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古谷 美紗; 米谷 達成; 中川 雅博; 上野 有美; 佐藤 淳也; 岩井 保則*
保健物理(インターネット), 55(2), p.97 - 101, 2020/06
日本原子力研究開発機構原子力科学研究所では、放射性気体廃棄物中に存在するトリチウムガス(HT)をトリチウム水蒸気(HTO)に酸化するため、酸化触媒を600
Cに加熱して使用している。本研究では、酸化触媒の加熱温度を低下させ、より安全な
Hモニタリング手法を確立することを目的として、疎水性Pd/SiO
触媒, CuO触媒、及びPt/AlO
触媒の異なる温度条件下における水素ガスに対する酸化効率を検証した。その結果、疎水性Pd/SiO触媒及びPt/AlO触媒の水素に対する酸化性能はCuO触媒と比較して優れており、25Cの室内温度条件下においても水素を十分に酸化する能力があることが明らかとなり、Hモニタリングにおける安全性の向上が期待できる。
枝尾 祐希; 岩井 保則; 林 巧
Nuclear Materials and Energy (Internet), 9, p.273 - 277, 2016/12
被引用回数：5 パーセンタイル：36.81(Nuclear Science & Technology)Detritiation system (DS) is established to guarantee safety assuming the worst case of accidental events of tritium leaks in ITER. Demonstration tests are demanded to ensure the tritium removal efficiency of more than 99% to provide a designing method for DS. Therefore, extremely high accuracy is required for techniques of quantitative analysis of tritium to satisfy the demand. Then, we developed an organic-based hydrophobic platinum catalyst improved the hydrophobicity for reducing the influence of absorption of water vapor. We devised the particle size of the catalyst made small around 1mm 
and hydrogen addition of optimal concentration to ensure to oxidize tritium. As the result of verifying the performance of the improved method by experiment, we succeeded to achieve the high accuracy of more than 99.9% in the quantitative analysis for measuring tritium.
岩井 保則; 枝尾 祐希; 浅原 浩雄*; 林 巧
Nuclear Materials and Energy (Internet), 9, p.267 - 272, 2016/12
被引用回数：7 パーセンタイル：47.74(Nuclear Science & Technology)貴金属触媒によるトリチウム酸化は核融合の分野では酸化後の水蒸気吸着システムと組み合わせ環境へのトリチウム放出を抑制する雰囲気トリチウム除去システムに用いられる基礎的な反応である。電源喪失などの異常事態に対するトリチウム安全性の向上にむけて加熱を要せず室温でトリチウムを酸化できる疎水性触媒の技術が注目されている。疎水性触媒を用いた室温トリチウム酸化触媒塔の設計には疎水性触媒の作成技術の進歩と付随する反応速度の知見が必須である。本報告では室温近傍温度におけるトリチウム酸化の反応速度を評価した。触媒の差を考慮して製造方法が異なる二種類の疎水性触媒を試験に使用した。結果は反応速度は疎水性母材に担持する白金径に強く影響され、反応次数は室温近傍では濃度の0.5乗である。この結果から白金触媒表面でのトリチウム酸化の反応メカニズムの温度による変化を考察した。
岩井 保則; 久保 仁志*; 大嶋 優輔*; 野口 宏史*; 谷内 淳一*
Fusion Engineering and Design, 109-111(Part B), p.1447 - 1451, 2016/11
被引用回数：8 パーセンタイル：52.63(Nuclear Science & Technology)原子力機構は核融合DEMO炉の実現に向けてCECEプロセスによるトリチウム水処理技術の高度化に取り組んできた。高度化に向けた研究として、(1)高濃度トリチウム水を電解処理する電解槽に使用するイオン電解質膜の耐久性評価とさらなる耐久性を付与させる電解質膜の改良研究、(2)高濃度トリチウム水に接液するゴムシールへのトリチウム水の収着挙動、(3)新たな製造法による疎水性触媒の創製と水蒸気-水素間水素同位体交換反応を促進の実証、に取り組んできた成果を報告する。電解質膜の3年もの長期にわたる1.4TBq/kgの高濃度トリチウム水への連続接液による機械的強度およびイオン交換容量の低下は同線量の電子線または
線照射時の変化と同等であった。ゴムシールへのトリチウム水の収着量変化のついては、1500kGyまで電子線照射した試料を8年以上にわたり接液させた結果として放射線により構造損傷により収着量が照射線量の増加に伴い増加する傾向を見出した。原子力機構と田中貴金属工業が共同開発した新規製造法による疎水性触媒は耐熱性や耐放射線性に優れ、いままで最も性能が良かった高分子系疎水性触媒の1.3倍の効率を示すことを明らかとした。
枝尾 祐希; 佐藤 克美; 岩井 保則; 林 巧
Journal of Nuclear Science and Technology, 53(11), p.1831 - 1838, 2016/11
被引用回数：9 パーセンタイル：57.06(Nuclear Science & Technology)Detritiation system of a nuclear fusion plant is mandatory to be designed and qualified taking all the possible extraordinary situations in addition to that in a normal condition carefully into consideration. We focused on the change in efficiency of tritium oxidation of a catalytic reactor in an event of fire where the air accompanied with hydrocarbons, water vapor and tritium is fed into a catalytic reactor at the same time. Our test results indicated; (1) tritiated hydrocarbon produces significantly by reaction between tritium and hydrocarbons in a catalytic reactor; (2) there is little possibility of degradation in detritiation performance due to tritiated hydrocarbons produced in the catalyst reactor are combusted; (3) there is no possibility of uncontrollable rise in temperature of the catalytic reactor by heat of reactions; and (4) saturated water vapor enables to poison the catalyst temporarily and degrades the detritiation performance. Our investigation indicated a saturated water vapor condition without hydrocarbons would be the dominant scenario to determine the amount of catalyst for the design of catalytic reactor of the detritiation system.
枝尾 祐希; 岩井 保則; 佐藤 克美; 林 巧
Applied Radiation and Isotopes, 114, p.40 - 44, 2016/08
被引用回数：2 パーセンタイル：16.29(Chemistry, Inorganic & Nuclear)本研究では、室温でトリチウムを酸化する反応器の実現に向けて、天然土壌中の水素酸化細菌によるトリチウム酸化に着目した。工学的観点から、土壌中の水素酸化細菌を利用したバイオリアクターの性能を速度論的に評価し、バイオリアクターのリチウム除去系におけるトリチウム酸化反応器としての実用可能性を検討することを目的とした。土壌を充填したバイオリアクターは、室温・高湿度条件において高いトリチウム酸化性能を示し、一般的にトリチウム除去系で使用されているPt/AlO触媒と比べて優れていることが明らかになった。土壌によるトリチウム酸化はMichaelis-Menten速度論モデルの予測に従い、擬一次反応となることが示された。土壌によるトリチウム酸化がMichaelis-Menten速度論モデルに従う条件においては、供給ガスに微量の水素を意図的に添加するだけで反応速度を上昇させることが可能である。したがって、土壌中の水素酸化細菌を利用したバイオリアクターがトリチウム除去系におけるトリチウム酸化反応器としての実用可能性を有するとの結論を得た。
C捕集に用いる疎水性パラジウム触媒の酸化性能評価上野 有美; 中川 雅博; 佐藤 淳也; 岩井 保則
保健物理, 51(1), p.7 - 11, 2016/03
日本原子力研究開発機構原子力科学研究所では、放射性気体廃棄物中の炭素14(C)をCOへ酸化し捕集するため、酸化銅(CuO)触媒を600Cに加熱して使用している。我々は、酸化触媒の加熱温度を低下させ、より安全なCモニタリング手法を確立することを目的として、二酸化ケイ素(SiO)の表面に疎水化処理を施した疎水性パラジウム二酸化ケイ素(Pd/SiO)触媒を新たに開発した。その酸化性能についてCuO触媒,白金アルミナ(Pt/AlO)触媒,パラジウム二酸化ジルコニウム(Pd/ZrO)触媒および親水性Pd/SiO触媒と比較を行った。その結果、疎水性Pd/SiO触媒の酸化性能が最も優れていることが確認できた。現在使用しているCuO触媒を疎水性Pd/SiO触媒に変更することで、管理区域内で使用する加熱炉の温度を600Cから300Cへ低下させることができ、モニタリングの安全性を向上させることが可能となる。
岩井 保則
Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1796 - 1799, 2015/10
被引用回数：5 パーセンタイル：34.28(Nuclear Science & Technology)疎水性白金触媒は水蒸気-水素間水素同位体交換反応やトリチウム酸化の用途にて核融合分野で広く使用されている。疎水性触媒の触媒活性は空気中の水蒸気や水ミストのほかに燃焼反応により生成する水にもほとんど影響されない特徴を持つ。一般的に疎水性触媒は多孔性の疎水性高分子に白金を担持することで作成される。日本はスチレンジビニルベンゼンを疎水性高分子とした疎水性白金触媒をトリチウム水処理システムに採用してきた実績を有する。システム規模低減のためには触媒活性の可能な限りの向上が必要である。二種類の疎水性白金触媒を電子線で照射した場合のトリチウム酸化性能の変化を精査した。両方の触媒とも線量の増加とともに疎水性触媒の触媒活性は向上し、500から1000kGyにて総括反応速度係数はピーク値を示し、それ以降の線量では徐々に低下することを見出した。総括反応速度係数のピーク値は未照射の6倍の値を示した。スチレンジビニルベンゼンは放射線に対する耐久性が強く、この程度の線量では機械的強度に影響はなく、簡易に触媒活性を向上可能な有力な方法であることを見出した。
磯部 兼嗣; 河村 繕範; 岩井 保則; 小柳津 誠; 中村 博文; 鈴木 卓美; 山田 正行; 枝尾 祐希; 倉田 理江; 林 巧; et al.
Fusion Engineering and Design, 98-99, p.1792 - 1795, 2015/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)幅広いアプローチ活動は、2007年の日本と欧州との合意により開始され、第1期と第2-1期(2010-2011)、第2-2期(2012-2013)、第2-3期(2014-2016)に分けることのできる第2期からなる。トリチウム技術の研究開発は、原型炉に向けた重要な課題の1つであり、タスク1の施設の準備、タスク2の計量管理技術、タスク3のトリチウム安全基礎研究、タスク4のトリチウム耐久性試験の4つのタスクからなる。第1期から原子力機構と大学との共同研究が開始され、これまでに多くの成果をあげてきた。トリチウム技術研究開発の第2-2期も成功裏に進捗して終了した。
岩井 保則; 久保 仁志*; 大嶋 優輔*; 野口 宏史*; 枝尾 祐希; 谷内 淳一*
Fusion Science and Technology, 68(3), p.596 - 600, 2015/10
被引用回数：2 パーセンタイル：14.86(Nuclear Science & Technology)トリチウム酸化反応器に適用可能な疎水性白金ハニカム触媒を開発した。ハニカム形状の触媒は圧力損失を減少させることができる。試作した疎水性触媒はメタルハニカム担体と炭化ケイ素ハニカム担体の二種類である。白金微粒子を数ナノメートルに微細化することで微量トリチウムの触媒酸化活性を大幅に向上させることができた。水素濃度は総括反応速度にほとんど影響を与えない。白金表面上への水蒸気と水素の競合吸着の影響から反応速度定数は底値を持つ。底値を示す水素濃度は、乾燥ガス下では100ppmであった。これらのハニカム触媒の活性はペレット状の疎水性触媒と同等であり、疎水性ハニカム触媒のトリチウム酸化反応器への適用可能性を示すことができた。
久保 仁志*; 大嶋 優輔*; 岩井 保則
JETI, 63(10), p.33 - 36, 2015/09
田中貴金属工業は純金積み立てのイメージが強いが、主に工業用の材料製造を行っている貴金属メーカーである。化学製品も例外ではなく、貴金属薬液から触媒も手がけており、中でも燃料電池用触媒は世界トップシェアを誇る。本稿では田中貴金属工業の最近の成果である日本原子力研究開発機構と共同開発した核融合施設向けのトリチウム処理に関する疎水性貴金属触媒について概説する。
岩井 保則; 久保 仁志*; 大嶋 優輔*
Isotope News, (736), p.12 - 17, 2015/08
原子力機構は田中貴金属工業と共同で核融合炉の実現に向けてトリチウムを回収するための新たな疎水性白金触媒の開発に成功した。核融合向けに必要であった触媒の耐放射線性、耐熱性について、無機物質を基材に疎水化処理を施す新たな触媒製法の開発により耐放射線性の目安となる530kGyの放射線照射に対して性能劣化がないこと、また通常使用される温度の70Cを大きく上回る600C超の耐熱性確保にも成功し、これまでの技術的課題を解決した。さらに、この方法で作製した触媒は、従来の約1.3倍に相当する高い交換効率を達成することも確認した。本報告は疎水性触媒による核融合炉安全性の向上につき概説する。
岩井 保則; 久保 仁志*; 大嶋 優輔*
化学, 70(5), p.35 - 40, 2015/05
核融合の実現に向けた研究開発として、トリチウム水と軽水素ガスを接触させ、水蒸気-水素間の水素同位体の交換を可能にする疎水性触媒作成技術の開発に成功した。本触媒は、核融合炉で発生しうるトリチウム水の減容・濃縮に適用できる。一般の触媒は水蒸気雰囲気では触媒性能を失うため、本触媒は高濃度の水蒸気雰囲気でも触媒の活性を維持するために本触媒は特殊な疎水性処理を施している。水素の同位体であり放射性のトリチウムを燃料として大量に使用する核融合プラントでは、環境中へのトリチウム放出を抑制するために、トリチウムを酸化処理し、水形にしたのちに吸着剤等で除去を行う。貴重な資源であるトリチウムを燃料として再循環させるために、核融合プラントではトリチウム水を濃縮し、ガス形に変換するトリチウム水処理システムを設ける。トリチウム水処理システムはその技術的難易度ゆえに核融合トリチウム関連技術で唯一国内にてシステム実証されておらず、本触媒の開発によりその大きな技術的ハードルを越える見通しを得た。本成果の研究過程と期待される波及効果を含め解説する。
林 巧; 中村 博文; 河村 繕範; 岩井 保則; 磯部 兼嗣; 山田 正行; 鈴木 卓美; 倉田 理江; 小柳津 誠; 枝尾 祐希; et al.
Fusion Science and Technology, 67(2), p.365 - 370, 2015/03
被引用回数：1 パーセンタイル：8.17(Nuclear Science & Technology)Tritium Process Laboratory (TPL) of Japan Atomic Energy Agency (JAEA) was constructed in1985, and started in 1988, in order to develop key technologies for fusion fuel cycle, and also to demonstrate safety handling technologies. TPL has a license, which can handle 9.25 PBq of tritium per day and store 22.2 PBq of total tritium. DEMO Design and R&D building was also newly constructed at Rokkasho-Aomori establishment of JAEA in 2011. This R&D building has a license, which can handle 3.7 TBq of tritium per day and store 7.4 TBq of total tritium, and also can handle other major neutron induced radioactive isotopes. Recently, our activities have been focused as follows; (1) Detritiation system R&D as an ITER task, specially for wet scrubber column development as a pilot scale; (2) Tritium tasks of DEMO R&D in the IFERC project of BA activities, such as (a) tritium accountancy, (b) tritium interactions with various materials, which will be used for DEMO, and (c) tritium durability; (3) Recovery works from the 2011 earthquake and tsunami in Tohoku Japan: This paper summarizes the above recent progress of tritium technology R&D for fusion reactor in JAEA and summarized also the lessons of learned through the recovery & maintenance work after the earthquake.
河村 繕範; 枝尾 祐希; 岩井 保則; 林 巧; 山西 敏彦
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1539 - 1543, 2014/10
被引用回数：9 パーセンタイル：51.66(Nuclear Science & Technology)吸着や同位体交換反応プロセスを用いたトリチウム回収システムが、固体増殖ブランケットのトリチウム回収システムとして提案されている。ゼオライトは吸着材や交換反応触媒の担体として用いられるが、カチオンを交換することで容易に性質を変えることができる。本研究では、モルデナイト型ゼオライトのカチオンを遷移金属イオンで交換した試料について、77Kでの水素同位体吸着量、298Kでの水蒸気吸着量について調べた。Ag-モルデナイトが低圧部においてかなり大きな水素同位体の吸着容量を持つこと、水蒸気吸着容量はカチオン交換の影響が水素同位体吸着ほど大きくないことがわかった。Ag-モルデナイトを用いると、トリチウム回収システムの低温吸着カラムの容量を大幅に低減できる可能性がある。
岩井 保則; 佐藤 克美; 山西 敏彦
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1534 - 1538, 2014/10
被引用回数：8 パーセンタイル：47.76(Nuclear Science & Technology)デュポン社のナフィオンに代表されるイオン電解質膜はトリチウム水処理システムの電解セルに使用する重要な物質である。本研究ではイオン電解質膜であるナフィオンN117CS膜につき1.38
10
Bq/kgの高濃度トリチウム水に室温にて最長二年間浸漬させ、トリチウムベータ線による膜の劣化を観察した。高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜はイオン伝導度が変化した。またラジカル反応により本来透明である膜が黄化する現象が見られた。FT-IR分析の結果、高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜内に疎水性の可動性グループの形成が見られた。疎水性グループの形成により伝導度がトリチウム水浸漬後に変化したものと判断される。
F NMR分析による高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜の構造変化は同じ線量の線照射したものと同様であった。この結果はナフィオン膜フッ素構造の放射線による劣化において、トリチウムベータ線による劣化機構の特異性はないことを示している。
岩井 保則; 佐藤 克美; 山西 敏彦
Fusion Science and Technology, 66(1), p.214 - 220, 2014/07
被引用回数：4 パーセンタイル：26.95(Nuclear Science & Technology)トリチウム化炭化水素の酸化プロセスに適用できるハニカム型パラジウム触媒を開発した。本研究ではパラジウム担持密度が反応速度に与える影響を精査するため2, 5, 10g/Lの三種類のパラジウム密度を持つ触媒を準備した。本研究では炭化水素としてトリチウム化メタンを使用した。ハニカム型パラジウム触媒におけるトリチウム化メタン酸化の総括反応速度係数を空間速度1000から6300h
、メタン濃度0.004から100ppm,触媒温度322から673Kの範囲で流通式反応器を用いて評価した。触媒のパラジウム担持密度がトリチウム化メタン酸化の反応速度に与える影響はわずかであった。試験した空間速度の範囲では総括反応速度係数は空間速度に比例した。総括反応速度係数はメタン濃度が10ppm以下ではメタン濃度に依存しなかった。
岩井 保則; 久保 仁志*; 佐藤 克美; 大嶋 優輔*; 野口 宏史*; 谷内 淳一*
Proceedings of 7th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT-7) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2014/06
原子力施設で発生する水素やその同位体の燃焼処理を目的とした疎水性白金触媒を開発した。TKK-KNOITSという商品名を与えられた新型の疎水性水素燃焼触媒は水素燃焼において空気中の水蒸気や水ミスト、また燃焼反応により生成する水蒸気の影響を受けにくい。よって室温近傍の低温においても高い活性を維持し、水素を燃焼させることが可能である。TKK-KNOITS触媒は他の疎水性触媒と比較して極低濃度から高濃度までの幅広い水素濃度に適用可能であることを明らかとした。従来の高分子を担体とする疎水性白金触媒は高分子に特有の耐熱性の低さから水素燃焼用途に不向きであったが、TKK-KNOITS触媒は無機物質を担体としており、873Kまでの高い耐熱性を有していることを確認した。
Cモニタリング; 捕集及び酸化方法の比較評価上野 有美; 小嵐 淳; 岩井 保則; 佐藤 淳也; 高橋 照彦; 澤畠 勝紀; 関田 勉; 小林 誠; 角田 昌彦; 菊地 正光
保健物理, 49(1), p.39 - 44, 2014/03
原子力科学研究所第4研究棟(RI施設)では、排気中のCを1か月間連続で捕集し、施設から大気中へ放出されるCのモニタリングを行っている。しかし、CuO触媒を600C以上に加熱する必要があることやモノエタノールアミン(MEA)が毒劇物に指定されていることから、管理区域内でのモニタリング手法として改良の余地が残っている。本試験では、異なる捕集剤を用いた捕集法の比較、使用する捕集剤の量とCO捕集効率の関係についての検討、異なる酸化触媒の異なる温度条件下における酸化性能の比較を行った。CO捕集剤の検討では、MEAに加えて、Carbo-Sorb Eを評価の対象とした。酸化触媒の検討では、CuO触媒に加えて、Ptアルミナ触媒、Pd/ZrO触媒を評価の対象とした。試験の結果、Carbo-Sorb Eはガスの通気による気化量が大きく、1か月の連続捕集には適さず、MEAは1か月間を通して安定したCO捕集能力があることが確認できた。各触媒の酸化効率を比較した結果、Pd/ZrO触媒のCH
に対する酸化性能が最も優れており、加熱炉の温度を200C以上下げることができ、モニタリングの安全性を向上できる。
河村 繕範; 岩井 保則; 宗像 健三*; 山西 敏彦
Journal of Nuclear Materials, 442(1-3), p.S455 - S460, 2013/11
被引用回数：17 パーセンタイル：73.72(Materials Science, Multidisciplinary)ゼオライトは容易にカチオンを交換し、結果として簡単に細孔径を変化させることができる。カチオン交換したモルデナイトは77K以上の温度でも比較的良い同位体分離ができたと報告されている。しかし、吸着量,吸着速度,カチオンの種類,交換比率の関係はまだ明らかにされていない。本研究ではNa-MORを出発物質としてアルカリ金属,アルカリ土類金属イオンでカチオンを交換た試料を作り、77K, 159K, 175K及び195KでのH及びDの吸着量を測定した。Li-MOR及びCa-MORの吸着量は低圧域でNa-MORより大きくなった。逆にK-MORでは小さくなった。K-MORは明らかに細孔径が小さくなっていた。アルカリ金属イオンで交換した場合、原子番号が小さい方が吸着量は大きくなるのかもしれない。
