_{2}$$O) occurs in a type of zeolite called pollucite. The normalized formula for pollucite are expressed as (Cs,K,Ba)$$_{2.2}$$(Fe$$_{0.84}$$,Zn$$_{0.84}$$,X$$_{0.5}$$)$$_{2.2}$$Si$$_{4.1}$$O$$_{12}$$, (Cs,K,Ba)$$_{1.5}$$(Fe$$_{0.66}$$Zn$$_{0.32}$$X$$_{0.6}$$)$$_{1.6}$$Si$$_{4.6}$$O$$_{12}$$, and (Cs,K,Ba)$$_{1.7}$$(Fe$$_{0.60}$$Zn$$_{0.32}$$X$$_{1.0}$$)$$_{1.9}$$Si$$_{4.4}$$O$$_{12}$$ after normalization with 12 oxygen atoms (X includes other trace cations; Ti, Mn, Rb, Zr, Mo, and Sn). Atomic-resolution image of radioactive Cs atoms are obtained when viewing along the [111] zone axis, a view supported by image simulations using the multi-slice method. The occurrence of pollucite indicates that locally enriched Cs reacted with siliceous substances during meltdowns, presumably through hydrothermal reactions. In case of predominant occurrence of pollucite in debris, incorporation in pollucite structure retards leaching of radioactive Cs. Still, the atomic-resolution imaging of radioactive Cs is an important advance for better understanding the fate of radioactive Cs inside and outside of damaged reactors during severe accidents like Fukushima Daiichi.

論文

Formulation of high-temperature strength equation of 9Cr-ODS tempered martensitic steels using the Larson-Miller parameter and life-fraction rule for rupture life assessment in steady-state, transient, and accident conditions of fast reactor fuel

宮澤 健; 丹野 敬嗣; 今川 裕也; 橋立 竜太; 矢野 康英; 皆藤 威二; 大塚 智史; 光原 昌寿*; 外山 健*; 大沼 正人*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 593, p.155008_1 - 155008_16, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2024.155008

This paper discusses the applicability of J.L. Straalsund et al.'s technique for combining the Larson-Miller parameter (LMP) and life-fraction rule to form a single high-temperature strength equation for 9Cr- oxide-dispersion-strengthened (ODS) tempered martensitic steels (TMS). It uses the extensive dataset on creep rupture, tensile, and temperature-transient-to-burst tests of 9Cr-ODS TMS cladding tubes in the $$alpha$$-phase, $$alpha$$/$$gamma$$-duplex, $$gamma$$-phase matrices, which are accumulated by the Japan Atomic Energy Agency so far. The technique is adequately applicable to 9Cr-ODS TMS cladding tubes. A single high-temperature strength equation expressing the mechanical strength in different deformation and rupture modes (creep, tensile, temperature-transient-to-burst) is derived for 9Cr-ODS TMS cladding tubes. This equation can predict the rupture life of the cladding tubes under various stresses and temperatures over time. The applicable range of the high-temperature strength equation is specified in this study and the upper limit temperature for the equation is found to be 1200$$^{circ}$$C. At temperatures higher than 1200$$^{circ}$$C, the coarsening and aggregation of nanosized oxide particles and the $$gamma$$ to $$delta$$ phase transformation are reported in previous studies. The high-temperature strength equation can be well applied to the creep and tensile strength in the $$alpha$$-phase matrix, the creep strength in the $$gamma$$-phase matrix and the temperature-transient-to-burst strength in both phases except for the low equivalent stress (43 MPa) at temperatures exceeding 1050$$^{circ}$$C. The mechanism of the notable consistency between creep and tensile strength in the $$alpha$$-phase matrix is discussed by analyzing the high-temperature deformation data in the light of existing deformation models.

論文

New standard for low temperature sample environment at JAEA/JRR-3

金子 耕士; 田端 千紘; 萩原 雅人; 山内 宏樹; 大場 洋次郎; 熊田 高之; 久保田 正人; 児島 佑樹*; 生田目 望; 佐々木 未来; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 41, p.011015_1 - 011015_6, 2024/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.41.011015

We will introduce our recent update on low temperature system for neutron diffraction experiments. This is characterized by advantages such as liquid He free and sophisticated automatic temperature control functions, which can be a new standard for low temperature and high magnetic field experiments of neutron scattering.

論文

$$beta$$, $$gamma$$, X線同時解析による迅速多核種分析技術

大島 真澄*; 後藤 淳*; 早川 岳人*; 浅井 雅人; 金 政浩*; 篠原 宏文*

Isotope News, (790), p.19 - 23, 2023/12

放射性廃棄物や燃料デブリなど多くの放射性核種が様々な濃度で含まれる試料を分析する場合、一般的なスペクトル解析では限界があり、個々の核種を化学分離したのち定量する必要がある。特に液体シンチレーションカウンタ(LSC)を用いた分析では化学分離は必須である。本著では、筆者らが開発したスペクトル全体をフィットして定量するスペクトル定量法(SDM法)について解説し、LSCで測定した$$beta$$線及びX線スペクトルとゲルマニウム半導体検出器で測定した$$gamma$$線スペクトルをSDM法を用いて統合解析することで、40核種が2桁の強度比で混入した試料中の放射能を定量できることを示し、化学分離を簡素化した新しい放射性核種定量法として有効であることを示した。

論文

Oxygen interstitials make metastable $$beta$$ titanium alloys strong and ductile

Chong, Y.*; Gholizadeh, R.*; Guo, B.*; 都留 智仁; Zhao, G.*; 吉田 周平*; 光原 昌寿*; Godfrey, A.*; 辻 伸泰*

Acta Materialia, 257, p.119165_1 - 119165_14, 2023/09

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119165
 被引用回数：5 パーセンタイル：90.07(Materials Science, Multidisciplinary)

$$beta$$チタン合金は、優れた歪み硬化能を有する反面、降伏強度が低いという問題を抱えている。ここでは、Ti-12Mo(wt.%)準安定$$beta$$チタン合金の降伏強度の向上における結晶粒の微細化と格子間物質の添加の寄与について検討した。その結果、結晶粒の微細化は材料を強化するどころか、この合金の極限引張強度を低下させることがわかった。この予想外の異常な挙動は、ひずみ誘起$$alpha^{primeprime}$$マルテンサイト相変態が著しく促進されたことに起因しており、その場観察放射光X線回折分析により、この相が$$beta$$相よりはるかに軟らかいことが初めて明らかになった。また、酸素添加と結晶粒微細化の組み合わせにより、Ti-12Mo-0.3O(wt.%)合金において前例のない強度と延性の相乗効果が得られることが判明した。この三元合金における酸素溶質には2つの有利な点がある。第一に、溶質酸素は、微細な組織においても、歪みによる$$alpha^{primeprime}$$マルテンサイト相への変態を大きく抑制し、過剰な$$alpha^{primeprime}$$マルテンサイトによる軟化効果を回避することができる。次に、アトムプローブトモグラフィーで明らかになったように、酸素溶質が双晶境界に偏析しやすい。これにより、$${332}langle113rangle$$変形双晶の成長が抑制され、より広範な双晶の核生成が促進される。本研究で得られた知見は、強靭な準安定$$beta$$チタン合金を設計するための費用対効果の高い根拠となり、この高強度対重量構造材料のさらなる普及に大きな意味を持つ。

論文

Effect of starch retrogradation on molecular dynamics of cooked rice by quasi-elastic neutron scattering

平田 芳信*; 中川 洋; 山内 宏樹; 金子 耕士; 萩原 雅人; 山口 秀幸*; 大元 智絵*; 勝野 那嘉子*; 今泉 鉄平*; 西津 貴久*

Food Hydrocolloids, 141, p.108728_1 - 108728_7, 2023/08

https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108728
 被引用回数：2 パーセンタイル：66.25(Chemistry, Applied)

結晶化度は食品や材料の機械的性質に反映される。結晶化度は澱粉の構造ダイナミクスと関係しているはずである。本研究では、中性子準弾性散乱(QENS)を用いて、炊飯澱粉の老化に伴う分子ダイナミクスの変化を調べた。測定されたQENSの幅は老化に伴い狭くなった。また、弾性非干渉散乱構造因子(EISF)は増加し、老化現象に伴い分子ダイナミクスが空間的に抑制されることが示された。低移動度と高移動度をそれぞれ結晶相と非晶質相に対応させた2値分布の連続拡散モデルを用いてEISFを解析したところ、低移動度成分の割合が老化によって増加することが示された。

論文

Incommensurate nature of the antiferromagnetic order in GdCu$$_2$$

金子 耕士; 田端 千紘; 萩原 雅人; 山内 宏樹; 久保田 正人; 長壁 豊隆; 大貫 惇睦*

Journal of the Physical Society of Japan, 92(8), p.085001_1 - 085001_2, 2023/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.92.085001
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)

A magnetic order in orthorhombic GdCu$$_2$$ was investigated by a single crystal neutron diffraction with thermal neutron. Magnetic peaks were observed at incommensurate positions described by the ordering vector $$q$$=($${delta}$$~1~0) with $${delta}$$=0.678 at 4~K. This ordering vector is close to the commensurate one with $$q_c$$=(2/3~1~0) reported earlier, but clearly deviates. The incommensurate nature of the magnetic order in GdCu$$_2$$ is further corroborated by the peak shift with temperature below $$T_{rm N}$$.

論文

High-temperature creep properties of 9Cr-ODS tempered martensitic steel and quantitative correlation with its nanometer-scale structure

大塚 智史; 静川 裕太; 丹野 敬嗣; 今川 裕也; 橋立 竜太; 矢野 康英; 鬼澤 高志; 皆藤 威二; 大沼 正人*; 光原 昌寿*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(3), p.288 - 298, 2023/03

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2096147
 被引用回数：4 パーセンタイル：74.52(Nuclear Science & Technology)

原子力機構では、ナトリウム冷却高速炉(SFR)用燃料被覆管材料として9Cr-酸化物分散強化型(ODS)鋼の開発を進めている。燃料被覆管材料にとって、クリープ特性は重要特性の一つである。よって、SFRに9Cr-ODS鋼を導入するためには、9Cr-ODS鋼の炉内クリープ強度の信頼性高い予測評価が不可欠である。本研究では、700$$^{circ}$$Cでの9Cr-ODS鋼のクリープ強度とナノ組織の定量的相関性について調査を行った。また、9Cr-ODS鋼照射材のナノ組織解析に基づく炉内クリープ特性予測の可能性について議論を行った。9Cr-ODS鋼の700$$^{circ}$$Cでのクリープ破断寿命は、そのナノ組織と密接な相関を有することがわかった。9Cr-ODS鋼のクリープ破断寿命とナノ組織の相関を既存のクリープモデルに基づき解析し、両者をつなぐ相関式を示した。本相関式の信頼性を高めるためには、9Cr-ODS鋼の2次クリープ速度の応力指数と酸化物分散状態の関係を明らかにする必要がある。

論文

9Crまたは12Cr系酸化物分散強化鋼の高温力学特性と微細組織

光原 昌寿*; 栗野 晃一*; 矢野 康英; 大塚 智史; 外山 健*; 大沼 正人*; 中島 英治*

鉄と鋼, 109(3), p.189 - 200, 2023/03

https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2022-080
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

本研究では、高速炉通常運転時におけるODS鋼被覆管の使用環境に近い700または750$$^{circ}$$Cのクリープ試験と、事故時を模擬した900から1350$$^{circ}$$Cでの時効処理または高温引張試験での酸化物の成長挙動を確認した。9Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織では、初期状態と比較し、酸化物の成長や数密度の低下が無く、酸化物の分散強化がクリープ変形中に有効に機能していることが分かった。12Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織においては、亜粒界のような転位下部構造の発達はほとんど観察されず、粒内に可動転位が均一に観察された。転位密度は応力の増加とともに増える傾向であった。9Cr-ODS鋼の引張延性は、900から1100$$^{circ}$$Cまで温度上昇とともに低下したが、1200$$^{circ}$$Cで上昇し、1250$$^{circ}$$Cで劇的に低下し、1300$$^{circ}$$Cで再び増加する傾向を示した。12Cr-ODS鋼では、温度の上昇とともに減少する傾向を示した。9Cr-ODS鋼の1200から1300$$^{circ}$$Cにおける複雑な引張特性の変化にはデルタフェライト相の形成が影響していると推察される。なお、本研究は、文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214482の助成を受けたものである。

論文

Grain refinement in titanium prevents low temperature oxygen embrittlement

Chong, Y.*; Gholizadeh, R.*; 都留 智仁; Zhang, R.*; 井上 耕治*; Gao, W.*; Godfrey, A.*; 光原 昌寿*; Morris, J. W. Jr.*; Minor, A. M.*; et al.

Nature Communications (Internet), 14, p.404_1 - 404_11, 2023/02

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36030-0
 被引用回数：6 パーセンタイル：89.86(Multidisciplinary Sciences)

チタンは格子間酸素によって脆化する。特に極低温では顕著な脆化挙動を示すため、チタンやその合金の製造において酸素含有量を厳しく管理する必要がある。この問題を解決するために、我々は結晶粒の微細化という構造戦略を提案した。77Kで非常に脆い粗粒の組織と比較して、Ti-0.3wt.%Oの超微細粒(UFG)組織(粒径$$sim$$2.0$$mu$$m)は、UFG組織特有の超高降伏強度を維持したまま均一延びを1桁上昇させることに成功した。UFG Ti-0.3wt.%Oにおけるこの特異な強度-延性相乗効果は、粒界凝集エネルギー向上に寄与する希薄な酸素の粒界偏析と優れたひずみ硬化能に寄与する$$<c+a>$$転位の活性化の複合効果によって達成された。この方法は、低温での高強度Ti-O合金の応用の可能性を高めるだけでなく、格子間固溶硬化による延性の低下を生じる他の合金系にも適用できる可能性がある。

論文

Spin gap in the weakly interacting quantum spin chain antiferromagnet KCuPO$$_{4}$$$$cdot$$H$$_{2}$$O

藤原 理賀; 萩原 雅人; 森田 克洋*; 村井 直樹; 幸田 章宏*; 岡部 博孝*; 満田 節生*

Physical Review B, 107(5), p.054435_1 - 054435_8, 2023/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.054435
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)

$$S$$ = 1/2ハイゼンベルグ直線鎖反強磁性体は、最も単純なスピンモデルであるが、様々な量子多体現象のプラットフォームを提供する。この論文では、準一次元反強磁性体KCuPO$$_{4}$$$$cdot$$H$$_{2}$$Oの磁性を報告した。$$T_{rm{N}}$$ = 11.7(1) Kにおいて、格子整合な長距離反強磁性秩序が形成され、その磁気モーメントの大きさは0.31(1) $$mu_{rm{B}}$$である事がわかった。また鎖内相互作用$$J$$と鎖間相互作用$$|J'|$$の大きさはそれぞれ172Kと4.25(4) Kと見積もられ、$$|J'|$$/$$J$$の比は0.0247(3)である。中性子非弾性散乱実験により、$$T_{rm{N}}$$より高温では、一次元ハイゼンベルグ量子スピン鎖の特徴である連続体励起スペクトルが観測され、$$T_{rm{N}}$$より低温では、分散励起にスピンギャップが観測された。これらの結果は、弱く結合した$$S$$ = 1/2ハイゼンベルグスピン鎖系で観測される性質と一致する。

論文

Ferroaxial transitions in glaserite-type compounds; Database screening, phonon calculations, and experimental verification

山岸 茂直*; 林田 健志*; 三澤 龍介*; 木村 健太*; 萩原 雅人; 村田 智城*; 廣瀬 左京*; 木村 剛*

Chemistry of Materials, 35(2), p.747 - 754, 2023/01

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c03540
 被引用回数：5 パーセンタイル：86.76(Chemistry, Physical)

The so-called "ferroaxial transition" characterized by a rotational structural distortion that breaks a mirror symmetry has gained growing interest in terms of a new class of ferroic state in crystalline materials. RbFe(MoO$$_{4}$$)$$_{2}$$ which belongs to glaserite-type compounds, X□;1 Y□;2 [M(TO$$_{4})_{2}$$], is one of the most representative materials showing a ferroaxial transition, i.e., ferroaxial materials. Considering a variety of glaserite-type compounds, we expect that they provide a good arena for ferroaxial materials. In this work, we explored new ferroaxial materials by formula-based screening using regular expression search and symmetry detection algorithm. As a result, we found that a glaserite-type compound, K$$_{2}$$Zr(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$, is one of the promising candidates for ferroaxial materials. Experimentally, we demonstrate that K$$_{2}$$Zr(P O$$_{4}$$)$$_{2}$$ shows a ferroaxial transition at about 700 K, which is well explained by ab initio phonon calculations. The ferroaxial nature of K$$_{2}$$Zr(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$ is further confirmed by the observation of its domain structures using a linear electrogyration effect, that is, optical rotation in proportion to an applied electric field. Our work provides an effective approach to exploring ferroaxial materials.

論文

A Statistical approach for modelling the effect of hot press conditions on the mechanical strength properties of HTGR fuel elements

相原 純; 黒田 雅利*; 橘 幸男

Mechanical Engineering Journal (Internet), 9(4), p.21-00424_1 - 21-00424_13, 2022/08

https://doi.org/10.1299/mej.21-00424

高温ガス炉(HTGR)は炉心溶融が起こらない安全性が高い次世代原子炉である。しかし、HTGRの炉心のほとんどは黒鉛であるため、HTGRの安全性をより高めるためには燃料の耐酸化性を高めることが重要である。HTGRでは核分裂性物質を含む小球をセラミックスの被覆層で被覆した、直径1mm程度の被覆燃料粒子(CFP)が使用されている。CFPと母材の原料を混合したものを焼結したものが燃料要素である。母材は現在黒鉛である。本研究では模擬CFP(アルミナビーズ)と母材の原料(Si粉末,黒鉛粉末,樹脂)を型に詰めて熱間加圧し、SiCと黒鉛の混合母材を持つ耐酸化燃料要素を製造した。事故条件下でも燃料要素の健全性を保つためには、耐酸化性のみならず機械強度も高い燃料要素を開発する必要がある。熱間加圧条件は燃料要素の機械強度に影響する因子の一部と考えられる。機械強度が高い燃料要素のための熱間加圧条件の最適化のためには、熱間加圧条件と機械強度の関係を定量的に評価する必要がある。本研究では、統計学的実験計画法を導入することにより、熱間加圧条件と機械強度の関係を表す応答曲面の構築し、最適な熱間加圧条件を評価した。

論文

Sodium-cooled Fast Reactors

大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.

Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07

https://shop.elsevier.com/books/sodium-cooled-fast-reactors/morishita/978-0-12-824076-2

ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。

論文

A Design study on a metal fuel fast reactor core for high efficiency minor actinide transmutation by loading silicon carbide composite material

大釜 和也; 原 俊治*; 太田 宏一*; 永沼 正行; 大木 繁夫; 飯塚 政利*

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(6), p.735 - 747, 2022/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2005702
 被引用回数：1 パーセンタイル：27.23(Nuclear Science & Technology)

A metal fuel fast reactor core for high efficiency minor actinide (MA) transmutation was designed by loading silicon carbide composite material (SiC/SiC) which can improve sodium cooled fast reactor (SFR) core safety characteristics such as sodium void reactivity worth and Doppler coefficient due to neutron moderation. Based on a 750 MWe metal fueled SFR core concept designed in a prior work, the reactor core loading fuel subassemblies with SiC/SiC wrapper tubes and moderator subassemblies was designed. To improve the reactor core safety characteristics efficiently, three layers of SiC/SiC moderator subassemblies were loaded in the core by replacing 108 out of 393 fuel subassemblies with the moderators. The reactor core with approximately 20 wt% MA-containing metal fuel satisfied all safety design criteria and achieved the MA transmutation amount as high as 420 kg/GWe-y which is twice as high as that of the axially heterogeneous core with inner blanket and upper sodium plenum, and two-thirds of that of the accelerator-driven system.

論文

Improvement of neutron diffraction at compact accelerator-driven neutron source RANS using peak profile deconvolution and delayed neutron reduction for stress measurements

岩本 ちひろ*; 高村 正人*; 上野 孝太*; 片岡 美波*; 栗原 諒*; 徐 平光; 大竹 淑恵*

ISIJ International, 62(5), p.1013 - 1022, 2022/05

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2021-420
 被引用回数：2 パーセンタイル：28.67(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

Neutron diffraction is a powerful non-destructive method for evaluating the microscopic structure and internal stress of metal plates as a bulk average. Precise neutron diffraction measurements with a high intensity neutron beam have already been carried out at large-scale neutron facilities. However, it is not easy to provide users with enough experimental opportunities. We are working on upgrading the neutron diffractometer with techniques of time-of-flight to enable stress measurements at RIKEN accelerator-driven compact neutron source (RANS). To improve neutron diffraction resolution, delayed neutrons, which expand neutron beam pulse width, should be suppressed. However, it is difficult to separate the delayed neutrons experimentally. In this study, a new analysis method has been proposed to deconvolute the diffraction peak from the delayed neutron component. Moreover, a new collimator system, called decoupled collimator system, has been developed to reduce the number of delayed neutrons. The diffraction patterns from a powder sample of pure body-centered cubic iron were measured with the decoupled collimator and the diffraction peak of {211} reflection was analyzed by the new analysis method using a model function of a single exponential decay function convoluted with a Gaussian function. By this method, the decoupled collimator system has been confirmed to achieve a smaller measurement limit of lattice strain $$Delta$$$$varepsilon$$ than a small-aperture polyethylene collimator system and a non-collimator system. The currently available $$Delta$$$$varepsilon$$ was 6.7$$times$$10$$^{-4}$$, this means that the internal stress up to 130 MPa can be well evaluated for steel materials with a Young's modulus of 200 GPa at RANS.

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