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進藤 愛美*; 上奥 あや*; 岡村 和奏*; 菊地 晋; 山崎 淳司*; 古賀 信吉*
Thermochimica Acta, 749, p.180021_1 - 180021_14, 2025/07
The present study focused on the multistep thermal dehydration/decomposition process of geopolymer paste samples prepared using distinct active fillers, including fly ash, blast furnace slag, and metakaolin. Besides the lower water content of the geopolymer materials compared with conventional Portland cement, the thermal dehydration/decomposition occurs as the multistep process. Water evolution behavior is critical for assessing its potential application as a construction material in water-resistant environment. The thermal dehydration/decomposition kinetics also plays a pivotal role in evaluating the thermal stability of geopolymer materials. This article presents the kinetic behavior of the multistep thermal dehydration/decomposition of different geopolymer materials in a stream of dry N
or wet N with varying water vapor pressures. This study revealed that, irrespective of the samples, the two-step thermal dehydration/decomposition process occurred after the desorption of absorbed water. The kinetics of the initial reaction process, which is attributed to the thermal dehydration of bounded water, exhibited sensitivity to atmospheric water vapor. In contrast, the kinetics of the subsequent process of the thermal dehydroxylation of the binding phase demonstrated practically invariable behavior, irrespective of the atmospheric water vapor pressure. The latter was identified as a distinctive attribute of the irreversible process and as a pivotal process in determining the thermal stability of geopolymer materials.
和田 有希*; 森本 健志*; Wu, T.*; Wang, D.*; 菊池 博史*; 中村 佳敬*; 吉川 英一*; 牛尾 知雄*; 土屋 晴文
Science Advances (Internet), 11(21), p.eads6906_1 - eads6906_10, 2025/05
被引用回数：0Lightning discharges can produce transient gamma-ray emissions called terrestrial gamma-ray flashes (TGFs), which originates from electrons accelerated to relativistic energies in strong electric fields. However, it is not yet understood how lightning produces an enormous number of relativistic electrons in dense atmospheres. We present that, thanks to a ground-based observation with optical, radio frequency and high-energy measurements focused on television transmission towers in Kanazawa, Japan, a TGF and a cloud-to-ground discharge of 
kA occurred when a downward negative leader was colliding with an upward positive leader from the tower. Because the cloud-to-ground current followed the TGF by 30 
s, the TGF started when two leaders approached each other. Our results indicate that an immense number of electrons were produced and accelerated to relativistic energies in a strong and compact electric-field region between the two leaders.
Niu, X.*; Elakneswaran, Y.*; Li, A.*; Seralathan, S.*; 菊池 亮佑*; 平木 義久; 佐藤 淳也; 大杉 武史; Walkley, B.*
Cement and Concrete Research, 190, p.107814_1 - 107814_17, 2025/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Construction & Building Technology)Metakaolin-based geopolymers have attracted significant interest in decontaminating radioactive debris from the Fukushima nuclear accident. This study explored the incorporation of boron (B) into geopolymers using boric acid as the source, with the goal of developing B-enriched geopolymers for enhanced radionuclide immobilisation and neutron capture potential.
Sweet, M.*; Mishima, Kenji*; 原田 正英; 栗田 圭輔; 飯倉 寛; 田崎 誠司*; 菊池 伯夫*
Quantum Beam Science (Internet), 9(2), p.11_1 - 11_17, 2025/04
中性子ビームは電気的に中性で透過性が高いため、植物、種子、微生物などの生物種への照射に独自の利点がある。われわれは、核破砕、原子炉、小型中性子源のJ-PARC BL10、JRR-3 TNRF、KUANSのシミュレーションを使用して、遺伝子変異を誘発する中性子照射の可能性を包括的に調査した。
國分 祐司; 細見 健二; 瀬谷 夏美; 永岡 美佳; 井上 和美; 小池 優子; 長谷川 涼; 久保田 智大; 平尾 萌; 飯澤 将伍; et al.
JAEA-Review 2024-053, 116 Pages, 2025/03
JAEA-Review-2024-053.pdf:3.26MB
本報告書は、原子力規制関係法令を受けた「再処理施設保安規定」、「核燃料物質使用施設保安規定」、「放射線障害予防規程」、「放射線保安規則」及び茨城県等との「原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定書」、「水質汚濁防止法」並びに「茨城県条例」に基づき、令和5年4月1日から令和6年3月31日までの期間に日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所から環境へ放出した放射性排水の放出管理結果を取りまとめたものである。再処理施設、プルトニウム燃料開発施設をはじめとする各施設からの放射性液体廃棄物は、濃度及び放出量ともに保安規定及び協定書等に定められた基準値を十分に下回った。
田中 正暁; 堂田 哲広; 浜瀬 枝里菜; 桑垣 一紀; 森 健郎; 岡島 智史; 菊地 紀宏; 吉村 一夫; 松下 健太郎; 橋立 竜太; et al.
日本機械学会論文集(インターネット), 91(943), p.24-00229_1 - 24-00229_12, 2025/03
先進型原子炉システムの設計最適化や安全評価を支援する「AI支援型革新炉ライフサイクル最適化手法(ARKADIA)」の一部として、設計基準事象までの設計課題に適用する「ARKADIA-Design」の整備を進めてきた。本報では、ARKADIA-Designにおける、炉心設計及び炉構造設計、並びに保全に関わる点検工程の最適化プロセスの実装状況と、最適化検討とともに個別評価におけるプラント挙動の解析に必要な複数の解析コードの連成解析を含む解析評価技術の開発状況を報告する。
菊地 晋; 古賀 信吉*
Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 150(1), p.585 - 590, 2025/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)The objective of this study was to ascertain the thermodynamic parameters associated with the phase transitions of NaO through the use of differential scanning calorimetry (DSC). Due to the high chemical reactivity of NaO at elevated temperatures, particular precautions were necessary for the DSC measurement, including the selection of an appropriate crucible material, the preparation of a custom-made crucible with a specialized geometrical configuration, and the meticulous calibration of the recorded temperature and enthalpy change. Furthermore, all experimental procedures for the DSC measurement were required to be conducted under controlled atmospheric conditions of inert gas. Despite the aforementioned difficulties, we were able to successfully determine the transition temperatures and enthalpy changes associated with the structural phase transition and melting of NaO using DSC. The reliability of these thermodynamic parameters was validated by comparing them with previously reported values.
江村 優軌; 松場 賢一; 菊地 晋; 山野 秀将
Proceedings of 13th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS13) (Internet), 8 Pages, 2024/11
Assuming the CDA of SFRs, the eutectic melting between B
C as a control rod material and stainless steel (SS) as a structural material could occur below their melting points. After that, the mixture produced by eutectic melting between BC and SS (BC-SS mixture) would relocate inside or outside of the original core region. From the viewpoint of core reactivity changes, the relocation behavior of BC-SS mixture induced by its melting/freezing behavior, is one of the key elements to evaluate the CDA consequences. Many experimental studies on freezing behavior using core materials and its simulants, including molten UO, SS, tin, wood's metal have been reported in the past. Based on these experimental findings, the freezing/blockage model for the severe accident simulation code was established and discussed through analyses of freezing process. Specifically, it has been considered that the experimental correlation of melt-penetration length was a key indicator to quantitatively describe freezing behavior. However, there was no experimental data for the freezing behavior of actual BC-SS mixture. Therefore, the freezing experiments of BC-SS mixture were conducted to investigate the freezing and blockage behavior inside a flow path such as fuel pin bundle. In the freezing experiments, BC powder and SS block were heated up to around 1,750 K using a graphite heating furnace, then BC-SS mixture flowed down into an SS pipe for cooling below 750 K. The experimental results showed that the BC-SS mixture solidified and resulted in the blockage in the SS pipe with 4 mm or 6.7 mm in inner diameter, respectively. Furthermore, the observations for cross section of SS pipe suggested that the BC-SS mixture penetrated deeper than molten SS. This difference is considered to be influenced by decrease of the melting point.
楡井 真実; 古府 麻衣子; 中島 健次; 菊地 龍弥*; 河村 聖子; 村井 直樹; 原田 正英; 稲村 泰弘
Journal of Neutron Research, 26(2-3), p.75 - 82, 2024/09
We investigated neutron flux at a sample position and energy resolution of a direct-geometry disk-chopper spectrometer AMATERAS under various chopper conditions and compared them with simulations and calculations. The measured flux was comparable to other similar spectrometers with high flux. The resolution when using a pulse-shaping chopper was in close agreement with the analytical calculations, including the thickness of the disk chopper, the sample size, and the penetration depth into the detector. It is found that the chopper, placed at the intermediate distance of the primary spectrometer, works as a pulse shaper that optimizes the flux and resolution below the incident energy of 10 meV.
吉川 龍志; 菊地 紀宏; 田中 正暁
日本機械学会2024年度年次大会講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2024/09
ナトリウム冷却高速炉の安全性強化方策である自然循環崩壊熱除去の採用にあたり、燃料集合体内における混合対流条件での圧力損失に対する浮力の影響を評価する必要がある。本報では、燃料集合体熱流動詳細解析コードSPIRALのHybrid型乱流モデルの妥当性確認として、低流量混合対流条件下での19本及び91本模擬燃料棒集合体水試験を対象に熱流動解析を実施し、浮力による集合体内の流速分布と温度分布への影響分析と、摩擦損失係数の比較によるHybrid型乱流モデルの圧力損失評価への適用性検討結果を報告する。
菊地 晋; 近藤 俊樹; 土井 大輔; 清野 裕; 小川 賢吾*; 中川 武志*
Proceedings of 14th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation, and Safety (NTHOS-14) (Internet), 12 Pages, 2024/08
In this study, thermal behavior of NaI in different atmospheric conditions was investigated using thermal analysis technique to understand the formation behavior of gaseous iodine. Based on the results, it was revealed that the thermal behavior of NaI in inert atmosphere is phase change and approximately 10 mass% of I2 could be formed from NaI in 20 vol% oxygen atmosphere. The chemical equilibrium simulation was also performed to understand the mechanism of I2 formation. The estimated value of I2 formation in 20 vol% oxygen atmosphere was comparable to the result of thermal analysis.
進藤 愛美*; 上奥 あや*; 岡村 和奏*; 菊地 晋; 山崎 淳司*; 古賀 信吉*
Thermochimica Acta, 738, p.179801_1 - 179801_12, 2024/08
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)This study investigated the kinetics of the multistep thermal dehydration/decomposition of the metakaolin-based geopolymer paste. The component two reaction steps were characterized by the evolution of water vapor and the simultaneous evolution of water vapor and CO, respectively. In a stream of dry N, the kinetics of the first and second reaction steps were characterized by the apparent activation energy (Ea) values of 92 and 166 kJ mol
, respectively. Both reaction steps exhibited a diffusion-controlled rate behavior. In a stream of wet N, the mass loss curves systematically shifted to higher temperatures with an increase in the water vapor pressure (p(HO)). The first reaction step was significantly influenced by p(HO), and the apparent Ea increased to 175 kJ mol at p(HO) = 11.4 kPa. The second reaction step was less sensitive to the atmospheric water vapor, as characterized by its Ea of 
165 kJ mol , irrespective of the p(HO).
江村 優軌; 高井 俊秀; 菊地 晋; 神山 健司; 山野 秀将; 横山 博紀*; 坂本 寛*
Journal of Nuclear Science and Technology, 61(7), p.911 - 920, 2024/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)Boron carbide (B
C)- stainless steel (SS) eutectic reaction behavior is one of the most important issues in the core disruptive accidents (CDAs) of sodium-cooled fast reactors (SFRs). In this study, the immersion experiments using BC pellets with molten SS were conducted to evaluate the CDA sequences such as contact event of solid BC with degraded core materials including SS at very high temperature. The immersion experiment aims at understanding the kinetic behavior of solid BC-liquid SS reaction based on the reduced thickness of BC pellet after the experiment in the temperature ranges from 1763 to 1943 K, which is higher than the temperature of solid BC-solid SS reaction. Based on the kinetic consideration of the reaction rate constants for solid BC-liquid SS reaction, it was found that similar temperature dependency was identified between solid BC-liquid SS and solid BC-solid SS. Besides, the reaction rate constants of solid BC-liquid SS were smaller than those of solid BC-solid SS extrapolated in higher temperature region by two or more orders of magnitude due to two different evaluation method for BC side/SS side. It was confirmed that this difference was reasonable through the consideration of previous reaction tests in solid-solid contact for BC side/SS side.
菊地 晋; 佐藤 理花; 近藤 俊樹; 梅田 良太; 山野 秀将
第28回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2024/06
蓄熱式ナトリウム(Na)冷却高速炉では、冷却材のNaと蓄熱材の硝酸系溶融塩との熱交換器部位におけるバウンダリ破損に起因した、Naと硝酸系溶融塩との化学反応性を把握することが安全評価上、重要である。本報告では、硝酸系溶融塩とNaとの反応性を把握するため、その第一段階として、硝酸系溶融塩を用いた熱分析試験を実施し、反応性評価に資するベースデータとなる硝酸系溶融塩の基本的な熱的挙動を確認した。さらに、これらの結果を踏まえて、Naと硝酸系溶融塩との反応に関する予備試験を実施した。
田中 正暁; 堂田 哲広; 浜瀬 枝里菜; 桑垣 一紀; 森 健郎; 岡島 智史; 菊地 紀宏; 吉村 一夫; 松下 健太郎; 橋立 竜太; et al.
第28回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2024/06
先進型原子炉システムの設計最適化や安全評価を支援する「AI支援型革新炉ライフサイクル最適化手法(ARKADIA)」の一部として、設計基準事象までの設計課題に適用する「ARKADIA-Design」の整備を進めてきた。本報では、今後の開発課題とともに、ARKADIA-Designにおける、炉心設計及び炉構造設計、並びに保全に関わる点検工程の最適化プロセスの実装状況と、最適化検討とともに個別評価におけるプラント挙動の解析に必要な複数の解析コードの連成解析技術の整備状況を報告する。
山野 秀将; 高野 和也; 栗坂 健一; 菊地 晋; 近藤 俊樹; 梅田 良太; 佐藤 理花; 白倉 翔太*
第28回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2024/06
溶融塩蓄熱式高速炉の安全設計方針及びリスク評価技術、ナトリウム-溶融塩の熱交換性能評価技術と伝熱向上方策、及びナトリウム-溶融塩の化学反応特性評価と安全性向上方策を開発する研究プロジェクトを進めている。ここでは、プロジェクト全体概要に加えて、ナトリウム-溶融塩伝熱破損の影響検討について報告する。
菊池 広人*; 宇田 俊秋*; 林 大介*; 江守 稔*; 木村 駿
原子力バックエンド研究(CD-ROM), 31(1), p.11 - 20, 2024/06
高レベル放射性廃棄物の地層処分において検討されている緩衝材ブロックを用いた処分孔竪置き方式では、緩衝材定置後から処分坑道の埋戻し材の施工完了までの間に、処分孔内へ流入する地下水の排水に伴い緩衝材の一部が流出し、人工バリアとしての機能に影響を及ぼす可能性が懸念されている。本研究は、SKBが提案するErosion modelを基に、わが国の地質環境への適用性を確認するとともに、工学的な判断(処分孔の利用可否や適切な対策の選択)を支援するための、緩衝材の流出量をより適切に評価できるモデルの開発手法の枠組みの構築を試みた。幌延URLの試験孔を利用した原位置流出試験により、Erosion modelの基となる定流量条件による要素試験とは異なる、時間経過に伴う地下水の流量の低下や、緩衝材の流出が停止する現象を確認した。これらの現象から湧水量、周辺岩盤と処分孔の水頭差、水質、材料の特性、処分孔内の状態などの影響因子を把握した。これらの知見を踏まえて、原位置で把握が可能な情報である孔内外水頭差および孔内湧水量、緩衝材の流出が懸念される期間を主な引数とした流出量評価モデルを、水頭差を制御した定水位での要素試験に基づき整備した。本検討において構築した流出量評価モデルは、Erosion modelに比べてより現実的な評価に近づけることができた。また、一連の取組を通して流出量評価モデルの開発手法を構築するとともに今後の課題について整理した。
堂田 哲広; 中峯 由彰*; 吉村 一夫; 桑垣 一紀; 浜瀬 枝里菜; 横山 賢治; 菊地 紀宏; 森 健郎; 橋立 竜太; 田中 正暁
計算工学講演会論文集(CD-ROM), 29, 6 Pages, 2024/06
ナトリウム冷却高速炉(SFR)開発で得た豊富な知識(ナレッジ)を活用するとともに、最新の数値シミュレーション技術を組み合わせた統合評価手法(ARKADIA)の開発の一環として、SFRの概念設計段階の最適化をサポートするARKADIA-Designを開発している。ARKADIA-Designは、3つのシステム(仮想プラントライフシステム(VLS)、評価支援・応用システム(EAS)、知識管理システム(KMS))で構成され、設計最適化フレームワークが各システムのインターフェースを通じて3つのシステム間の連携を制御する。本研究では、炉心設計最適化における例題を対象に、これまでに開発してきた設計最適化フレームワークのVLSでの連成解析及びVLSとEASとの連携による最適化の制御機能を統合したプロトタイプを構築し、設計最適化フレームワークのSFR設計最適化プロセスへの適用性を確認した。
吉川 龍志; 今井 康友*; 菊地 紀宏; 田中 正暁; 大島 宏之
Nuclear Technology, 210(5), p.814 - 835, 2024/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)ナトリウム冷却高速炉安全性強化研究では、燃料ピンの構造健全性を評価するために各種運転条件下におけるワイヤスペーサ型燃料集合体内熱流動特性の解明が重要である。そこで有限要素法による集合体詳細熱流動解析コードSPIRALが開発されている。本研究では、SPIRALにおける壁近傍低Re数効果を考慮したハイブリッド型乱流モデルの妥当性を確認するために、層流-乱流遷移条件及び乱流条件を含む異なるRe数条件下の37本ピンバンドルナトリウム実験の再現解析を実施した。SPIRALによる予測された温度分布はナトリウム実験で測定され温度と一致した。以上によって、SPIRALにおけるハイブリッド型乱流モデルの広範囲Re数条件下ナトリウム冷却集合体熱流動評価への適用性を確認した。
Be and 
Al under direct muon-induced spallation in granite quartz and its implications for past high-energy cosmic ray fluxes櫻井 敬久*; 紅林 泰*; 鈴木 颯一郎*; 堀内 一穂*; 高橋 唯*; 堂下 典弘*; 菊地 聡*; 門叶 冬樹*; 岩田 尚能*; 田島 靖*; et al.
Physical Review D, 109(10), p.102005_1 - 102005_18, 2024/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Astronomy & Astrophysics)銀河宇宙線の永年変化は銀河の活動に密接に関係しており、局所的な銀河磁場・星間雲・超新星残骸の近くの環境が反映される。高エネルギー銀河宇宙線によって大気中で生成される高エネルギーミューオンは、深い地層まで透過し、岩石中に放射性同位体を生成する。BeやAlのような長寿命の放射性核種は岩石中に蓄積されるため、高エネルギーミューオンの収量の長期変動、ひいては数百万年間の高エネルギー銀河宇宙線(GCR)の長期変動の調査に利用できる。本研究では、CERN SPSのCOMPASS実験ラインにて、160GeV/cの正ミューオンを合成石英プレートと花崗岩コアに照射して、岩石中のBeとAlの生成断面積を測定した。更に、ミューオンが直接起こす核破砕反応とミューオンが生成した二次粒子が引き起こす反応が、岩石中での長寿命核種の生成にそれぞれどの程度寄与するかを明らかにした。
