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柴田 基樹*; 中西 洋平*; 阿部 淳*; 有馬 寛*; 岩瀬 裕希*; 柴山 充弘*; 元川 竜平; 熊田 高之; 高田 慎一; 山本 勝宏*; et al.
Polymer Journal, 55(11), p.1165 - 1170, 2023/11
被引用回数：1 パーセンタイル：51.7(Polymer Science)Marine ecosystem degradation due to micro plastics is a significant environmental problem, as acknowledged by Sustainable Development Goal 14. Decomposition of plastics using near critical or supercritical water is one of the promising methods to reduce micro plastics. To attain the optimization of the method for improving environmental friendliness, it is necessary to clarify the structural change of materials during the process. We, thus, investigated the decomposition processes of polystyrene particles dispersed in deuterated water (D
O) during heating under near critical or supercritical conditions by using in situ small-angle neutron scattering. Under subcritical conditions, the PS particles were swollen by DO due to increased compatibility with temperature. Near the critical point in subcritical conditions, the cleavage of PS chains in the particles occurred, so that the swollen ratio was much enhanced though the PS particles kept their shapes. In a supercritical condition, the PS particles were degraded into oil including oligomers or monomers and the phase-separated structures with styrene-rich and DO-rich regions.
beam at J-PARC RCSSaha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.59 - 63, 2023/11
To overcome the issues and practical limitations associated with the stripper foil used for the charge-exchange injection (CEI) of H beam for high-intensity proton accelerators, we are studying a foil-less H CEI by using only lasers at J-PARC RCS. To establish our principle, we are preparing for a POP (proof-of-principle) demonstration of 400 MeV H stripping to proton by using lasers. We will use both IR and UV lasers in the process of H stripping to protons. A prototype YAG laser system has been developed through experimental studies of 3 MeV H neutralization. We have also developed a multi-reflection laser cavity system to sufficiently reduce the seed laser energy. We have succeeded for 32 reflections to gain on the laser energy up to 16 to obtain a neutralization fraction of 25%. To realize a perfect benefit of the cavity, we also recently developed higher efficient vacuum windows by which we can achieve the laser energy gain to almost 32, proportional to the number of reflections. As a result, the average power of the seed laser can be reduced to 1/32, which is more useful for the UV laser. The laser setup at the 400 MeV beam line is in progress to start POP experimental studies in 2024.
laser stripping at J-PARC RCSSaha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.272 - 276, 2023/01
To eliminate the issues and practical limitations associated with a stripper foil used in a proton accelerator for the charge-exchange injection of H beam, we are preparing for a POP (proof-of-principle) demonstration of foil-less H charge-exchange injection by using only lasers at J-PARC. A prototype YAG laser system has been developed and keep continuing its upgrade through experimental studies of 3 MeV H neutralization. To sufficiently reduce the seed laser energy, we have also developed a multi-reflection laser cavity system, which has as many as 32 reflections overlapped at the interaction point of the ion beam. In 2022, we have obtained nearly 20% flat neutralization for over 40 
s of the ion beam. In addition, the spot neutralization (estimated from the fraction overlap with the ion beam due to a tiny laser spot) was obtained to be nearly 100%. This implies the significant merit of the cavity to reduce the seed laser power. The POP demonstration of 400 MeV H stripping will be started in 2023.
下北 啓輔*; 山本 勝宏*; 宮田 登*; 有馬 寛*; 中西 洋平*; 竹中 幹人*; 柴田 基樹*; 山田 悟史*; 瀬戸 秀樹*; 青木 裕之; et al.
Langmuir, 38(41), p.12457 - 12465, 2022/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Chemistry, Multidisciplinary)We measured the neutron reflectivity (NR) of isotactic polypropylene (PP) thin films deposited on Si substrates modified by hexamethyldisilazane (HMDS) at the saturated vapor pressure of deuterated water at 25
C and 60C/85% RH to investigate the effect of HMDS on the interfacial water accumulation in PP-based polymer/inorganic filler nanocomposites and metal/resin bonding materials. We found that the amount of water accumulated at the PP/Si interface decreased with increasing immersion time of the Si substrate in a solution of HMDS in hexane prior to PP film deposition. During the immersion of the Si substrate, the HMDS molecules were deposited on the Si substrate as a monolayer without aggregation. Furthermore, the coverage of the HMDS monolayer on the Si substrate increased with increasing immersion time. At 60C and 85% RH, only a slight amount of interfacial water was detected after HMDS treatment for 1200 min. As a result, the maximum concentration of interfacial water was reduced to 0.1 from 0.3, where the latter corresponds to the PP film deposited on the untreated substrate.
Saha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.656 - 660, 2021/10
We have significant progress on the preparation of POP (proof-of-principle) demonstration of 400 MeV H stripping to proton by using only lasers at J-PARC RCS. The motivation of this research is to establish H charge-exchange injection by using lasers instead of a stripper foil conventionally used at present. A short foil lifetime and residual radiation caused by the foil scattering beam loss are extremely serious issues, especially at high-intensity operation. The R&D of the laser system is in good progress through experimental studies for 3 MeV H beam at present. We developed a multi-reflection laser cavity system to reduce the seed laser power, which was also successfully tested for 3 MeV H beam neutralization in July, 2021. Further development of the whole laser system is continued to start the POP demonstration study in 2022.
原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 17th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.441 - 445, 2020/09
大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、周回する陽子ビームが膜への衝突を繰り返すため、膜の短寿命化や膜での散乱によるビーム損失が大強度ゆえに課題となっている。そのため、さらなる大強度出力を目指すには、炭素膜を用いた衝突型の荷電変換入射に代わる非衝突型の新たな入射手法が必要となる。本研究では、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに提案し、J-PARCにおける原理実証実験を計画しており、その実験に向けたレーザーシステム開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、レーザーシステムの開発状況を報告する。
laser stripping at J-PARCSaha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 17th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.436 - 440, 2020/09
A proof-of-principle (POP) demonstration of 400 MeV H stripping to proton by using only laser is under preparation at J-PARC. We aim to establish a non-destructive H charge-exchange injection by using lasers instead of stripper foil used for that purpose. A short foil lifetime, unexpected failure and also high residual radiation due to foil scattering beam losses are serious issues for high-intensity operation. In our three steps method, the H is first neutralized to H
by using an YAG laser, the H is excited to the upper states (H
) by using a UV laser, and finally the H is stripped to proton by the YAG laser. The YAG laser system will be tested first for 3 MeV H neutralization at the end of 2020, while the UV laser is under development. The H beam manipulations to match with laser parameters are also being continued. The present experimental status for the POP demonstration of H laser stripping is presented.
中野 寛子; 広田 憲亮; 柴田 裕司; 武内 伴照; 土谷 邦彦
Mechanical Engineering Journal (Internet), 5(2), p.17-00594_1 - 17-00594_12, 2018/04
現在の軽水炉の計装システムは、原子炉運転と原子炉停止中の全ての状況を監視するために不可欠であるが、福島第一原子力発電所の重大事故のような状況では充分に機能しなかった。そのため、過酷事故時でも炉内の計測データを伝送可能な高温型MIケーブルを開発している。特に、過酷事故時の原子炉内は、窒素,酸素,水素,水蒸気のほかに核分裂生成物等が含まれた混合ガス雰囲気中に暴露されることから、シース材の早期破損が懸念される。本研究では、MIケーブル用シース材として選定したSUS316及びNCF600について、過酷事故を模擬した雰囲気(模擬大気,模擬大気/HO, I/CO/O/HO)中における高温酸化特性を調べた。その結果、模擬大気中または模擬大気/HO環境下におけるSUS316及びNCF600の両試料表面に均一な酸化皮膜が形成されるとともに、酸化速度を評価し、破断時間の予想が可能となった。一方、Iが含まれている雰囲気では、試料表面の均一な酸化皮膜の形成だけでなく、局部腐食を引き起こす複雑な腐食挙動を示すことが分かった。
江口 祥平; 柴田 裕司; 今泉 友見; 永田 寛; 谷本 政隆; 楠 剛
JAEA-Review 2017-032, 26 Pages, 2018/02
JAEA-Review-2017-032.pdf:2.44MB
照射試験炉センターでは、発電用原子炉の導入を検討しているアジア諸国をはじめとした海外の原子力人材育成及び将来の照射利用拡大、並びに国内の原子力人材の育成及び確保を目的とし、国内外の若手研究者・技術者を対象に、JMTR等の研究基盤施設を活用した実践型の実務研修を実施している。本年度の研修は、科学技術振興機構の日本・アジア青少年サイエンス交流事業「さくらサイエンスプラン」に採択され、アジア地域の6か国から10名の若手研究者・技術者が参加し、2017年7月24日から8月4日までの期間で実施した。今回の研修では、原子力エネルギー、照射試験、原子炉の核特性、原子炉施設の安全管理等に関する講義を行うとともに、シミュレータを用いた運転等の実習やJMTR等の施設見学を行った。本報告書は、2017年度に実施した研修についてまとめたものである。
柴田 裕司; 中野 寛子; 鈴木 善貴; 大塚 紀彰; 西方 香緒里; 武内 伴照; 広田 憲亮; 土谷 邦彦
JAEA-Testing 2017-002, 138 Pages, 2017/12
JAEA-Testing-2017-002.pdf:9.3MB
JMTRの改修・再稼動後の利用性向上の一環として、照射試験開発棟において、炉外試験に使用する実験装置の整備を行った。当初、照射試験開発棟の設備整備にあたっては、照射キャプセルの組立て、照射前試料の材料試験や材料検査・分析などが行える装置の整備を行い、試験データの蓄積を進めていた。一方、東日本大震災以降、地震の影響による既存試験装置の改修や耐震対応を行った。さらに、経済産業省の資源エネルギー庁が進める原子力分野における基礎基盤研究の充実を図るため、軽水炉安全対策高度化に係る研究開発やつくば特区に係る
Mo/
Tc製造技術開発を実施するための試験設備の整備を進めた。本報告書は、照射試験開発棟において平成23年度から平成28年度にかけて、基礎基盤整技術開発のために新たに整備した試験装置等について、装置の概要やその操作方法、並びに照射試験開発棟で安全に炉外試験が実施できるよう基本的な管理要領についてまとめたものである。
柴田 裕樹; 徳島 二之; 坂本 寛*; 倉田 正輝
Proceedings of Annual Topical Meeting on LWR Fuels with Enhanced Safety and Performance (TopFuel 2016) (USB Flash Drive), p.1033 - 1042, 2016/09
制御棒ブレード崩落過程の理解のため、模擬制御棒ブレード試験体を用いて、温度勾配、温度上昇条件におけるアルゴンまたは水蒸気雰囲気下での制御棒ブレード崩落試験を実施した。水蒸気流量が燃料棒1本あたり0.0125g/sの場合、制御棒ブレードとチャンネルボックス、燃料棒被覆管は共に破損、溶融し、特にそれは試験体上部で顕著であり、この結果はアルゴン雰囲気での試験結果とほぼ同じであった。一方、水蒸気流量が燃料棒1本あたり0.0417g/sの場合は、上記の場合と異なっており、制御棒ブレードのみが先に破損、溶融していき、試験体下部の方でステンレス/炭化ホウ素-溶融物とジルカロイの共晶反応が起きていた。これらの結果から、ジルカロイに形成される酸化膜の厚さが大きく影響すると考えられる制御棒ブレードの崩落に関して、燃料棒1本あたりの水蒸気流量0.0125と0.0417g/sの間に制御棒ブレードの崩落挙動のしきい値が存在する可能性が示唆された。
中野 寛子; 柴田 裕司; 武内 伴照; 松井 義典; 土谷 邦彦
Proceedings of International Conference on Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2016 (APCFS 2016) (USB Flash Drive), p.283 - 284, 2016/09
過酷事故時でも炉内の計測データを伝送可能な金属被覆無機絶縁ケーブル(MIケーブル)を開発している。本研究では、過酷事故時の環境を模擬したMIケーブル用シース材の耐食性を調べるため、選定したオーステナイト系ステンレス鋼SUS316及びニッケル基合金NCF600について、過酷事故環境を模擬した大気雰囲気(O雰囲気)、大気と水蒸気雰囲気(O/HO雰囲気)もしくは大気とヨウ素雰囲気(O/I雰囲気)中における耐食性を調べた。その結果、1000Cの条件では、NCF600よりSUS316の方が腐食速度は大きいこと、また、HOの添加によりO雰囲気より腐食速度が大きいことがわかった。一方、O/I雰囲気では、NCF600よりもSUS316の方が腐食速度が大きく、ヨウ素の影響によって腐食が促進されることを確認した。これにより、NCF600の方が想定される過酷環境における耐食性が高いことが示唆された。
三浦 邦明*; 柴田 裕司; 鬼澤 達也*; 中野 寛子; 武野 尚文*; 武内 伴照; 土谷 邦彦
日本保全学会第13回学術講演会要旨集, p.387 - 390, 2016/07
過酷事故時においても原子炉の状態を監視するための軽水炉安全対策高度化の一環として、高い耐熱性と耐放射線性を有する高温型MIケーブルの開発を行っている。このMIケーブルの開発に際しては、金属シース材としてSUS316及びNCF600、絶縁材には高純度のAlO
及びMgOを選定し、K型熱電対型及び電流-電圧線型MIケーブルを開発した。開発した高温型MIケーブルに対し、金属シース材について、過酷事故時を想定した環境における酸化特性や被毒性を調べ耐久性を評価した。また、高温加熱試験を行い、その電気的特性(絶縁特性、導通特性など)を評価した。これらの結果、過酷環境においても使用可能なMIケーブルの見通しを得た。
中野 寛子; 上原 聡明; 武内 伴照; 柴田 裕司; 中村 仁一; 松井 義典; 土谷 邦彦
JAEA-Technology 2015-049, 61 Pages, 2016/03
JAEA-Technology-2015-049.pdf:14.7MB
日本原子力研究開発機構では、原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視するため、過酷環境下でも高解像度で監視できる耐放射線性カメラ、炉内の情報を伝送するための無線伝送システムならびに計測線等の高度化に向けた要素技術の基盤整備を進めている。計測線の高度化開発の一環として、高温型MIケーブルの信頼性およびそれらを構成するシース材料の特性を調べるため、PWR及びBWR条件の炉内環境を模擬できる炉外高温高圧水ループ試験装置を整備した。本装置は、圧力容器(オートクレーブ)、水質調整タンク、送水ポンプ、高圧定量ポンプ、予熱器、熱交換器および純水精製装置などから構成されている。本報告書は、炉外高温高圧水ループ試験装置の製作にあたって構成する機器の基本設計及び当該装置を用いた性能試験結果についてまとめたものである。
Mo/Tc溶液の品質検査用分析装置の性能試験,1鈴木 祐未*; 中野 寛子; 鈴木 善貴; 石田 卓也; 柴田 晃; 加藤 佳明; 川又 一夫; 土谷 邦彦
JAEA-Technology 2015-031, 58 Pages, 2015/11
JAEA-Technology-2015-031.pdf:14.57MB
テクネチウム99m(Tc)は、核医学分野で一般的に使用される放射性同位元素である。日本原子力研究開発機構では、材料試験炉(Japan Material Testing Reactor: JMTR)を用いた放射化法((n,
)法)によるモリブデン-99(Mo)製造に関する開発研究が行われている。一方、2013年10月に「核医学検査薬(テクネチウム製剤)の国産化」として新規プロジェクトがつくば国際戦略総合特区に採択され、JMTRを用いたMo/Tc国産化のための実証試験が計画されている。このため、本プロジェクトの一環として、2014年に新しい設備や分析装置をJMTRホットラボ施設内に整備した。本プロジェクトにおける分析装置整備の一環として、Mo/Tc溶液及びその溶液から抽出されるTc溶液等の品質検査のために-TLCアナライザー及びHPLC用放射線検出器が導入された。これらの分析装置は、Mo/Tcの代替核種として
Cs, 
Euを用いて検出感度, 分解能, 直線性, エネルギー範囲の選択性などの性能確認試験を行った。この結果、これらの分析装置を用いることにより、溶液の品質検査の見通しを得た。本報告書は、それらの性能確認試験結果をまとめたものである。
C and 304L-type stainless steel materials used in BWRs in Japan柴田 裕樹; 坂本 寛*; 大内 敦*; 倉田 正輝
Journal of Nuclear Science and Technology, 52(10), p.1313 - 1317, 2015/10
被引用回数：16 パーセンタイル：79.46(Nuclear Science & Technology)炭化ホウ素/ステンレス鋼の系は熱力学的に不安定なことはよく知られており、これらの材料間においておよそ1273Kを超えた温度で化学的相互作用が起こるであろうということを示している。この化学的相互作用は、シビアアクシデントの初期段階において中性子吸収棒の融解そしてそれに続くこれら材料の再配置へと繋がっていく。そしてその際に生成した溶解生成物は制御棒ブレードやジルカロイチャンネルボックスや燃料棒といった周辺の原子力材料と相互作用していき、燃料集合体の崩落へと繋がっていくことが予期される。BCとステンレス鋼との化学的相互作用に関する既往の研究では、粉末またはペレット状のBCが使用されている。しかし日本のBWRの中性子吸収棒には粒状のBCが採用されている。そこで本研究では、日本のBWRで採用されている材料、すなわち粒状のBCとステンレス鋼を用いた試験を実施し、粒状BCとステンレス鋼間の化学的相互作用の反応速度はペレットまたは粉末状BCとステンレス鋼間とは明らかに異なっていることが判明した。
徳島 二之; 柴田 裕樹; 倉田 正輝; 澤田 明彦*; 坂本 寛*
Annual Topical Meeting on Reactor Fuel Performance (TopFuel 2015), Conference Proceedings, Poster (Internet), p.478 - 485, 2015/00
ジルカロイとその他の燃料構成部材との間の液相化反応への酸化膜の抑制効果を調査するために、2種類の試験を実施した。試験の結果、典型的な事故条件下で形成すると推測される酸化膜よりも薄い厚さであるわずか30マイクロメートルの酸化膜においても、ステンレスの融点以下の温度においては、顕著な液相化反応への抑制効果を持つことが確認された。また、酸化膜はガスの流れが制限される部材間の狭い領域においても形成することが確認され、上部端栓の上部タイプレートの内側の隙間においても液相化反応は抑制効果は十分に確認された。一方、軸方向の酸化膜において厚さの違いが確認された。酸化膜厚さの成長速度を詳細に評価する際には、水蒸気量を正しく見積もる必要があると考えられる。
武内 伴照; 大塚 紀彰; 柴田 裕司; 永田 寛; 遠藤 泰一; 松井 義典; 土谷 邦彦
KAERI/GP-418/2015, p.110 - 112, 2015/00
開発中の鉛エミッタ自己出力型線検出器(SPGD)及び白金40%ロジウム合金自己出力型中性子検出器(SPND)について、炉内照射試験に先立って線照射試験を行った。200
6000Gy/hの範囲における試験結果から、SPGDの出力電流はおよそ10%の誤差精度で線量率に比例することがわかった。一方、SPNDにおいては、出力電流は線量率に比例しなかった。また、出力電流は負の極性であり、その絶対値はSPGDよりも1桁程度低かった。こうした出力挙動の違いは、エミッタの形状や大きさの違い及びMIケーブル部から発生した電流成分の影響によるものであると考えられる。
倉田 正輝; 柴田 裕樹; 坂本 寛*; 藤 健彦*
Proceedings of 2014 Water Reactor Fuel Performance Meeting/ Top Fuel / LWR Fuel Performance Meeting (WRFPM 2014) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2014/09
沸騰水型軽水炉の過酷事故においては、事故初期に制御棒ブレードの破損溶融が発生すると予想されている。模擬試験と解析モデル開発が、原子力機構,日立GEニュークリア・エナジー,日本核燃料開発,新日鐵住金の協力により進められている。不活性雰囲気での予備試験により、制御棒ブレードとジルカロイチャンネルボックスの間で複雑な化学反応が発生し、結果として、形成物は2種類に分離することが示された。一つめの形成物は低融解温度でZrリッチであり、ろうそくが滴下するように高温部分から低温部分に急速に移行した。もうひとつはステンレス材やホウ素などがリッチであり、1673K以上の温度で、融解することなく、機械的に崩落した。この反応の際に大きな発熱を観測した。VOF-FLUENTにより、予備的な制御棒ブレード崩落解析モデルを開発した。
坂本 寛*; 柴田 裕樹; 宇根 勝巳*; 大内 敦*; 青見 雅樹*; 倉田 正輝
Proceedings of 2014 Water Reactor Fuel Performance Meeting/ Top Fuel / LWR Fuel Performance Meeting (WRFPM 2014) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2014/09
水素吸収・放出に対する燃料被覆管に形成されている酸化膜の影響を調べるために、1073-1473Kの温度範囲の高温水蒸気で腐食させた被覆管外周表面の水素濃度の深さ分布を調べた。その結果、被覆管表面に形成された酸化膜は酸化に対しては保護膜となるのに対し、水素に対してはもはや保護膜にはならないことが示唆された。
