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mixed oxidesVauchy, R.; 松本 卓; 廣岡 瞬; 宇野 弘樹*; 田村 哲也*; 有馬 立身*; 稲垣 八穂広*; 出光 一哉*; 中村 博樹; 町田 昌彦; et al.
Journal of Nuclear Materials, 588, p.154786_1 - 154786_13, 2024/01
被引用回数：1 パーセンタイル：72.91(Materials Science, Multidisciplinary)Diffusion couples made of dense polycrystalline (U,Pu,Am)O oxides were annealed in various thermodynamic conditions (temperature, oxygen partial pressure), and for different durations. The associated actinide redistribution was quantified using Electron Probe Micro-Analysis (EPMA). Average diffusion profiles were obtained from elemental U, Pu, and Am X-ray maps and the resulting interdiffusion coefficients were calculated, then analyzed at the light of our model of point defect chemistry.
武田 哲明*; 稲垣 嘉之; 相原 純; 青木 健; 藤原 佑輔; 深谷 裕司; 後藤 実; Ho, H. Q.; 飯垣 和彦; 今井 良行; et al.
High Temperature Gas-Cooled Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.5, 464 Pages, 2021/02
本書は、原子力機構における今までの高温ガス炉の研究開発の総括として、HTTRの設計、燃料、炉内構造物や中間熱交換器などの要素技術の開発、出力上昇試験、950
Cの高温運転、安全性実証試験などの運転経験及び成果についてまとめたものである。また、HTTRでの知見をもとに、商用炉の設計、高性能燃料、ヘリウムガスタービン、ISプロセスによる水素製造などの要素技術開発の現状について記述しており、今後の高温ガス炉の開発に非常に有用である。本書は、日本機械学会の動力エネルギーシステム部門による化石燃料及び原子力によるエネルギーシステムの技術書のシリーズの一冊として刊行されるものである。
井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 川井 大輔*; 横田 博紀*; 稲垣 嘉之; 久保 真治
Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 5 Pages, 2020/08
熱化学水素製造法ISプロセスは、大規模水素製造法の候補の一つとして研究開発が進められている。ISプロセスの硫酸を蒸発・ガス化し、熱分解する工程の腐食環境は過酷であり、その環境に耐える機器材料にはセラミックスが用いられている。本研究では、脆性材料であるセラミックスを代替し得る、表面改質技術を用いて耐硫酸性と延性を兼ね備えるハイブリッド材料の開発を狙いとしている。プラズマ溶射技術とレーザー溶融処理技術の組み合わせより試作したハイブリッド材料試験片は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を示した。これは、表面に形成させた高Si濃度の耐食層が硫酸環境で酸化し、接液面にSiO
層が生成したためと考えられる。本技術による容器状構造体を試作した。本報では、容器状構造体の耐食性を向上するための実施した熱処理の結果と容器状構造体の耐食性評価方法について報告する。
井岡 郁夫; 岩月 仁; 栗木 良郎*; 川井 大輔*; 横田 博紀*; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭
Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00377_1 - 19-00377_11, 2020/06
熱化学水素製造法ISプロセスは、大規模かつ経済性の高い水素製造法の候補の一つとして研究開発が進められている。ISプロセスの硫酸を蒸発・ガス化し、熱分解する工程の腐食環境は過酷であり、その環境に耐える機器材料にはセラミックスが用いられている。本研究は、脆性材料であるセラミックスに代わり、表面改質技術を用いて耐硫酸性と延性を兼ね備えるハイブリッド材料の開発を狙いとしている。プラズマ溶射技術とレーザー溶融処理技術の組み合わせより試作したハイブリッド材料試験片は、95%沸騰硫酸中で腐食速度0.01mm/yと良好な耐食性を示した。これは、表面に形成させた高Si濃度の耐食層が硫酸環境で酸化し、接液面にSiO
層が生成したためと考えられる。さらに、本技術による容器の製作性を確認するため、溶接部、面取り部、曲面と容器形状要素を有する容器状構造体を試作したところ、表面に形成させた耐食層に剥離等の欠陥は認められなかった。このことから、硫酸に耐食性を有し、容器形状に施工可能な表面改質手法の基本技術を確証した。
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：49.6(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 600C. 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.
野口 弘喜; 久保 真治; 岩月 仁; 笠原 清司; 田中 伸幸; 今井 良行; 寺田 敦彦; 竹上 弘彰; 上地 優; 小貫 薫; et al.
Nuclear Engineering and Design, 271, p.201 - 205, 2014/05
被引用回数：8 パーセンタイル：53.31(Nuclear Science & Technology)日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉の核熱を用いて水から水素を製造する熱化学法ISプロセスの研究開発を進めており、特に、ISプロセス機器の信頼性確証及びプロセス簡素化に向けた研究開発を行っている。ISプロセス機器の信頼性確証の一環として、硫酸工程の主要機器である硫酸分解器について、熱交換部をSiCセラミックス、マニフォールド部をグラスライニング材で構成されたバイヨネット型硫酸分解器を試作し、その製作性を示した。また、硫酸工程のプロセス簡素化が可能な直接接触熱交換器の設計に必要となる物質移動係数の測定方法を検討し、濡れ壁塔を用いた試験装置を設計・製作した。製作した試験装置を用いて水の物質移動係数を測定し、実験相関式と比較することにより試験装置の妥当性を確認し、硫酸の物質移動係数の測定準備が完了した。
久保 真治; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 岩月 仁; 小貫 薫; 稲垣 嘉之
JAEA-Technology 2012-043, 41 Pages, 2013/02
JAEA-Technology-2012-043.pdf:7.74MB
熱化学水素製造法ISプロセスでは、硫酸,ヨウ素,ヨウ化水素酸等の有害な化学物質を使用するため、試験研究の実施に際しては作業者及び外部への影響に対する安全対策が重要である。現在、実用材料製反応機器を用いたISプロセス信頼性試験装置の製作を進めており、それらのうちブンゼン反応系機器の製作を完了した。本試験(ブンゼン反応系機器)は、腐食性溶液量の取扱量は約100リットルと比較的多く、また、加圧条件にて反応機能に着目した機能確認、耐食機能に着目した機器信頼性の確認を目的とするものである。本試験開始に先立ち、装置の安全対策、作業の安全対策及び異常時の対策について検討を行った。本報告書はこれらの検討結果を取りまとめたものである。
野口 弘喜; 久保 真治; 岩月 仁; 笠原 清司; 田中 伸幸; 今井 良行; 寺田 敦彦; 竹上 弘彰; 上地 優; 小貫 薫; et al.
Proceedings of 6th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2012) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2012/10
日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉の核熱を用いて水から水素を製造する熱化学法ISプロセスの研究開発を進めている。本報では、ISプロセスの硫酸工程に関する機器の開発現状について述べる。硫酸工程の主要機器である硫酸分解器の健全性評価を目的とした試験計画を策定し、SiCセラミックス製のバイヨネット型硫酸分解器を製作した。また、並行して硫酸工程のプロセス簡素化が可能な直接接触熱交換器の設計に必要となる物質移動係数の測定方法を検討し、濡れ壁塔を用いた試験装置を設計・製作した。製作した試験装置を用いて水の物質移動係数を測定し、実験相関式と比較することにより試験装置の妥当性を確認した。
寺田 敦彦; 野口 弘喜; 竹上 弘彰; 上地 優; 稲垣 嘉之
Proceedings of 6th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2012) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2012/10
原子力機構では、高温ガス炉水素製造システムによる水素供給システムについての概念検討を進めている。本報では、高温ガス炉水素の水素供給システムの特徴と、このシステムの候補手段の一つである有機ケミカル法を用いた水素製造量85,400Nm
/h規模の水素供給システムの主要機器構成等の概念を示した。
小川 益郎; 笠原 清司; 稲垣 嘉之; 野口 弘喜
「グリーンエネルギー製鉄研究会」成果報告書, p.4 - 44, 2012/03
原子力エネルギーを利用した製鉄プラント用グリーン水素製造はCO排出削減の候補の一つである。超高温ガス炉(VHTR)は第4世代原子炉の中で最もこの用途に適している。日本では、1973-1980年にかけて大型国家プロジェクトとして原子力製鉄のR&Dが行われた。プロセスは、核熱による蒸留残渣の改質による還元ガスの製造と、還元ガスによる鉄鉱石の直接還元を採用した。ここでは、全体システム,高温熱交換器,高温耐熱合金,高温断熱材,改質器,直接還元製鉄シャフト炉の6テーマのR&Dが行われた。現在、技術的な要求とCO排出削減という新たな要求に対応するため、還元ガスを水素に置き換えたプロセスが提案されている。日本原子力研究開発機構において、VHTRのR&Dと熱化学水素製造IS(ヨウ素-硫黄)プロセスの研究が行われている。VHTR-ISプロセス水素での直接還元による水素製鉄プロセスの概念検討が、日本鉄鋼協会のグリーンエネルギー製鉄研究会において2008-2012年に行われた。
寺田 敦彦; 野口 弘喜; 竹上 弘彰; 上地 優; 稲垣 嘉之
JAEA-Research 2011-041, 62 Pages, 2012/02
JAEA-Research-2011-041.pdf:6.83MB
水素利用研究開発ユニットでは、高温ガス炉と熱化学法ISプロセスを組合せて製造した大量水素を、貯蔵し、需要地まで輸送する水素サプライチェーンを提案している。水素を効率的に貯蔵/輸送するためには、水素貯蔵技術として注目されている有機ハイドライド法に着目した。そこで、今後の水素貯蔵・供給システム設計のために有機ハイドライドの特性を整理し、既存システム等の技術調査を行い、これらをもとに商用高温ガス炉を用いてISプロセスにより85,400Nm/h規模の水素を製造するときの水素貯蔵・供給システムの概念検討を行った。水素貯蔵・供給システムは、水素添加反応過程と脱水素反応過程で構成し、その主要機器の概念仕様を定めた。また、検討を通して、エネルギー効率やシステムの最適化など水素貯蔵・供給システムの課題を摘出した。
, H
D, H
D, and HD in solid parahydrogen熊谷 純*; 稲垣 宏樹*; 刈谷 奏*; 牛田 考洋*; 清水 裕太*; 熊田 高之
Journal of Chemical Physics, 127(2), p.024505_1 - 024505_13, 2007/07
放射線照射した固体パラ水素中にHイオンとその同位体HD, HD, HDの電子スピン共鳴信号を観測することに初めて成功した。これは水素分子イオンはすべてH
かそれを核にしたクラスターイオンであるとするこれまでの通説を否定する意義深い研究である。われわれはまたHD, HDにおいて主軸上に沿って顕著な電子の波動関数におけるD
対称の破れがあることと、H+HD
HD+Hなどの同位体濃縮反応が起こっていることを見いだした。
稲垣 嘉之; 寺田 敦彦; 竹上 弘彰; 野口 弘喜; 上地 優
no journal, ,
近年、地球環境に優しい水素をエネルギー媒体とする水素社会への期待が高まっている。しかし、水素は天然には単独で存在しないために工業的に大量生産する必要があり、また、製造した大量の水素を安定に貯蔵し、遠距離輸送して利用に供するインフラの整備も必要である。水を原料とし、原子力(高温ガス炉)を活用して二酸化炭素フリーで大量の水素を製造し、安全で安定に貯蔵/輸送する水素供給システムを構築することにより、二酸化炭素排出量を大幅に低減して豊かな地球環境を創る水素社会の実現を加速できる。本講演では、高温ガス炉と熱学法ISプロセスによる水素製造に関する原子力機構の研究開発状況,水素製造から貯蔵/輸送,産業利用までを通貫する大量水素サプライチェーンの構想,2100年における高温ガス炉と水素製造の利用の展望について紹介する。
岩月 仁; 野口 弘喜; 久保 真治; 笠原 清司; 田中 伸幸; 竹上 弘彰; 小貫 薫; 稲垣 嘉之
no journal, ,
熱化学水素製造法ISプロセスの主要課題の一つに、極めて腐食性の強いプロセス流体(ハロゲンなど)を取り扱うための反応機器開発が挙げられる。高温・強腐食環境における実用材料を用いた反応系機器の健全性試験に供するため、ニッケル基合金製(ハステロイC-276)ヨウ化水素分解反応器を試作した。本器の水素製造能力は150NL/h、設計圧力0.95MPa、設計温度500Cである。反応器を簡素化するため、従来の多管熱交換式・縦型固定層反応器に代え、断熱式・ラジアルフロー型固定層反応器を適用した。この利点は、断熱式にすることで、触媒層に伝熱管がなく構造が簡素化できること、および、ラジアルフロー型にすることで、原料ガスと触媒が均一に接触し、偏流による反応率低下が小さいことである。今後、ヨウ化水素分解試験(100時間)を実施し、供用後の腐食量評価から健全性を示す計画である。
稲垣 嘉之; 久保 真治; 岩月 仁; 竹上 弘彰; 笠原 清司; 田中 伸幸; 野口 弘喜
no journal, ,
ISプロセスはヨウ素と硫黄を用いた化学反応により、約900Cの熱で水を分解する水素製造技術であり、高温ガス炉の有望な熱利用系の一つである。原子力機構はガラス製の機器を用いて、1994年にISプロセスを構成する3反応を連結した連続水素製造(水素製造規模: 毎時30リットル)に成功している。その後、金属、セラミックス等の工業材料を用いた機器開発、健全性確証等の耐食技術の研究開発を行ってきている。現在、ブンゼン反応機器については健全性確証を完了し、硫酸分解、ヨウ化水素分解については健全性確証試験を進めている。本報告では、原子力機構におけるISプロセス開発の現況について述べる。
松本 卓; 有馬 立身*; 稲垣 八穂広*; 出光 一哉*; 森本 恭一; 加藤 正人; 宇野 弘樹*; 田村 哲也*
no journal, ,
(U
Pu
Am
)O
及びUOの拡散対を作製し1873KにおけるO/M=2.00及び1.96での粒界・粒内拡散評価を行った。O/M=2.00における粒内拡散係数は1.96の粒内拡散係数に比べ2桁程度大きい値が得られた。また、O/M=2.00において粒界拡散は確認できたが、O/M=1.96では粒界拡散が確認できなかった。
松本 卓; 有馬 立身*; 稲垣 八穂広*; 出光 一哉*; 加藤 正人; 森本 恭一; 宇野 弘樹*; 田村 哲也*
no journal, ,
(U
Pu
Am
)OとUOの拡散対を1600Cで熱処理し、U及びPuの相互拡散係数のO/M依存性を評価した。O/M=2.00における相互拡散係数は1.96のものに比べ1桁-2桁程度大きい値となった。また、O/M=2.00において顕著な粒界拡散が確認できたが、O/M=1.96では確認できなかった。
Myagmarjav, O.; 稲垣 嘉之; 久保 真治; 井岡 郁夫; 田中 伸幸; 岩月 仁; 野口 弘喜; 上地 優; 坂場 成昭
no journal, ,
熱化学水素製造法ISプロセスの高効率化を図るため、ブンゼン反応における循環物質量を低減する基盤技術を開発した。本プロセスの主反応の一つであるブンゼン反応において、従来の二液相分離法は大量の循環物質(ヨウ素)を 必要としていた。ここに、イオン交換膜型ブンゼン反応を適用することで循環物質の大幅な削減ができる。共同研究機関が開発した放射線グラフト・架橋技術によるイオン交換膜を用いた膜ブンゼン反応器を開発し、従来の反応条件であったI/SO=9よりも大幅にヨウ素が少ない条件(I/SO=1.2
1.8)でブンゼン反応を進行させることができた。
坂場 成昭; 稲垣 嘉之; Myagmarjav, O.; 野口 弘喜; 岩月 仁; 田中 伸幸; 上地 優; 井岡 郁夫; 久保 真治
no journal, ,
太陽熱を利用する熱化学水素製造法ISプロセスにおいて水素製造効率40%を達成するため、膜分離技術を導入した膜分離新ISプロセスの研究開発を行っている。太陽熱利用では、ISプロセスの硫酸分解を 従来800-900Cで進めていた硫酸分解反応を600Cで行うため、反応転化率が低下し、水素製造熱効率も低くなってしまう。この反応転化率を改善するための膜反応器に必要な酸素透過膜および触媒の開発を行っている。さらに、HI分解反応で用いるHIやIの循環量を低減するための水素分離膜、触媒を開発および酸生成反応に用いるカチオン交換膜、耐食材料技術の開発も進めている。本会議では、これら研究成果の報告を行う。
Myagmarjav, O.; 岩月 仁; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 上地 優; 井岡 郁夫; 野村 幹弘*; 八巻 徹也*; 都留 稔了*; 町田 正人*; et al.
no journal, ,
The thermochemical water splitting iodine-sulfur (IS) process has potential for producing a large amount of hydrogen without restriction of resources and CO emission in the upcoming hydrogen society. The IS process harnesses heat energy in ranges of temperature, which is generated by High Temperature Gas-cooled Reactors (HTGRs) or solar energy. For application of solar energy, innovative membrane techniques are required to recover total thermal efficiency because temperature (ca. 600C) of heat derived from the solar energy is lower than that of HTGRs (ca. 900C). This paper summarizes current R&D of key devices of membranes and catalysts, and of process evaluation.
production technology on thermochemical water-splitting iodine-sulfur process竹上 弘彰; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 上地 優; 岩月 仁; Myagmarjav, O.; 稲垣 嘉之; 久保 真治
no journal, ,
熱化学水素製造法ISプロセスは、大量かつ高効率な水素製造の一つとして期待されている。本プロセスは、高温ガス炉(原子力), 太陽熱, 産業排熱と多様な熱源が利用可能であり、硫黄とヨウ素の化合物を用い、三つの化学反応を組み合わせることにより水を分解して水素と酸素を製造できる。現在の重要な研究開発課題は、実用工業材料性機器の信頼性および運転安定性の確証、水素製造効率の高効率化技術の開発である。実用工業耐食材料を用いて組み立てた水素製造試験装置を用い、三つの化学反応工程を組み合わせて31時間、20L/hの水素製造に成功した。この水素製造運転を通じて、配管閉塞防止や溶液漏えい防止といった、より長時間運転達成に向けた技術課題を抽出することができた。高効率化技術の研究開発では、膜分離技術を、三つ全ての反応工程(ブンゼン反応:カチオン交換膜、HI分解反応:水素分離膜、硫酸分解反応:酸素分離膜)に適用したプロセスを提案した。これら膜分離技術により、反応率の向上、所要エネルギー削減が見込まれる。
