Surface and interfacial aggregation states in thin films of a polystyrene/polyrotaxane blend

田口 美岐*; 宮田 登*; 宮崎 司*; 青木 裕之; Ozawa, Satoru*; 長谷川 龍一 *; 盛満 裕真*; 川口 大輔*; 山本 悟*; 田中 敬二*

Polymer Journal, 7 Pages, 2025/03

https://doi.org/10.1038/s41428-025-01030-y

Polyrotaxane (PR) exhibits unique mechanical properties due to the ability of its cyclic molecules to move or slide along the axial chain. Thus, to design advanced polymer-based composite materials and organic devices, it is crucial to better understand the aggregation states at the surface and substrate interface in polymer films containing PR. Here, we report the depth profile of PR along the direction normal to the interface when it is mixed with polystyrene (PS). Neutron reflectivity and X-ray photoelectron spectroscopy revealed that PS and PR segregated at the surface and substrate interface, respectively, and that the extent of segregation depended on the length of PS. The surface enrichment of PS is driven by both energy and entropy, whereas the enrichment of PR at the substrate interface is energy driven.

地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和6年度)

丹羽 正和; 島田 顕臣; 浅森 浩一; 末岡 茂; 小松 哲也; 中嶋 徹; 小形 学; 内田 真緒; 西山 成哲; 田中 桐葉; et al.

JAEA-Review 2024-035, 29 Pages, 2024/09

JAEA-Review-2024-035.pdf:1.24MB

本計画書では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第4期中長期目標期間(令和4年度令和10年度)における令和6年度の研究開発計画を取りまとめた。本計画の策定にあたっては、これまでの研究開発成果や大学等で行われている最新の研究成果に加え、地層処分事業実施主体や規制機関等の動向を考慮した。研究の実施にあたっては、地層処分事業における概要・精密調査や国の安全規制に対し研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を推進する。

Anisotropic creep property related to non-spherical shape of mechanically alloyed powder of oxide dispersion strengthened F82H

酒瀬川 英雄; 中島 基樹*; 加藤 太一朗*; 野澤 貴史*; 安堂 正己*

Materials Today Communications (Internet), 40, p.109659_1 - 109659_8, 2024/08

https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.109659

酸化物分散強化型鋼鋼のナノメートルサイズの酸化物粒子はクリープ強度の向上に対して重要な役割を持つ。以前の研究では旧粉末境界という焼結前に機械的合金粉末の表面であった組織因子に注目した。その結果、より小さなサイズの粉末で製作され微細な旧粉末境界を持つ酸化物分散強化型鋼は、より大きなサイズの粉末で製作され粗大な旧粉末境界を持つ酸化物分散強化型鋼よりも、短いクリープ寿命を示すことを確かめた。これより、機械的合金粉末の大きさがクリープ強度特性に影響を及ぼすことを明らかとなった。本研究では非球状である機械的合金粉末の形状がクリープ強度特性に及ぼす影響に注目した。このような形状がクリープ強度特性に異方性を生じさせる可能性が考えられたからである。ここでは異なった切り出し方位を持つ試験片に対してスモールパンチクリープ試験を実施することで異方性に注目した。これより、クリープ寿命は試験片の切り出し方位によって変化することを確かめて、形状がクリープ強度特性に及ぼす影響を明らかとした。

A Science-based mixed oxide property model for developing advanced oxide nuclear fuels

加藤 正人; 沖 拓海; 渡部 雅; 廣岡 瞬; Vauchy, R.; 小澤 隆之; 上羽 智之; 生澤 佳久; 中村 博樹; 町田 昌彦

Journal of the American Ceramic Society, 107(5), p.2998 - 3011, 2024/05

https://doi.org/10.1111/jace.19609

Herein, a science-based uranium and plutonium mixed oxide (MOX) property model (Sci-M Pro) is derived for determining properties of MOX fuel and analyzing their performance as functions of Pu content, minor-actinide content, oxygen-to-metal ratio, and temperature. The property model is constructed by evaluating the effect of phonons and electronic defects on heat capacity and thermal conductivity of MOX fuels. The effect of phonons was evaluated based on experimental datasets related to lattice parameter, thermal expansion, and sound speeds. Moreover, the effect of electronic defects was determined by analyzing oxygen-potential data based on defect chemistry. Furthermore, the model evaluated the effect of the Bredig transition on the thermal properties of MOX fuel by analyzing the irradiation test results. The derived property model is applied to the performance code to analyze fast reactor fuel pins.

Observation of resonant tunneling of proton from octahedral to tetrahedral sites in Pd

小澤 孝拓*; 福谷 克之; 他4名*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 185, p.111741_1 - 111741_7, 2024/02

https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2023.111741

Hydrogen (H), the lightest element, exhibits quantum nature. Because the quantum tunneling is almost independent of temperature, H diffusion shows a transition from thermal hopping to quantum tunneling at low temperature. The role of the nuclear quantum effects on H diffusion, however, has not been clarified around the crossover region. Hence, we elucidate the hopping mechanism at intermediate temperature by a combination of accurate experimental data on H hopping rates and theoretical calculations for quantum states of H. We derived H hopping rates in Pd from the resistance evolution due to the H ordering associated with the 50 K anomaly. A gradual transition from thermal hopping to quantum tunneling was observed around 65 K. Three-dimensional quantum-mechanical analysis for the H quantum states revealed that the gradual transition is attributed to the resonant tunneling between the discrete vibrational states in the octahedral site and the tetrahedral site via the thermal vibrational excitation. Based on the results at different H concentrations and deuterium, we demonstrated that the tunneling rate is tuned by energy level matching and the resonance nature is manifested as the abruptness of the transition from thermal to quantum hopping.

Intercorrelated anomalous Hall and spin Hall effect in kagome-lattice CoSnS-based shandite films

Lau, Y.-C.*; 池田 絢哉*; 藤原 宏平*; 小沢 耀弘*; Zheng, J.*; 関 剛斎*; 野村 健太郎*; Du, L.*; Wu, Q.*; 塚崎 敦*; et al.

Physical Review B, 108(6), p.064429_1 - 064429_11, 2023/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.064429

Magnetic Weyl semimetals (mWSMs) are characterized by linearly dispersive bands with chiral Weyl node pairs associated with broken time-reversal symmetry. One of the hallmarks of mWSMs is the emergence of large intrinsic anomalous Hall effect. On heating the mWSM above its Curie temperature, the magnetism vanishes while exchange-split Weyl point pairs collapse into doubly degenerate gapped Dirac states. Here, we reveal the attractive potential of these Dirac nodes in paramagnetic state for efficient spin current generation at room temperature via the spin Hall effect. Ni and In are introduced to separately substitute Co and Sn in a prototypal mWSM CoSnS shandite film and tune the Fermi level. Composition dependence of spin Hall conductivity for paramagnetic shandite at room temperature resembles that of anomalous Hall conductivity for ferromagnetic shandite at low temperature; exhibiting peak-like dependence centering around the Ni-substituted CoNiSnS and undoped CoSnS compositions, respectively. The observed spin Hall and anomalous Hall conductivity maxima at different compositions reflect optimum Fermi-level positioning relative to the paramagnetic Dirac and magnetic Weyl states, suggesting the common origin and intercorrelation between the two Hall effects. Our findings highlight a strategy for the quest of spin Hall materials, guided by the abundant experimental anomalous Hall-effect data of ferromagnets in the literature.

HTTR広領域中性子検出器の開発; 熱サイクル負荷に対する耐熱性能の向上

小澤 太教; 菅沼 拓朗; 本間 史隆; 東村 圭祐*; 鵜飼 隆由*; 齋藤 賢司

JAEA-Technology 2023-007, 24 Pages, 2023/06

JAEA-Technology-2023-007.pdf:2.24MB

HTTR広領域中性子検出器の高温環境下における信頼性向上を目的として、広領域中性子検出器の構造変更を検討した結果、リード線によってMIケーブル芯線と金属管を接合する構造を廃止し、MIケーブル芯線と金属管を直接接合する構造が短時間で対応できる最も信頼性が高い方法であることが明らかとなった。この方法で接続部分のモックアップを製作して熱サイクル試験及び高温耐久試験を実施した結果、HTTRの使用条件においても接続部分の健全性が保たれることが明らかとなった。

Microstructural evolution in tungsten binary alloys under proton and self-ion irradiations at 800C

宮澤 健; 菊池 裕太*; 安堂 正己*; Yu, J.-H.*; 藪内 聖皓*; 野澤 貴史*; 谷川 博康*; 野上 修平*; 長谷川 晃*

Journal of Nuclear Materials, 575, p.154239_1 - 154239_11, 2023/03

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2023.154239

This study examined the effects of alloying elements such as Re and Ta on the microstructural evolution of recrystallized W under proton and self-ion irradiations at 800C. Although the number density of voids increased with increasing proton-induced damage level, the void density in W-Re and W-Ta alloys were lower than that of pure W. Herein, the addition of Re and Ta to W suppresses the void formation process. In the proton-irradiated W-3%Re, a lot of dislocation loops were observed at 0.05 dpa which is the stage of nucleation. The evolution process up to 0.2 dpa was characterized by loop growth via the absorption of clusters and point defects. The dislocation loops then coalesce and grow large, and the dislocation lines become tangled at 1 dpa. At 0.05 dpa, the dislocation loops in pure W have already evolved into the tangled dislocations. Solute Re may inhibit the mobility of small dislocation loops and SIA clusters. In W-3%Ta irradiated at 0.05 and 0.2 dpa, the coalescence process of the elongated dislocation loops was observed. Solute Ta may inhibit the mobility of SIA clusters. Although no voids and rafts were observed in self-ion irradiated W-3%Re to 0.2 dpa, not only dislocation loops but also voids and rafts were observed in pure W to 0.2 dpa. The solute Re would suppress the raft formation and then the void formation under self-ion irradiation.

Core and safety design for France-Japan common concept on sodium-cooled fast reactor

高野 和也; 大木 繁夫; 小澤 隆之; 山野 秀将; 久保 重信; 小倉 理志*; 山田 由美*; 小山 和也*; 栗田 晃一*; Costes, L.*; et al.

EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 8, p.35_1 - 35_9, 2022/12

https://doi.org/10.1051/epjn/2022040

日仏高速炉協力を通じ、仕様共通化タンク型高速炉に係る技術検討を進めている。仏実証炉ASTRID600の設計をベースに、ODS鋼被覆管を用いた高燃焼度化炉心や自己作動型炉停止機構といった日本の高速炉実用化に向けた技術の実証が可能である見通しを得た。また、コアキャッチャ等により炉容器内事象終息を目指すASTRID600におけるシビアアクシデント緩和策は、日本における安全設計方針とも整合している。ASTRID600をベースに仕様共通化を図ることで両国の炉心燃料及び安全設計分野の高速炉技術の実証に有用であることを示した。

Materials science and fuel technologies of uranium and plutonium mixed oxide

加藤 正人; 町田 昌彦; 廣岡 瞬; 中道 晋哉; 生澤 佳久; 中村 博樹; 小林 恵太; 小澤 隆之; 前田 宏治; 佐々木 新治; et al.

Materials Science and Fuel Technologies of Uranium and Plutonium mixed Oxide, 171 Pages, 2022/10

https://doi.org/10.1201/9781003298205

プルトニウム燃料を使用した革新的で先進的な原子炉が各国で開発されている。新しい核燃料を開発するためには、照射試験が不可欠であり、核燃料の性能と安全性を実証する必要がある。照射試験を補完する技術として、照射挙動を正確にシミュレートする技術を開発できれば、核燃料の研究開発にかかるコスト,時間,労力を大幅に削減でき、核燃料の照射挙動をシミュレーションすることで、安全性と信頼性を大幅に向上させることができる。核燃料の性能を評価するためには、高温での燃料の物理的および化学的性質を知る必要がある。そして、照射中に発生するさまざまな現象を記述した行動モデルの開発が不可欠である。以前の研究開発では、モデル開発の多くの部分で、フィッティングパラメータを使用した経験的手法が使用されてきた。経験的手法では、データがない領域では非常に異なる結果が得られる可能性がある。したがって、この研究では、燃料の基本的な特性を組成と温度に外挿できる科学的記述モデルを構築し、モデルが適用される照射挙動分析コードの開発を行った。