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大谷 恭平; 加藤 千明; 五十嵐 誉廣
Corrosion, 79(11), p.1277 - 1286, 2023/11
A novel corrosion inhibitor of carbon steel in fresh water using Al lactate was proposed and its corrosion-inhibition mechanism was investigated. 0.75 mM Al lactate and 0.25 mM sodium molybdate were the most inhibitive to the corrosion of carbon steel in 3 mM NaCl. Al
and MoO
in solution formed the metal cation layer on carbon steel with few defects, and the layer did not contain Fe. The metal cation layer on carbon steel inhibited both the cathodic oxygen reduction reaction and anodic iron dissolving reaction and thus enhances the corrosion protection of carbon steel in fresh water.
五十嵐 誉廣; 大谷 恭平; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*
防錆管理, 66(4), p.141 - 145, 2022/04
金属腐食は原子スケールにおける電気化学反応を基とする材料劣化現象である。本報では、第一原理計算を用いた金属表面における様々な物性値取得方法を説明する。また第一原理計算を金属腐食研究に応用した例として、金属表面への水素吸着が電位変化に及ぼす影響と水溶液中カチオン原子が金属の耐食性に及ぼす影響について報告する。
大谷 恭平; 上野 文義; 加藤 千明
材料と環境, 71(2), p.40 - 45, 2022/02
本研究では、福島第一原子力発電所のPCV内部において確認されている気液交番環境における炭素鋼の腐食速度に及ぼす気中酸素濃度の影響を低酸素濃度の範囲で調査した。調査結果より、腐食速度は気中酸素濃度が増大するに伴って増加するが腐食速度の勾配は徐々に減少すること、最大侵食深さは気中酸素濃度が1%の場合を除いて気中酸素濃度が増加するに伴って増大するが気中酸素濃度が1%の最大侵食深さは5%の場合よりも大きいことを見出した。
大谷 恭平; 加藤 千明
材料と環境, 70(12), p.480 - 486, 2021/12
気液交番環境で液膜に覆われる炭素鋼の表面に形成した鉄さび層の断面観察および分析より、気液交番環境で炭素鋼には外側から赤さび層(
-FeOOH),クラスト層(Fe
O),内部結晶(FeO),内部鉄さび層から成る多層の鉄さび層が形成することを見出した。この多層構造の鉄さび層および液膜に起因して酸素還元反応は常時水中に浸漬された場合よりも加速された状態を維持していたため、炭素鋼の腐食速度は増大したと考えられる。気液交番環境における炭素鋼の腐食速度に及ぼす海水成分の影響の調査より、純水から200倍希釈人工海水までの薄い濃度領域では濃度の増大に伴って腐食速度は加速し、20倍希釈から無希釈人工海水までの濃い濃度領域では濃度の増大に伴って腐食速度は減少することを見出した。人工海水に含まれるMgやCaイオンが反応界面に析出して表面を覆うことで酸素還元反応が抑制されたため、濃度の高い人工海水中で炭素鋼の腐食が抑制されたと考えられる。
五十嵐 誉廣; 大谷 恭平; 加藤 千明; 坂入 正敏*; 富樫 侑介*; 馬場 和彦*; 高木 周作*
ISIJ International, 61(4), p.1085 - 1090, 2021/04
被引用回数：1 パーセンタイル：8.06(Metallurgy & Metallurgical Engineering)水溶液中の金属カチオン(Zn
, Mg, Na
)が鉄への水素透過に及ぼす影響を明らかにするために、鉄表面からの水素透過量をレーザーアブレーションを用いた電気化学試験により測定した。また、金属カチオンによる水素透過の基本的なメカニズムを得るために、第一原理計算を使用して金属カチオンの吸着ポテンシャルと鉄表面周辺の電子状態を取得した。実験解析から、溶液中のZnによって鉄表面の陽極反応が抑制されることがわかった。また量子解析から、ZnイオンはNa, Mgイオンよりも鉄表面に強く結合することがわかった。これより、鉄の溶解反応はZn層の形成により抑制され鉄への水素透過の抑制につながることが示唆された。
大谷 恭平; 塚田 隆; 上野 文義; 加藤 千明
材料と環境, 69(9), p.246 - 252, 2020/09
本研究では、気液交番環境における炭素鋼の腐食速度に及ぼす人工海水濃度の影響を調査し、更に人工海水濃度により異なる炭素鋼の腐食機構を明らかにすることを目的とした。その結果より、純水から200倍希釈人工海水までの薄い濃度領域では濃度の増大に伴って腐食速度は加速し、20倍希釈から無希釈人工海水までの濃い濃度領域では濃度の増大に伴って腐食速度は減少することを見出した。濃度の高い人工海水中で炭素鋼の腐食が抑制された理由は、腐食による表面近傍のpH増大に伴い人工海水中のMgやCaイオンが反応界面に析出して表面を覆うことで、酸素還元反応が抑制されたためであると考えられる。
高戸 直之; 戸張 博之; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 関 孝義*; 加藤 恭平*; 畑山 明聖*; 坂本 慶司
JAEA-Research 2008-031, 44 Pages, 2008/03
JAEA-Research-2008-031.pdf:4.05MB
セシウム添加型負イオン源から引き出された大電流密度負イオンビーム強度が空間的に非一様となるメカニズムを解明するため、JAEA10アンペア負イオン源内でのプローブ測定及び負イオンビーム強度測定を行った。実験結果を考察するため、レート方程式及び粒子(電子・原子・負イオン)軌道追跡を用いた数値解析を行った。その結果、(1)セシウムを導入して負イオンの表面生成反応を促進した状態では、体積生成時とは逆に高い電子温度の領域で高い負イオンビーム強度が得られることを明らかにした。レート方程式を用いた数値解析から、表面生成された負イオンは高速電子によって破壊される前に引き出されることが推定された。(2)1次電子はB
Bドリフトによってイオン源内で局在化することを確認し、フィラメントの配置を改良して1次電子のドリフトを抑制することにより、負イオンビーム強度の空間的非一様性が改善されることを示した。
加藤 恭平*; 高戸 直之*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 関 孝義; 井上 多加志
Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A535_1 - 03A535_3, 2006/03
被引用回数：12 パーセンタイル：52.29(Instruments & Instrumentation)タンデム型負イオン源におけるプラズマの非一様性発生の原因を明らかにするため、フィラメント陰極より放出された一次電子の軌道解析を行った。モンテカルロ法を用いた3次元輸送コードを、実形状の磁場分布を考慮したJAEA10アンペア負イオン源に適用した。また、中性粒子との主な非弾性衝突反応も合わせて考慮した。その結果、ドライバ領域の高速電子はドリフトにより引出し領域へと失われ得ること、及びそのドリフト方向は負イオン源上下端で逆方向となることが明らかになった。
ion source高戸 直之*; 花谷 純次*; 水野 貴敏*; 加藤 恭平*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 関 孝義; 井上 多加志
Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A533_1 - 03A533_3, 2006/03
被引用回数：14 パーセンタイル：56.68(Instruments & Instrumentation)負イオンビームの空間的非一様性発生の原因を明らかにするため、負イオン生成及び輸送過程の数値解析を行った。モンテカルロ法を用いた原子及び負イオンの3次元輸送コードを、セシウム添加型負イオン源に適用した。その結果、電子温度の高い領域で局所的に原子が生成され、プラズマ電極表面への原子フラックスが非一様となることが明らかとなり、負イオン生成分布に影響を与えることが明らかとなった。加えて、生成された負イオンの引出し確率は電子温度依存性が弱いことが明らかとなった。
加藤 久; 木暮 広人; 鈴木 恭平
JAERI-M 8810, 37 Pages, 1980/04
日本原子力研究所におけるガンマ放射線源(工業用
Ir、
Co、
Tm線源および医療用
Au、Ir線源)の製造の概要を報告する。本論分では照射および製造用施設、放射能の生成量計算、各線源の特質、ターゲットの仕様、非密封および密封線源の製造法等について述べる。
岡根 章五; 加藤 久; 反田 孝美; 大杉 稔; 鈴木 恭平; 伊藤 康博; 介川 達
JAERI-M 8752, 43 Pages, 1980/03
製造部では昭和52年5月から昭和54年1月の約2年間にわたり、改正された「放射性同位元素等車両運搬規則」に従ってB(M)型輸送容器の製作および整備を実施した。輸送容器は、引出型線源収納容器用(鉛厚15cm)と円筒型線源収納容器用(鉛厚15cmと8cm)の2種類に分類される。また、B型適用核種としてはIr(6540Ci)と
P(188Ci)がある。輸送物の全重量は、引出型用で1800kgあり、円筒型用のうち鉛厚15cmのものは1500kgで8cmのものは840kgである。これらを使っての実証試験結果および理論解析結果から、改正された規則に適合し十分安全性をもっていることを確認した。同時に製作したA型輸送容器に関しても簡単に附記した。
Ir sources for brachytherapy加藤 久; 木暮 広人; 竹内 紀男; 小林 勝利; 鈴木 恭平; 四方 英治
Radioisotopes, 29(9), p.427 - 431, 1980/00
厚生省がん助成金による大阪大学医学部と協力で、医療用Ir線源の国産化に必要な製造技術開発を行った。医師の放射線被爆と患者の苦痛の軽減化を図る後装填法による治療に適した線源として、白金・イリジウム合金によるヘアピン、シングルピンおよびシード(一部リボン)状のターゲットを作製した。主としてJRR-3の照射によりヘアピン20mCi、シングルピン10mCi、シード1mCiの放射能を得た。ヘアピン状線源の全長にわたる放射能分布、リボン状線源の細立てに使用するポリエチレンチューブの照射損傷と経時変化、各線源の密封試験などを検討し、好結果を得ることができた。すでに一部の医療機関において舌がん、口腔がん等の臨床に使用され、それらの治療結果から高い評価を得ている。
高戸 直之; 花谷 純次*; 加藤 恭平*; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 戸張 博之; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 谷口 正樹; 長谷部 美恵子; et al.
no journal, ,
プラズマ電極に入射する原子のフラックスを決める主要な要因を数値計算により明らかにするため、水素原子生成・輸送過程の数値解析を行った。モンテカルロ法を用いた3次元水素原子輸送計算を、セシウム添加型JAEA10アンペア負イオン源に適用した。水素原子生成過程として、分子の電子衝突による解離反応のみを考慮し、反応レートに影響を与える電子温度・密度はラングミュアプローブを用いた測定結果を適用した。また反応レートが大きい高速電子成分は、プローブ特性から2温度フィッティングで求めた値を用いた。その結果、高速電子(数十eV程度)は熱緩和した電子(数eV程度)に対して密度が10%程度と低いにもかかわらず、原子生成に対する寄与は40%程度と高いことが明らかとなった。加えて原子のエネルギー緩和過程を含めた解析を行った結果、原子密度が80%程度上昇することが明らかとなった。この高速電子による解離及び原子のエネルギー緩和過程を含めることにより、原子密度は従来の解析結果の約2.5倍まで上昇し、原子による負イオンの表面生成とその空間分布形成過程の理解が深まった。
五十嵐 誉廣; 大谷 恭平; 小松 篤史; 入澤 恵理子; 上野 文義; 山本 正弘; 加藤 千明
no journal, ,
金属材料の腐食は材料強度の低下等の問題を引き起こす。金属材料は、原子力プラント, 化学プラントや橋梁等の大型構造物から水道管パイプ等の小型設備に至るまで様々なところで使用されていることから、これまでに金属材料の健全性確保や腐食予測、金属腐食の基礎メカニズム解明を目的とした数多くの研究がなされている。特に近年では、計算機能力の向上により計算解析による腐食研究が多くみられるようになってきた。本講演では、防食材料技術開発グループにおける計算科学的研究のうち、マクロモデルを用いた腐食による形状予測研究と、量子科学計算を用いた溶液中化学種の表面吸着反応に関する研究について紹介する。
大谷 恭平; 塚田 隆; 上野 文義; 加藤 千明
no journal, ,
既報では福島第一原子力発電所の格納容器内部を模擬した大気と液中に交互に曝露する気液交番環境で炭素鋼の腐食試験を行い、交番曝露により鋼の腐食速度が加速することを報告した。本発表では、気液交番環境における鋼の腐食挙動におよぼす人工海水濃度の影響について調査した。腐食速度の測定より、気液交番環境における炭素鋼の腐食速度は希釈倍率200倍のときに最大となることを見出した。更に、腐食後の鋼に形成した鉄さび層の断面分析より、人工海水中の金属カチオンの析出により炭素鋼の腐食速度が低下することを明らかにした。
大谷 恭平; 塚田 隆; 上野 文義; 加藤 千明
no journal, ,
これまでに炭素鋼試験片を大気と液中に交互に曝露する気液交番環境で腐食試験を行い、気液交番環境において鋼の腐食速度が加速することを報告した。本発表では、気液交番環境における鋼の腐食速度に及ぼす気中酸素濃度の影響について検討した。腐食試験を500時間実施した後の炭素鋼の質量変化から計算した腐食速度と気中酸素濃度の関係を調査した結果、気液交番環境における炭素鋼の腐食速度は気中の酸素濃度の増加に伴って線形に増加せず、低濃度域(0-5%)における傾きは高濃度域(5-20.8%)よりも大きいことがわかる。このことは、今後予定されているデブリ取り出し作業において格納容器内に僅かでも酸素が導入されると、PCV内面の気水界面付近等では酸素濃度の増加割合以上に腐食速度が加速される可能性を示唆している。
五十嵐 誉廣; 大谷 恭平; 小松 篤史; 加藤 千明
no journal, ,
水素脆化は、腐食や溶接などによって鋼材中に吸収された水素により鋼材の強度が低下することによって引き起こされる現象である。鋼材中に侵入した水素による脆化挙動に関してこれまでに多くの研究がなされているが、その詳細なメカニズムは未だ完全に理解されていない。本研究では溶液近似第一原理計算を用いて、溶液中カチオンが鉄中への水素侵入に及ぼす影響について議論を行った。溶液中ZnイオンはFe表面との強い化学結合性があることが確認できた。Zn吸着による金属フィルム生成によってFe溶解反応が阻害され水素侵入が抑制された可能性があることがわかった。
大谷 恭平; 上野 文義; 加藤 千明
no journal, ,
本発表では、既存の防錆剤よりも1F環境を想定した環境負荷の小さい腐食抑制剤を開発するため、これまでに腐食抑制剤として着目されていなかった乳酸アルミニウムに着目し、既存の腐食抑制剤であるモリブデン酸ナトリウムと混合することで相乗効果を示すことを明らかにした。XPS分析の結果、炭素鋼表面に数十nmのアルミニウムおよびモリブデンの酸化被膜が形成することで炭素鋼の腐食を抑制していることを見出した。
五十嵐 誉廣; 大谷 恭平; 青山 高士; 加藤 千明
no journal, ,
橋梁やプラント等の大型構造物の健全性評価において、非破壊的に材料内部の腐食状況を把握することは重要な課題の一つである。本講演では、画像の隣接ピクセルにおける輝度の不連続性を基準とする輪郭抽出法、および隣接ピクセルのコーナーと輝度の勾配を用いる特徴点抽出法を用いて錆落とし前の表面画像からの腐食状態判別を試みた。その結果、輪郭抽出法ではAdaptive Gaussian法とCanny法を、特徴点抽出法ではAgast Feature Detectorを用いることで腐食箇所近傍を予測可能でることを明らかにした。
大谷 恭平; 加藤 千明
no journal, ,
福島第一原子力発電所1-3号機の格納容器(PCV)には、水素爆発防止や鋼材の腐食抑制のために冷却水が循環・注入されている。PCVの内部調査から、PCV内部の材料である炭素鋼は、空気と溶液の界面付近で気体と液体の環境が交互に変化する環境(気液交番環境)に曝されていることが確認された。金属材料は気液界面付近で薄い液膜に覆われており、鋼材表面に薄い液膜があると溶液中に比べて腐食速度が加速されることが報告されている。本発表では、1F PCV内の気液交番環境を模擬した回転腐食試験装置を用いて炭素鋼の腐食試験を行い、質量測定,観察,解析の結果から得られた炭素鋼の腐食速度と腐食機構を発表する。
