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Xu, X.*; 大平 拓実*; Xu, S.*; 平田 研二*; 大森 俊洋*; 植木 洸輔*; 上田 恭介*; 成島 尚之*; 長迫 実*; 貝沼 亮介*; et al.
Advanced Materials & Processes, 180(7), p.35 - 37, 2022/10
Metallic biomaterials are widely used to replace or support failing hard tissues due to excellent mechanical properties and high wear resistance, with demand increasing as the global population continues to age. It is widely accepted that successful metallic biomaterials should have good biocompatibility, high corrosion resistance, and strong wear resistance. In addition, a low Young's modulus similar to human bone is now recognized as another important factor, in order to avoid bone atrophy due to the stress shielding effect. While the Young's modulus of stainless steels and conventional fcc CoCr alloys is as high as 190-240 GPa, for 
-type Ti-base alloys it is generally in the range of 50-80 GPa. Young's modulus values are as low as 35 GPa for Ti-Nb-Ta-Zr, close to that of human bone at approximately 10-30 GPa. However, Ti-base alloys come with the compromise of low wear resistance. In fact, alloys that feature a low Young's modulus along with high wear resistance have been difficult to realize. This article explores the recently developed bcc CoCr-base alloy Co-Cr-Al-Si as a potential solution to these issues, i.e., the difficulty in combining a low Young's modulus with high wear resistance, and the challenge of realizing large superelastic strains.
大平 拓実*; Xu, S.*; 平田 研二*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 植木 洸輔*; 上田 恭介*; 成島 尚之*; 長迫 実*; Harjo, S.; et al.
Advanced Materials, 34(27), p.2202305_1 - 2202305_11, 2022/07
被引用回数：12 パーセンタイル：87.73(Chemistry, Multidisciplinary)The demand for biomaterials has been increasing along with the increase in the population of elderly people worldwide. The mechanical properties and high wear resistance of metallic biomaterials makes them well-suited for use as substitutes or as support for damaged hard tissues. However, unless these biomaterials also have a low Young's modulus similar to that of human bones, bone atrophy inevitably occurs. Because a low Young's modulus is typically associated with poor wear resistance, it is difficult to realize a low Young's modulus and high wear resistance simultaneously. Also, the superelastic property of shape memory alloys makes them suitable for biomedical applications, like vascular stents and guide wires. However, due to the low recoverable strain of conventional biocompatible shape memory alloys, the demand for a new alloy system is high. The novel body-center-cubic cobalt-chromium-based alloys in this paper provide a solution to both of these problems. We believe our novel alloys are promising candidates for biomedical applications.
服部 高典; 多賀 尚仁*; 高杉 幸伸*; 木下 智裕*; 鳴島 崇*; 辻 和彦*; 亀卦川 卓美*
Photon Factory Activity Report 2005, Part A, p.42 - 43, 2006/11
放射光を用いたX線回折実験によって、液体III-V化合物の構造の圧力変化を約20万気圧まで系統的に調べた。得られた構造因子,二体分布関数から、高圧下における液体の構造は2つの局所構造(ベータスズ的構造とbcc的構造)によって記述でき、それらの割合が圧力とともに連続的に変化することがわかった。また、III-V化合物は、融解とともに金属的な伝導性を示すが、それにもかかわらず液体中においても広い圧力領域にわたって、共有結合的な構造を保持していることが明らかとなった。
吉田 啓之; 成島 勇気*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故における炉内状況を把握するためには、炉心溶融事故発生時の溶融燃料の流動挙動を評価する必要がある。溶融燃料が炉心下部から圧力容器下部に落下する際に形成される溶融ジェットの挙動は、BWR下部プレナムに存在する制御棒案内管等の複雑構造物の影響を受けることが予想される。そこで、原子力機構では、溶融ジェット挙動について、複雑構造物の影響を含め評価できる解析手法を、詳細二相流解析コードTPFITを拡張することにより開発している。本報告では、落下距離に対する微粒化径の変化を評価し、ブレイクアップ長さについて検討した結果を報告する。
成島 勇気*; 鈴木 貴行; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
原子炉の廃炉や安全性向上のためには、炉心溶融を伴う事故時における溶融燃料ジェットの落下挙動を予測することが重要である。BWRは下部プレナム内に複雑構造物を有しており、それらがジェットの落下挙動に影響を及ぼすと考えられる。そこで、本研究グループでは溶融燃料の落下挙動を予測するための数値解析コードの開発を行っている。本研究では、解析コードの妥当性評価のための実験データの取得を目的とし、BWR下部プレナムを詳細に模擬したテスト部において透明流体の射出実験を行い、微粒化挙動の可視化計測を実施している。本報では、構造物が微粒化物径に与える影響を評価した。また、ノズル径, 流速, 模擬流体の物性値を変えて実験を行い、微粒化物径に関する既存の理論式、相関式と比較することで、複雑構造物内における微粒化物径の評価手法について検討する。
成島 勇気*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
no journal, ,
BWR炉心溶融時におけるジェットブレイクアップ長さの把握は過酷事故対策の観点から必要不可欠である。本報告では、数値解析コードの妥当性評価のため、ジェットブレイクアップ長さに関する実験データを取得すると同時に、構造物がジェットブレイクアップ長さに与える影響について検討した。その結果、ノズル径が大きく構造物の影響が大きいと想定される条件においては、ブレイクアップ長さが長くなる傾向を示した。したがって、構造物の存在により、ブレイクアップ長さは長くなることが確認できた。また、得られたブレイクアップ長さの時間平均値については、既存の相関式を用いて予測できる可能性があることが分かった。
鈴木 貴行; 吉田 啓之; 成島 勇気*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故における炉内状況を把握するためには、炉心溶融事故発生時の溶融燃料の流動挙動を評価する必要がある。溶融燃料が炉心下部から圧力容器下部に落下する際に形成される溶融ジェットの挙動は、BWR下部プレナムに存在する制御棒案内管等の複雑構造物の影響を受けることが予想される。そこで、原子力研究開発機構では、溶融ジェット挙動について、複雑構造物の影響を含め評価できる解析手法を、詳細二相流解析コードTPFITを拡張および改良することにより開発している。本報告では、溶融物落下挙動の詳細把握を目的として、高空間解像度での単チャンネル解析を実施した。その結果、溶融ジェットの周囲速度場などの流動挙動を詳細に評価できる見通しが得られた。発表では、溶融ジェットの界面挙動や溶融物微粒化現象などについて解析結果と実験結果とを比較、検討した結果について報告する。
鈴木 貴行; 吉田 啓之; 成島 勇気*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
In order to improve the safety of BWR, it is required to evaluate the behavior of the plant when a severe accident occurred as seen at Fukushima Daiichi NPPs. The behavior of molten core jet in the lower pressure vessel is one of the key phenomena affecting the progress of the severe accident. In the BWR lower plenum, the characteristics of molten core jet are affected by many complicated structures, such as CRGTs and so on. However, it is difficult to evaluate these effects on molten core jet experimentally. The objective of this study is to develop the evaluation method of the characteristics of molten core jet including the effects of the complicated structures in the BWR lower plenum. In this development, we are developing a simulation method to estimate the behavior of molten core jet falling down to the lower plenum of the BWR. The method has been developed based on interface tracking method code TPFIT. The TPFIT was applied to the numerical simulation of visualization jet breakup experiments performed at the University of Tsukuba. In the simulation, the center part of the experimental apparatus was modeled. In this paper, simulated results, including the effects of the complicated structures of jet breakup phenomena, are shown. In addition, the applicability of the modified TPFIT to the jet breakup phenomena is discussed by comparing numerical results with experimental results in detail.
吉田 啓之; 永武 拓; 小野 綾子; 成島 勇気*; 上遠野 健一*
no journal, ,
熱的条件が現行BWRより厳しくなることも想定される軽水冷却高速炉(RBWR)では、その熱設計において液滴の生成や再付着などのスペーサ効果を活用する必要があると考えられる。しかし、狭隘流路であるRBWR炉心について、そのスペーサ効果の活用に必要なデータは少ない。そこで本研究開発では、二相CFDにより得られるデータを用いることで、熱設計に用いるサブチャンネル解析コード中のスペーサの効果を表現するモデルの改良を検討している。本報では、RBWR炉心を模擬した狭隘流路内の二相流を詳細二相流解析コードTPFITで解析し、その適用性を検討した。その結果、液膜の波立ちの発達により液滴が生成し狭隘流路内に環状噴霧流が形成され、RBWR炉心を模擬した条件での二相流解析が実施できることを確認した。また、液滴生成前後での液膜形状は既存の大気圧試験の結果と良く一致しており、波立ちに伴う液滴生成が適切に表現されている。さらに、スペーサ後端下流で多数の液滴が生成されるなど、スペーサの影響が再現できている。これらの結果から、RBWR炉心のスペーサ効果モデル改良へのTPFITの適用性を確認した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 成島 勇気*; 上遠野 健一*
no journal, ,
ドライアウト現象の予測では、環状噴霧流における液滴の液膜からの発生、液膜への付着が重要な現象であり、液滴発生・付着係数を求めるための相関式が数多く提案されているが、現象の複雑さ、実験の困難さから液滴発生・付着現象の解明が課題である。この現象解明には詳細数値シミュレーションが有効であるが、相関式との比較による妥当性の確認が必要である。本発表では、日本原子力研究開発機構が開発する数値解析コードTPFITを用いた環状噴霧流の詳細数値シミュレーションを実施し、このデータから定量化した液滴発生・付着係数を相関式と比較した結果について述べる。
