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Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.
High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10
被引用回数：10 パーセンタイル：49.69(Optics)This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 
m and a linear response with a dynamic range of at least 10
. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.
安田 良; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; 野島 健大; 林田 洋寿; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.268 - 272, 2011/09
被引用回数：7 パーセンタイル：48.91(Instruments & Instrumentation)中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子イメージインテンシファイアを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池中心部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留とともに低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止している。本稿では、こうした結果に加え、発電に伴う生成水の挙動と電圧変化との相関に関する考察したことについて述べる。
安田 良; 塩澤 方浩*; 片桐 政樹*; 竹中 信幸*; 酒井 卓郎; 林田 洋寿; 松林 政仁
電気化学および工業物理化学, 79(8), p.614 - 619, 2011/08
被引用回数：1 パーセンタイル：2.43(Electrochemistry)Neutron radiography is a useful tool for visualization of water distribution in fuel cells. In this study, we prepared a high spatial resolution neutron imaging system and small-sized fuel cell, and observed the through-plane water distribution in the fuel cell after operation. Fuel cell operations were carried out while varying the gas flow rate in the constant current mode. In low flow rate conditions, voltage decreased as operation time increased, and dropped below 0.2 V at 7.5 min. In neutron images obtained after fuel cell operation, water distribution was observed around the membrane electrode assembly (MEA) at the beginning of the operation and expanded over time to the gas diffusion layer (GDL) and channel on the cathode side. In higher flow rate conditions, fuel cell operation was more stable than in the low flow rate conditions. Neutron imaging results suggest that stable fuel cell operation is attributable to water discharge due to expulsion by the gas flow.
林田 洋寿; 安田 良; 本田 充紀; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*
no journal, ,
燃料電池開発において、フラッディング時の生成水の挙動を解明することは重要なテーマの一つである。また、実際の燃料電池の発電では、燃料電池内部が加圧条件下で発電されることがあり、加圧下でのフラッディングにおける生成水の挙動解明も重要視されている。これらのニーズに対してわれわれは中性子ラジオグラフィによる燃料電池内部の可視化を試みた。本実験に際して、燃料電池発電に必要なガス供給システムを、JRR-3M 7RポートThermal Neutron Radiography Facilityに導入した。本供給システムでは背圧により200kPa(絶対圧)を上限として加圧発電が可能である。実験では、100kPa及び200kPaの2条件において、フラッディング現象時の生成水の可視化を行った。ガス流量は両条件ともに水素20cc/min.,空気30cc/min.であった。定電流0.3A(電流密度0.15A/cm
)の負荷開始後、背圧100kPaでは3分,6分,10分(フラッディング)、200kPaでは3分,7分(フラッディング)の経過時刻においてラジオグラフィ撮影を行った。測定の結果、カソード側流路及び、高分子膜表面に水が生成される様子が観測された。また、両圧力条件下において生成水発生の傾向には特徴的な差異はなく、圧力による影響はみられなかった。
安田 良; 林田 洋寿; 酒井 卓郎; 本田 充紀; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*
no journal, ,
中性子ラジオグラフィは、比較的実機に近い燃料電池内部の水分布を可視化する手法として有望視されているが、拡散層やMEA内部の微小領域における水分挙動把握のためには、より高い空間分解能が要求されている。中性子ラジオグラフィの高空間分解能化のために、コリメータ比を向上させるピンホールコリメータシステムを製作し、その特性評価を行った。その結果、コリメータ比の向上とともにぼけが小さくなり、解像度の良い画像が得られることを確認した。また、本機器を用いて発電状態下の燃料電池内部可視化試験も行い、画像上で流路や拡散層における水分布を確認することができた。
安田 良; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 林田 洋寿; 酒井 卓郎; 本田 充紀; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁
no journal, ,
中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子IIを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池内部のMEA・拡散層部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留と伴に低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止した。以上の結果から、急激な電圧降下は、水分による流路閉塞が原因と考えられることがわかった。
林田 洋寿; 安田 良; 本田 充紀; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*
no journal, ,
固体高分子型燃料電池開発において、フラッディング時における生成水挙動解明は重要なテーマの一つである。また、実際には加圧下でガス供給が行われることもあり、加圧下における生成水挙動解明も重要となる。このような背景の中、中性子は軽元素で構成される水に対して高いコントラストを持ち、かつ金属に対して高い透過性を持つため、中性子ラジオグラフィ法は上記ニーズに対して非常に有効な手段となり得る。そこでわれわれは中性子ラジオグラフィによって、フラッディング現象を直接可視化することを目的として実験を行った。実験に先立ち、燃料電池を発電するためのガス供給システムを、中性子ラジオグラフィ装置に導入した。本システムでは背圧によって電池内部の圧力制御を行う仕様となっている。実験時の背圧条件は、100kPaと200kPaの2条件とした。ガス流量は両条件ともに水素20cc/min.,空気30cc/min.であった。定電流0.3A(電流密度0.15A/cm
)の負荷開始後、背圧100kPaでは3分,6分,10分(フラッディング)、200kPaでは3分,7分(フラッディング)の経過時刻においてラジオグラフィ撮影を行った。本実験の結果、背圧100kPaと200kPaにおける生成水挙動の差異を観測するには至らなかったが、背圧をかけた状態で可視化実験を行うことができる環境を整えることができた。今後はさらなる高空間分解能化を図り、より明確にフラッディング時における生成水の挙動を観測したい。
安田 良; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 松林 政仁; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; et al.
no journal, ,
燃料電池は、水素と酸素との化学反応を直接電気エネルギーに変換するシステムで、副生成物が水であることから、次世代のクリーンエネルギー源として期待されている。しかし、生成物である水分挙動が電池性能に影響を及ぼすことから、その水の適切な管理・制御が必要とされ、発電中の水分挙動を把握・理解するための可視化ツールが強く望まれている。これまでわれわれは、電池内部の水分挙動を可視化するために、さまざまな中性子ラジオグラフィシステムを開発してきた。本稿では、近年開発されたボロンタイプの中性子イメージインテンシファイアをベースに構築したイメージングシステム、及びそれを用いて実施した燃料電池内部の水分布評価の結果を中心に報告する。
Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.
no journal, ,
The overview of main findings, which clearly demonstrated that the LiF crystal performs efficiently as imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers, generated by neutrons irradiation. It was shown that the obtained neutron images are almost free from granular noises, have spatial resolution of 5 micron, practically linear response with the dynamic range of at least 10 and two holes with less than 0.02 transmittance differences could be distinguished. We propose to use such detector in areas, where a high spatial resolution with a high image gradation resolution is needed.
