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論文

Effects of alumina powder characteristics on H$$_{2}$$ and H$$_{2}$$O$$_{2}$$ production yields in $$gamma$$-radiolysis of water and 0.4M H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ aqueous solution

山田 禮司; 熊谷 友多

International Journal of Hydrogen Energy, 37(18), p.13272 - 13277, 2012/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:79.61(Chemistry, Physical)

アルミナ粉体を含む純水並びに0.4硫酸水溶液において、$$gamma$$線による放射線分解で発生する水素並びに過酸化水素の収量に対する粉体特性の効果を調べた。0.4M硫酸水溶液では、水素収量はアルミナ結晶構造に強く依存し、$$alpha$$, $$theta$$, $$gamma$$アルミナの順に減少した。一方、純水では、同様の結晶構造依存性は見られたものの、それ程強いものではなく、むしろアルミナ粉体の比表面積が大きいほど、水素収量は大きかった。過酸化水素の収量は、純水及び0.4硫酸水溶液にアルミナを添加することで大きく減少した。収量の減少量が大きかったため、明確なアルミナ粉体の結晶構造依存性や比表面積依存性は見られなかった。$$gamma$$線照射によるアルミナから水溶液への電子供給とアルミナ表面でのOHラジカルの吸着の観点から、水素発生の促進機構を論じた。

論文

Effect of alumina on the enhancement of hydrogen production and the reduction of hydrogen peroxide in the $$gamma$$-radiolysis of pure water and 0.4M H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ aqueous solution

山田 禮司; 熊谷 友多; 永石 隆二

International Journal of Hydrogen Energy, 36(18), p.11646 - 11653, 2011/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:76.27(Chemistry, Physical)

$$^{60}$$Co$$gamma$$線をアルミナ粉末添加の純水並びに0.4M H$$_{2}$$SO$$_{4}$$水溶液に室温で照射し、発生するH$$_{2}$$並びにH$$_{2}$$O$$_{2}$$を測定した。アルミナ添加量を増加すると、照射溶液のH$$_{2}$$O$$_{2}$$濃度は激減し、それに応じてH$$_{2}$$収量は増加した。これらの増加及び減少効果は照射済みのアルミナを使用した場合には小さくなるが、照射済み粉末を純水で洗浄すると、その効果は回復した。さらに、1-5kGy/hrの$$gamma$$線線量率領域では、0.4M H$$_{2}$$SO$$_{4}$$水溶液で水素収量が線量率の増加に伴い大きく増加した。これらの観測された現象は、添加したアルミナ粉末により照射溶液中のH$$_{2}$$O$$_{2}$$分子並びにOHラジカルの濃度が減少することで起こり、OHラジカルがアルミナ表面に吸着することに起因しているものと推察した。

論文

Basic and application studies on chemical responses to quantum beams in heterogeneous systems

永石 隆二; 山田 禮司; 熊谷 友多; 須郷 由美

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 160, 2008/11

酸化物材料の共存する水溶液,有機溶媒と水溶液の二相系といった互いに混じり合わない非均質系での放射線誘起反応の研究として、平成19年度は水溶液中の金属イオン還元や水素発生の促進に関与する酸化物粉末の放射線誘起の初期過程、並びにアミド系抽出剤の分解の線質効果を明らかにするための研究に着手した。ここで、シリカコロイドを含んだ水溶液中の6価クロムイオンの還元に関する研究では、シリカコロイドと水由来の酸化性ラジカルとの相互作用によって6価クロムの還元が促進することが示唆された。さらに、アルミナ粉末を添加した水溶液からの水素発生に関する研究では、酸化物添加による水素発生の促進作用が酸化物の種類や量だけではなく、酸化物の結晶構造にも依存することを明らかにした。

報告書

水素製造用Sr-90/Y-90線源の製造法開発

本木 良蔵; 青木 博道; 内田 昇二; 永石 隆二; 山田 禮司

JAEA-Technology 2008-014, 23 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-014.pdf:9.05MB

現在、放射性廃棄物の有効利用の一環として、核分裂生成物であるSr-90/Y-90を用いた水素製造実験が計画されている。効率よく水素製造を行うために、Sr-90と水素製造触媒を固化体とする方法を開発した。この方法はシリカゲル内に$$^{90}$$SrTiO$$_{3}$$とTiO$$_{2}$$、又は、$$^{90}$$SrSO$$_{4}$$とTiO$$_{2}$$を固化する方法である。この固化体は多孔質であり、耐放射線性と耐薬品性を有し、また、Sr-90の娘核種のY-90も水素製造に利用できるものである。

論文

Basic and application studies on chemical responses to quantum beams in heterogeneous systems

永石 隆二; 山田 禮司; 青柳 登; 須郷 由美

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 161, 2008/03

固体酸化物が共存あるいは接触した水溶液,有機溶媒と水溶液を持つ溶媒系といった互いに混じり合わない非均質系での放射線分解や放射線誘起反応について、放射性廃棄物の処理・処分や使用済燃料の分離プロセスの高度化の観点から基礎と応用の研究を、電子線又は$$gamma$$線を用いて進めている。これまでに、微少量の酸化物微粒子の添加による水溶液中の金属イオン還元や水素発生の反応促進、並びに、接触する水溶液に依存する有機溶媒中の抽出剤の分解挙動を明らかにしてきた。平成18年度は、酸化物粉末などを添加した水溶液中の水素の発生や有害・有用物質の処理・回収に関する反応促進,有機溶媒中の抽出剤の分解挙動などを研究した。ここで水溶液中の研究では、白金族元素の関与する反応促進,アスベスト材料の粒状化とそれに伴う顕著な水素発生が見いだされた。

論文

Hydrogen production in the $$gamma$$-radiolysis of aqueous sulfuric acid solutions containing Al$$_{2}$$O$$_{3}$$, SiO$$_{2}$$, TiO$$_{2}$$ or ZrO$$_{2}$$ fine particles

山田 禮司; 永石 隆二; 籏野 嘉彦; 吉田 善行

International Journal of Hydrogen Energy, 33(3), p.929 - 936, 2008/02

Al$$_{2}$$O$$_{3}$$, SiO$$_{2}$$, TiO$$_{2}$$ or ZrO$$_{2}$$等の酸化物粉体を含む硫酸水溶液に$$gamma$$線を照射した際に発生する水素を測定した。最終生成物として発生する水素ガス量は、水溶液中の酸化物の添加量を増やすにしたがって増加し、酸化物の種類や硫酸濃度にも依存した。少量のメチルアルコールを硫酸水溶液に添加することで、最終生成物としての水素ガスの発生量は非常に効果的に増加した。これらの実験結果は、放射線分解における水溶液からの水素発生において、酸化物粉体を含まない均質系の水溶液よりも酸化物を含む非均質系の硫酸水溶液がより効果的であることを示している。

論文

Mechanical properties of SiC/SiC composite with magnesium-silicon oxide interphase

井川 直樹; 田口 富嗣; 山田 禮司; 石井 慶信; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 367-370(1), p.725 - 729, 2007/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:40.68(Materials Science, Multidisciplinary)

マグネシウム-ケイ素系の酸化物界面層を有するSiC繊維強化SiC複合材料を作製し、その機械特性について評価を行った。SiC繊維材料は耐酸化性や耐照射性に優れたTyranno SAを用い、酸化物界面はアルコキシド法によってSiC繊維表面に作製した。この酸化物界面層を持つSiC繊維について、化学気相浸透法によって複合材料を作製した。複合材料の断面のSEM観察から酸化物界面層はSiC繊維の周りにほぼ均一に形成しており、サブミクロンメートルの厚みを有していることがわかった。複合材料の曲げ試験から擬似延性特性を有し、このことから本酸化物界面層によってSiC繊維の引き抜け効果によって優れた機械特性を有することがわかった。

論文

Hydrogen production and morphological change of chrysotile asbestos in the radiolysis of aqueous solutions

青柳 登; 永石 隆二; 江坂 文孝; 山田 禮司

Chemistry Letters, 36(7), p.890 - 891, 2007/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

本研究ではアスベストの主構成成分であるクリソタイルの処分・処理法を$$gamma$$線・電子線を用いた方法で行った。従来の高温加熱によるアスベストの溶融では1,000$$^{circ}$$C以上の高温が必要であり、また融点を下げるために塩を大量に加える必要があるなど、環境負荷は決して少ないとは言えない。そこで副生成物を大量に生じない分解・無毒化方法を電子顕微鏡,比表面積測定などの分析技術に基づき検討した。さらに水素ガス発生材料としてのアスベストの有効利用を図ることも検討した。

論文

Radiation-induced catalytic reduction of chromium(VI) in aqueous solution containing TiO$$_{2}$$, Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ or SiO$$_{2}$$ fine particles

永石 隆二; 吉田 善行; 山田 禮司; 籏野 嘉彦

Radiation Physics and Chemistry, 75(9), p.1051 - 1054, 2006/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:50.53(Chemistry, Physical)特願 H17-065162   開放特許情報データベース   公報

$$gamma$$線照射下の中性あるいはアルカリ性水溶液中で6価クロムの還元がTiO$$_{2}$$, Al$$_{2}$$O$$_{3}$$又はSiO$$_{2}$$等の酸化物微粒子の溶液への添加によって促進した。ここで、酸化物微粒子は放射線照射下で働く触媒として機能して、6価クロムの還元量はその初期濃度に依存することなく放射線の線量の増加とともに増加した。さらに、6価クロムの還元で最終的に生成する不溶な3価クロムの酸化物も触媒として機能することを確認した。

論文

Effect of thick SiC interphase layers on microstructure, mechanical and thermal properties of reaction-bonded SiC/SiC composites

田口 富嗣; 井川 直樹; 山田 禮司; 實川 資朗

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 66(2-4), p.576 - 580, 2005/02

 被引用回数:44 パーセンタイル:16.57(Chemistry, Multidisciplinary)

SiC/SiC複合材料は、高温強度に優れ、低放射化の観点から核融合炉構造材料の候補材料の一つである。核融合炉では、ヘリウムガスを冷却材として使用するため、低気孔率を有するSiC/SiC複合材料を作製する必要がある。そのため、従来法よりも低気孔率のSiCを作製可能な反応焼結法をSiC/SiC複合材料の作製方法に用いた。しかしながら、SiC繊維と本方法により作製された母層とが強く融着することが報告されている。母層と繊維の融着を防ぐため、BN層を界面層として用いて、優れた破壊挙動を示したことも報告されている。しかしながら、核融合炉環境下ではBNは、放射化の点で大きな問題となる。そこで本研究では、低放射化であるC及びSiCを繊維-母層間界面層として付与し、本方法によりSiC/SiC複合材料を作製した。界面層のないSiC/SiC複合材料は、脆性破壊挙動を示したが、界面層を付与されたSiC/SiC複合材料は、非脆性破壊挙動を示した。破壊試験後の破面観察の結果、界面層のないSiC/SiC複合材料では、繊維の引き抜けは生じていなかったが、界面層を付与されたSiC/SiCでは、繊維の引き抜けが生じていた。これはSiC界面層が、繊維と母層との融着を防いだためと考えられる。

論文

Preparation and characterization of magnesium-silicon based oxide coating on high-crystalline SiC fiber as an interphase in SiC/SiC composite

井川 直樹; 田口 富嗣; 山田 禮司; 石井 慶信; 實川 資朗

Ceramic Engineering and Science Proceedings, Vol.26, No.2, p.27 - 34, 2005/00

SiC繊維強化SiC複合材料は繊維とマトリックスの間に界面層を導入することで、繊維の引き抜け効果を利用した擬似延性機能を発現させることができる。この機能により本材料の機械特性の向上が図れる。近年、従来よりも高温安定性や耐酸化性に優れた高結晶性SiC繊維が開発され、酸化物系の界面層の利用が可能になりつつある。本研究では、Mg-Si系酸化物界面層の作製とその評価を行った。高結晶性SiC繊維へのコーティング層の作製はアルコキシド法を用いて行った。コーティング層は熱処理温度の上昇によってMgO単相からMgSiO$$_{3}$$, Mg$$_{2}$$SiO$$_{4}$$及びSiO$$_{2}$$の混合相へと変化した。また、1400$$^{circ}$$Cまでの温度では、繊維の引張強度劣化も20%程度に留まり、これはコーティングを施さない繊維における劣化とほぼ同程度であるなど、実用に耐えうる結果が得られた。

論文

Thermal diffusivity/conductivity of Tyranno SA fiber- and Hi-Nicalon type S fiber-reinforced 3-D SiC/SiC composites

山田 禮司; 井川 直樹; 田口 富嗣

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.497 - 501, 2004/08

 被引用回数:21 パーセンタイル:18.97(Materials Science, Multidisciplinary)

先進的核融合炉のブランケット用構造材料として高いポテンシャルを有しているSiC繊維強化型SiC複合材料(SiC/SiC)には、高熱負荷下で発生する熱応力をできるだけ低減するため、高い熱伝導率を持つことが期待されている。最近開発された高性能SiC繊維(チラノSA繊維,ハイニカロンタイプS繊維)を用いて、3次元織布並び2次元不織布を作製し、CVI及びPIP/CVIによりSiC/SiC複合材料を作製し、その熱伝導率を測定した。チラノSA繊維強化の場合、室温において3D CVIでは40-50W/mK、3D PIP/CVIでは35-40W/mK、1000$$^{circ}$$Cにおいてそれぞれ、25, 17W/mKの値が得られた。一方、2D不織布の場合、全測定温度範囲で12W/mK以下であった。また、ハイニカロンタイプSでは、35(RT), 20(1000$$^{circ}$$C)W/mKであった。これらの値は、従来のSiC繊維を用いた場合と比較して2ないし3倍高い値であり、新繊維がより高密度,高結晶性を有することに起因するものである。繊維配向比がSiC/SIC複合材料の熱伝導率に与える効果は低い温度ほど顕著であった。

論文

Preparation of silicon-based oxide layer on high-crystalline SiC fiber as an interphase in SiC/SiC composites

井川 直樹; 田口 富嗣; 山田 禮司; 石井 慶信; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.554 - 557, 2004/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:68.1(Materials Science, Multidisciplinary)

SiC/SiC複合材料の擬似延性破壊挙動発現のためには、繊維-母材間に優れた界面材を採用することが重要である。界面材にはCやBNが用いられているが、中性子環境下や酸化雰囲気ではこれらの界面材が劣化してしまうことから、SiC繊維の酸化特性限界により、酸化物材料は使用できなかった。しかし、近年耐酸化特性に優れた先進SiC繊維が開発され、酸化物界面材の適用が可能になりつつある。そこで、低放射化や耐照射性に優れていると期待されるSi系の酸化物材料の作製とその力学的評価を行った。ゾルゲル法によりSiC繊維上にほぼ均一にSi系酸化物層を形成することに成功した。1200$$^{circ}$$Cまでの温度では、この酸化物層を持つ繊維の引張強度を、未加工の繊維と同程度までに引き上げることができたので、本酸化物層が界面材として、CVI法等の複合材作製法で使用できることがわかった。

論文

Highly thermal conductive sintered SiC fiber-reinforced 3D SiC/SiC composites; Experiments and finite-element analysis of the thermal diffusivity/conductivity

山田 禮司; 井川 直樹; 田口 富嗣; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1215 - 1220, 2002/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:24.28(Materials Science, Multidisciplinary)

SiC繊維強化SiC/SiC複合材料(SiC/SiC)は、核融合炉の先進的ブランケット構造材料と目されている。構造設計の点から、最大熱応力を設計強度以内に抑えるため、材料には高熱伝導性が要求されている。最近開発された焼結SiC繊維は高熱伝導率を有しており、それを用いたSiC/SiC複合材料もまた高熱伝導性を示すことが期待される。ここでは、CVIとPIP法により焼結SiC繊維を用いて複合化し、それらの熱伝導率を評価した。その結果、CVI及びPIPによる複合材では、室温でそれぞれ、60W/mK,25W/mKの値をえた。これらの値は、非焼結SiC繊維の複合材の熱伝導率と比較すると、非常に大きく開発材料の有望性を示している。焼結及び非焼結SiC繊維のSiC/SiC複合材の熱伝導解析を有限要素法で行い、実験結果を裏付ける計算結果を得た。

論文

Progress in blanket designs using SiC$$_{f}$$/SiC composites

Giancarli, L.*; Golfire, H.*; 西尾 敏; Raffray, R.*; Wong, C.*; 山田 禮司

Fusion Engineering and Design, 61-62, p.307 - 318, 2002/11

 被引用回数:52 パーセンタイル:4.8

本論文は核融合動力炉の増殖ブランケット構造材料としてSiC複合材を用いた最近の設計研究の進展状況について述べたものである。とりあげた設計例はEUのTAURO,米国のARIES-AT,日本のDREAMである。構造材はSiC複合材で共通であるが、冷却材,中性子増倍材及びトリチウム増殖材は各概念で異なっており、現在の代表的なブランケット概念が詳述されている。なお、本論文は日米協力及びIEA-ESE協力のもとで行われた共同研究の成果の一つとして作られたレビューペーパーである。

論文

A Finite-element analysis of the thermal diffudivity/conductivity of SiC/SiC composites

山田 禮司; 井川 直樹; 田口 富嗣

Advanced SiC/SiC Ceramic Composites: Developments and Applications in Energy Systems; Ceramic Transactions Vol. 144, p.289 - 299, 2002/00

SiC/SiC複合材料の熱拡散率測定の計算機シミレーションを有限要素法で行った。SiC繊維とマトリックスの熱伝導率及びSiC繊維の体積率をパラメータに、複合材料の熱拡散率の計算を200$$^{circ}C$$と900$$^{circ}C$$のケースで行った。その結果、一般のSiC繊維では繊維体積の増加とともにSiC/SiC複合材料の熱拡散率は減少するが、結晶性に優れかつ結晶粒の大きなSiC繊維の場合には減少することは無く、むしろマトリックスの熱伝導率が比較的小さい場合、SiC繊維の増加とともにより大きな値を示した。これらの傾向は、絶対値を別にすれば、200$$^{circ}C$$及び900$$^{circ}C$$において共通に見られた。

論文

Mechanical and thermal properties of dense SiC/SiC composite fabricated by reaction-bonding process

田口 富嗣; 井川 直樹; 山田 禮司; 二川 正敏; 實川 資朗

Ceramic Engineering and Science Proceedings (25th Annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures: A), 22(3), p.533 - 538, 2001/03

SiC/SiC複合材料は、高温強度に優れ、低放射化の観点から核融合炉の候補材料の一つである。これまでに、BN層をコーティングした繊維を用いて、優れた破壊挙動を有する結果が報告されている。しかし核融合炉環境下では、BNは放射化の点で大きな問題となる。そこで本研究では、BN層の代わりに化学蒸気蒸着(CVD)処理によりC及び$$beta$$-SiCをダブルコートした繊維を用いて反応焼結法により、SiC/SiCを作製した。比較のため界面層のない無処理繊維も用いて作製した。その結果、高密度(2.7g/cm$$^{3}$$)の試料を作製できた。3点曲げ試験の結果、無処理繊維を用いた試料は脆性破壊を示した。一方、CVD処理繊維を用いた試料では、非脆性破壊挙動を示した。曲げ応力及び破壊エネルギーは、310MPa及び2.0kJ/m$$^{2}$$と高い値を示した。また、この試料の熱拡散率は、室温で0.17cm$$^{2}$$/sであった。従来法により作製された試料の熱拡散率(0.08cm$$^{2}$$/s)に比べ、とても高い値を示した。

論文

Mechanical and thermal properties of 2-D and 3-D SiC/SiC Composites

山田 禮司; 田口 富嗣; 井川 直樹

Journal of Nuclear Materials, 283-287(Part.2), p.574 - 578, 2000/12

 被引用回数:52 パーセンタイル:4.95(Materials Science, Multidisciplinary)

実際の使用荷重条件を考慮した2次元及び3次元SiC/SiC複合材料を試作し、その機械的熱的性質を調べた。2次元材料ではSiC短繊維をランダムに配向させ一部3次元的繊維配向を実現した。また3次元繊維では最近開発された高弾性率を有するSiC長繊維で3次元配向を実現した。熱伝導率を測定した結果、新繊維をZ軸方向に配向する割合を増加させると試料厚み方向の熱伝導が向上することを明らかにした。今回用いた繊維は特に表面改質をしていないため、機械的強度及び靱性に関しては、電子線照射で不融化した従来のハイニカロンSiC繊維よりも悪い結果を得た。表面観察等から、SiC/C比が等比的新SiC繊維の場合表面層にカーボン富化した層がないため機械強度が弱いことが明らかとなり、カーボンコート等の表面改質が必要なことを示した。

報告書

核融合動力炉A-SSTR2の物理検討

西尾 敏; 牛草 健吉; 植田 脩三; Polevoi, A.*; 栗田 源一; 飛田 健次; 栗原 良一; Hu, G.; 岡田 英俊*; 村上 好樹*; et al.

JAERI-Research 2000-029, 105 Pages, 2000/10

JAERI-Research-2000-029.pdf:4.19MB

本論文は、定常トカマク核融合原型炉SSTR、コンパクトで高出力の改良型定常トカマク動力炉A-SSTR及び環境適合性を高め稼働率向上を目指した大型核融合動力炉DREAM等の設計をベースに、高い経済性、稼働率を有し環境適合性に優れた小型で大出力の高効率核融合動力炉A-SSTR2のプラズマ物理の成立性を論じたものである。JT-60で得られている実験データをもとにこれからの炉心プラズマ研究の進展を予測して、主半径6.2m、小半径1.5mでプラズマ電流が12MAの高磁場トカマクとし、規格化$$beta$$値4で4GWの核融合出力とした。超伝導コイルは高温超伝導を用いた高磁場コイルとし、最大経験磁場を23Tとした。超伝導マグネット系の簡素化及び強い電磁力支持の観点から、中心ソレノイドコイル無しの設計とするとともに、分解・保守用大型水平ポートを想定して、ポロイダル磁場コイルを装置の上下に6個の設置することとした。このような著しく簡素化されたコイル系で、プラズマの平衡、形状制御性、着火、12MAまでの非誘導電流駆動立ち上げ、ダイバータを検討し、A-SSTR2概念の成立性が明らかにされている。

論文

Mg-Si-Al-O coatings on Hi-Nicalon SiC fiber by Alkoxide method

井川 直樹; 田口 富嗣; 山田 禮司; 實川 資朗

Ceramic Engineering and Science Proceedings (24th Annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures: B), 21(4), p.237 - 242, 2000/09

SiC/SiC複合材料は低誘導放射化性や耐熱性に優れているため、核融合炉用構造材料として期待されている。一般的なSiC/SiCでは、BNを繊維-母相間界面材料として使用することで高い機械特性を実現している。しかし核融合炉環境下では、化学反応性や放射化の点からBNの使用が困難であり、これに代わる界面材料が必要である。本研究では低放射化と高い耐照射性が期待できるMg-Si-Al-O系界面材料の開発の一環として、アルコキシド法によるSiC繊維上へのコーティング層の作製と特性評価を行った。[Al]$$_{T}$$=0.5Mのコーティング溶液の場合、2回のDIP処理により繊維表面にほぼ均一にコーティング層を形成できた。このコーティング層は、MgO,Al$$_{2}$$O$$_{3}$$,SiO$$_{2}$$とMg$$_{x}$$Al$$_{y}$$Si$$_{z}$$Oの混合相で構成されていた。1420$$^{circ}C$$における熱処理後のコーティング繊維の引張強度(1.6~1.2GPa)は非コーティング繊維(1.7GPa)に比べ若干低下した。

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