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論文

Effect of O/M ratio on sintering behavior of (Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{2-x}$$

中道 晋哉; 廣岡 瞬; 加藤 正人; 砂押 剛雄*; Nelson, A. T.*; McClellan, K. J.*

Journal of Nuclear Materials, 535( ), p.152188_1 - 152188_8, 2020/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:21.8(Materials Science, Multidisciplinary)

ウランとプルトニウムの混合酸化物の酸素-金属比(O/M)は酸素分圧に依存する。望みの結晶組織及びO/M比を有する焼結ペレットを得るには、焼結挙動と焼結雰囲気の関係を調査することが重要である。本研究では、酸素分圧を制御した雰囲気中で、(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{2}$$及び(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{1.99}$$の焼結挙動について調査した。試験の結果、(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{1.99}$$の焼結の活性化エネルギーは(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{2}$$よりも高いことが分かった。一方、(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{1.99}$$の粒成長は(Pu$$_{0.3}$$U$$_{0.7}$$)O$$_{2}$$に比べて抑制された。

論文

Clades of huge phages from across Earth's ecosystems

Al-Shayeb, B.*; Sachzdeva, R.*; Chen, L.-X.*; Ward, F.*; Munk, P.*; Devoto, A.*; Castelle, C. J.*; Olm, M. R.*; Bouma-Gregson, K.*; 天野 由記; et al.

Nature, 578(7795), p.425 - 431, 2020/02

 被引用回数:20 パーセンタイル:0.48(Multidisciplinary Sciences)

Phage typically have small genomes and depend on their bacterial hosts for replication. We generated metagenomic datasets from many diverse ecosystems and reconstructed hundreds of huge phage genomes, between 200 kbp and 716 kbp in length. Thirty four genomes were manually curated to completion, including the largest phage genomes yet reported. Expanded genetic repertoires include diverse and new CRISPR-Cas systems, tRNAs, tRNA synthetases, tRNA modification enzymes, initiation and elongation factors and ribosomal proteins. Phage CRISPR have the capacity to silence host transcription factors and translational genes, potentially as part of a larger interaction network that intercepts translation to redirect biosynthesis to phage-encoded functions. Some phage repurpose bacterial systems for phage-defense to eliminate competing phage. We phylogenetically define seven major clades of huge phage from human and other animal microbiomes, oceans, lakes, sediments, soils and the built environment. We conclude that large gene inventories reflect a conserved biological strategy, observed across a broad bacterial host range and resulting in the distribution of huge phage across Earth's ecosystems.

論文

Thermal and mechanical properties of CeO$$_{2}$$

鈴木 紀一; 加藤 正人; 砂押 剛雄*; 宇野 弘樹*; Carvajal-Nunez, U.*; Nelson, A. T.*; McClellan, K. J.*

Journal of the American Ceramic Society, 102(4), p.1994 - 2008, 2019/04

CeO$$_{2}$$の熱物性及び機械物性を測定した。熱重量分析法により酸素ポテンシャルを測定し、欠陥化学モデルを用いてデータを解析した。音速測定, 共鳴超音波分光法及びナノインデンテーション法によりCeO$$_{2}$$の弾性率を得た。得られた弾性率を用いてデバイ温度及びグリュナイゼン定数を評価するとともに、その評価結果を基に比熱及び熱伝導率を計算した。熱伝導率の計算結果は実験値をよく再現し、また、不純物依存性が大きいことが示された。

論文

Thermal expansion measurement of (U,Pu)O$$_{2-x}$$ in oxygen partial pressure-controlled atmosphere

加藤 正人; 生澤 佳久; 砂押 剛雄*; Nelson, A. T.*; McClellan, K. J.*

Journal of Nuclear Materials, 469, p.223 - 227, 2016/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:30.71(Materials Science, Multidisciplinary)

U$$_{0.7}$$Pu$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$ (x=0, 0.01, 0.02, 0.03)及び(U$$_{0.52}$$Pu$$_{0.48}$$)O$$_{2.00}$$の熱膨張率をディラトメータにより、酸素分圧をコントロールした雰囲気で測定した。酸素分圧は、測定の間O/M比が一定となるように制御された。熱膨張率は、O/M比の低下でわずかに上昇し、測定結果より、酸素ポテンシャルを記述する関係式を作成した。

論文

Sintering behavior of (U,Ce)O$$_{2}$$ and (U,Pu)O$$_{2}$$

中道 晋哉; 廣岡 瞬; 砂押 剛雄*; 加藤 正人; Nelson, A.*; McClellan, K.*

Transactions of the American Nuclear Society, 113(1), p.617 - 618, 2015/10

CeO$$_{2}$$はPuO$$_{2}$$の模擬物質として多くの研究が行われている。Dorrは(U,Ce)O$$_{2}$$の焼結に関して、ハイパーストイキオメトリ領域では還元雰囲気と比べて低温で焼結が進むことを報告している。しかし、試料の酸素/金属比は正確にはコントロールされておらず、(U,Ce)O$$_{2}$$と(U,Pu)O$$_{2}$$の類似性について定量的な議論はされていない。よって本研究では、(U,Ce)O$$_{2}$$と(U,Pu)O$$_{2}$$の焼結挙動について調べ、酸素欠陥の影響について評価を行った。

論文

An Evaluation of the thermophysical properties of stoichiometric CeO$$_{2}$$ in comparison to UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$

Nelson, A. T.*; Rittman, D. R.*; White, J. T.*; Dunwoody, J. T.*; 加藤 正人; McClellan, K. J.*

Journal of the American Ceramic Society, 97(11), p.3652 - 3659, 2014/11

 被引用回数:27 パーセンタイル:15.16(Materials Science, Ceramics)

The thermal conductivity of stoichiometric CeO$$_{2}$$ was determined through measurement of thermal expansion from 313 to 1723 K, thermal diffusivity from 298 to 1473 K, and specific heat capacity from 313 to 1373 K. The thermal conductivity was then calculated as the product of the density, thermal diffusivity, and specific heat capacity. The thermal conductivity was found to obey an (A + BT)$$^{-1}$$ relationship with A = 6.7763$$times$$10$$^{-2}$$ mKW $$^{-1}$$ and B = 2.793$$times$$10$$^{-4}$$ mW$$^{-1}$$. Results of thermal expansion and heat capacity measurements agreed well with the limited low-temperature data available in the literature. The thermal conductivity values provided in the current study are significantly higher than the only high-temperature data located for CeO$$_{2}$$. The CeO$$_{2}$$ data are compared to literature values for UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$.

論文

Oxygen thermochemistry of urania-rare earth system; UO$$_2$$-CeO$$_2$$

廣岡 瞬; 村上 龍敏; Nelson, A. T.*; McClellan, K. J.*

INL/EXT-14-33515, p.34 - 36, 2014/10

平成25年度から引き続き、日本との共同研究として核燃料物質の物性評価を行い、平成26年度は(U,Ce)O$$_2$$の酸素ポテンシャル測定を行った。平成26年度の共同研究は民生用原子力研究ワーキンググループの下での活動としている。測定は気相平衡法で行い、加湿したAr/H$$_2$$によって酸素ポテンシャルを調整したガスを用いた。試料は(U,Pu)O$$_2$$燃料の組成比に近いCe=20%及び30%とした。温度は1200$$^{circ}$$C, 1400$$^{circ}$$C, 1600$$^{circ}$$Cの三種類とし、酸素/金属比(O/M)1.945$$sim$$2.000の範囲で、100点以上のデータポイントが取得された。実験結果は欠陥化学によって解析され、O/Mを温度と雰囲気の酸素ポテンシャルで表す式を得ることに成功した。(U,Pu)O$$_2$$との比較では、同様の欠陥構造で解析が可能なことや、同様のS字型の曲線形状などの共通点が確認できた。また、同じO/Mに対応する酸素ポテンシャルは(U,Ce)O$$_2$$の方がかなり高いことが明らかとなった。

論文

Meeting nuclear data needs for advanced reactor systems

原田 秀郎; 柴田 恵一; 西尾 勝久; 井頭 政之*; Plompen, A.*; Hambsch, F.-J.*; Schillebeeckx, P.*; Gunsing, F.*; Ledoux, X.*; Palmiotti, G.*; et al.

NEA/NSC/WPEC/DOC(2014)446, 111 Pages, 2014/02

This report includes investigations performed by the OECD/NEA/NSC Working Party on International Nuclear Data Evaluation Co-operation (WPEC) Subgroup 31, whose mission was to utilise the collective knowledge of the international nuclear data measurement community to consider the appropriate resources to address and meet the data needs quantified by WPEC Subgroup 26 for Advanced Reactor Systems. The members of Subgroup 31 performed reviews of uncertainty evaluations by evaluators, of state-of-art experimental techniques, of current experimental situations, and summarised an appropriate path to meet the requirements.

論文

Property measurements of (U$$_{0.7}$$,Pu$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$ in $$P$$$$_{O2}$$-controlled atmosphere

加藤 正人; 村上 龍敏; 砂押 剛雄*; Nelson, A. T.*; McClellan, K.*

Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference; Nuclear Energy at a Crossroads (GLOBAL 2013) (CD-ROM), p.852 - 856, 2013/09

MOX燃料は、不定比性酸化物である。不定比性は、MOXの物性値に大きく影響する。そのため、酸素ポテンシャルとO/M比の関係がこれまで調べられてきた。その測定結果は、高温においてO/M比を一定に保つためには酸素分圧をコントロールすることが不可欠であることを示している。本研究では、酸素分圧をコントロールした雰囲気において、焼結特性, O/M変化,熱膨張率などの測定を行った。

論文

Oxidation and reduction behaviors of plutonium and uranium mixed oxide powders

廣岡 瞬; 加藤 正人; 田村 哲也*; Nelson, A. T.*; McClellan, K. J.*; 鈴木 紀一

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Safe Technologies and Sustainable Scenarios (FR-13) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2013/03

MOX燃料ペレット製造工程の研究開発として、熱天秤とX線回折によってMOX粉末の酸化還元挙動を調べた。酸化限界は温度やPu含有量とともに低くなることが観察された。酸化は2段階のステップで起こることが確認され、酸素不定比性としての安定性が観察された。等温酸化から、酸化速度が評価された。還元について、M$$_{4}$$O$$_{9}$$+M$$_{3}$$O$$_{8}$$相の還元が起こる温度は、M$$_{4}$$O$$_{9}$$相の還元が起こる温度より高いことが確認され、M$$_{4}$$O$$_{9}$$の還元はM$$_{3}$$O$$_{8}$$の存在により妨げられることが確認された。また、昇温による還元の結果から、活性化エネルギーが評価された。これらのデータは、MOX粉末の貯蔵やペレット製造におけるO/M比調整技術に貢献される。

論文

The Reaction $$^{48}$$Ca + $$^{248}$$Cm $$rightarrow$$ $$^{296}$$116$$^{*}$$ studied at the GSI-SHIP

Hofmann, S.*; Heinz, S.*; Mann, R.*; Maurer, J.*; Khuyagbaatar, J.*; Ackermann, D.*; Antalic, S.*; Barth, B.*; Block, M.*; Burkhard, H. G.*; et al.

European Physical Journal A, 48(5), p.62_1 - 62_23, 2012/05

 被引用回数:120 パーセンタイル:1.34(Physics, Nuclear)

The synthesis of element 116 in the reactions of $$^{48}$$Ca+$$^{248}$$Cm was studied at the GSI-SHIP. Four decay chains from the isotope $$^{292}$$116 and one decay $$^{293}$$116 were detected at the reaction leading to the excitation energy of 40.9 MeV. The cross sections were 3.4 and 0.9 pb, respectively. The decay character reproduced the reported data at FLNR, Russia. In the $$alpha$$ decay chain, we observed the higher $$alpha$$-particle energy in the decay of $$^{289}$$114, which suggested the population and the decay of a quasiparitcle state.

口頭

Oxidation behavior of UO$$_{2}$$ in air

鈴木 紀一; Nelson, A. T.*; 砂押 剛雄*; McClellan, K.*; 加藤 正人

no journal, , 

炉心や使用済み燃料プールにおける冷却材損失事故では、燃料ピンが破損し内部の燃料ペレットが高温で酸化する可能性がある。UO$$_{2}$$ペレットが酸化するとペレットが微粒子に粉砕し、また、UO$$_{3}$$が蒸発することが報告されている。UO$$_{2}$$の微粒子やUO$$_{3}$$蒸気は、環境に拡散するおそれがある。このため、事故時の環境への影響を評価するうえで、UO$$_{2}$$ペレットの酸化挙動をよく理解することが重要である。本事前試験では、UO$$_{2}$$ペレット及びUO$$_{2}$$粉末の空気中における酸化挙動について、広範な温度領域で調べた。保持温度673K-1073Kでは、酸化によるペレットの破砕が確認された。一方、1273K以上では 破砕は見られなかった。保持温度773Kにおけるペレットの酸化速度は、保持温度873Kのものより早かった。これは、773Kと873Kでは酸化のメカニズムが異なっていることを示している。保持温度1723K以上では、ある程度試料の重量が増加した後、重量減少が見られ、この重量減少速度からUO$$_{3}$$の蒸発速度を見積もった。

口頭

水蒸気中におけるUO$$_{2}$$の酸化挙動

鈴木 紀一; 加藤 正人; Nelson, A.*; McClellan, K.*

no journal, , 

米国では軽水炉のアクシデントに対して許容性を高める燃料開発に力を入れており、この一環として、事故時においても水素をほとんど発生しない次世代被覆管材料の研究が進められている。このため、事故時のUO$$_{2}$$燃料の振る舞いを予測するため、UO$$_{2}$$燃料の純粋水蒸気中での酸化挙動を理解することが重要である。本研究では、水蒸気発生機に接続した熱重量測定装置を用いて、400$$^{circ}$$Cから1200$$^{circ}$$Cまでの幅広い温度領域でUO$$_{2}$$粉末の等温酸化試験を行い、酸化の活性化エネルギーを評価した。なお、本研究は米国ロスアラモス国立研究所との共同研究として実施した。

口頭

Thermal expansion measurement of (U,Pu)O$$_{2-x}$$ in oxygen partial pressure controlled atmosphere

加藤 正人; 生澤 佳久; 砂押 剛雄*; McClellan, K.*; Nelson, A.*

no journal, , 

MOX燃料の熱膨張率をO/M比をパラメータとして測定した。測定は、ディラトメータを用い、降温過程において、O/Mを一定に保てるように酸素分圧をコントロールした雰囲気において行った。熱膨張率のPu含有率依存性とO/M依存性を評価し、O/M比が低下するに従い、熱膨張が大きくなることを確認した。

口頭

(U,Ce)O$$_{2}$$の酸素ポテンシャル測定

村上 龍敏; 加藤 正人; Nelson, A.*; McClellan, K.*

no journal, , 

(U,Ce)O$$_{2pm x}$$の酸素ポテンシャルとO/M比の関係について高温領域の測定を行い、点欠陥化学に基づく解析を行った。得られた関係式は、文献値を含む酸素ポテンシャルの実験値に対し$$sigma$$=26.7kJ/molで表わせることが分かった。

口頭

(U,Ce)O$$_{2pm x}$$の熱特性

廣岡 瞬; 村上 龍敏; 加藤 正人; 鈴木 紀一; Nelson, A.*; White, J.*; McClellan, K.*

no journal, , 

(U$$_{0.8}$$Ce$$_{0.2}$$)O$$_{2pm x}$$及び(U$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2pm x}$$に対して、1200$$^{circ}$$C$$sim$$1600$$^{circ}$$Cの範囲で酸素ポテンシャル測定を行った。欠陥化学による解析を行い、温度, Ce含有率, 酸素分圧をパラメータとして実験結果をよく再現する式を得た。また、O/Mをパラメータとして100$$^{circ}$$C$$sim$$1200$$^{circ}$$Cの範囲で熱拡散率測定を行い、熱伝導率の評価を行った。熱伝導率はO/M=2のときをピークとして、2から離れるにつれて低くなる傾向を得た。フォノン散乱モデル(1/A+BT)で解析したとき、AまたはBが温度の影響を大きく受けている結果が得られた。

口頭

(U,Ce)O$$_{2}$$の熱伝導率評価

廣岡 瞬; 加藤 正人; Nelson, A.*; McClellan, K.*; White, J.*

no journal, , 

O/Mをパラメータとして(U,Ce)O$$_{2}$$の熱拡散率を測定し、熱伝導率を導出した。(U,Ce)O$$_{2}$$の熱伝導率は(U,Pu)O$$_{2}$$のそれと比べて、温度上昇に伴い急激に低下する傾向が確認された。O/Mが2のときをピークとして、ハイパーストイキオメトリ側・ハイポストイキオメトリ側ともに、O/Mが2から離れると熱伝導率は低くなる結果が得られた。

口頭

Thermophyisical properties of (U,Ce)O$$_{2pm x}$$

White, J.*; 廣岡 瞬; 村上 龍敏; Nelson, A.*; McClellan, K.*; 加藤 正人

no journal, , 

MOX燃料の模擬物質としてCe含有混合酸化物を用いるためには、Ceの影響を適切に評価するために熱物性の基本的な研究が必要である。酸素不定比性を示すMOXの熱物性測定においては、温度に対応して酸素/金属比を評価することが重要になってくる。本研究では、熱重量測定装置及び物性測定装置(レーザーフラッシュ装置、熱量計)にガス調整システムをインストールし、酸素分圧をコントロールしながら1200$$^{circ}$$Cまでの熱物性データを取得した。

口頭

Oxygen potential representation of (U,Ce)O$$_{2 pm x}$$

鈴木 紀一; 村上 龍敏; 廣岡 瞬; Nelson, A.*; McClellan, K.*; 加藤 正人

no journal, , 

Ce含有率5%, 20%, 30%の(U,Ce)O$$_{2 pm x}$$の酸素ポテンシャル測定データについて、Kroger-Vink diagramを用いてxと酸素分圧Po2の関係を調べた。定比組成近傍では、xは$$P_{rm O2}$$$$^{+1/2}$$(酸化側), $$P_{rm O2}$$$$^{-1/2}$$(還元側)に比例することが分かった。これは、定比組成近傍ではイオンの真性化が支配的であることを示している。また、より還元側において、Ce含有率5%ではxは$$P_{rm O2}$$$$^{-1/4}$$、20%及び30%ではxは$$P_{rm O2}$$$$^{-1/6}$$に比例することが分かった。また、これらの結果を基に欠陥濃度を評価し、O/M比, 温度, Ce含有率をパラメータとして、酸素ポテンシャルの実験結果をよく再 現する式を得た。

口頭

Thermal conductivity of uranium-cerium mixed oxide

廣岡 瞬; Nelson, A.*; White, J.*; 加藤 正人; McClellan, K.*

no journal, , 

(U$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2}$$及び(U$$_{0.8}$$Ce$$_{0.2}$$)O$$_{2}$$の組成について、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。測定は酸素/金属比をパラメータとして373Kから1473Kの範囲で行い、得られた結果から熱伝導率を評価した。(U,Ce)O$$_{2}$$の熱伝導率については定比組成のデータのみ報告されており、本研究ではそれらの報告値と同等の値が得られた。酸素/金属比の影響に関して、定比組成の場合に熱伝導率は最大となり、定比組成から離れるにつれて小さくなった。定比組成からのずれの大きさが同じ場合、ハイパーストイキオメトリ側の方が熱伝導率は僅かに低くなった。温度の影響に関して、熱伝導率は(U,Pu)O$$_{2}$$と同様に高温で小さくなる傾向を示したが、熱抵抗は(U,Pu)O$$_{2}$$とは異なる傾向を示し、温度の一次関数にならない結果が得られた。

口頭

(U,Ce)O$$_{2}$$の焼結挙動に及ぼす雰囲気ガスの影響

中道 晋哉; 廣岡 瞬; 加藤 正人; 砂押 剛雄*; Nelson, A.*; McClellan, K.*

no journal, , 

異なる雰囲気下における(U$$_{0.70}$$Ce$$_{0.30}$$)O$$_{2}$$の焼結挙動を評価し、MOXの場合との比較・検討を行った。MOXの焼結はCO$$_{2}$$ガス中で促進されることが知られているが、(U$$_{0.70}$$Ce$$_{0.30}$$)O$$_{2}$$では同様の効果が見られなかった。

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