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論文

Sodium-cooled Fast Reactors

大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.

Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07

ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。

論文

Impacts of freeze-thaw processes and subsequent runoff on $$^{137}$$Cs washoff from bare land in Fukushima

五十嵐 康記*; 恩田 裕一*; 脇山 義史*; 吉村 和也; 加藤 弘亮*; 小塚 翔平*; 馬目 凌*

Science of the Total Environment, 769, p.144706_1 - 144706_9, 2021/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:14.14(Environmental Sciences)

The impact of freeze-thaw processes and subsequent runoff affecting the Cs-137 ($$^{137}$$Cs) flux and concentration in sediment discharge were revealed in bareland erosion plot following the Fukushima Nuclear Power Plant accident by detailed monitoring and laser scanner measurement on the soil surface. We found that surface topographic changes due to the frost-heaving during the winter- spring period, and rill formation during the summer. We also found the evident seasonal changes in $$^{137}$$Cs concentration; high during the early spring and gradually decreased thereafter, then surface runoff from the plot frequently occurred during spring and autumn when rainfall was high and reached a maximum in summer.

論文

Electronic effects of nitrogen atoms of supports on Pt-Ni rhombic dodecahedral nanoframes for oxygen reduction

加藤 優*; 中干場 亮太*; 小倉 和也*; 徳田 翔一*; 保田 諭; 東 晃太朗*; 宇留賀 朋哉*; 上村 洋平*; 八木 一三*

ACS Applied Energy Materials (Internet), 3(7), p.6768 - 6774, 2020/07

Ptベースのナノ構造触媒の触媒活性に対する窒素ドープおよびポリマーコーティングされたカーボン担体の電子効果を理解するために、酸素還元反応(ORR)にポリベンゾイミダゾール(PBI)コーティングおよびコーティングされていないカーボンナノチューブ上に担持されたPt$$_{3}$$Niナノフレーム(NF)を調製した。それらの触媒活性および電子特性を、窒素ドープおよびドープされていないカーボン担体に固定化されたNFの触媒活性および電子特性を評価し比較検証した。PBIコーティングと窒素ドーピングは、共にNFの触媒活性を向上させることが分かったが、${it ex-situ}$ X線光電子分光法と${it in-situ}$ X線吸収分光法により、窒素ドーピングがNFに電子効果を示すのに対し、PBIコーティングはNFの電子状態にほとんど影響を与えないが、電気化学的条件下でPt(OH)$$_{rm ad}$$種を安定化することが分かった。我々の研究は、触媒/担体界面における窒素原子の微視的環境の違いが、Ptベースの電極触媒に対する担体の電子効果に敏感であることを示したものである。

報告書

原子力施設等の緊急時における被ばく評価事例集

川崎 将亜; 中嶌 純也; 吉田 圭佑; 加藤 小織; 西野 翔; 野崎 天生; 中川 雅博; 角田 潤一; 菅谷 雄基; 長谷川 里絵; et al.

JAEA-Data/Code 2017-004, 57 Pages, 2017/03

JAEA-Data-Code-2017-004.pdf:2.34MB

原子力施設の事故発生時においては、事故による影響及びその範囲を迅速に把握するために、放出された放射性物質による一般公衆への影響や事故による作業者の個人被ばく線量を早期に評価し報告することが求められる。そのため、原子力科学研究所放射線管理部においては、事故発生時の迅速な対応に資するために、一般公衆及び作業者の被ばく線量評価について、評価方法及び必要となる各種パラメータ等を想定される事故事例ごとにまとめ、事例集を整備した。本事例集では、原子力科学研究所で想定される各種事故に加え、過去の原子力事故で放出された放射性物質による被ばく評価について扱っており、これらは緊急時における被ばく評価についての知見・技術の継承にも用いることができる。

論文

Field test around Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant site using improved Ce:Gd$$_{3}$$(Al,Ga)$$_{5}$$O$$_{12}$$ scintillator Compton camera mounted on an unmanned helicopter

志風 義明; 西澤 幸康; 眞田 幸尚; 鳥居 建男; Jiang, J.*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 吉野 将生*; 伊藤 繁樹*; 遠藤 貴範*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(12), p.1907 - 1918, 2016/12

 被引用回数:33 パーセンタイル:96.35(Nuclear Science & Technology)

無人ヘリ搭載用に軽量・低消費電力のコンプトンカメラ方式のガンマカメラを開発した。検出器に関して、散乱体・吸収体の各層のGAGGシンチレータ・アレイの4$$times$$4から8$$times$$8への増加、及び、2層間の距離の拡張により、それぞれ、検出効率と角度分解能が改善した。改良したコンプトンカメラを用いた測定を福島県浪江町の請戸川河川敷で実施した。飛行経路と速度のプログラミングが可能な無人ヘリの機能を用いて、65$$times$$60mの範囲を5mの測線間隔の13測線で、及び、65$$times$$180mの範囲を10mの測線間隔の19測線で、高度10m・速度1m/sにて櫛形に往復させながら、それぞれ、20分間と30分間で測定した。測定データと校正用データの解析により、地上1m高さでの空間線量率分布マップが、高度10mから約10mの位置分解能に相当する角度分解能にて精度よく得られた。また、ホバリングフライトでは、ホットスポット上で高度5-20mで10-20分間程度測定を行った。再構成ソフトの使用後に検出効率の補正や線量換算を経て、ホットスポットを含む$$gamma$$線の画像を得た。再構成$$gamma$$線画像の角度分解能は測定位置をシフトさせた結果の比較より、室内実験での性能(約10度)と同程度であることを確認した。

論文

Platinum nanoparticles on the glassy carbon surface irradiated with argon ions

木全 哲也*; 加藤 翔*; 八巻 徹也; 山本 春也; 小林 知洋*; 寺井 隆幸*

Surface & Coatings Technology, 306(Part A), p.123 - 126, 2016/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:50.16(Materials Science, Coatings & Films)

酸素還元反応(ORR)活性を有するPtナノ微粒子は、固体高分子形燃料電池の正極触媒として用いられており、その活性向上が求められている。本研究では、グラッシーカーボン(GC)基板に380keV Arイオンを照射した後、その上へPtナノ微粒子をスパッタ蒸着することによって、照射された担体表面がORR活性に及ぼす影響を調べた。フルエンス1。0$$times$$10$$^{16}$$ ions/cm$$^2$$で照射したGC基板上に作製したPtナノ微粒子は、未照射より約2。5倍高い活性化支配電流密度を示し、Arイオン照射によるORR活性の向上が初めて見出された。X線光電子分光スペクトルにおいて、担体GCとPtナノ微粒子との間に電荷移動を伴う相互作用が生じていることが明らかとなり、これが活性向上の起源であると考えられる。

論文

Angle-resolved photoemission analysis of electronic structures for thermoelectric properties of off-stoichiometric Fe$$_{2-x}$$V$$_{1+x}$$Al alloys

曽田 一雄*; 原田 翔太*; 林 利光*; 加藤 政彦*; 石川 文洋*; 山田 裕*; 藤森 伸一; 斎藤 祐児

Materials Transactions, 57(7), p.1040 - 1044, 2016/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.37(Materials Science, Multidisciplinary)

The electronic states of Heusler(L21)-type off-stoichiometric Fe$$_{2-x}$$V$$_{1+x}$$Al have been investigated by soft X-ray angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) in order to clarify the origin of their large thermoelectric powers, which cannot be explained in terms of the rigid band model. In off-normal and normal ARPES, Fe$$_{2.05}$$V$$_{0.95}$$Al shows a weakly dispersive bulk band around the binding energy of 0.3 eV in the $$Gamma$$-X direction and an almost dispersion-less one around 0.3 eV in a gap of dispersive bulk bands in the $$Gamma$$-L direction, which is attributed to the anti-site Fe defect. At the $$Gamma$$ point, the bulk band does not appear to cross the Fermi level $$E_{rm F}$$, consistent with the rigid band model for the excess Fe content bringing about the increase in the valence electrons, but no band crossing $$E_{rm F}$$ down is found at the X point. The anti-site Fe defect states near $$E_{rm F}$$ might push up the band at the X point and cause the p-type thermoelectric properties, unexpected with the rigid band picture. The change in the electronic structures and thermoelectric properties are discussed on the off-stoichiometry and substitution of the forth element.

論文

Preparation of tungsten carbide nanoparticles by ion implantation and electrochemical etching

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.149 - 152, 2013/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.8(Instruments & Instrumentation)

本研究では、イオン注入と電気化学エッチングを組合せて、グラッシーカーボン基板上に炭化タングステン(WC)のナノ微粒子を作製した。実験では、100keV W$$^+$$をグラッシーカーボン基板に照射して注入試料を作製した後、水酸化ナトリウム水溶液中で注入試料の表面をアノード酸化によりエッチングした。試料の分析にはX線光電子分光(XPS), ラザフォード後方散乱分析(RBS), 透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた。XPS, RBSの結果から、試料中でWCが形成されていたことと、電気化学エッチングによってその高濃度導入面が表面に露出したことが確認できた。断面TEMによって直径約10nmのナノ微粒子が表層に存在している様子が観察された。

論文

Nanoparticle formation by tungsten ion implantation in glassy carbon

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(1), p.81 - 84, 2013/03

本研究では、タングステンイオンを未研磨のグラッシーカーボン基板に注入することによって、ナノ微粒子を作製した。注入イオンのエネルギーは100keV、フルエンスは$$2.4times10^{16}$$から$$1.8times10^{17}$$ions/cm$$^2$$の範囲であった。試料の分析にはX線光電子分光,ラザフォード後方散乱分析,回転ディスク電極法による対流ボルタンメトリー,電界放出型電子顕微鏡を用いた。顕著なスパッタリング効果によって、注入イオン分布が変化するとともに、基板内へ導入可能なタングステン量は約$$6times10^{16}$$ions/cm$$^2$$が上限であった。形成された微粒子はタングステンカーバイドであり、その直径は10nm程度で面内に一様に分布していた。

論文

Imaging of translocation and spatial distribution of the assimilated carbon and nitrogen in the host-root parasite system by PETIS

関本 均*; 河地 有木; 本田 修三*; 山口 良恵*; 加藤 翔太*; 米山 香織*; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡辺 智; et al.

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 124, 2008/03

ハマウツボ科の根寄生植物であるオロバンキは、クロロフィルを持たず、ホスト植物と養水分をシェアしながら生育する全寄生植物である。根寄生植物の生存では、ホスト植物の光合成産物及びホスト植物根からの吸収窒素の誘因・収奪・貯留が重要な栄養獲得戦略の一つと考えられる。そこで、オロバンキを寄生させた植物根系を作成し、ポジトロン放出核種N-13で標識した硝酸イオンあるいはアンモニウムイオンを投与し、根系及び茎葉部への硝酸イオンの移行と寄生植物による誘因・収奪と貯留の様子をPETISによる可視化を試みた。その結果、硝酸イオンの茎葉部への分配割合は、オロバンキ非寄生系と寄生系に差は見られなかったが、アンモニウムイオンの茎葉部への分配割合は、非寄生系では60%であったのに対し、寄生系では20%と著しく低下していることが明らかとなり、オロバンキ塊茎は硝酸イオンではなくアンモニウムイオンを選択的に収奪していることが示唆された。

論文

Evaluation of effect of root parasite on nitrogen translocation and distribution in the host plant by Positron Emitting Tracer Imaging System (PETIS)

関本 均; 本田 修三*; 加藤 翔太*; 落合 由記子*; 米山 香織*; 米山 弘一*; 竹内 安智*; 河地 有木; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; et al.

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 125, 2007/02

To share the absorbed nitrogen with host plant would be one of strategy for survival of root parasites. Translocation of $$^{13}$$N$$^{-}$$nitrate or $$^{13}$$N$$^{-}$$ammonium in the root system of red clover infected by broomrapes (${it Orobanche minor}$ Sm.) was examined by a positron emitting tracer imaging system (PETIS). PETIS images indicated that the distribution ration of $$^{13}$$NH$$_{4}$$$$^{+}$$ in the shoot to in the whole ${it Orobanche}$- infected plant was lower than in no-infected plant, indicating that ${it Orobanche}$ easily compared with $$^{13}$$NO$$_{3}$$$$^{-}$$.

口頭

活性エステルが固定化された樹脂または繊維を充填したカラムを用いるアミド合成

城 昭典*; 加藤 翔太*; 松浦 博孝*; 永田 和美*; 片貝 秋雄; 玉田 正男

no journal, , 

本研究は、活性エステルを有する樹脂と繊維を充填したカラムを用いて、アミド合成の処理速度に及ぼす活性エステル固定化樹脂と繊維との形状の影響を検討した。出発ポリマーとして$$omega$$-ブロモブチルスチレンとジビニルベンゼン(DVB)との球状共重合体(RC4B),クロロメチルスチレン(CMS)とDVBの球状共重合体(RCS)並びにCMSをポリオレフィンにグラフト重合して得た繊維(FCMS)を用いて、活性エステル固定化繊維を得た。ANを用いて活性エステル固定化ポリマーを充填したカラムに定容積の2-フェニルエチルアミンAN溶液を種々の流速で通液してアミドを合成した。アミドの確認は固体NMRスペクトルによった。RCSとRC4Bから得た活性エステル固定化樹脂を充填したカラムの場合、ともに通液速度12mL/hまでは目的アミドのみが得られたが14mL/hの流速ではアミンの流出が認められた。一方、FCMSから誘導した活性エステル固定化繊維を用いた場合、12, 16, 18, 20mL/hと流速を変えてアミンのAN溶液を通液したところ、18mL/hまではアミドのみが検出されたが20mL/hでアミンが検出された。以上の結果より、活性エステル固定化ポリマーにおいても、繊維状反応性高分子は速度論的に優れた特性を示すことがわかった。

口頭

Nanoparticles of tungsten carbides prepared by tungsten-ion implantation in glassy carbon

八巻 徹也; 加藤 翔*; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

基板との化学反応性が高い金属イオンの注入では、イオンの飛程付近に化合物が形成される。例えば、シリカへのタングステン(W)注入では両者の化学的な相互作用が小さく金属Wの凝集が見られるのに対し、グラッシーカーボン(GC)への注入では反応が起こり炭化タングステンの形成が期待される。本研究では、イオンビームを用いた燃料電池触媒研究の一環として、GC中に100keV W$$^{+}$$を注入することで微粒子の作製を試みた。X線光電子分光(XPS)W 4fスペクトルにおける4f$$_{7/2}$$の結合エネルギーは注入深さによらず32.1eVであり、炭化物、すなわちWC及びW$$_{2}$$Cの形成が確認された。集束イオンビームで厚さ150nm程度まで試料を加工し、断面の透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行ったところ、表層から約50nmの深さまでに直径10nm以下の球状微粒子が析出していることが明らかになった。

口頭

グラッシーカーボンへのタングステンイオン注入による微粒子形成

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

本研究では、イオンビームによる新たな燃料電池用電極触媒の作製を目的として、グラッシーカーボン(GC)中にタングステン(W)イオンを注入することでタングステンカーバイド(WC)微粒子の調製法を検討した。試料の作製では、TIARAイオン注入装置を使用して、フルエンス2.4$$times$$10$$^{16}$$ $$sim$$ 1.8$$times$$10$$^{17}$$ ions/cm$$^{2}$$の100keV W$$^{+}$$を未研磨のGC基板に注入した。ラザフォード後方散乱分析により深さ15$$sim$$25nmに注入層が分布していることがわかったので、それが表層となるようアルカリ水溶液中で電気化学的にエッチングを施した。X線光電子分光スペクトルにおけるW4f$$_{7/2}$$の結合エネルギー(32.1eV)から、期待されたとおりのWC形成が示唆された。断面透過型電子顕微鏡観察を行ったところ直径10nm以下の球状微粒子が確認された。

口頭

イオン注入法により作製された固体高分子形燃料電池用白金ナノ微粒子触媒の特性

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

本研究では、燃料電池カソードの酸素還元反応を担う白金(Pt)微粒子触媒をイオン注入法により作製した。実験では、100keVの白金イオンをフルエンス7$$times$$10$$^{15}$$$$sim$$4$$times$$10$$^{16}$$ ions/cm$$^{2}$$の範囲でグラッシーカーボン基板に注入した。ラザフォード後方散乱分析より求めた注入層の深さ分布をもとに、Pt濃度が表面で最大となるよう、注入試料の表層に対しアノード酸化による電気化学エッチングを施した。その後、窒素雰囲気下で400$$^{circ}$$Cの熱処理を加えることで、ナノ微粒子として凝集させた。走査型電子顕微鏡観察によって、熱処理後における試料の表面では直径数十nmの微粒子が形成されていることが確認された。回転ディスク電極を用いた電気化学測定では、酸素飽和の水溶液中で大きなカソード電流が観測され、得られた微粒子が酸素還元触媒として機能することが明らかになった。

口頭

Chemical interaction in tungsten-implanted glassy carbon

八巻 徹也; 加藤 翔; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

基板との化学反応性が高い金属イオンを注入すると、イオンの飛程付近に化合物が形成される。例えば、グラッシーカーボン(GC)へのタングステン(W)イオン注入では、室温においても両者が反応し炭化タングステンの形成が期待される。そこで本研究では、イオンビームを用いた燃料電池触媒研究の一環として、GC基板中に100keV W$$^{+}$$を注入することで形成された微粒子に対し、X線光電子分光分析を行い構成元素の化学状態を詳細に検討した。注入層における化学的な相互作用は、生成化合物の標準ギブス自由エネルギーを用いて説明することが可能であった。

口頭

イオン注入法によるPtナノ微粒子の作製,1; 作製方法と形態

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

イオン注入法により白金(Pt)微粒子触媒を作製するにあたっては、注入Pt原子からの粒子成長を制御することが課題となっている。そこで本研究では、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いたその場観察により、微粒子の形成過程を明らかにした。実験では、100keVのPtイオンをフルエンス7$$times$$10$$^{15}$$$$sim$$4$$times$$10$$^{16}$$ions/cm$$^{2}$$の範囲でグラッシーカーボン基板に注入した。注入試料の表層に対しアノード酸化による電気化学エッチングを施して注入層を表面に露出させ、最後に熱処理によりナノ微粒子を形成した。熱処理前の試料においては、注入Ptが原子状に分散している様子が確認された。試料の温度を段階的に上昇させて観察したところ、375$$^{circ}$$CにおいてPtは凝集を開始し、直径5nmの粒子が一様に形成されることがわかった。

口頭

イオン注入法によるPtナノ微粒子の作製,2; 電気化学的性質

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

イオン注入法によりグラッシーカーボン(GC)基板上に作製されたPtナノ微粒子は、その一部が基板に埋め込まれた状態で担持されているため、燃料電池の酸素還元触媒への応用において高耐久性を示すと期待される。そこで本研究では、このGC上Ptナノ微粒子に対して、高電位での電位サイクルによる加速劣化試験を行った。劣化の度合は、サイクリックボルタモグラムの水素吸着電荷から求められるPtの電気化学的活性面積(ECA)から評価した。GC基板に付着させただけのPt触媒のECAは電位サイクルに伴って大きく減少したが、これとは対照的に本研究の試料はECAの減少量はごくわずかで、高い耐久性を有していることが明らかになった。

口頭

イオン注入法による燃料電池用白金ナノ粒子触媒の作製

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

本研究では、イオン注入法を用いて白金(Pt)ナノ粒子を作製し、その燃料電池カソード触媒としての特性を評価した。試料の作製は、(1)グラッシーカーボン(GC)基板へ100keV Pt$$^+$$を1.5$$times$$10$$^{16}$$ ions/cm$$^{2}$$照射、(2)水酸化ナトリウム水溶液中での陽極酸化により表層GCのエッチング、(3)窒素雰囲気中で400$$^circ$$C、1時間の熱処理により粒子の析出、の順で行った。得られたナノ粒子はPt蒸着膜と比較して、活性化支配電流が高かったことから、高い酸素還元活性を有することがわかった。Pt4f X線光電子分光スペクトルでは、ナノ粒子とGCの界面においてPt-C結合の形成が示唆され、これによるPt dバンドの電子状態変化が触媒活性向上の原因であると考えられる。

口頭

イオン注入法を用いた燃料電池用Pt/C触媒の作製

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

燃料電池カソードへの応用を目標として、イオン注入法により炭素担持白金触媒(Pt/C触媒)を作製した。試料の作製は、(1)グラッシーカーボン(GC)基板へ100keV Pt$$^+$$を1.5$$times$$10$$^{16}$$ ions/cm$$^{2}$$照射、(2)水酸化ナトリウム水溶液中での陽極酸化により表層GCのエッチング、(3)窒素雰囲気中で400$$^{circ}$$C、1時間の熱処理の順で行った。得られたPt/C触媒はPt蒸着膜と比較して、活性化支配電流が高かったことから、高い酸素還元活性を有することがわかった。Pt4f X線光電子分光スペクトルでは、ナノ粒子とGCの界面においてPt-C結合の形成が示唆され、これによるPt dバンドの電子状態変化が触媒活性向上の原因であると考えられる。

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