Research and examination of seismic safety evaluation and function maintenance for important equipment in nuclear facilities

古屋 治*; 藤田 聡*; 牟田 仁*; 大鳥 靖樹*; 糸井 達哉*; 岡村 茂樹*; 皆川 佳祐*; 中村 いずみ*; 藤本 滋*; 大谷 章仁*; et al.

Proceedings of ASME 2021 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2021) (Internet), 6 Pages, 2021/07

新規制基準では、深層防護を基本とし、共通要因による安全機能の一斉喪失を防止する観点から、自然現象の想定の程度と対策を大幅に引き上げ、機能維持と安全裕度の確保のための対策の多重化と分散化及び多様性と独立性が強化されている。このような中、設計基準を超える地震を含む外部ハザードに対して、設計基準事故及びシビアアクシデントの対策のための設備の機能喪失と同時に、重大事故等に対処する機能を喪失しないことを目的として、特定重大事故等対処施設の設置が定められた。当該施設の設備では、設計基準を一定程度超える地震に対して機能確保できる頑健性を有する設備が求められている。一方、安全性向上評価においては、確率論的リスク評価や安全裕度評価により設計上の想定を超える範囲も含めた評価が行われるため、耐震重要設備の耐力に係る知見を拡充させることが重要である。本報では、耐震重要設備の機能維持に対する考え方や地震を対象に考慮すべき損傷指標等に係る知見の調査と検討結果をまとめる。

Identification of hydrogen species on Pt/AlO by inelastic neutron scattering and their reactivity with ethylene

山添 誠司*; 山本 旭*; 細川 三郎*; 福田 良一*; 原 賢二*; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 佃 達哉*; 吉田 寿雄*; 田中 庸裕*

Catalysis Science & Technology, 11(1), p.116 - 123, 2021/01

https://doi.org/10.1039/D0CY01968B

Hydrogen (H) species adsorbed on catalyst surfaces are key intermediates in catalytic hydrogenation reactions over supported metal catalysts. However, individual identification of H species on the metal catalysts has not been established to date. Here, we elucidated the H species on Pt/AlO by the combination of inelastic neutron scattering (INS) and density functional theory (DFT). Several H species in the presence of H were successfully identified at different sites on the Pt surface and AlO support. The INS and FT-IR measurements revealed that the hydride/atop Pt-H, bridged perimeter/terrace Pt-H-Pt, and threefold Pt-H are active intermediates in the CH hydrogenation reaction, whereas the edge Pt-H-Pt is a rather inert species. In addition, the measurements indicate that the AlO itself acts as hydrogen storage material by mediating AlO-H and Al-H-Al species, which serve H species in the CH hydrogenation reaction.

Evaluation of gamma-ray strength function based on measured gamma-ray pulse-height spectra in time-of-flight neutron capture experiments

岩本 信之; 中村 詔司; 木村 敦; 片渕 竜也*; Rovira, G.*; 原 かおる*; 岩本 修

EPJ Web of Conferences, 239, p.17016_1 - 17016_4, 2020/09

https://doi.org/10.1051/epjconf/202023917016

Gamma-ray strength function (GSF) as well as nuclear level density is important ingredients to calculate neutron capture cross sections, since it gives energy-dependent transition strength of gamma-rays from a capture state and directly relates to spectrum of emitted gamma-rays. Therefore, the improvement of GSF is essential to enhance the reliability of neutron capture cross sections. The shape of GSF has been determined by experiments of neutron capture reactions, (p,p') reactions and nuclear resonance fluorescence. In addition, the use of the information of gamma-ray spectrum (i.e., pulse-height (PH) spectrum) measured by time-of-flight experiments is effective to evaluate the GSF. A lot of PH spectra have been measured by the Ge and NaI(Tl) detectors of the ANNRI installed at the Material and Life Science Experimental Facility in J-PARC. However, those spectra have not been actively used to extract the information of GSF so far. In the present study, we measured the PH spectrum of gold by using the NaI(Tl) detectors in ANNRI and used it for the evaluation of GSF. The gamma-ray spectrum for gold was calculated by a nuclear reaction model code CCONE. The obtained gamma-ray spectrum was applied to the Monte Carlo particle transport simulation code PHITS to derive PH spectrum comparable with the measured data. After this evaluation, we obtained GSF, reasonably explained the measured PH spectrum.

Neutron capture cross-section measurement and resolved resonance analysis of Np

Rovira, G.*; 片渕 竜也*; 登坂 健一*; 松浦 翔太*; 寺田 和司*; 岩本 修; 木村 敦; 中村 詔司; 岩本 信之; 瀬川 麻里子; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(1), p.24 - 39, 2020/01

https://doi.org/10.1080/00223131.2019.1651231

The neutron capture cross-section of Np has been measured in the neutron energy region of 10 meV to 500 eV. A neutron time-of-flight method was employed using the NaI(Tl) spectrometer in the ANNRI beam-line at the Japanese Proton Accelerator Re-search Complex (J-PARC). The experimental capture yield was derived using the pulse-height weighting technique and an energy dependent cross-section was obtained relative to the incident neutron spectrum derived from a B(n, )Li reaction yield. The absolute cross-section was determined by normalizing the results to JENDL-4.0 cross-section data at the first resonance of Np. The thermal cross-section was measured to be 177.6 3.8 b. The resolved resonance region was analyzed with the REFIT code.

Applicability and limitations of analysis transformed from the inelastic neutron scattering data

中村 充孝; 菊地 龍弥*; 川北 至信

Physica B; Condensed Matter, 567, p.61 - 64, 2019/08

BB2018-0571.pdf:1.79MB

https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.01.002

最近、非弾性中性子散乱実験(INS)データから変換した実空間動的構造因子を用いた多結晶NaIのフォノンダイナミクスに関する研究報告を行った。この研究は、通常のINS実験条件(Q 5)であっても、物理的に十分意味のある実空間ダイナミクス情報が得られることを示したものであり、これまでに蓄積されてきた大量のINSデータの再利用と新たな視点での研究推進を促すものである。今回の発表では、解析の適用可能性とその限界について詳しく議論する。

Gamma-ray glow preceding downward terrestrial gamma-ray flash

和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中村 佳敬*; 古田 禄大; 湯浅 孝行*; 中澤 知洋*; 森本 健志*; 佐藤 光輝*; 松元 崇弘*; 米徳 大輔*; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.67_1 - 67_9, 2019/06

https://doi.org/10.1038/s42005-019-0168-y

Two types of high-energy events have been detected from thunderstorms. One is "terrestrial gamma-ray flashes" (TGFs), sub-millisecond emissions coinciding with lightning discharges. The other is minute-lasting "gamma-ray glows". Although both phenomena are thought to originate from relativistic runaway electron avalanches in strong electric fields, the connection between them is not well understood. Here we report unequivocal simultaneous detection of a gamma-ray glow termination and a downward TGF, observed from the ground. During a winter thunderstorm in Japan on 9 January 2018, our detectors caught a gamma-ray glow, which moved for 100 s with ambient wind, and then abruptly ceased with a lightning discharge. Simultaneously, the detectors observed photonuclear reactions triggered by a downward TGF, whose radio pulse was located within 1 km from where the glow ceased. It is suggested that the highly-electrified region producing the glow was related to the initiation of the downward TGF.

Phonon dynamics of NaI investigated by G() analysis

中村 充孝; 菊地 龍弥*; 蒲沢 和也*; 川北 至信

Physica B; Condensed Matter, 551, p.351 - 354, 2018/12

BB2017-0467.pdf:0.48MB

https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.12.057

実空間における動的構造関数G()は、非弾性中性子散乱実験により得られる動的構造因子S()から導出される。本研究では、典型的なアルカリハライド結晶であるNaIにG()解析を適用した。NaIは、構成元素の質量差が大きいために光学フォノンと音響フォノンのエネルギー差が大きくなるが、この特性はG()解析の妥当性を評価する上で有効である。J-PARCのフェルミチョッパー分光器四季で測定したNaI粉末のS()に対して、最大エントロピー法を利用した新開発の解析ソフトウェアを使ってG()に変換したところ、LAモードとTOモードが逆位相で振動することを見出した。この結果は物理的に妥当なものであり、G()解析の有用性を如実に示している。本発表ではさらなる解析結果について報告を行う予定である。

Anomaly of structural relaxation in complex liquid metal of bismuth; Dynamic correlation function of coherent quasi-elastic neutron scattering

川北 至信; 菊地 龍弥*; 稲村 泰弘; 田原 周太*; 丸山 健二*; 花島 隆泰*; 中村 充孝; 鬼柳 亮嗣; 山内 康弘*; 千葉 薫*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.291 - 296, 2018/12

https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.12.037

単元素液体金属の中には、その静的構造が剛体球充填モデルでは全く表せない、複雑な構造を有する物質がある。液体ビスマスは、構造因子のメインピークの高波数側に非対称な肩構造を有する。二体分布関数の第一ピークと第二ピークの距離の比が1:2で、一次元的に配列しているような奇妙な値を示すとともに、第一ピークの長距離側に明確な肩構造を有する。二種類の直径の異なる剛体球からなるモデルでは、構造因子の肩構造が生じることから、こうした単元素液体金属の複雑性の起源として、短時間だけ生じる共有結合や、金属イオンを遮蔽する電子が有効二体間ポテンシャルに作り出す振動(フリーデル振動)など、まったく物理的描像が異なる仮説がいくつかなされている。そこで我々は液体ビスマスの中性子準弾性散乱を、J-PARCのMLFに設置された冷中性子ディスクチョッパー分光器を用いて測定し、液体ダイナミクスを動的相関関数から調べた。その結果、二体分布関数の第一ピークの肩構造の緩和時間が、第一ピークや第二ピークなどその他の主要構造に比べて著しく長いことが分かった。

Pt, PtCo触媒表面の酸素吸着に及ぼす水の影響

Cui, Y.-T.*; 原田 慈久*; 丹羽 秀治*; 尾嶋 正治*; 畑中 達也*; 中村 直樹*; 安藤 雅樹*; 吉田 利彦*; 石井 賢司*; 松村 大樹

NanotechJapan Bulletin (インターネット), 11(4), 6 Pages, 2018/08

固体高分子形燃料電池の正極には白金ナノ粒子触媒が使用されているが、加湿によって活性化過電圧が発生して性能が低下することが知られている。この原因を解明し、低減する技術を確立することが、燃料電池の性能向上とコスト低減に向けた喫緊の課題となっている。しかしながら、従来の方法で測定した白金ナノ粒子触媒のX線吸収スペクトルでは、白金の内殻正孔の寿命によるスペクトル幅の広がりで微細な構造がぼやけてしまい、吸着に起因する電子状態の変化を捉えることが困難であった。そこで本研究では、非弾性X線散乱装置を利用した高分解能型の蛍光X線吸収分光法による測定を行った。結果、酸素が水と共存することにより、白金の酸化を促進することが明瞭に検出でき、実験的に初めて明らかにすることができた。本来、触媒である白金は反応前後で不変であるべきものであるが、この反応では、白金上で酸素が水と共吸着することにより安定化して反応の進行を遅らせた結果、過電圧がより大きく生じていると解釈できる。また、白金コバルト合金ナノ粒子についても調べたところ、酸素と水の共吸着による酸化促進効果がほとんど起こらないことを見出した。

Retreat from stress; Rattling in a planar coordination

末國 晃一郎*; Lee, C. H.*; 田中 博己*; 西堀 英治*; 中村 篤*; 笠井 秀隆*; 森 仁志*; 臼井 秀知*; 越智 正之*; 長谷川 巧*; et al.

Advanced Materials, 30(13), p.1706230_1 - 1706230_6, 2018/03

https://doi.org/10.1002/adma.201706230

高性能デバイスとしての熱電材料には、高い電気伝導度と低い熱伝導度という相反する要求を同時に満たす必要がある。本研究では、テトラへドライト(Cu,Zn)(Sb,As)Sの結晶構造とフォノンダイナミクスを調べ、平面内に配位している銅原子のラットリング運動がフォノンを効率良く散乱することを見出した。これらの知見は、平面配位構造を有する高性能熱電材料の新たな開発指針を与えるものである。