Efficient hydrogen isotope separation by tunneling effect using graphene-based heterogeneous electrocatalysts in electrochemical hydrogen isotope pumping

保田 諭; 松島 永佳*; 原田 健児*; 谷井 理沙子*; 寺澤 知潮; 矢野 雅大; 朝岡 秀人; Gueriba, J. S.*; Dio, W. A.*; 福谷 克之

ACS Nano, 16(9), p.14362 - 14369, 2022/09

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04655

水素同位体である重水素は、半導体産業や医薬品開発に必須な材料であることから、重水素の高効率かつ低コストでの濃縮分離技術の開発は重要である。本研究では、グラフェンとパラジウム薄膜からなるヘテロ電極触媒を開発し、固体高分子形電気化学水素ポンピング法に適用することで高い分離能をもつ重水素濃縮デバイスの開発を行った研究について報告する。その結果、印加電圧が大きくなるにつれ分離能の指標となるH/D値が小さくなる明瞭な電位依存性が観察された。観察されたH/Dの電圧依存性について理論計算により検証した結果、印加電圧が小さい場合、水素イオンと重水素イオンがグラフェン膜透過の活性化障壁を量子トンネル効果により透過することで大きなH/D分離能が発現すること、印加電圧が大きくなると活性化障壁を乗り越えて反応が進行するためH/D値が減少することが示された。以上、グラフェンの水素同位体イオンの量子トンネル効果を利用することで高いH/D分離能を有する水素同位体分離デバイス創製の設計指針を得た。

Study on hydrogen generation from cement solidified products loading low-level radioactive liquid wastes at Tokai Reprocessing Plant

佐藤 史紀; 松島 怜達; 伊藤 義之

QST-M-16; QST Takasaki Annual Report 2017, P. 60, 2019/03

https://repo.qst.go.jp/records/74834

東海再処理施設のLWTFで発生する低レベル放射性液体廃棄物のセメント固化体からの放射線による水素ガス発生について検討した。

Evaluation of fracture toughness of fine-grained isotropic graphites for HTGR

山田 輝明*; 松島 友貴*; 黒田 雅利*; 角田 淳弥; 柴田 大受; 藤田 一郎*; 沢 和弘

Nuclear Engineering and Design, 271, p.323 - 326, 2014/05

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2013.11.055

微粒等方性黒鉛IG-110とIG-430の破壊靱性の実験評価手法及びノッチ角度の依存性効果を調べるため、高温ガス炉用黒鉛の破壊靱性評価手法として近年提案されている三点曲げ試験を、ノッチ角度の異なる試験片を用いて行い、以下のことが分かった。(1)IG-110とIG-430の破壊靱性値はそれぞれ、0.890MPa・m、1.031MPa・mmであった。IG-110の破壊靱性値は、他の手法により得られた値と同じかやや低かった。(2)微粒黒鉛の破壊靱性値は、ノッチ角度に依存しない。(3)実験データを用いて、Griffith TheoryによるIG-110とIG-430の引張強度の比を見積もったところ、製造メーカから提供された引張強度比とよく一致した。

超深地層研究所計画における地下水の地球化学に関する調査研究; 瑞浪層群・土岐花崗岩の地下水の地球化学特性データ集(2004年4月2008年3月)

齋 正貴; 萩原 大樹; 松島 博之*; 野田 正利*; 納多 勝*; 安藤 賢一*; 田中 達也*; 上田 正*; 本田 ゆう子*; 水野 崇

JAEA-Data/Code 2010-010, 75 Pages, 2010/09

JAEA-Data-Code-2010-010.pdf:2.5MB

このデータ集は、2004年4月から2008年3月までに瑞浪超深地層研究所における研究坑道内、地上から掘削したボーリング孔(MSB-2号孔,MSB-4号孔及びMIZ-1号孔)から採取した地下水の地球化学特性データをとりまとめたものである。また、本データ集では、データを用いたさまざまな目的の解析を行う過程でデータの確認ができるように、試料採取地点,試料採取時間,採取方法及び分析方法などを示した。

Study of carbon deposition effect on hydrogen permeation through palladium membrane

富永 真哉*; Busnyuk, A.*; 松島 輝昌*; 山口 憲司; 小野 双葉*; 寺井 隆幸*; 山脇 道夫*

Fusion Science and Technology, 41(3), p.919 - 923, 2002/05

水素粒子と金属膜の相互作用において、膜表面での水素解離に対するポテンシャル障壁は大きな影響を及ぼす。中でも、表面不純物層の存在は水素の金属膜を介しての透過に決定的な影響を与える。本研究はNbならびにPdの水素透過性を調べることを目的としているが、特に、「プラズマ膜試験装置(PMTD)」を用いて、膜表面の炭素付着層がプラズマ駆動透過(PDP)に及ぼす影響を明らかにすることに重点を置いている。PMTDはBonch-Bruyevich大学(ロシア・サンクトペテルブルグ市)・A. I. Livshits教授の研究グループとの共同研究により製作された。本装置により、PDPに加えて、原子駆動透過(ADP)や分子駆動透過(GDP)を調べることも可能である。実験結果によれば、Nbにおいては、炭素付着物層の存在により、ADPとPDPは大幅に減少するが、GDPはほとんど影響を受けなかった。一方、Pdにおいては、すべての駆動様式に対して炭素付着層の影響は認められなかった。これは、炭素がPd上で安定に存在しないためと考えられた。Nb,Pdのいずれにおいても、透過の律速段階は、表面過程もしくはバルク拡散過程であると考えられるが、詳細については論文で詳論する。

ビゼ-実験予備解析; 制御棒に関する実験の計画検討

松島 秀介*; 堤 潔*; 加藤 恭義*; 漆原 広*; 上田 靖之*

PNC TJ202 76-01, 151 Pages, 1976/05

PNC-TJ202-76-01.pdf:6.82MB
PNC-TJ202-76-01VOL1.pdf:2.76MB

高速炉燃料ピンのペレットと被覆管の機械的相互作用(PCMI)を記述する計算モデルの開発を行なった。このモデルは高速炉の定常運転時におけるPCMIの記述を目的としている。既存の燃料照射挙動計算コードのPCMIモデルを調査し,比較した。燃料ペレット・被覆系の応力・歪み場の記述に,軸対称・平面歪み近似を採用している点は,高速炉燃料ピンの種々のPCMIモデルに共通している。しかし,最近の照射実験データには被覆管の塑性変形と炉の出力サイクルに強い相関性を示唆するものもみられる。出力変動時に強いPCMIが起る場合を想定すると,ペレット・クラックによる被覆管への応力集中の可能性もある。このような背景から,ここで開発したPCMIモデルにつぎの特徴をもたせた。(i)定常照射中のPCMIの記述には軸対称・平面歪み近似を採用した円柱モデルを用いる。(ii)出力変動時に強いPCMIが予期される場合には,非軸対称・平面歪み,または平面応力近似によるPCMIモデル((R一)モデル)により,(i)の記述を補足する機能をもたせる。 これらのモデルを計算機コード化するための準備も行なった。さらに,モデルの実験データとのフィッテングに必要と考えられる,炉内・炉外実験について提案した。

Technology development for decommissioning in FUGEN and current status

北村 高一; 佐野 一哉; 中村 保之; 松嶌 聡; 松尾 秀彦; 石山 正弘; 羽田 孝博; 手塚 将志

no journal, , 

実用規模水炉の日本国内初の廃止措置として、ふげんの廃止措置が2008年にスタートした。ふげんの廃止措置は4つの期間に分けて段階的に進め、2028年に終了する予定である。現在は比較的汚染レベルの低いタービン系機器の解体に着手している。ふげんは一般の軽水炉と異なり、炉心構造が狭隘複雑となっていること、減速材に重水を使用していることから、廃止措置を安全に進めていくために、原子炉本体解体の技術開発、重水系機器のトリチウム除去技術開発等を行っている。本報告では、原子炉解体の技術開発の検討においてアブレイシブウォータージェットを切断技術の一つとして進めている検討状況や、重水系からのトリチウム除去のための試験,炭素-14の汚染状況調査等についておもに紹介する。

イミノニ酢酸樹脂による再処理低レベル放射性廃液中の微量元素分析法の開発

松島 怜達; 伊藤 義之; 小島 順二; 舛澤 俊*; 新井 剛*

no journal, , 

東海・再処理施設より発生する低レベル放射性廃液(LLW)は、低放射性廃棄物処理技術開発施設(LWTF)にて共沈限外ろ過・吸着処理後、セメント固化される予定である。その際、セメント硬化反応に影響を与える金属元素の組成把握が重要であるが、LLWは高濃度のナトリウム(Na)を含むため、微量に含まれる金属元素の定量が困難であった。本研究では、Naと金属元素を群分離できる多孔性シリカ担体にイミノ二酢酸基を担持させた自製吸着材(SIDAR)について、吸着特性を調査し、LLWへの適応性の検討を行った。本研究では、SIDARを用いて振とう試験を行い、pH毎の吸着分配係数を算出することで吸着特性を評価した。SIDARは何れのpH領域においてもNaを非吸着であり、2価の金属元素に対しては、pH2以上で吸着分配係数が上昇していくことが明らかとなった。SIDARは、2価の金属元素に対し選択性を有することから、Naと2価の金属元素を分離することが可能であると示唆された。

東海再処理施設における低放射性廃液の処理技術開発,16; セメント固化体からの水素生成に係る検討

伊藤 義之; 松島 怜達; 佐藤 史紀; 齋藤 恭央

no journal, , 

東海・再処理施設の低放射性廃棄物処理技術開発施設(LWTF)では、3種類の廃液(スラリ廃液, リン酸塩廃液, 炭酸塩廃液)をセメント固化し廃棄体とすることを計画しており、セメント固化設備の設計(安全性評価)では、セメント固化体から発生する水素ガス発生量を評価する必要がある。このため、模擬のセメント固化体を用いた線照射試験を行い、各固化体の水素生成G値を測定した。その結果、スラリ固化体のG値は、約0.03、炭酸塩固化体0.020.14、リン酸塩固化体0.210.37(/100eV)であり、水素生成G値は、固化する廃液成分やその充てん率によって異なってくることが分かった。

東海再処理施設における低放射性廃液の処理技術開発,18; Cs/Sr吸着材の実機適用に向けた検討

伊藤 義之; 松島 怜達; 佐藤 史紀; 橋本 崇紀*; 鈴木 達也*; 宮部 慎介*; 佐久間 貴志*; 菊地 香織*; 出水 丈志*

no journal, , 

本研究では、東海・再処理施設内の低放射性廃棄物処理技術開発施設(LWTF)の吸着塔で使用するCs及びSr吸着材の検討を行っている。吸着対象の廃液は、約5mol/Lの高濃度硝酸塩廃液でありCa等も含むため、Cs及びSr吸着材は、高い選択性等を必要とする。本報では、福島第1原子力発電所の汚染水処理に使用され、CsやSrを同時に吸着できるケイチタン酸塩系の吸着材(ピュアセラム)のLWTF吸着塔への適用を検討するため、2本の吸着カラムを連結させたカラム試験を行った。その結果、Csは破過し難く、前回の報告と同様に破過容量が大きいことが分かった。Srの5%破過容量は、前回の報告と比べて約2倍となり、破過容量の向上が図れる見通しを得た。