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論文

高温ガス炉による水素製造; HTTR-IS水素製造システムにおける化学反応器の概念設計

坂場 成昭; 大橋 弘史; 佐藤 博之; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 國富 一彦

日本原子力学会和文論文誌, 7(3), p.242 - 256, 2008/09

来るべき水素社会では大量の水素が経済性を失うことなく必要とされる。原子力機構では、日本初の高温ガス炉HTTRの核熱を用いた水素製造装置の設計を開始した。水素製造装置としては水を熱化学的に分解するISプロセスを有力な候補とし、HTTRのIHX出口温度約900$$^{circ}$$Cの2次ヘリウムから供される10MWの熱がISプロセスとの接続に使われる。本報では、HTTR-IS水素製造システムにおける硫酸分解器,ブンゼン反応器等の化学反応器について新しい構造概念を提案した。硫酸分解器では、従来3つの機器を要していた硫酸分解,三酸化硫黄分解及び予熱器の機能を一つの硫酸分解器に持たせる一体型の構造概念を提案した。また、ブンゼン反応,二層分離器及びポンプの3つの機能を一つの機器に持たせたミキサセトラ型ブンゼン反応器を提案した。提案する新しい構造概念は、建設コストの低減のみならず、機器間の接続部の低減による漏えいリスクの軽減につながることにより運転維持コストの経済性向上が期待できる。

報告書

HTTR-IS水素製造システムの概念設計

坂場 成昭; 佐藤 博之; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 大橋 一孝; 西原 哲夫; 國富 一彦

JAEA-Research 2007-058, 31 Pages, 2007/08

JAEA-Research-2007-058.pdf:16.44MB

原子炉に接続する水素製造施設は、ほかの水素製造法と比較し、商用段階において経済的に競合できなければならない。そのためには、水素製造施設は一般化学プラントとして原子炉に接続させることが必要不可欠である。そこで、高温ガス炉HTTRに接続する水素製造施設に関する安全論理の構築を目指し、水素製造施設に要求される安全機能及び非「原子炉施設」化について検討した。また、水素製造装置の建設コスト低減による経済性向上のため、HTTRに接続させる熱化学水素製造法ISプロセスを構成するブンゼン反応器及び硫酸分解器について、複数の機能を一体化した構造概念を提案し、機器の合理化及び高性能化について検討した。さらにプロセス条件を緩和させることを可能とするヨウ化水素分解器を提案し、汎用材料及び汎用技術採用の可能性を追求した。また、HTTRの中間熱交換器から供される10MWの熱を用いて1,000Nm$$^{3}$$/h規模の水素製造が可能となるHTTR-ISシステムの基本的成立性を確認した。本報は、高温ガス炉HTTRの核熱を用いて熱化学法ISプロセスにより水素製造を実証するHTTR-ISシステムの概念設計について報告する。

論文

X-ray diffuse scattering from carbon-ion-irradiated diamond

須貝 宏行; 前田 裕司*; 松本 徳真*; 加藤 輝雄; 春名 勝次*; 左高 正雄; 小野 文久*

Physica Status Solidi (C), 4(8), p.2963 - 2966, 2007/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

人工ダイヤモンドは、高温や放射線等の過酷な環境に耐えうる有望な耐環境素子材料の一つである。ここでは、100MeV炭素イオン照射した人工ダイヤモンド単結晶中の格子欠陥をX線による格子定数測定とX線散漫散乱により調べた。イオン照射及びX線測定は、室温で行った。格子定数は照射量に比例して増加した。われわれが従来から行ってきた不純物濃度の異なる天然及び人工ダイヤモンド単結晶に関する結果との比較から、照射によって生成した格子間原子及び原子空孔は、(100)面に転位ループをつくることが明らかとなった。

報告書

HTTR-ISシステムの系統設計のための化学プラントの事故事例研究

本間 洋之; 佐藤 博之; 笠原 清司; 大橋 弘史; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 坂場 成昭

JAEA-Technology 2007-006, 60 Pages, 2007/02

JAEA-Technology-2007-006.pdf:15.91MB

化石資源に依存したわれわれの生活は、その化石資源の枯渇や化石資源の大量消費による気候変動や酸性雨などの脅威に晒されている。このため、二酸化炭素のような温暖化ガスの発生がなく、また、環境汚染の心配がない水素が、将来の重要なエネルギー媒体として広く認知されており、近い将来には水素の需要が大きく増大するものと考えられている。大量の水素需要に応えるため、水を原料とした原子力エネルギーによる水素製造、特に高温ガス炉を用いた熱化学法ISプロセスは、ゼロエミッションエネルギー戦略や実用規模への展開において、最も期待できる水素製造法である。しかし、高温ガス炉によるISプロセス水素製造の技術基盤を確立するためには、我が国唯一の高温ガス炉であるHTTRを用いた研究開発が不可欠である。HTTRは、日本原子力研究開発機構(原子力機構)の大洗研究開発センターに建設され、運転試験が行われている。原子力機構では、高温ガス炉によるISプロセス水素製造技術を実証するため、HTTR接続ISプロセス(HTTR-ISシステム)の設計を開始した。HTTR-ISシステムの設計にあたっては、ISプロセスプラントで発生する各種事故に対する予防保全,事後保全などを考慮する必要がある。そこで、ISプロセスプラントに関係する化学プラントでの事故事例を整理し、その結果をもとにISプロセスプラントの系統設計に必要な事故防止対策案を提示した。本報告はそれらについてまとめたものである。

論文

Electrical conductivity increase of Al-doped ZnO films induced by high-energy-heavy ions

須貝 宏行; 松波 紀明*; 福岡 修*; 左高 正雄; 加藤 輝雄; 岡安 悟; 志村 哲生*; 田沢 真人*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 250(1-2), p.291 - 294, 2006/09

 被引用回数:14 パーセンタイル:27.6(Instruments & Instrumentation)

AlドープZnO(AZO)半導体薄膜は、電気伝導性及び可視光透過性に優れ、低コストで環境負荷の軽い透明電極材料として応用研究が行われている。熱的過程では限界があるAZO薄膜の電気特性向上を試みて、高エネルギー重イオン照射を行った。RFマグネトロンスッパター法により作製したAZO薄膜は、Al/Zn組成比4%,膜厚0.3$$mu$$mであった。フルーエンス4$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$まで100MeV Xeイオンを照射すると、電気伝導度は1.5$$times$$10$$^{2}$$から8$$times$$10$$^{2}$$S/cmまで単調に増加した。このような電気伝導度の増加は、100keV Neイオン照射の場合にも観測しているが、100keV Neイオン照射の場合には、フルーエンス3$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$(深さ0.1$$mu$$mのレンジ付近で、7dpa)で電気伝導度が最大となった。100MeV Xeイオン照射の場合、フルーエンス4$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$におけるdpaは0.008となるので、100MeV Xeイオン照射における電気伝導度の増加は、電子励起効果によると考えられる。

論文

Radiation defects in heavy ion-irradiated nickel at low temperature by X-ray diffuse scattering

前田 裕司*; 松本 徳真; 加藤 輝雄; 須貝 宏行; 大塚 英男*; 左高 正雄

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 232(1-4), p.312 - 316, 2005/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.8(Instruments & Instrumentation)

本研究は原子力材料での照射効果の機構を理解するために、重要な研究課題の一つであるカスケード損傷の構造を明らかにすることを目的としている。照射欠陥の生成や回復などの過程はこれらを凍結することでその素過程を調べることができるため、極低温での実験が不可欠である。しかし、このような低温での研究の報告例は少ない。また、微小サイズの照射欠陥を調べるには電子顕微鏡でも困難であり、最も有力な測定方法としてX線散漫散乱法がある。X線散漫散乱はブラック角近傍のX線の散乱である。本報告は低温のままで重イオン照射とX線回折ができるクライオスタットを開発し、これを用いてX線散漫散乱の測定による照射欠陥の解析をしたものである。実験はNi単結晶試料にタンデム加速器の127MeVのヨウ素イオン(I$$^{10+}$$)を16Kの温度で照射し、35K以下の温度でX線散漫散乱の測定を行った。その結果、散漫散乱強度はqをブラック角からのずれとして、q$$^{-2}$$乗及びq$$^{-4}$$乗の依存性が観測された。これは、生成された欠陥は点欠陥だけではなく、クラスターも形成していることを示すことから、カスケード損傷の形成を示唆するものである。また、室温までの焼鈍により、クラスターは格子間原子型では成長し、空孔型では変化しないことがわかった。

論文

X-ray diffuse scattering of quenched copper single crystals

前田 裕司; 山川 浩二*; 松本 徳真*; 春名 勝次*; 加藤 輝雄; 小野 文久*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 97, p.491 - 494, 1995/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

放射光を利用して急冷した高純度銅単結晶のX線散漫散乱の測定を行い、電子顕微鏡では観測が困難であった空孔型の転位ループを観測した。急冷後の2次欠陥の観測は主として電子顕微鏡で精力的に行われて来た。しかしFCC金属では銅だけが2次欠陥の観測に成功していない。それは2次欠陥のサイズが小さく電顕での観察が困難である、又ガス不純物に空孔が捕獲され2次欠陥を形成するに至っていない等の理由が考えられる。放射光は高エネルギー物理学研究所のRL-4Cを利用し、逆格子点(111)の周りの散漫散乱の測定を室温で行なった。その結果、空孔型転位ループからの散漫散乱を観測した。しかしこの散乱はシャープで、強度は非常に強く、転位ループの散漫散乱の理論計算で予測されていた「caustics」散乱と考えられる。転位ループのサイズは約10$AA$と推測される。

論文

5Kで高速中性子照射したオーステナイトステンレス鋼と高マンガン鋼の極低温引張特性

加藤 輝雄; 前田 裕司

低温工学, 30(3), p.143 - 149, 1995/00

トカマク型核融合炉用超電導磁石は液体He温度(4.2K)で放射線照射を受ける。そこで、超電導磁石の構造材、支持材としてのSUS304グレード、および高マンガン鋼に対し、5Kで高速中性子照射後、温度を上げることなく4.2Kで引張試験を行った。SUS304は低炭素で窒素(N)固溶量を変えた(N=0.003、0.123、0.230、0.11wt%)材料であり、N固溶量に対する極低温照射効果を調べた。その結果、SUS304の0.2%耐力はN=0.003で大きく増加し、Nの増加に伴い照射の影響が少なくなる。また、引張強さ、加工誘起マルテンサイト変態はN量を変えてもほとんど照射の影響が無いことが解った。高マンガン鋼では0.2%耐力、引張強さとも増加する傾向を示した。これらの材料は極低温での断熱発熱によるセレーションが応力-歪曲線上に現れるが、照射欠陥の作用によるものと思われるセレーションの応力降下の増加を見つけた。

論文

有機絶縁材料の極低温原子炉照射効果

加藤 輝雄

低温工学, 30(11), p.510 - 518, 1995/00

核融合炉用超電導磁石の絶縁材料は熱絶縁と電気絶縁に分けられ、加工性の良い有機材料が有望視される。磁石はプラズマで発生する高速中性子と$$gamma$$線の照射を受けるが、絶縁材料の照射劣化は核融合炉システムの致命的な損傷になるため、耐照射性の良好な材料を選択しなければならない。本実験は5Kで原子炉照射後、温度を上げることなく電気的及び機械的試験を行った。照射効果は電気的特性よりも機械的特性に大きく影響することが分かった。実験に用いた材料は28種類であり、プラスチックフィルム、樹脂のみ、繊維強化樹脂(FRP)で分類し、5Kでの原子炉照射効果について総括した。本実験で機械強度が明らかに増加した材料がいくつか見られたが、この現象は極低温照射では考えにくいことである。この発現理由に関して、編集委員会のすすめから、「サロン」欄に仮説を挙げて問題提起として同時投稿した。

論文

Electron irradiation effects of YBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{x}$$

数又 幸生; 岡安 悟; 加藤 輝雄

Physics and Materials Science of High Temperature Superconductors,II, p.595 - 608, 1992/00

焼結体YBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{x}$$(x=6.9,6.6,6.4)、La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$(x=0.5,0.15,0.25)及び単結晶La$$_{1.85}$$Sr$$_{0.15}$$CuO$$_{4}$$、La$$_{2}$$CuO$$_{4}$$に電子線を2$$times$$10$$^{18}$$/cm$$^{2}$$照射し、照射による超電導特性の変化を調べた。電気伝導、直流及び交流磁化、磁気的臨界電流密度及び磁束の時間緩和の測定等から、照射効果を総合的に追求した。電気抵抗の測定から、照射による臨界温度の減少は、YBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{x}$$、x=6.9,6.6についてそれぞれ4K及び24Kであった。直流磁化は、x=6.9,6.6では照射による顕著な変化は観測されなかったが、x=6.4では磁化の温度変化が臨界温度付近で非常にゆるやかになった。臨界電流密度は、25K以下で1.2倍照射により増加した。磁束線ピン止めポテンシャルは、照射効果が低温で顕著であった。La系については、焼結体及び単結晶について磁束の時間緩和を詳細に調べ、磁束線ピン止め中心と臨界電流密度との相関性を論じた。

論文

Thermal expansion measurements in a La$$_{1.85}$$Sr$$_{0.15}$$CuO$$_{4}$$ single crystal superconductor by X-ray diffraction

前田 裕司; 加藤 輝雄; 小野 文久*; 春名 勝次*; 田中 功*; 児島 弘直*

Physica C, 185-189, p.1383 - 1384, 1991/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.59(Physics, Applied)

La$$_{1.85}$$Sr$$_{0.15}$$CuO$$_{4}$$の単結晶試料のボンド法による低温X線回折による精密格子定数の測定を行った結果、超電導転移温度近傍で格子定数に明確な変化を見い出した。即ち、超電導転移温度(T$$_{c}$$=33K)以下では、C軸方向の格子定数は増加し、C軸に垂直な方向では減少した。本実験に用いた試料はマルチコアから提供された単結晶である。電気抵抗の測定でT$$_{c}$$は33Kであった。4.2Kから室温の温度範囲で格子定数の精密測定を行なった。超電導状態でC軸方向の格子定数が増加し、C軸に垂直な方向のそれは減少したことは、超電導に寄与する結晶は2次元的であることを示唆する。超電導状態と結晶歪場との相関について議論し、報告する。

論文

Superconductivity of Bi-Sr-Ca-Cu-O prepared from CuO or CU$$_{2}$$O, and doped with Ag ions

加藤 輝雄; 数又 幸生; 前田 裕司

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.169, p.337 - 340, 1990/00

酸化物超電導体Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)は、85kと110kの低温相および高温相と呼ばれる2つの相が混在する。しかし、Pb添加により高温相を多く含む試料が得られる。Biは3価と5価が混在するといわれており、Pb添加によりその価数が調整されるものと考えられる。BSCCOではBi$$^{3+}$$、Bi$$^{5+}$$によりCuの価数に影響すると考えCuOとCu$$_{2}$$Oを用いた場合の超電導特性、およびAg添加による超電導特性について調べた。BiSrCaCu$$_{x}$$ O$$_{y}$$(x-2,3,4,5)において、CuOを用いた場合にはCu量の増加により高温相が減少するが。CuOを用いた場合には高温相が増加する。一方、BiSrCaCu$$_{2}$$O$$_{y}$$+Ag$$_{x}$$(x=0,,1,1.5,2)ではAg量xが1.5,2.0で高温相が大くなる。これらの結果からBCCOの高温相はCu$$^{+}$$によるものと考えられる。

論文

Electron irradiation effects on Y$$_{1}$$Ba$$_{2}$$CCu$$_{3}$$O$$_{y}$$ superconductors

渡辺 光男; 加藤 輝雄; 楢本 洋; 前田 裕司; 白石 健介; 数又 幸生; 岩瀬 彰宏; 岩田 忠夫

Advances in Superconductivity, p.469 - 474, 1989/00

クエンチ法により酸素量を制御したY$$_{1}$$Ba$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{y}$$試料を3MeVの電子線を照射し、その照射効果を電気抵抗測定で、試料の電流密度を変え、遷移温度近傍の様子を調べた。

論文

Radiation effect of YBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-y}$$ irradiated by $$gamma$$-rays and 14MeV neutrons

加藤 輝雄; 渡辺 光男; 数又 幸生; 楢本 洋; 岩田 忠夫; 池田 裕二郎; 前川 洋; 中村 知夫

Japanese Journal of Applied Physics, 27(11), p.L2097 - L2099, 1988/11

14MeV中性子、および$$gamma$$線による高温超伝導体YBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-y}$$の照射効果を調べた。最大照射量は14MeV中性子が2$$times$$10$$^{15}$$n/cm$$^{2}$$$$gamma$$線が2.5$$times$$10$$^{9}$$radである。これらの照射量では、臨界温度(Tc)がほとんど変化しない。しかし、室温の電気抵抗率は、それぞれの照射で増加する傾向を示した。14MeV中性子による照射欠陥の形成は原子炉中性子と同程度と推測される。

論文

La$$_{2-x}$$Na$$_{x}$$CuO$$_{4}$$とLaBaCaCu$$_{3}$$O$$_{7-y}$$の超電導特性

加藤 輝雄; 渡辺 光男; 前田 裕司; 楢本 洋; 数又 幸生; 岩田 忠夫

低温工学, 23(5), p.302 - 306, 1988/05

La系の酸化物超伝導体La$$_{2-x}$$AxCuO$$_{4}$$(A=Ca、Sr、Ba)の2価イオンを1価のNa$$^{+}$$、K$$^{+}$$、及び2価のPb$$^{2+}$$で置換した実験を行った。この中でNa$$^{+}$$のみが超伝導を示した。その最適条件は、La$$_{1.5}$$Na$$_{0.5}$$CuO$$_{4}$$の組織で、880~890$$^{circ}$$Cの焼成温度であり、臨界温度は22.2Kであった。Y系置換型超伝導体LaBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-y}$$で、2価イオンの1部をCa及びSrで置換した実験を行った。LaBaSrCu$$_{3}$$O$$_{7-y}$$では、2つの超伝導相が現れ、その特性はあまり良好でなかった。一方、LaBaCaCu$$_{3}$$O$$_{7-y}$$では、良好な超伝導特性を示した。この超伝導体は、890~1050$$^{circ}$$Cの焼成温度での実験結果、抵抗の温度依存性は常に金属的であり、超伝導遷移が極めてシャープであった。

論文

電子線照射用極低温チェンバー

加藤 輝雄; 渡辺 光男; 岩瀬 彰宏; 岩田 忠夫

Proceedings of 12th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.117 - 119, 1987/00

固体の照射損傷の研究には極低温での電子線照射が有用である。本チェンバーは原研のリニアックを利用し、液体ヘリウムで試料を冷却し、60MeV、1$$mu$$A程度の電子照射すことを目的としている。本報は極低温電子線照射に必要な冷却システム、発熱ビーム計測、放射線量率等について述べる。

論文

高温超電導材の2.7GHz空洞でのテスト

大久保 牧夫; 峰原 英介; 竹内 末広; 河原崎 雄紀; 片野 進; 高村 三郎; 加藤 輝雄; 渡辺 光男; 楢本 洋; 数又 幸生

Proceedings of 12th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.42 - 43, 1987/00

最近話題の高温超電導材の高周波加速空洞への応用可能性を検討するために、高周波特性を測定した。

口頭

長寿命ガラス固化溶融炉に関する技術開発

加藤 淳也; 宮内 厚志; 青嶋 厚; 塩月 正雄; 山下 照雄; 中島 正義; 守川 洋; 三浦 昭彦; 福井 寿樹*; 山崎 晶登*; et al.

no journal, , 

本技術開発の目的は、高レベル放射性廃液の処理処分コスト低減等を図るため、現行のガラス固化溶融炉を高度化し、溶融炉の長寿命化を実現することである。そのため溶融炉の寿命を決定している耐火材の侵食並びに電極消耗の2点に対して対策を講じた新たな長寿命ガラス固化溶融炉の技術開発を行う。耐火物侵食対策としては、溶融炉壁を冷却することによりスカル層(ガラス固体層又は低温高粘性流体層)を形成させ、ガラスによる侵食抑制を図る「長寿命炉壁構造」の開発を行う。電極消耗対策については、現在、炉に固定されている電極を消耗品として容易に交換できるようにするとともに、加熱領域の柔軟性等を有する「可換式電極構造」の開発を行う。また、本開発においては長期に安定な運転条件を把握するため、シミュレーション解析等を進めるとともに、各技術の検証のための小型試験装置の設計及び製作,コールド試験を行い、次世代ガラス固化溶融炉として実用化を図る。

口頭

長寿命ガラス固化溶融炉の成立性に関する予備的検討

山下 照雄; 三浦 昭彦; 加藤 淳也; 塩月 正雄; 大野 勇*; 福井 寿樹*; 山崎 晶登*; 松本 史朗*

no journal, , 

本技術開発の目的は、高レベル放射性廃液の処理処分コスト低減等を図るため、現行のガラス固化溶融炉を高度化し、溶融炉の長寿命化を実現することである。長寿命炉の要求機能に基づく候補炉形式を具体化するとともに、主要高度化技術であるスカル層形成機能及び可換式電極構造について、設計検討,基礎試験及び解析評価により成立性を評価し、開発目標である炉寿命20年間を達成できる溶融炉概念と各技術条件の見通しが得られた。これらの成果をもとに次年度以降、各要素技術評価試験,小型炉試験,シミュレーション解析評価を実施し、平成20年度までに長寿命炉の基本仕様を具体化し成立性を確認する。

口頭

長寿命ガラス固化溶融炉の開発,2; 耐火物材料における侵食速度の温度依存性評価

三浦 昭彦; 加藤 淳也; 山下 照雄; 塩月 正雄; 松本 史朗*

no journal, , 

高レベル放射性廃液のガラス固化溶融炉の長寿命化の検討のため、炉壁冷却による耐火材の侵食抑制の効果を確認のため、2種類の耐火物(K-3, CS-5)を対象として、温度と侵食速度との関係を評価した。この結果、侵食速度は温度に関しアレニウス型の傾向を示し、5か月に渡る長期の浸漬試験の結果、顕著な侵食が観察されなかったことから、炉壁冷却による長寿命化が得られる見通しが得られた。

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