Hydroxyl group/fluorine disorder in deuterated magnesium hydroxyfluoride and behaviors of hydrogen bonds under high pressure

He, X.*; 鍵 裕之*; 小松 一生*; 飯塚 理子*; 岡島 元*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 後藤 弘匡*; et al.

Journal of Molecular Structure, 1310, p.138271_1 - 138271_8, 2024/08

https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.138271

重水素化ヒドロキシフルオロマグネシウム[理想組成はMg(OD)F]のO-DF水素結合の高圧応答を中性子粉末回折とラマン分光法を用いて調べた。常温でのリートベルト解析の結果、化学組成はMg(OD)Fであり、結晶構造中で水酸基/フッ素(OD/F)が無秩序化して、2つの水素結合配置が生じていることが分かった。構造解析の結果、水素結合配置は9.8GPaまで維持され、圧力による水素結合の強化は見られなかった。常圧でのラマンスペクトルでは、2613, 2694, 2718cmに3つの水酸基伸縮バンドが観測された。O-D伸縮モードの周波数が高いことから、ヒドロキシル基は弱い水素結合相互作用、あるいは水素結合を持たないことが示唆された。20.2GPaまでは、2694cmを中心とするモードは圧力によってブルーシフトを示し、水素結合は圧縮されても強化されないことが明らかになった。これは、中性子回折の結果と一致した。水素結合の存否と、常圧および高圧での水酸基のブルーシフトの原因について議論した。

SrI(Eu)シンチレーション検出器のin-situガンマ線スペクトロメトリへの適用性に関する検討

竹安 正則; 三上 智; 安藤 真樹; 外間 智規

JAEA-Testing 2023-005, 17 Pages, 2024/03

JAEA-Testing-2023-005.pdf:1.16MB

In-situガンマ線スペクトロメトリを簡便に行うための検出器開発を目的とした研究の一環として、取り扱いが容易なSrI(Eu)検出器をin-situガンマ線スペクトロメトリへ適用することを試みた。本研究では、in-situガンマ線スペクトロメトリに必要なSrI(Eu)検出器の特性評価を行った。また、SrI(Eu)検出器とGe検出器を用いたin-situガンマ線スペクトロメトリの相互比較試験を行い、SrI(Eu)検出器のin-situガンマ線スペクトロメトリへの適用性について検討を行った。SrI(Eu)検出器の特性評価として、入射ガンマ線のエネルギーの変化に対するSrI(Eu)検出器のピーク効率を測定した。また、SrI(Eu)検出器のピーク効率の角度依存性を測定した。SrI(Eu)検出器とGe検出器を用いたin-situガンマ線スペクトロメトリの相互比較試験の結果、Ge検出器で定量されたCs-134、Cs-137、Pb-214、Bi-214、Tl-208、Ac-228及びK-40のうち、SrI(Eu)検出器では、放射能強度が比較的強いCs-137とK-40が定量された。SrI(Eu)検出器での測定により得られたCs-137の地表面沈着量及びK-40の土壌中濃度は、Ge検出器での測定により得られたそれらと比較的良い一致を示した。これらの結果より、放射能強度が強く、かつガンマ線スペクトル上で他の核種のガンマ線ピークが妨害ピークとならない核種に対して、SrI(Eu)検出器を用いたin-situガンマ線スペクトロメトリは有効であることが示された。原子力発電所等の事故時には様々な放射性核種が環境中へ放出されるが、短半減期核種が減衰し、長半減期核種のみが存在する事故後中長期における環境モニタリングにおいてSrI(Eu)検出器により簡便にin-situガンマ線スペクトロメトリが可能である。

令和4年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング及び無人航空機による放射線モニタリングに係る技術開発(受託研究)

普天間 章; 眞田 幸尚; 佐々木 美雪; 川崎 義晴*; 岩井 毅行*; 平賀 祥吾*; 萩野谷 仁*; 松永 祐樹*; 圷 雄一郎*; 新井 仁規*; et al.

JAEA-Technology 2023-026, 161 Pages, 2024/03

JAEA-Technology-2023-026.pdf:14.66MB

2011年(平成23年)3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺環境に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、有人ヘリコプター等を用いた航空機モニタリングが活用されている。本モニタリング技術を原子力施設等の事故時における緊急時モニタリングに活用し、モニタリング結果を迅速に提供するために、全国の発電所周辺におけるバックグラウンド放射線量や地形的特徴、管制空域等の情報を事前に整備している。令和4年度は関西電力(株)美浜発電所並びに日本原子力発電(株)敦賀発電所及び四国電力(株)伊方発電所の周辺について航空機モニタリングを実施し、バックグランド放射線量及び管制区域等の情報を整備した。さらに、有人ヘリコプター等を用いた航空機モニタリングの代替技術として期待されている無人航空機によるモニタリングの技術開発を進めた。本報告書は、それらの結果及び抽出された技術的課題についてまとめたものである。

Inelastic neutron scattering study of magnon excitation by ultrasound injection in yttrium iron garnet

社本 真一; 赤津 光洋*; Chang, L.-J.*; 根本 祐一*; 家田 淳一

Applied Physics Letters, 124(11), p.112402_1 - 112402_5, 2024/03

https://doi.org/10.1063/5.0189768

YFeOにおける超音波注入によるマグノン励起を非弾性中性子散乱によって研究した。その結果、縦波と横波の両方で超音波注入によりマグノン励起の非弾性中性子散乱強度が増強されることがわかった。

An Analytical model to decompose mass transfer and chemical process contributions to molecular iodine release from aqueous phase under severe accident conditions

Zablackaite, G.; 塩津 弘之; 城戸 健太朗; 杉山 智之

Nuclear Engineering and Technology, 56(2), p.536 - 545, 2024/02

https://doi.org/10.1016/j.net.2023.10.030

Radioactive iodine is a representative fission product to be quantified for the safety assessment of nuclear facilities. In integral severe accident analysis codes, the iodine behavior is usually described by a multi-physical model of iodine chemistry in aqueous phase under radiation field and mass transfer through gas-liquid interface. The focus of studies on iodine source term evaluations using the combination approach is usually put on the chemical aspect, but each contribution to the iodine amount released to the environment has not been decomposed so far. In this study, we attempted the decomposition by revising the two-film theory of molecular-iodine mass transfer. The model involves an effective overall mass transfer coefficient to consider the iodine chemistry. The decomposition was performed by regarding the coefficient as a product of two functions of pH and the overall mass transfer coefficient for molecular iodine. The procedure was applied to the EPICUR experiment and suppression chamber in BWR.

残留オーステナイトを含有する中Mn複合組織鋼の高速変形特性

興津 貴隆*; 北條 智彦*; 諸岡 聡; 宮本 吾郎*

鉄と鋼, 110(3), p.260 - 267, 2024/02

https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2023-065

We have investigated the dynamic tensile properties of 4, 5, 6-mass%-Mn-containing low carbon steels with multi-phase microstructures containing retained austenite. The five materials used were classified into two groups. The first group of materials, with around 10% of retained austenite, showed normal strain rete dependence of yield strength (YS) and tensile strength (TS) as in conventional high strength steels. The second group of materials, containing 25-36% of retained austenite, exhibited Lders elongation showed also normal strain rate dependence in YS and flow stress at Lders deformation, but TS varied in a complex manner. Among the second group, in the 4 Mn steel, TS was nearly constant at strain rates below 1 s but increased slightly at higher strain rates. In the 5 and 6 Mn steels, TS once decreased up to the strain rate of 1 or 10 s, and then began to increase at higher strain rates. These behaviors were discussed in terms of temperature rise during plastic deformation causing suppression of martensitic transformation, and thermal stability of retained austenite. In the 4 Mn steel with relatively unstable retained austenite, almost all the austenite transforms regardless of strain rate. In the 5 and 6 Mn steels, where the retained austenite is moderately stable, strain induced transformation of austenite continues up to high plastic strain, providing a good balance of strength and ductility. At high strain rate, TS decreases slightly due to temperature rise, but at higher strain rates than 1 s, the strain rate sensitivity of flow stress in ferrite become prominent and the flow stress increases.

高温ガス炉向けRPV冷却システムの開発

高松 邦吉

革新的冷却技術; メカニズムから素子・材料・システム開発まで, p.179 - 183, 2024/01

高温ガス炉は優れた安全性を有しており、原子炉冷却材が喪失するような事故時においても、炉心における崩壊熱や残留熱を原子炉圧力容器(RPV)外表面から放熱でき、燃料温度は制限値を超えることなく静定する。一方、RPVから放出された熱を最終ヒートシンクまで輸送する冷却システムに関しては、ポンプ等による水の強制循環を用いた能動的システムや、大気の自然循環を用いた受動的システムが提案されている。しがしながら、冷却性能が動的機器の動作や気象条件の影響を受けるという課題があった。本稿では、これらの課題解決を目的に提案されている放射冷却を用いた新たな冷却システム概念の概要や、当該概念の成立性確認を目的とした解析と実験の結果を紹介する。

Petrophysical properties of representative geological rocks encountered in carbon storage and utilization

Hu, Q.*; Wang, Q. M.*; Zhang, T.*; Zhao, C.*; Iltaf, K. H.*; Liu, S. Q.*; 深津 勇太

Energy Reports (Internet), 9, p.3661 - 3682, 2023/12

https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.02.020

This study evaluates petrophysical properties of representative geological rocks in the context of injectivity, storage space, and caprock integrity for effective utilization and long-term storage of carbon dioxide. A total of 10 geological rocks were selected as representative storage media for consideration as saline aquifers & depleted oil and gas reservoirs, basalts, and cap rocks, as well as utilization in organic-rich shale and coal seams. An integrated suite of laboratory tests, including liquid immersion porosimetry, gas expansion porosimetry, grain size distribution, mercury intrusion porosimetry, and gas diffusion, were performed on these various rock samples. The results exhibit a disparity of petrophysical properties among two broad groups of rocks: rocks selected for possible storage of CO have porosities of 10-25%, permeabilities of 10-10 m, m-sized pore-throat size distribution, and mostly good pore connectivity; in contrast, the potential caprocks have porosities of 0.5-5%, permeabilities of 10-10 m, pore throat sizes of 50 nm, and probably poorly connected pore networks. An understanding of the measured facets of pore structure and contribution of fractures is also critical in the context of different testing principles and data interpretation of petrophysical analyses, as well as observational scales in the laboratory and field, and therefore reliable confidence of CO storage and utilization performance. Our work further illustrates the controlling influence of grain size distribution and geological processes on pore size distribution and pore connectivity for a wide range of rock types and lithologies, and particularly presents the extent and behavior of CO gas diffusion with a custom-designed apparatus for a holistic understanding of various petrophysical attributes of widely different geological rocks.

Slightly hydrogen-ordered state of ice IV evidenced by neutron diffraction

小林 大輝*; 小松 一生*; 伊藤 颯*; 町田 真一*; 服部 高典; 鍵 裕之*

Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 14(47), p.10664 - 10669, 2023/11

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c02563

氷IVは、水分子が配向乱れを示す氷の準安定高圧相である。配向秩序は他の氷相ではよく観測されるが、氷IVでは報告されていない。われわれは、DClを添加したDO氷IVのその場粉末中性子回折実験を行い、氷IVにおける水素秩序を調べた。その結果、単位胞体体積の温度微分dV/dTが約120Kで急激に変化することを発見し、またリートベルト解析により低温でわずかに水素が秩序化することを明らかにした。D1サイトの占有率は0.5から外れており、そのずれは試料をより高い圧力で冷却すると増加し、2.38GPa, 58Kで0.282(5)に達した。この結果は、氷IVに対応する低対称の水素秩序状態の存在を証明するものである。しかしながら、高圧下での徐冷によって、完全に水素が秩序化した氷IV相を実験的に生成することは難しいようである。

Predictive and inverse modeling of a radionuclide diffusion experiment in crystalline rock at ONKALO (Finland)

Soler, J. M.*; Keklinen, P.*; Pulkkanen, V.-M.*; Moreno, L.*; Iraola, A.*; Trinchero, P.*; Hokr, M.*; ha, J.*; Havlov, V.*; Trpkoov, D.*; et al.

Nuclear Technology, 209(11), p.1765 - 1784, 2023/11

https://doi.org/10.1080/00295450.2023.2209234

The REPRO-TDE test was performed at a depth of about 400 m in the ONKALO underground research facility in Finland. Synthetic groundwater containing radionuclide tracers (HTO, Cl-36, Na-22, Ba-133, Cs-134) was circulated for about four years in a packed-off interval of the injection borehole. Tracer activities were additionally monitored in two observation boreholes. The test was the subject of a modelling exercise by the SKB GWFTS Task Force. Eleven teams participated in the exercise, using different model concepts and approaches. Predictive model calculations were based on laboratory-based information concerning porosities, diffusion coefficients and sorption partition coefficients. After the experimental results were made available, the teams were able to revise their models to reproduce the observations. General conclusions from these back-analysis calculations include the need for reduced effective diffusion coefficients for Cl-36 compared to those applicable to HTO (anion exclusion), the need to implement weaker sorption for Na-22, compared to results from laboratory batch-sorption experiments, and the observation of large differences between the theoretical initial concentrations for the strongly-sorbing Ba-133 and Cs-134 and the first measured values a few hours after tracer injection. Different teams applied different concepts, concerning mainly the implementation of isotropic vs. anisotropic diffusion, or the possible existence of Borehole Disturbed Zones around the different boreholes. The role of microstructure was also addressed in two of the models.