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論文

環境因子を考慮した炭素鋼の大気腐食モデリングとシミュレーション

五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*

鉄と鋼, 107(12), p.998 - 1003, 2021/12

鋼の大気腐食に対する環境要因の影響を明らかにするために、相対湿度と降雨量を考慮した新たな大気腐食減量予測モデルを開発した。開発モデルを用いて、宮古島市,銚子市およびつくば市の年間大気腐食減量の計算シミュレーションを行った。計算シミュレーションによる腐食減量は各地点における実測値と良い一致を示した。各地点での腐食重量減量は、飛来海塩量,相対湿度、および降雨の影響を大きく受けることが分かった。

論文

気象データと飛来海塩を考慮した大気腐食計算モデルの開発

五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*

防錆管理, 65(10), p.365 - 370, 2021/10

大気腐食に関連する重要な環境因子である飛来海塩量,気温,相対湿度,降雨を考慮した新たな解析モデルを開発した。大気腐食減量についてシミュレーション予測値と実測データを比較することで開発モデルの妥当性を検証した。また軒下曝露条件および屋外曝露条件における大気腐食減量についてシミュレーション予測値と実測データと比較した結果、降雨による表面洗浄効果によって大気腐食減量が強く抑制されることを確認した。

論文

Three-dimensional computational modeling and simulation of intergranular corrosion propagation of stainless steel

五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 本岡 隆文*; 上野 文義; 山本 正弘

Corrosion Science and Technology, 20(3), p.105 - 111, 2021/06

セルオートマトン法を用いてステンレス鋼の粒界腐食現象を模擬する3次元計算モデルを構築した。計算モデルでは、バルク,結晶粒界(GB)、および溶液セルの3種類のセルで構成される。開発モデルを用いて、腐食時の表面粗さとGBの溶解速度の分散との関係を検証した。解析により、GBの溶解速度分布を採用したモデルによって計算された表面粗さが、GBの溶解速度一定とした場合よりも大きいことを明らかにした。解析によって得られた断面は、腐食試験によって得られた断面をよく再現していた。これらの結果は、腐食中の表面粗さが腐食速度の分布に関係していることを示している。

論文

Study on the free corrosion potential at an interface between an Al electrode and an acidic aqueous NaCl solution through density functional theory combined with the reference interaction site model

狩野 恒一*; 萩原 聡*; 五十嵐 誉廣; 大谷 実*

Electrochimica Acta, 377, p.138121_1 - 138121_10, 2021/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:95.79(Electrochemistry)

参照相互作用サイトモデル+密度汎関数理論(ESM-RISM-DFT)を用いて、酸性条件下でのAl電極/NaCl水溶液界面での腐食電位の解析を行った。カソードおよびアノード反応の電極電位を電子化学ポテンシャルを変数とするグランドポテンシャルから取得し、ターフェル外挿法を使用して腐食電位を取得した。腐食電位の結果は、実験データと一致した。溶液のpHを制御することにより得られた腐食電位のpH依存性は、実験結果とよく一致した。ESM-RISM-DFTによって酸性溶液の環境への影響が適切に表現され、腐食電位が正確に決定された。ESM-RISM-DFTを用いることで、さまざまな反応の腐食電位が計算できることが示唆される。

論文

Hydrogen absorption mechanism into iron in aqueous solution including metal cations by laser ablation tests and first-principles calculations

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

水溶液中の金属カチオン(Zn$$^{2+}$$, Mg$$^{2+}$$, 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$$^{2+}$$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。

論文

Mass transfer inside narrow crevice of SUS316L in high temperature water

山本 正弘; 相馬 康孝; 五十嵐 誉廣; 上野 文義

Proceedings of Annual Congress of the European Federation of corrosion (EUROCORR 2018) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2018/09

SUS316L材のBWR環境中でのSCC挙動解明のために、種々のすきま幅を持った資料の高温水中での物質移動係数を評価した。試料は5$$mu$$mから100$$mu$$mのすきま幅を持つSUS316L材を用い、8ppmの溶存酸素条件で試験した。試験後表面は、レーザーラマン分析法で評価し、電気化学反応と英道拡散を練成させたコムソルマルチフジックスソフトによる計算機シミュレーションも併せて実施した。すきま内の導電率は外部の100倍以上高く、その理由はすきま内で酸素が枯渇した環境でのFe$$^{2+}$$の存在であることを明らかにした。

論文

Effects of environmental factors inside the crevice on corrosion of stainless steel in high temperature water

山本 正弘; 佐藤 智徳; 五十嵐 誉廣; 上野 文義; 相馬 康孝

Proceedings of European Corrosion Congress 2017 (EUROCORR 2017) and 20th ICC & Process Safety Congress 2017 (USB Flash Drive), 6 Pages, 2018/09

溶存酸素を含む高温高圧水中においてSUS316L鋼にすき間を付与した際に腐食形態が外部と大きく異なっていることを明らかにしてきた。既にすきま部のギャップや外部からの奥行に従って生成する腐食生成物が異なっていることを示した。このことは、すきまの形状に伴って環境が大きく異なっていることを示唆している。今回は、これらの結果を整理するとともに、FEM計算によりすきま部での環境因子を予測し、腐食生成物との関係を検討した結果を報告する。

論文

Analysis of two forms of radioactive particles emitted during the early stages of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station accident

佐藤 志彦; 末木 啓介*; 笹 公和*; 吉川 英樹; 中間 茂雄; 箕輪 はるか*; 阿部 善也*; 中井 泉*; 小野 貴大*; 足立 光司*; et al.

Geochemical Journal, 52(2), p.137 - 143, 2018/00

 被引用回数:44 パーセンタイル:98.16(Geochemistry & Geophysics)

Two types of radioactive particles have been isolated from environmental samples collected at various distances from the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station. "Type A" particles are 2-10 $$mu$$m in diameter and display characteristic Cs X-ray emissions when analysed by energy-dispersive X-ray spectrometry (EDS). "Type B" particles are considerably larger, up to 400 $$mu$$m in diameter, with Cs concentrations too low to be detectable by EDS. These larger particles were isolated from the region to the north of the nuclear reactor site, which was contaminated on March 12, 2011. The specific activity of Type B particles is much lower than Type A, and the mean $$^{134}$$Cs$$/^{137}$$Cs ratios are $$sim$$0.93 and 1.04, respectively. The Type B ratio indicates power station Unit 1 as the source, implying that these larger radioactive particles were discharged on March 12. This study found that different type of radioactive particle was released not only on March 15 but also on March 12.

論文

福島第一原子力発電所事故により1号機から放出された放射性粒子の放射光マイクロビームX線分析を用いる化学性状の解明

小野 貴大*; 飯澤 勇信*; 阿部 善也*; 中井 泉*; 寺田 靖子*; 佐藤 志彦; 末木 啓介*; 足立 光司*; 五十嵐 康人*

分析化学, 66(4), p.251 - 261, 2017/04

 被引用回数:26 パーセンタイル:84.26(Chemistry, Analytical)

2011年3月の福島第一原子力発電所事故により、1号機由来の放射性物質が飛来したと考えられる原子力発電所北西地域の土壌から、強放射性の粒子を7点分離した。分離された粒子は100um前後の大きさで歪な形状のものが多く、2号機から放出されたとされる直径数umの球形粒子(Csボール)とは明らかに異なる物理性状を有していた。これらの粒子に対して、大型放射光施設SPring-8において放射光マイクロビームX線を用いた蛍光X線分析、X線吸収端近傍構造分析、X線回折分析を非破壊で適用し、詳細な化学性状を解明した。1号機由来の粒子はCsボールに比べて含有する重金属の種類に富み、特にSrやBaといった還元雰囲気で揮発性が高くなる元素が特徴的に検出され、粒子内で明確な元素の不均一性が見られた。粒子本体はCsボールと同様にケイ酸塩ガラスであったが、Feなど一部の金属元素が濃集した数um程度の結晶性物質を含有していた。これらの粒子は3月12$$sim$$13日に大気中に放出されたものであると考えられ、核燃料と格納容器との熔融がかなり早い段階で進行していたことが示唆された。さらに放出源の推定において、放射性物質自体の化学組成情報が放射能比に代わる新たな指標となることが実証された。

論文

Effect of boiling of nitric acid solution on corrosion of Stainless steel-made concentrator in reduced pressure

上野 文義; 入澤 恵理子; 加藤 千明; 五十嵐 誉廣; 山本 正弘; 阿部 仁

Proceedings of European Corrosion Congress 2016 (EUROCORR 2016) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2016/09

本研究は、再処理施設における減圧式のステンレス鋼製濃縮缶の腐食に及ぼす沸騰硝酸の影響に着目した。腐食試験は、コールド模擬のために酸化性金属イオンとしてバナジウムを添加した硝酸溶液を用いて行った。減圧沸騰条件と常圧非沸騰条件で腐食試験を行い、腐食速度を比較した。その結果、同じ温度で溶液が沸騰した場合に非沸騰に比べて腐食速度が大きくなった。硝酸中でのバナジウムの酸化反応を調べた結果、沸騰中では硝酸によるバナジウムの4価から5価への酸化が進み、腐食が加速されることを明らかにした。

論文

Three dimensional computational modelling and simulation of intergranular corrosion propagation of stainless steel

五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 本岡 隆文; 上野 文義; 山本 正弘

Proceedings of 19th International Corrosion Congress (19th ICC) (CD-ROM), 7 Pages, 2014/11

ステンレス鋼の粒界腐食進展を模擬するための、セルオートマトン法を用いた3次元計算モデルの開発を行った。粒界腐食の表面粗さと粒界腐食速度分布の分散との間の関係について検証をするため、開発モデルを用いて均一の粒界腐食速度及び分布した粒界腐食速度を設定した粒界腐食シミュレーションを行い、表面粗さの比較を行った。その結果、分布した粒界腐食速度を設定した場合の腐食表面の粗さは均一の粒界腐食速度を設定した場合と比べて表面が粗くなることが明らかとなった。また、分布した粒界腐食速度を設定した場合の粒界腐食断面図から見られる表面粗さを腐食試験の断面写真と比較した結果、同様の傾向が見られることがわかった。これらの結果は、粒界腐食速度の分布は粒界腐食表面の粗さに影響を及ぼすことを示している。

論文

Study on the effect of phosphorous concentration on intergranular corrosion of stainless steel in boiling nitric acid solution

上野 文義; 小松 篤史; 五十嵐 誉廣; 山本 正弘

Proceedings of European Corrosion Congress 2014 (EUROCORR 2014) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/09

本報告では、沸騰硝酸中でのステンレス鋼の粒界腐食挙動を理解するため、粒界での微量のリン偏析が粒界腐食進展に及ぼす影響について検討した。超高純度310ステンレス合金(310EHP)にリンを添加し、硝酸中で腐食試験を行うとともに、粒界のリン濃度を3次元アトムプローブを用いて分析した。粒界のリンの分布と粒界腐食進展関係を調べるためにセルオートマトン法を用いた計算解析を行った。その結果、リンが約1.4at%程度に偏析することによって粒界腐食が顕著になることを明らかにした。また、開発した計算解析法により、リン分布の影響による粒界腐食の変化を再現できることを示した。

論文

セルオートマトン法を用いたステンレス鋼粒界腐食形態のシミュレーション

五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 本岡 隆文; 上野 文義; 加治 芳行; 山本 正弘

材料と環境, 63(7), p.431 - 437, 2014/07

ステンレス鋼の粒界腐食の要因となる不純物の存在と腐食進展傾向との関係を明確にするため、セルオートマトン法を用いた粒界腐食モデル開発とシミュレーションを行った。粒界での不均一なリン化合物の析出を考慮したシミュレーションの結果、現実に見られる腐食途中から形状が変化する粒界腐食形態は、粒界の一部でリン化合物が多く析出することによって形成される可能性が示唆された。

論文

Effects of thermal load and cooling condition on weld residual stress in a core shroud with numerical simulation

Li, Y.; 加治 芳行; 五十嵐 誉廣

Nuclear Engineering and Design, 242, p.100 - 107, 2012/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:58.08(Nuclear Science & Technology)

In this paper, we used a finite element method (FEM) to clarify the distribution of weld residual stress around the sixth horizontal weld (H6a) between the lower ring and the cylinder in the core shroud. The simulation results of axial stress were consistent with the experimental results at the inside and outside surfaces of the core shroud, respectively. The effects of thermal loads and cooling conditions were also investigated with the same model. We simulated the welding progress with water cooling on the inside and outside surfaces of the core shroud in order to study the influence of cooling conditions on the residual axial stress around the weld. The simulation results indicated that water cooling decreased the residual axial stress at the same side due to changing the temperature-affected fields. Moreover, with fixing the peak temperatures of weld passes, the simulation results of the distribution of residual axial stress by the thermal loads with different heating time were compared. The simulation results suggested that the heating time was expected to be longer and the heat flux to be smaller for reaching the small tension residual axial stress or even compression stress around the H6a weld.

論文

Fast calculation approach to semi-empirical molecular orbital method using real space division method

五十嵐 誉廣; 中沢 哲也; 鈴木 知史; 都留 智仁; 加治 芳行

Computational Materials Science, 50(12), p.3346 - 3349, 2011/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.08(Materials Science, Multidisciplinary)

10万原子を超える系の量子的な原子間結合力を得るための新たな手法を開発した。開発手法では、半経験分子軌道法と空間分割法を組み合わせることで、電子構造や原子間結合エネルギーなど、大規模原子系の量子的解析を可能としている。開発した手法を用いて、SiH$$_{4}$$分子とシリカ結晶について結合次数と結合エネルギーの解析を行った。解析の結果、開発した手法は第一原理計算と同等の精度を保ちつつ、非常に早い速度で解析可能であることを確認した。

論文

Density functional calculations for small iron clusters with substitutional phosphorus

中沢 哲也; 五十嵐 誉廣; 都留 智仁; 加治 芳行; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.1090 - 1093, 2011/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.8(Materials Science, Multidisciplinary)

鉄において粒界に偏析する不純物はその物理的・化学的特性を著しく変化させることが知られている。その不純物の一つであるPは熱や照射環境のもと粒界に偏析し、粒界割れを引き起こす。本研究では、粒界におけるPとFeの結合特性を理解するため、八面体構造を持つFeクラスターの結合エネルギーや電子構造への置換したPの影響を密度汎関数計算を用いて調べた。Feクラスターの結合エネルギーは置換したPの増加とともに増加している。この増加はFeからPへの電荷移動によるFe-P結合の強化による。一方、計算で得た結合次数はFe-Fe結合の弱体化を示している。照射によるPの偏析で生じる脆化は弱体化したFe-Fe結合と関係していると考えられる。

論文

Density functional investigation of Fe$$_{n}$$ clusters (n $$leq$$ 6) with Cr substitutions; UB3LYP/LanL2DZ calculation

中沢 哲也; 五十嵐 誉廣; 都留 智仁; 加治 芳行

Computational Materials Science, 50(3), p.982 - 990, 2011/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:31.14(Materials Science, Multidisciplinary)

対称性のもとUB3LYP/LanL2DZレベルで構造最適化したFe$$_{n}$$, Cr$$_{n}$$, Fe$$_{n-x}$$Cr$$_{x}$$($$n$$=2-6, $$x$$=1-6)クラスターの構造変数,結合エネルギー及び電子構造等を求めた。Fe$$_{n}$$のこれらの特性へのCr置換効果を確認した。Fe$$_{n}$$の結合エネルギーは連続的なCr置換により徐々に減少した。ほとんどのFe-CrクラスターではFe-Fe及びFe-Cr結合に比べてCr-Cr結合の方が長く、Fe-Fe, Fe-Cr, Cr-Cr結合の順に結合長は長くなっている。Fe-CrクラスターにおけるCr-Cr結合のようなより長い結合長は原子間に働く磁気的フラストレーションによる強い反発によって生じている。これはCr置換に起因した電子構造の変化、特に結合への4sや3d電子の寄与の程度と関連している。

論文

Multiphysics modeling and simulation for stress corrosion cracking considering oxygen atom diffusion along grain boundary

五十嵐 誉廣; 青柳 吉輝; 加治 芳行

Proceedings of 18th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-18) (CD-ROM), 5 Pages, 2010/05

近年のミクロ観察技術の向上により、応力腐食割れのき裂先端のサイズが数ナノメートルであること、き裂開口部は酸化物で満たされていること、き裂先端よりも先に酸素原子が侵入していることが観察されている。また、電子後方散乱回折パターン解析により、き裂先端及びき裂周囲に$$10sim20%$$の塑性ひずみがあることが報告されており、応力腐食割れの進展機構には、粒界に沿った酸素原子の存在、そして粒界近傍の塑性ひずみが関係していると考えられる。以上の背景から、本研究では、粒界中の酸素拡散を考慮したマルチフィジックスモデルを構築し、モデルの初期検討として多結晶ニッケルに関する粒界に沿った酸素原子の拡散と結晶塑性を考慮した2次元のき裂進展シミュレーションを行った。その結果、粒界に沿った酸素凝集に起因するき裂の生成,進展,停止,新たなき裂の生成を繰返すことによって巨視的にき裂が進展する応力腐食割れ特有の分岐き裂を伴う進展過程を再現することができた。

論文

Study of weld residual stress field in the girth seam H6a of core shroud of boiling water reactor

Li, Y.; 加治 芳行; 五十嵐 誉廣

Proceedings of 18th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-18) (CD-ROM), 6 Pages, 2010/05

The heat affected zone (HAZ) of the girth seams of the core shroud is sensitive to the stress corrosion cracking due to neutron irradiation, corrosion and residual stress. We are focusing on the weld residual stress field around the girth seam H6a. The stress analysis adopted different approaches in ABAQUS to simulate the multiple-bead welding process. The Fully Coupled Temperature-Displacement Analysis (FCTDA) gave the much accurate results as compared with the experimental results. The axial stress fields in the crossing section of the wall of the core shroud were also clarified.

論文

Ab initio calculations of Fe-Ni clusters

中沢 哲也; 五十嵐 誉廣; 都留 智仁; 加治 芳行

Computational Materials Science, 46(2), p.367 - 375, 2009/08

 被引用回数:22 パーセンタイル:59.04(Materials Science, Multidisciplinary)

Fe, Ni、及びFe-Niクラスターについて密度汎関数法を基礎とした計算科学的手法により調べた。クラスターの構造はUB3LYP/LanL2DZレベルにおいて対称性の制約のもと最適化した。本研究では平衡構造と結合エネルギーを示し、密度解析の結果や電子配置とともに議論した。さらに、Fe$$_{n-x}$$Ni$$_{x}$$クラスターの結合エネルギーはFe原子のNi原子での連続的な置換によって緩やかに減少することがわかった。異性体間における全エネルギーの比較からFe-Niの混合クラスターではNi原子はエネルギー的にクラスタリングをしやすいことが明らかとなった。本研究は、照射した圧力容器で観察されているNiクラスターやステンレス鋼で見られる照射誘起偏析のNi富化などの実験結果と定性的に一致している。

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