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加藤 正人; 町田 昌彦; 廣岡 瞬; 中道 晋哉; 生澤 佳久; 中村 博樹; 小林 恵太; 小澤 隆之; 前田 宏治; 佐々木 新治; et al.
Materials Science and Fuel Technologies of Uranium and Plutonium mixed Oxide, 171 Pages, 2022/10
プルトニウム燃料を使用した革新的で先進的な原子炉が各国で開発されている。新しい核燃料を開発するためには、照射試験が不可欠であり、核燃料の性能と安全性を実証する必要がある。照射試験を補完する技術として、照射挙動を正確にシミュレートする技術を開発できれば、核燃料の研究開発にかかるコスト,時間,労力を大幅に削減でき、核燃料の照射挙動をシミュレーションすることで、安全性と信頼性を大幅に向上させることができる。核燃料の性能を評価するためには、高温での燃料の物理的および化学的性質を知る必要がある。そして、照射中に発生するさまざまな現象を記述した行動モデルの開発が不可欠である。以前の研究開発では、モデル開発の多くの部分で、フィッティングパラメータを使用した経験的手法が使用されてきた。経験的手法では、データがない領域では非常に異なる結果が得られる可能性がある。したがって、この研究では、燃料の基本的な特性を組成と温度に外挿できる科学的記述モデルを構築し、モデルが適用される照射挙動分析コードの開発を行った。
Myagmarjav, O.; 岩月 仁; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 上地 優; 井岡 郁夫; 久保 真治; 野村 幹弘*; 八巻 徹也*; 澤田 真一*; et al.
International Journal of Hydrogen Energy, 44(35), p.19141 - 19152, 2019/07
被引用回数：16 パーセンタイル：48.9(Chemistry, Physical)Thermochemical hydrogen production has attracted considerable interest as a clean energy solution to address the challenges of climate change and environmental sustainability. The thermochemical water-splitting iodine-sulfur (IS) process uses heat from nuclear or solar power and thus is a promising next-generation thermochemical hydrogen production method that is independent of fossil fuels and can provide energy security. This paper presents the current state of research and development of the IS process based on membrane techniques using solar energy at a medium temperature of 600
C. Membrane design strategies have the most potential for making the IS process using solar energy highly efficient and economical and are illustrated here in detail. Three aspects of membrane design proposed herein for the IS process have led to a considerable improvement of the total thermal efficiency of the process: membrane reactors, membranes, and reaction catalysts. Experimental studies in the applications of these membrane design techniques to the Bunsen reaction, sulfuric acid decomposition, and hydrogen iodide decomposition are discussed.
若井 隆純; 町田 秀夫*; 吉田 伸司*; 柳原 星児*; 鈴木 良祐*; 松原 雅昭*; 江沼 康弘
Engineering Failure Analysis, 56, p.484 - 500, 2015/10
被引用回数：1 パーセンタイル：11.85(Engineering, Mechanical)This paper describes a failure analysis procedure used in leak before break assessment of large sodium pipes in Japan sodium cooled fast reactor made of modified 9Cr-1Mo steel. Since the steel has small thermal expansion rate and excellent high temperature strength, a simplified piping layout can be achieved. However, the fracture toughness of the steel is relatively smaller than that of the austenitic stainless steel used for many former FBR pipes. For this reason, a sophisticated LBB assessment is required for the pipes made of modified 9Cr-1Mo steel. Since the internal pressure of the pipes of JSFR is small, the thermal load caused by thermal expansion is predominant. Supposing a through wall crack in such piping system, the stiffness of the crack part will decrease with crack extension. The rational failure analysis procedure, evaluating the loading conditions at a crack part considering change of compliance of the piping system by a crack, was proposed. Using some experimental results, the validity of the analysis procedure was verified. Finally, the critical crack size was calculated for designed JSFR pipes. It was clarified that the proposed procedure was much effective to loosen LBB conditions for JSFR piping system.
綿貫 徹; 柏本 史郎*; 石政 勉*; 町田 晃彦; 山本 真*; 田中 幸範*; 水牧 仁一朗*; 河村 直己*; 渡辺 真仁*
Solid State Communications, 211, p.19 - 22, 2015/06
被引用回数：7 パーセンタイル：31.9(Physics, Condensed Matter)Au-Al-Yb中間価数準結晶の熱膨張をX線回折によって調べた結果、50K以下でゼロ膨張を示すことが明らかとなった。Au-Al-Tm準結晶との比較によって、中間価数状態であるYbの効果を抽出することができ、その結果、温度を下げるにつれてYbが2価に向かって価数が変化することによる負の熱膨張成分が、通常の格子系の正の熱膨張を打ち消していることが明らかとなった。
若井 隆純; 町田 秀夫*; 吉田 伸司*; Xu, Y.*; 月森 和之
Nuclear Engineering and Design, 269, p.88 - 96, 2014/04
被引用回数：12 パーセンタイル：67.21(Nuclear Science & Technology)This paper describes the Leak-Before-Break (LBB) assessment procedure applicable to Japan Sodium cooled Fast Reactor (JSFR) pipes made of modified 9Cr-1Mo steel. For the sodium pipes of JSFR, the continuous leak monitoring will be adopted as an alternative to a volumetric test of the weld joints under conditions that satisfy LBB. Firstly, a LBB assessment flowchart eliminating uncertainty resulted from small scale leakage, such as self plugging phenomenon and influence of crack surface roughness on leak rate, was proposed. Secondly, a rational unstable fracture assessment technique, taking the compliance changing with crack extension into account, was also proposed. Thirdly, a Crack Opening Displacement (COD) assessment technique was developed, because COD assessment method applicable to JSFR pipes - thin wall and small work hardening material - had not been proposed yet. In addition, fracture toughness tests were performed using compact tension (CT) specimens to obtain the fracture toughness, JIC, and the crack growth resistance (J-R) curve at elevated temperature. Finally, by using the flowchart, proposed techniques and collected data, LBB assessment for the primary sodium pipes of JSFR was conducted. As a result, LBB aspect was successfully demonstrated with sufficient margins.
and TbFe米田 安宏; 小原 真司*; 伊藤 真義*; 阿部 浩之; 竹内 光明*; 内田 裕久*; 松村 義人*
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(1), p.109 - 112, 2013/03
超磁歪材料であるSmFe及びTbFeの局所構造解析を高エネルギーX線を用いた2体相関分布関数法(atomic pair-distribution function: PDF)によって行った。SmFeやTbFeの磁歪特性はイオン照射によってコントロールすることができるが、そのメカニズムを明らかにすることができた。イオン照射はSmFe及びTbFeのFe-Feの相関に作用し、Fe-Feの相関を選択的に分断する。これによってFe-FeのネットワークからSm-Sm及びTb-Tbのネットワークへと結晶構造の担い手が変化する。これによって磁歪特性が制御できることを示した。
若井 隆純; 町田 秀夫*; 荒川 学*; 吉田 伸司*; 江沼 康弘
Journal of Pressure Vessel Technology, 135(1), p.011401_1 - 011401_9, 2013/02
被引用回数：2 パーセンタイル：13.74(Engineering, Mechanical)ナトリウム冷却高速炉(JSFR)の改良9Cr-1Mo鋼製薄肉大口径配管に対する破断前漏えい(LBB)評価に用いるき裂開口変位評価法を開発した。この方法では、き裂開口変位を、弾性域,小規模降伏域及び大規模降伏域に分けて計算する。この方法の妥当性検証を、周方向貫通き裂を有する改良9Cr-1Mo鋼薄肉管に対する高温における4点曲げ試験によって行った。その結果、LBB評価に適用可能な適切な評価方法を提案することができた。
traps in 6H-SiC studied with Laplace deep level transient spectroscopy小泉 淳*; Markevich, V. P.*; 岩本 直也; 佐々木 将*; 大島 武; 児島 一聡*; 木本 恒暢*; 内田 和男*; 野崎 眞次*; Hamilton, B.*; et al.
Applied Physics Letters, 102(3), p.032104_1 - 032104_4, 2013/01
被引用回数：11 パーセンタイル：43.99(Physics, Applied)Electrically active defects in 
-type 6H-SiC diodes were investigated using deep level transient spectroscopy (DLTS) and high-resolution Laplace DLTS. The commonly observed broadened DLTS peak which was previously ascribed to two traps referenced as has three components with activation energies for electron emission of 0.39, 0.43, and 0.44 eV. The defects associated with these emission signals have similar electronic structure, each possessing two energy levels with negative-
ordering in the upper half of the 6H-SiC gap. The defects are related to a carbon vacancy at three non-equivalent lattice sites in 6H-SiC.
若井 隆純; 町田 秀夫*; 吉田 伸司*
Proceedings of 2012 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2012) (DVD-ROM), 9 Pages, 2012/07
ナトリウム冷却高速炉(SFR)配管の破断前漏えい(LBB)評価のための限界き裂寸法の見積もりにおいて、き裂部の回転剛性を考慮することの有効性について研究した。改良9Cr-1Mo鋼製薄肉大口径SFR配管の限界き裂寸法評価法においては、変位制御型の熱膨張荷重が支配的であるので、き裂部の応力は剛性変化を考慮して見積もられるべきである。そこで、剛性変化を回転ばねでモデル化し、幾つかの配管モデルに対する評価を行って、効果を検討した。その結果、エルボが少ないケースでは、剛性変化を考慮することでき裂部の熱応力は有意に低減され、大きな限界き裂寸法を与えることがわかった。これにより、LBB成立の範囲がより広がることが期待できる。
岩本 直也*; 小泉 淳*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武; 児島 一聡*; 小池 俊平*; 内田 和男*; 野崎 眞次*
Materials Science Forum, 717-720, p.267 - 270, 2012/05
被引用回数：1 パーセンタイル：54.53(Materials Science, Multidisciplinary)炭化ケイ素(SiC)の耐放射線性に関する知見を得るため、電子線照射により6H-SiC p
nダイオード中に発生する欠陥が電荷収集効率に及ぼす影響をアルファ線誘起過渡スペクトロスコピーにより調べた。試料には室温で1MeV電子線を1
10
/cm
照射し、照射前後の電荷収集効率を
Amから放出される5.486MeVのアルファ線を用いて室温で評価した。その結果、初期には100%近かった電荷収集効率が電子線照射により84%まで低下することが判明した。この原因を調べるため、170
310Kの範囲でアルファ線誘起過渡スペクトロスコピー評価を行ったところ、X
及びX
と名付けられた欠陥中心が発生することが判明した。それぞれの活性化エネルギーを求めたところ、それぞれ、0.30及び0.47eVであった。今回、電荷収集効率を室温で測定していることから、室温近くにピークを持つXが、Xに比べてより電荷収集効率に悪影響を及ぼす欠陥であると推測できる。
n diode irradiated with high-energy electrons岩本 直也; 小泉 淳*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武; 児島 一聡*; 小池 俊平*; 内田 和男*; 野崎 眞次*
IEEE Transactions on Nuclear Science, 58(6), p.3328 - 3332, 2011/12
被引用回数：5 パーセンタイル：38.51(Engineering, Electrical & Electronic)電子線照射による6H-SiC(Silicon Carbide) pnダイオードの電荷収集量低下の原因を調べるため、電子線照射によりダイオード中に形成される欠陥について、単一アルファ粒子による電荷の過渡スペクトル分析(single-alpha-particle-induced charge transient spectroscopy: SAPICTS)と過渡容量分光法(deep level transient spectroscopy: DLTS)による評価を行った。SAPICTSによって検出された欠陥は、その活性化エネルギーとアニール特性から、DLTSで検出される電子トラップE
と同一の欠陥であることが示唆された。アニール処理を施した結果、当該欠陥が減少するとともに、ダイオードの電荷収集量が回復することが明らかとなった。以上のことから、SAPICTSにより検出された欠陥は電荷収集量の低下に最も寄与する欠陥であると結論できた。
若井 隆純; 町田 秀夫*; 吉田 伸司*; Xu, Y.*; 月森 和之
Transactions of the 21st International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-21) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/11
This paper describes LBB assessment procedure applicable to JSFR pipes made of modified 9Cr-1Mo steel. Firstly, a LBB assessment flowchart was proposed. Secondly, a rational unstable fracture assessment technique, taking the compliance changing with crack extension into account, was also proposed. Thirdly, a COD assessment technique was developed, because COD assessment method applicable to JSFR pipes - thin wall and small work hardening material - had not been proposed yet. In addition, fracture toughness tests were performed using CT specimens to obtain the fracture toughness and the crack growth resistance curve at elevated temperature. Finally, by using the flowchart, proposed techniques and collected data, LBB assessment for the primary sodium pipes of JSFR was conducted. As a result, LBB aspect was successfully demonstrated with sufficient margins.
若井 隆純; 町田 秀夫*; 吉田 伸司*; 川島 芙美子*; 菊地 浩一*; Xu, Y.*; 月森 和之
Proceedings of 2011 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2011) (CD-ROM), 10 Pages, 2011/07
き裂開口変位評価法の改良と改良9Cr-1Mo鋼製薄肉管の高温4点曲げ破壊試験結果による妥当性検証について述べる。溶接継手を有しない管のき裂開口変位評価結果は、実験結果とよく一致したが、き裂が溶接金属又は溶接熱影響部にある場合には、き裂開口変位は過大評価された。この結果を踏まえ、LBB評価に適用する合理的な漏えい評価法が提案された。
若井 隆純; 町田 秀夫*; 吉田 伸司*; 時吉 巧*; 菊地 浩一*; Xu, Y.*; 月森 和之
Proceedings of 2011 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2011) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/07
仮想的初期き裂が成長して管厚を貫通するときの長さを見積もるマスターカーブを提案する。改良9Cr-1Mo鋼の疲労き裂及びクリープき裂進展特性を明らかにするため、CT試験片を用いた高温き裂進展試験を実施した。これらの実験データとき裂進展解析結果に基づき、貫通時き裂長さと膜・曲げ応力比の関係を示す、いわゆるマスターカーブを提案した。ここでは、半径と板厚の比に依存する改良9Cr-1Mo鋼管のマスターカーブを提案した。
岩本 直也; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武; 児島 一聡*; 小泉 淳*; 内田 和男*; 野崎 眞次*
IEEE Transactions on Nuclear Science, 58(1), p.305 - 313, 2011/02
被引用回数：10 パーセンタイル：60.68(Engineering, Electrical & Electronic)高エネルギー粒子検出器用の6H-SiC pnダイオードの電荷収集メカニズムを明らかにするため、アルファ線に対する電荷収集量の逆バイアス電圧依存性を測定した。測定結果を従来の電荷収集モデルを用いて解析した結果、低バイアス領域において実験結果を説明できないことが明らかになった。一方、半導体デバイスシミュレータを用いて解析した結果、すべてのバイアス領域において実験結果を再現することができた。シミュレーション結果より、アルファ線によって生成された高密度の電子及び正孔がドリフト及び拡散することにより、空乏層外に新たな電界が形成され、従来のモデルから予想される電荷量よりも過剰な電荷量が収集されることが明らかになった。
土田 崇*; 山縣 諒平; 清藤 一; 春山 保幸; 金子 広久; 樫村 伸司*
JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 22, 2011/01
高放射線環境では多くの電気設備は寿命が著しく短くなるなど、使用に際しては制約が多い。照明器具も例外ではなく、高放射線環境下では安定器の絶縁劣化による安定器の損傷・光源部の光束低下などにより、本来の機能を保てなくなる。そこで本課題では、放射線環境下で使用できるように独自の改良を加えた照明器具を、実際に放射線照射施設で運用した状況下で通電・点灯状態を継続することにより、それらの機能性・安全性を検証することを目的とする。
n diodes measured using alpha particles岩本 直也; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武; 児島 一聡*; 小泉 淳*; 内田 和男*; 野崎 眞次*
Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.222 - 225, 2010/10
Time-dependent collected charges of 6H-SiC (Silicon Carbide) pn diodes have been studied by using alpha particles. To investigate the impact of electron irradiation-induced defects on the time-dependent collected charges, temperatures of the samples were varied from 180 K to 310 K during the measurements. For electron-irradiated diode, the collected charges increase promptly and continue to increase slightly for tens of microseconds. The slight increases of charges are results of carrier detrapping by the electron irradiation-induced defects. It is also found that amount of detrapped charges depends on the temperatures. Two clear peaks at 205 K and 280 K are found for the electron-irradiated diode. These peaks are considered to be attributed to the defects which located at two different energy levels in the band gap.
若井 隆純; 町田 秀夫*; 吉田 伸司*; 江沼 康弘*; 浅山 泰
Proceedings of 2010 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2010) (CD-ROM), 10 Pages, 2010/07
For sodium pipes of Japanese Sodium cooled Fast Reactor (JSFR), the continuous leak monitoring will be adopted as an alternative of volume examination of welded joints under conditions of satisfying Leak-Before-Break (LBB). Modified 9Cr-1Mo steel with small thermal expansion and good tolerance to high temperature use is adopted to the sodium pipes, and the simplified pipe design will be achieved. While modified 9Cr-1Mo steel has good tolerance to high temperature use, its fracture toughness is low compared with the austenitic stainless steel used for many former FBR pipes. For this reason, a sophisticated LBB assessment is required for the pipes made of modified 9Cr-1Mo steel. This study was performed for expanding the conditions to satisfy LBB with a detailed evaluation of loading conditions used for a fracture assessment. The rational fracture assessment method, evaluating the loading conditions at a crack part considering change of compliance of the piping system by a crack, was proposed. The loading conditions at a crack part are evaluated by an FEM analysis in which the stiffness of a cracked pipe is modeled (1), and marginal crack size is estimated by the 2 parameter method (2). The stiffness of a crack part is evaluated using the marginal crack size and loading condition (3), and the stiffness of the crack part is reflected into the FEM analysis model (4). The detailed LBB evaluation is achieved by repeating from (1) to (4). It became clear that the conditions to satisfy LBB is remarkably expanded to adopt the proposed method compared with the case using the loading without considering change of compliance by a crack.
N diodes degraded by low-energy electron irradiation岩本 直也; 小野田 忍; 大島 武; 児島 一聡*; 小泉 淳*; 内田 和男*; 野崎 眞次*
Materials Science Forum, 645-648, p.921 - 924, 2010/00
耐放射線性炭化ケイ素(SiC)半導体デバイス開発の一環として、六方晶(6H)SiCエピタキシャル基板上に作製したpnダイオードの電荷収集効率(CCE)の電子線照射による低下を調べた。電子線のエネルギー範囲を100keVから1MeVとし、室温にて照射を行い、電子線照射前後のCCEをアルファ線を用いて調べた。その結果、100keV電子線照射では、CCEの低下は見られなかった。原子のはじき出しエネルギーの計算から、100keVではSiC中には空孔型欠陥は生成されないことが導出されるが、今回の実験結果はそれを支持する結果といえる。一方、200keV以上では、照射量の増加とともにCCEの低下が観測された。エネルギー依存性に注目すると、エネルギーが高い方が劣化が大きいことが判明したが、これは、今回のエネルギー領域ではエネルギーが高い程、結晶損傷が大きく欠陥の生成量が多くなるというはじき出し損傷のメカニズムで解釈できた。
鶴田 忠彦; 内田 雅大; 濱 克宏; 松井 裕哉; 竹内 真司; 天野 健治; 竹内 竜史; 三枝 博光; 松岡 稔幸; 水野 崇
Proceedings of 12th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM '09/DECOM '09) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/10
The Mizunami Underground Research Laboratory (MIU) Project, a comprehensive research project investigating the deep underground environment in crystalline rock, is being conducted by the Japan Atomic Energy Agency at Mizunami City, Central Japan. The MIU Project is being carried out in three overlapping phases: Surface-based Investigation (Phase I), Construction (Phase II), and Operation (Phase III), with a total duration of 20 years. Phase I was completed in March 2004, and Phase II investigations associated with the construction of the underground facilities are currently underway. Phase II investigation goals are to evaluate the geological, hydrogeological, hydrogeochemical and rock mechanical models developed in Phase I and to assess changes in the deep geological environment caused by the construction of underground facilities. Geological mapping, borehole investigations for geological, hydrogeological, hydrochemical and rock mechanical studies are being carried out in shafts and research galleries in order to evaluate the models. Long-term monitoring of changes in groundwater chemistry and pressure associated with the construction of the underground facilities continue around the MIU site, using existing boreholes and monitoring systems. This paper summarizes the current statues of the MIU Project on results of the Phase II investigations to date.
