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論文

Study on explosion characteristics of natural gas and methane in semi-open space for the HTTR hydrogen production system

稲葉 良知; 西原 哲夫; Groethe, M. A.*; 新田 芳和*

Nuclear Engineering and Design, 232(1), p.111 - 119, 2004/07

 被引用回数:26 パーセンタイル:84.02(Nuclear Science & Technology)

HTTR水素製造システムで想定される火災・爆発事故の評価において、水素製造の燃料となる天然ガスあるいはメタンの爆発特性を把握しておくことは重要である。そこで、天然ガス及びメタンの半開放空間における爆発実験を行い、発生圧力等の測定を行った。天然ガス-空気混合気またはメタン-空気混合気においては、10gのC-4爆薬を起爆剤として用いても爆ごうには至らなかった。また、爆発事故評価用解析コードの1つであるAutoReaGasを用いた数値解析を行い、ピーク圧力に関して実験結果と比較し、爆燃領域では精度よく一致することを確認した。これらの結果から、爆発事故時の原子炉への影響を予測できる見通しを得た。

論文

Analytical study on fire and explosion accidents assumed in HTGR hydrogen production system

稲葉 良知; 西原 哲夫; 新田 芳和*

Nuclear Technology, 146(1), p.49 - 57, 2004/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:30.31(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉(HTGR)を用いた水素製造システムでは、原子炉に水素製造プラントを接続し、多量の可燃性流体を取り扱うことになるが、これによって原子炉の安全性が低下することがあってはならず、特に火災・爆発事故対策は安全上最も重要な課題の1つである。現在、日本原子力研究所では、高温工学試験研究炉(HTTR)に接続する天然ガスを用いた水蒸気改質法による水素製造システムを計画中である。そこで、実用規模のHTGR水素製造システムへの適用までを視野に入れた火災・爆発事故対策を検討し、HTGR水素製造システム及びHTTR水素製造システムで想定される火災・爆発事故について、事象推移と影響を詳細に解析するためのコードシステムP2Aを開発・整備した。本論文では、HTGR水素製造システムで想定される3つの事故シナリオ,P2Aの構造,P2Aを用いた解析の手順及び事故シナリオに基づいた数値解析の結果について述べ、P2AがHTGR水素製造システムにおける火災・爆発事故の解析に対して有効なツールであることを示した。

口頭

高磁場中粉末試料偏極中性子回折によるモーメント分布の測定の可能性

加倉井 和久; 武田 全康; 西原 美一*; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; 粟野 博之*

no journal, , 

偏極中性子を用いた磁気モーメント密度分布の測定はこれまでもmixed valence系や分子磁性研究の分野で活用されてきた。しかし偏極中性子ビーム強度が弱いためにほとんどの実験が単結晶を用いた実験であった。しかし近い将来パルス中性子源の大強度粉末中性子回折装置における偏極中性子とパルス高磁場を実現させれば、より広範囲な磁気物質群に対して磁気モーメント密度分布の測定が可能になり、産業利用を視野に入れた磁気材料研究のさらなる進展が期待できる。この講演では茨城県中性子利用促進研究会・ナノ磁性材料研究会のテスト実験として行われた窒化鉄超微粒子磁性体の粉末偏極中性子回折実験結果を例にしてこの手法を検討する。

口頭

磁気テープ用球状Fe-N微粒子の偏極中性子小角散乱実験

菊池 隆之; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; 横山 淳*; et al.

no journal, , 

Fe$$_{16}$$N$$_2$$を主成分とする球状Fe-N磁性微粒子は、磁気異方性が大きいなどの良好な磁気特性を示すことから、テープ状磁気記憶媒体の新材料として注目され、企業による開発研究が進められている。また、Fe$$_{16}$$N$$_2$$については過去に巨大磁気モーメントが発現したとの報告があることから、この材料の磁気モーメントの評価は工学的のみならず物理的にも興味の対象となるところである。しかし、Fe-N微粒子の表面は、酸化及び焼結防止のための非磁性ラミネート層で覆われており、この厚みを正確に求めることができないことから磁性部分の体積を正確に決定することができない。よって、マクロな磁化測定の結果より、Fe-N微粒子の磁気モーメントの大きさを評価することは困難とされている。そこでわれわれは、Fe-N微粒子の内部磁気構造を調べることを目的として偏極中性子小角散乱実験を行った。実験には、中性子集光素子として磁気レンズを搭載した原子力機構の偏極中性子集光型小角散乱装置(SANS-J-II)を用いた。得られた小角散乱強度を、コアシェル構造をとる球状粒子モデルを用いて解析し、微粒子の磁化部分の体積や表面非磁性層の厚さ等を定量的に評価した。

口頭

窒化鉄Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子の偏極中性子回折法による磁気形状因子の測定

石井 佑弥; 老谷 聖樹; 武田 全康; 加倉井 和久; 菊池 隆之; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; et al.

no journal, , 

現在使用されている磁気テープ材料は粒径100nm程度の針状メタルが使用されているが、さらに高容量化・高密度化のために微細化又は球状化が必要である。窒化鉄Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$は最近20nm程度の球状試料が得られるようになり、次世代の磁気テープ材料として有望である。ところが、一般的に強磁性体が微粒子状になると熱振動により自発磁化が減少し、磁気モーメントの値が小さくなることが知られている(超常磁性)。さらに、磁気テープ材料としてのFe$$_{16}$$N$$_{2}$$は酸化防止のためラミネート層を持っており、通常の磁気測定法では正確な磁化の値を決めることが難しい。そこでFe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子の正確な磁気モーメントの大きさを決定するために、偏極中性子回折法を用いた磁気形状因子の測定を行った。実験は試料に1Tの磁場をかけて磁化を飽和させて行った。スピンフリッパーを用いて飽和磁化と中性子スピンの向きを平行(ON)/反平行(OFF)にすることで回折強度に差が現れる。もし結晶構造因子が既知であれば、ON/OFFの各ピークでの反転比(flipping ratio)を測定することで磁気形状因子を求めることができる。

口頭

偏極中性子粉末回折法による$$alpha$$鉄及びCoFeの磁気形状因子の測定

老谷 聖樹; 石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 菊池 隆之; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 横山 淳*; 西原 美一*; et al.

no journal, , 

磁気テープへの応用という観点から、強磁性微粒子に対する注目が集まっている。偏極中性子回折法は微粒子の磁化を決定するのに有望と思われるが、これまであまり例のない粉末に対する偏極中性子回折実験を行い、磁気形状因子を測定し、磁化を決定した。試料として典型的な強磁性体である$$alpha$$鉄と、磁気テープとして既に実用化されているCoFeの微粒子を選んだ。実験では、試料に10kOeの磁場を散乱ベクトルに垂直にかけ、試料の磁化を飽和させた。偏極中性子回折では磁化ベクトルと中性子スピンの向きが平行か反平行かで回折強度に差が現れる。その回折ピークの反転比Rを測定することで、結晶の(原子核)構造因子が既知であれば、磁気形状因子を求めることができる。一般に回折強度は、装置の分解能や試料の形状などによる補正を受けるが、反転比Rではそのような補正係数が打ち消され、測定精度はほとんど統計誤差のみとなり磁気形状因子を精度よく求めることができる。この実験により、純鉄の磁化が、ほぼ文献値の2.15Tであることが確かめられた。偏極中性子粉末回折法による磁気構造解析の有用性、及びその信頼性についてCoFeの結果も併せて報告する。

口頭

偏極中性子粉末回折を用いた磁性材料研究の可能性

加倉井 和久; 武田 全康; 石井 佑弥; 老谷 聖樹; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; 横山 淳*; 西原 美一*

no journal, , 

偏極中性子を用いた磁気モーメント密度分布の測定はこれまでもmixed valence系や分子磁性研究の分野で活用されてきた。しかし、偏極中性子ビーム強度が弱いためにほとんどの実験が単結晶を用いた実験であった。しかし、近い将来パルス中性子源の大強度粉末中性子回折装置における偏極中性子回折実験を実現させれば、より広範囲な磁気物質群に対して磁気モーメント密度分布の測定が可能になり、産業利用を視野に入れた磁気材料研究のさらなる進展が期待できる。この講演では茨城県中性子利用促進研究会・ナノ磁性材料研究会のテスト実験として行われた窒化鉄や純鉄超微粒子磁性体の粉末偏極中性子回折実験結果を例にしてこの手法の可能性を検討する。

口頭

磁気テープ用球状Fe-N微粒子の偏極中性子小角散乱実験,2

奥 隆之; 菊池 隆之; 大場 洋次郎; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 石井 佑弥; 老谷 聖樹; 武田 全康; 加倉井 和久; 横山 淳*; et al.

no journal, , 

Fe$$_{16}$$N$$_2$$を主成分とする球状Fe-N磁性微粒子(粒径約20nm)は、磁気異方性が大きい等の優れた磁気記録特性を示すため、テープ状磁気記憶媒体の新材料として注目され、企業による研究開発が進められている。また、Fe$$_{16}$$N$$_2$$については巨大磁気モーメントの発現が過去に報告されていることから、この材料の磁気モーメントの評価は工学的にも物理的にも重要な意味を持つ。しかし、Fe-N微粒子の表面は、焼結及び酸化防止のための非磁性ラミネート層で覆われており、この非磁性ラミネート層の厚さを定量的に評価することが困難であることから、マクロな磁化測定の結果より、Fe-N微粒子コア部(主成分Fe$$_{16}$$N$$_2$$)の磁化の絶対値を評価することができない。そこでわれわれは、Fe-N微粒子の内部磁気構造を明らかにするとともに、Fe-N微粒子コア部の磁化の絶対値を評価することを目的として、偏極中性子小角散乱実験を行った。そして、得られたデータを入射中性子のスピン極性に依存したコアシェルモデルを用いて解析した結果、Fe-N微粒子の内部磁気構造と、Fe-N微粒子コア部の磁化の絶対値を定量的に評価することに成功した。

口頭

窒化鉄Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子の偏極中性子回折法による磁化評価

石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 菊池 隆之; 篠原 武尚; 奥 隆之; 鈴木 淳市; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; 横山 淳*; et al.

no journal, , 

現在使用されている磁気テープ材料は100nm程度の大きさの針状メタルであるが、さらなる高容量化・高密度化のために微細化又は球状化が必要である。窒化鉄Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$は最近20nm程度の球状試料が得られるようになり、次世代の磁気テープ材料として有望である。ところが、Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子は酸化防止のラミネート層を持つため,通常の磁化測定によって信頼できる飽和磁化の値を得ることが困難である。本研究では、JAEAの研究用原子炉JRR-3Mに設置されている3軸型中性子分光器TAS-1を使って、磁化の絶対値を求めるのにラミネート層の影響をまったく受けない偏極中性子回折法により粒径の異なる4種類の試料の磁化を決定した。測定の結果、磁気形状因子は$$alpha$$-Feで近似できることがわかること、また、平均粒径の違いによる飽和磁化の変化はないことがわかった。

口頭

磁気テープ用球状Fe-N微粒子の偏極中性子小角散乱実験

菊池 隆之; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; 横山 淳*; et al.

no journal, , 

Fe$$_{16}$$N$$_2$$を主成分とする球状Fe-N磁性微粒子は、磁気異方性が大きい等の優れた磁気記録特性を有することから、テープ状磁気記録媒体の新材料として、企業による開発研究が進められている。また、Fe$$_{16}$$N$$_2$$については、過去に巨大磁気モーメントの発現が報告されていることから、この材料の磁気モーメントの絶対値評価は工学的にも物理的にも意義がある。しかし、Fe-N微粒子の表面は、酸化防止のための非磁性ラミネート層で覆われており、この層の厚さを定量的に見積もることが困難であることから、巨視的な磁化測定より、Fe-N微粒子の磁気モーメントの絶対値を評価することができない。そこで、われわれは、Fe-N微粒子の内部磁気構造を明らかにすることにより、Fe-N微粒子の磁気モーメントの絶対値評価を行うことを目的として、偏極中性子小角散乱実験を行った。得られた結果を中性子のスピン極性に依存したコアシェルモデルを用いて解析することにより、Fe-N微粒子の内部磁気構造を決定し、磁気モーメントの絶対値を定量的に評価した。その結果、Fe-N微粒子の磁気モーメントは$$alpha$$-Feの値と同程度であり、巨大磁気モーメントは発現していないことが明らかとなった。

口頭

磁気テープ用球状Fe-N微粒子の偏極中性子小角散乱実験,2

菊地 隆之; 奥 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; 横山 淳*; et al.

no journal, , 

Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$を主成分とする球状Fe-N磁性微粒子は優れた磁気記録特性を示すことから、テープ状磁気記憶媒体の新材料として注目されている。Fe-N微粒子の表面は酸化防止のための非磁性ラミネート層で覆われているため磁化に寄与する部分の体積を精度よく求めることが困難であり、巨視的な磁化測定からFe一原子あたりの磁気モーメントの絶対値を評価することはできない。そこでわれわれは、偏極中性子回折実験により微粒子の主成分であるFe$$_{16}$$N$$_{2}$$のFe一原子あたりの磁気モーメントを評価するとともに、本研究では作成条件の異なる数種類のFe-N微粒子について、その内部磁気構造を評価することを目的として、偏極中性子小角散乱実験を行った。実験には、原子力機構の偏極中性子集光型小角散乱装置(SANS-J-II)を用いた。試料に1Tの磁場を印加し、入射中性子のスピン極性がそれぞれ正極性及び負極性の場合の中性子小角散乱強度I$$^{+}$$及びI$$^{-}$$を測定した。得られた散乱データをコアシェル構造をとる球状粒子モデルを用いて解析し、Fe-N微粒子の表面非磁性層の厚み及び磁性領域の平均体積を求めた。その結果、Fe-N微粒子の内部磁気構造を定量的に評価することができた。

口頭

偏極中性子回折法による窒化鉄Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子の磁化の粒径依存性の研究

石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 菊池 隆之; 篠原 武尚; 奥 隆之; 鈴木 淳市; 岸本 幹雄*; 佐々木 勇治*; 横山 淳*; et al.

no journal, , 

現在使用されている磁気テープ材料は粒径100nm程度の針状メタルが使用されているが、さらに高容量化・高密度化のために微細化又は球状化が必要である。窒化鉄Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$は微粒子状でも優れた磁気記録特性を示すため次世代の磁気記録テープ材料として有望であるが、微細化に伴って飽和磁化の減少が見られた。しかし、磁気記録テープ材料としてのFe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子は酸化防止のためのラミネート層で覆われているため、微粒子内部の磁化の評価が難しく、Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子の正しい飽和磁化を評価することは重要である。そこで本研究ではさまざまな条件下で作製されたFe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子を偏極中性子回折法で測定し、磁化の粒径依存性とラミネート層の影響について調べた。実験には日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3に設置されている中性子三軸分光器(TAS-1)を用いた。日本中性子科学会では実験の詳細とこれまでに得られた結果について発表する予定である。

口頭

偏極中性子小角散乱法による磁気記録テープ用球状窒化鉄微粒子の内部磁気構造評価

奥 隆之; 菊池 隆之; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 石井 佑弥; 武田 全康; 加倉井 和久; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; 横山 淳*; et al.

no journal, , 

Fe$$_{16}$$N$$_2$$を主成分とする球状Fe-N微粒子は、大きな結晶磁気異方性を有することから、これまで磁気記録テープ材料としておもに用いられてきた針状メタル(Fe-Co合金)粒子に代わる高密度記録テープの新材料として注目され、企業による研究開発が進められている。Fe$$_{16}$$N$$_2$$については、bcc構造のFeよりも大きな磁気モーメントの発現が、実験やバンド計算の結果から示唆されており、このFe-N微粒子の磁気モーメントの絶対値評価は、材料学的にも意義がある。また、Fe-N微粒子の表面は、酸化及び焼結防止の非磁性ラミネート層で被覆されているが、この非磁性層厚の最適化が、磁気テープの記録性能を最大化するための重要な要素の一つである。そこでわれわれは、微粒子表面の酸化処理により、系統的に表面の非磁性層厚さのみを変化させた試料について、偏極中性子小角散乱実験を行い、Fe-N微粒子の表面非磁性層厚さと磁性コア部の磁化の安定性等の関係について調べた。その結果、表面非磁性層の厚さがある一定の値を超えると磁化が減少する傾向があることがわかった。

口頭

偏極中性子回折法による窒化鉄Fe$${}_{16}$$N$${}_{2}$$微粒子の研究

玉井 雄大; 石井 佑弥*; 萩谷 裕之; 菊地 隆之*; 横山 淳*; 西原 美一*; 武田 全康; 加倉井 和久; 奥 隆之; 篠原 武尚; et al.

no journal, , 

磁気テープは大量のデータを保存できる信頼性の高い記録媒体として広く使用され、さらなる記録の高密度化が求められている。しかし、そのためには現在使われている針状微粒子では限界が見えてきており、球状微粒子でも高い保磁力を発現する材料として、Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$構造を有する窒化鉄微粒子磁性体が開発された。本研究では偏極中性子回折実験を行い、ラミネートされたFe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子の磁気モーメントの絶対値と平均粒径を評価した。

口頭

磁気テープ用球状Fe-N微粒子の偏極中性子小角散乱実験,3

萩谷 裕之; 奥 隆之; 吉良 弘; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 武田 全康; 玉井 雄大; 加倉井 和久; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*; et al.

no journal, , 

Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$を主成分とする球状Fe-N微粒子は、優れた磁気記録特性を有することから、高密度磁気記録テープの新素材として研究開発が進められている。Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$は不安定な相であるため、微粒子の表面は酸化及び焼結防止のための非磁性ラミネート層で覆われている。この表面非磁性層の厚さの最適化は、磁気テープの記録特性を最大化するうえで、重要な課題の一つである。これまでに、われわれは平均粒径20nm以下のFe-N微粒子の表面非磁性層厚さを定量的に評価することを目的として、0.1$$<$$q[nm$$^{-1}$$]$$<$$1の範囲で偏極中性子小角散乱実験を行った。得られたデータをコアシェル構造モデルを用いて解析した結果、q$$>$$1[nm$$^{-1}$$]の領域に、微粒子の表面構造を反映した特徴的な散乱プロファイルが現れることが示唆された。そこで、今回、この特徴的な散乱プロファイルを明らかにするために、表面処理方法の異なる2種類のFe-N微粒子について0.2$$<$$q[nm$$^{-1}$$]$$<$$2の範囲で、偏極中性子小角散乱実験を行った。学会では、今回得られたデータの解析結果について報告するとともに、微粒子表面構造について議論する。

口頭

磁気記録テープ用球状Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子磁性体の酸素処理効果

玉井 雄大; 西原 美一*; 武田 全康; 加倉井 和久; 佐々木 勇治*; 岸本 幹雄*

no journal, , 

球状Fe$$_{16}$$N$$_{2}$$微粒子磁性体は、従来の針状メタル磁性体に比べて高い磁気特性を有しており、磁気テープとして実用化されれば数十テラバイト容量が期待できる次世代の磁性材料である。偏極中性子回折法を用いたこれまでの研究で、微粒子合成の際に過度な表面酸化処理を施すとFe$$_{16}$$N$$_{2}$$の磁気モーメントの絶対値が小さくなる予備的な実験結果が得られている。本研究では酸化処理状態の異なる複数の試料を測定することで、磁気モーメントの系統的な変化を調べた。また、X線回折測定及び磁化測定の結果を考慮することで、微粒子の構成成分と内部のFe$$_{16}$$N$$_{2}$$の粒径を評価した。

口頭

垂直磁気記録型ハードディスク膜の中性子小角散乱実験

萩谷 裕之; 奥 隆之; 吉良 弘; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 武田 全康; 加倉井 和久; 横山 淳*; 西原 美一*; 大場 洋次郎*; et al.

no journal, , 

垂直磁気記録膜は、現在、コンピュータの主記録媒体として使われているが、さらなる高密度化に向けた研究開発が進められている。高密度化を目指すうえで、媒体ノイズが高密度化の妨げになっている。ノイズの原因には、粒間の交換結合によって形成した磁気クラスターによる影響が報告されている。しかし、このクラスターサイズを定量的に評価できないため、クラスターサイズと媒体ノイズの相関関係が明らかになっていない。そこで、本研究では垂直磁気記録膜内のクラスターサイズの定量的な評価を目的に、CoPtCr-SiO$$_{2}$$とTbFeCoの2種類の垂直磁気記録膜試料について中性子小角実験を行った。その結果、CoPtCr-SiO$$_{2}$$では、核及び磁気散乱データの解析結果より粒中心間距離がd$$sim$$51nmであるのに対して、50$$sim$$200nmのスケールの磁気秩序が形成されていることが示唆された。一方、TbFeCoでは有意な中性子小角散乱は観測されなかった。また、同試料について、粒間の磁気的相互作用の強さを評価することを目的として、現在、磁化測定を進めている。学会では、実験結果について報告するとともに、粒間の磁気的相互作用の強さとクラスターサイズとの相関について議論する。

口頭

垂直磁気記録膜における磁気クラスターサイズの定量的評価

萩谷 裕之; 奥 隆之; 吉良 弘; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 加倉井 和久; 横山 淳*; 西原 美一*; 間宮 広明*; 大場 洋次郎*; et al.

no journal, , 

垂直磁気記録媒体の高密度化を目指すうえで、磁気記録ノイズの低減が課題である。磁気クラスターによる転移性ノイズの影響が既に報告されているが、このクラスターサイズを定量的に評価できないため、クラスターサイズと媒体ノイズの相関関係が明らかになっていない。そこで、これまでにわれわれは垂直磁気記録膜内のクラスターサイズの定量的な評価を目的に、CoPtCr-SiO$$_{2}$$垂直磁気記録膜試料について中性子小角実験を行った。その結果、観測した試料の磁気クラスターサイズは500$$sim$$2000${AA}$の大きさであることが示唆された。今回、われわれは同試料について、磁気力顕微鏡観察及び磁場磁化測定を行った。磁気力顕微鏡観察の結果、中性子小角散乱で観測されたクラスターサイズとほぼ等しいサイズの磁気クラスターが観測された。また、粒間の磁気的相互作用の強さを評価するために磁場磁化データを、$$Delta$$M法を用いて解析した。その結果、$$Delta$$M値は磁場5kOe付近を中心とするブロードな負のピークを示した。学会では、中性子小角散乱実験や磁化測定の結果について報告するとともに、粒間の磁気的相互作用の強さとクラスターサイズとの相関について議論する予定である。

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