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論文

真空加熱による粘土鉱物からのセシウム脱離挙動; 放射光を用いたX線光電子分光法及び昇温脱離法による分析

平尾 法恵; 下山 巖; 馬場 祐治; 和泉 寿範; 岡本 芳浩; 矢板 毅; 鈴木 伸一

分析化学, 65(5), p.259 - 266, 2016/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:19.67(Chemistry, Analytical)

福島原子力発電所事故後の放射能汚染の主な原因であるCsは土壌中の粘土鉱物に強く固定されており、土壌除染のため様々なCs除去法が開発されている。本手法は、乾式法によるCs除去法として、乾式法における処理温度の低減を目的とし、真空溶融塩処理法を提案する。非放射性Csを飽和収着させたバーミキュライトを真空加熱し、X線光電子分光法を用いて加熱前後のCs含有量変化を分析した。バーミキュライトのみを用いた場合は、800$$^{circ}$$C 3分間の加熱で約4割のCsが除去された。NaCl/CaCl$$_{2}$$混合塩をバーミキュライトに添加した場合は、450$$^{circ}$$C 3分間の加熱で約7割のCsが除去されることを見いだした。これらの結果から真空溶融塩処理法による大幅な処理温度の低下と除去効率の向上が期待できる。

論文

Observation of oriented organic semiconductor using Photo-Electron Emission Microscope (PEEM) with polarized synchrotron

関口 哲弘; 馬場 祐治; 平尾 法恵; 本田 充紀; 和泉 寿範; 池浦 広美*

Molecular Crystals and Liquid Crystals, 622(1), p.44 - 49, 2015/12

BB2014-1632.pdf:0.71MB

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Multidisciplinary)

分子配向は有機半導体材料の様々な性能を制御する上で重要な因子の一つである。一般に薄膜材料は様々な方向を向く微小配向領域の混合状態となっている。したがって、各々の微小領域において配向方向を選別して顕微分光観測できる手法が望まれてきた。我々は、光電子顕微鏡(PEEM)法と直線偏光性をもつ放射光X線や真空紫外(VUV)光を組み合わせる装置の開発を行っている。ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)導電性ポリマー薄膜を溶液法により作製し、偏光放射光励起によるPEEM像の観測を行った。また様々な偏光角度のUV照射下におけるPEEM像を測定した。放射光励起実験において各微小領域の硫黄S 1s励起X線吸収スペクトルが得られ、微小領域におけるポリマー分子配向の情報を得ることができた。またUV励起実験においては、偏光角度に依存して異なる微結晶層を選択観測することに成功した。実験結果はポリマーの特定の分子軸へ向いた配向領域だけを選択的に顕微鏡観測できることを示唆する。

論文

Interaction between ultra-trace amount of cesium and oxides studied by total-reflection X-ray photoelectron spectroscopy

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 和泉 寿範

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 13, p.417 - 421, 2015/09

 被引用回数:1

微量のアルカリ金属元素と酸化物表面の相互作用に関する研究は、不均一触媒, 化学反応促進剤, 高強度電子源の開発などにとって重要なテーマとなっている。また、セシウムと酸化物表面の相互作用を解明することは、粘土鉱物, 土壌などに吸着した放射性セシウムの除去法の開発にとっても重要となっている。そこで本研究では、放射性セシウムの原子数に相当する極微量の非放射性セシウムと二酸化ケイ素, 酸化アルミニウムなど酸化物表面の化学結合状態を、放射光を用いた全反射X線光電子分光法により調べた。その結果、吸着層の厚みが0.01層以上では、吸着量によらずセシウムと酸化物は、ファン・デア・ワールス結合に基づく弱い相互作用で結合していることが分かった。一方、放射性セシウムの原子数に相当する0.002層程度の極微量セシウムになると、セシウムと基板の分極が小さくなり共有結合性が増すことから、この結合状態の変化が放射性セシウムが脱離しにくい原因のひとつであると考えられる。

論文

Low-pressure sublimation method for cesium decontamination of clay minerals

下山 巖; 平尾 法恵; 馬場 祐治; 和泉 寿範; 岡本 芳浩; 矢板 毅; 鈴木 伸一

Clay Science, 18(3), p.71 - 77, 2014/09

粘土鉱物からの放射性Cs除去に用いる新たな乾式法として低圧昇華法を提案する。非放射性Csを飽和収着した福島産バーミキュライトを低圧及び真空環境下において加熱し、熱重量分析(TGA), 昇温脱離法(TDS), X線光電子分光法(XPS)により調べた。低圧環境下でのTGAではCs脱離に関与する質量減少が観測されたが、大気中では観測されなかった。高真空環境下のTDS測定により、Cs脱離成分のピークが680$$^{circ}$$Cに観測された。高真空環境下の3分間の800$$^{circ}$$C加熱処理により約40%のCsが脱離したことをXPS測定から明らかにした。さらにNaCl/CaCl$$_{2}$$混合塩を添加することにより、TDSにおけるCs脱離成分のピークが200$$^{circ}$$Cほど低温側にシフトすることを見いだした。これらの結果は塩添加した低圧昇華法により、従来の乾式法よりも低い温度でのCs除染が可能であることを実証している。

論文

Orientation effect of organic semiconducting polymer revealed using Photo-Electron Emission Microscope (PEEM)

関口 哲弘; 馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 本田 充紀; 和泉 寿範; 池浦 広美*

Photon Factory Activity Report 2013, Part B, P. 546, 2014/00

分子配向性は有機半導体材料の様々な性能を制御する上で重要である。一般に薄膜材料は様々な方向を向いた微小配向領域の混合状態である。したがって、各微小領域の配向方向を選択して顕微分光観測できる手法の開発が望まれている。我々は、光電子顕微鏡(PEEM)法と直線偏光性をもつ放射光X線や真空紫外(VUV)光を組み合わせる装置の開発を行っている。ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)導電性ポリマー薄膜を溶液法により作製した。偏光放射光励起により特定方向を向くポリマー分子鎖領域のPEEM像の観測を行うことができた。各微小領域の硫黄S 1s励起X線吸収スペクトルが得られ、微小領域におけるポリマー分子配向の情報を得ることに成功した。

口頭

拡張現実感を利用した原子力発電プラントの解体支援手法の提案と評価

石井 裕剛*; 下田 宏*; Bian, Z.*; 中井 俊憲*; 泉 正憲; 森下 喜嗣; 兼平 宜紀*

no journal, , 

新型転換炉ふげん発電所(以下、ふげんという)で進めている拡張現実感技術を用いて解体にかかわる情報を現場において提供する「現場可視化システム」のプロトタイプシステムを開発した。本システムの解体作業への適用性を確認するため、ふげん内にある純水装置室のイオン塔を解体する模擬的なシナリオを作成し、ふげんの現場職員数名に適用して、その有効性を評価した。結果、3D-CADを使用した解体にかかわる情報の提供は、有効であることを確認し、さらに、本プロトタイプシステム上で3D-CADデータを切断する機能やその切断した3D-CADデータを記録・保存していくことは、解体作業の工程を管理していくうえで容易かつ効率的であるということを確認した。

口頭

Augmented reality applications for nuclear power plant maintenance work

石井 裕剛*; Bian, Z.*; 関山 友輝*; 中井 俊憲*; 下田 宏*; 泉 正憲; 森下 喜嗣

no journal, , 

拡張現実感技術は、原子力発電所の保守作業を効率的かつ安全に実施していくために有効な技術の一つである。本拡張現実感技術を現場での保守作業へ適用させるためには、現場での作業者の位置を同定するトラッキング技術の改善,ユーザインターフェースの改善,システムの有効性の評価とさまざまな技術について検討する必要がある。著者らは、これまでの研究で、これら各種の技術課題についての解決法を検討してきた。本検討の実施状況を報告する。

口頭

A Feasibility study of decommissioning support method by augmented reality

下田 宏*; 中井 俊憲*; 石井 裕剛*; Bian, Z.*; 泉 正憲; 森下 喜嗣

no journal, , 

新型転換炉ふげん発電所(以下、「ふげん」という)で進めている拡張現実感技術を用いて解体にかかわる情報を現場において提供する「現場可視化システム」のプロトタイプシステムを開発した。本システムの解体作業への適用性を確認するため、ふげん内にある純水装置室のイオン塔を解体する模擬的なシナリオを作成し、被験者による実験を通して、その有効性を評価した。その結果、3D-CADを使用した解体にかかわる情報の提供は、作業員が現場の状況を把握するうえで有効であることを確認し、さらに、本プロトタイプシステム上で3D-CADデータを現場の状況に合わせて更新できる機能は、解体作業の工程を管理していくうえで利便性があるということを確認した。

口頭

ふげん発電所における現場可視化システムの開発,3; 解体作業支援への応用

泉 正憲; 森下 喜嗣; 下田 宏*; 石井 裕剛*; 中井 俊憲*; Bian, Z.*

no journal, , 

新型転換炉ふげん発電所(以下、ふげんという)で進めている拡張現実感技術を用いて解体にかかわる情報を現場において提供する「現場可視化システム」のプロトタイプシステムを開発した。本システムの解体作業への適用性を確認するため、ふげん内にある純水装置室のイオン塔を解体する模擬的なシナリオを作成し、ふげんの現場職員数名に適用して、その有効性を評価した。その結果、3D-CADを使用した解体にかかわる情報の提供は、作業員が現場の状況を把握するうえで有効であることを確認し、さらに、本プロトタイプシステム上で3D-CADデータを現場の状況に合わせて更新できる機能は、解体作業の工程を管理していくうえで利便性があるということを確認した。

口頭

バーミキュライトからのCs除去における真空溶融塩処理法の利点

下山 巖; 平尾 法恵; 馬場 祐治; 岡本 芳浩; 矢板 毅; 鈴木 伸一; 和泉 寿範

no journal, , 

福島における現在の主な放射性汚染物質であるCsはそのほとんどが土壌中の粘土鉱物に取り込まれている。粘土鉱物からのCs乾式除去を目的として、本研究では非放射性Csを飽和収着させた福島産バーミキュライトに対して真空及び低圧加熱処理を行った。Csの脱離挙動に関しては昇温脱離法(TDS)により調べた。また、大気中と低圧中の比較を熱重量分析(TGA)により行った。TGAとTDSの結果から大気中の加熱では脱離しないCsが低圧加熱により脱離することを見いだした。また、NaCl/CaCl$$_{2}$$混合塩を添加した場合、Cs脱離温度が200$$^{circ}$$Cほど低温側にシフトすることを見いだした。粘土鉱物中に残留したCsについてはX線光電子分光法(XPS)により定量分析を行い、塩添加せず真空中で800$$^{circ}$$C加熱した試料では、約4割のCs除去が確認された。また、塩添加した試料では320$$^{circ}$$Cで約6割、450$$^{circ}$$C加熱で約7割のCs除去が可能であることがわかった。以上の結果は真空(低圧)昇華法と塩添加の組み合わせが従来の乾式法よりも低温でのCs除染の可能性を持つことを示唆している。

口頭

全反射X線光電子分光法による酸化物表面に吸着した極微量セシウムの結合状態解析

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 和泉 寿範

no journal, , 

土壌や粘土鉱物中における放射性セシウム原子の結合状態を明らかにするため、これらの物質の主要構成成分である石英およびアルミナ(サファイア)表面に吸着したセシウムについて、放射光を用いたX線光電子分光測定を行った。放射性セシウムの原子数は極めて少ないため、X線光電子分光測定の感度を上げる目的で、X線の全反射条件で測定を行った。溶液法でセシウムを吸着させた石英を水で超音波洗浄すると、セシウムの吸着量は減少するが、わずかにセシウムの光電子ピークが認められた。このピーク強度から、表面に残ったセシウムの量を見積もると、約200ピコグラムであった。これは$$^{137}$$Csに換算すると約400ベクレルに相当する。このことからX線の全反射現象を利用したX線光電子分光法により、放射性セシウムの量に相当する極微量のセシウムの結合状態解析が初めて可能となった。セシウム3d光電子ピークのエネルギーを詳細に解析した結果、吸着量が多い時はセシウムは弱いファン・デア・ワールス結合で吸着するが、極微量になると共有結合性が強い結合状態へと変化することが明らかとなった。

口頭

酸化物および雲母表面に吸着した極微量Csの結合状態

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 和泉 寿範

no journal, , 

粘土鉱物の主要成分である二酸化ケイ素、アルミナおよびマイカ(人造雲母)表面に極微量のセシウムを吸着させ、その結合状態を放射光を用いた全反射X線光電子分光法(TR-XPS)で解析した。比較のため他のアルカリ金属に関しても実験を行った。入射するX線の角度を表面すれすれにして全反射条件にすると、XPSにおけるCs 3d領域のバックグラウンドは、通常のXPSの1/10以下に低下し、200ピコグラムまでの極微量のセシウムの結合状態解析が可能となった。基板を塩化セシウムの溶液に浸してセシウムを吸着させた試料を水で洗浄すると、洗浄に伴い、Cs 3dの結合エネルギーは高エネルギー側にシフトした。さらに試料を超音波洗浄した後でも、わずかにピークが認められ、その結合エネルギーは洗浄前に比べ0.8eV高結合エネルギー側にシフトした。このことから洗浄後に残った"取れにくい"極微量のCsは、通常の吸着状態より、Csと基板間の分極が小さく、共有結合に近い結合状態をとることが明らかとなった。

口頭

低圧昇華法による粘土鉱物からのCs除去; 風化バイオタイトを用いた実証試験

下山 巖; 平尾 法恵; 馬場 祐治; 和泉 寿範; 岡本 芳浩; 矢板 毅; 鈴木 伸一

no journal, , 

汚染土壌の減容化において鍵となるのが粘土鉱物からのCs除去である。そのための新たな乾式法として低圧昇華法を提案する。$$^{133}$$Csを飽和収着した風化バイオタイトに低圧環境下での加熱処理を行い、処理前後の分析を行った。熱重量分析の結果、大気圧中では脱離しないCsが低圧環境では750-800$$^{circ}$$C付近で脱離することを見いだした。また高真空環境下における昇温脱離法(TDS)による分析では、Cs脱離成分のピークが680$$^{circ}$$Cに観測された。さらにNaCl-CaCl$$_{2}$$混合塩を添加することにより、TDSスペクトル中のCs脱離成分のピークが200$$^{circ}$$Cほど低温側にシフトすることを見いだした。また、X線蛍光分析(XRF)により組成分析を行い、塩と共に700$$^{circ}$$C 2時間の加熱処理を行った場合風化バイオタイト中のCsが検出限界以下まで減少することも見いだした。一方、塩無添加での同様の加熱処理では約3割のCsが除去された。これらの結果により低圧昇華法が従来の乾式法よりも低温でのCs除染が可能であることを実証した。

口頭

Adsorption-desorption behavior of trace-level alkali metals on oxides and micaceous oxides

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 和泉 寿範

no journal, , 

粘土鉱物に吸着した放射性セシウムの化学結合状態を直接分光学的手法で観察することを目的とし、粘土鉱物の主要成分である石英、アルミナ、雲母に吸着したセシウムおよび他のアルカリ金属の化学結合状態を放射光を用いたX線光電子分光法(XPS)で調べた。実際の放射性セシウムの原子数は極めてわずかであるため、マクロ量のセシウムと異なる結合状態をとると考えられる。そこで検出感度を上げるため、X線の全反射現条件でXPSを測定した。その結果、Cs-137の原子数に匹敵する極微量のセシウムおよび他のアルカリ金属のXPS測定が可能であることがわかった。XPSスペクトルにおける内殻結合エネルギーを比較したところ、雲母に吸着した極微量のセシウムはマクロ量のセシウムに比べて、よりプラスに帯電していることがわかった。これは雲母中の酸素のマイナス電荷の影響により、セシウムと酸素の間にイオン結合性が強い化学状態が生じるためと考えられる。このことは、極微量になると生じる特異な化学結合状態が、放射性セシウムが脱離しにくい理由のひとつであることを示唆している。

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