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論文

Investigation of high-temperature chemical interaction of calcium silicate insulation and cesium hydroxide

Rizaal, M.; 中島 邦久; 斉藤 拓巳*; 逢坂 正彦; 岡本 孝司*

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(9), p.1062 - 1073, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所2号機においてペデスタル内よりもペデスタル外で線量が高くなっている現象が見つかっている。この線量の上昇については、原子炉格納容器内の配管に使用されている保温材(ケイ酸カルシウム)がガス状あるいは粒子状となって沈着したセシウム(Cs)と化学反応を起こして固着するとともに破損してペデスタル外に堆積することで線量が上昇した可能性があると考えている。そこで、本研究では、化学反応の有無を調べるため、反応温度等を調べることのできる熱重量示差熱分析装置(TG-DTA)を用いて、水素-水蒸気含有雰囲気下、最高1100$$^{circ}$$Cまで温度を上昇させて、主なセシウム化合物の一つである水酸化セシウムと保温材との混合物に対して分析を行った。その結果、575-730$$^{circ}$$Cの範囲で反応が起こり、試験後試料のX線回折パターンや元素分析機能付き走査型電子顕微鏡(SEM/EDS)による試料表面の元素分布の結果から、保温材の構成物質であるケイ素(Si)に加え、不純物として含まれるアルミニウム(Al)と安定な化合物(CsAlSiO$$_{4}$$)を形成することが分かった。したがって、ペデスタル外で見つかった高線量の原因として、保温材が関係する可能性があることが分かった。

論文

Room-temperature adsorption behavior of cesium onto calcium silicate insulation

Rizaal, M.; 斉藤 拓巳*; 岡本 孝司*; Erkan, N.*; 中島 邦久; 逢坂 正彦

Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00563_1 - 19-00563_10, 2020/06

福島第一原子力発電所2号機において、一次冷却系の断熱材に使用されているケイ酸カルシウムへのセシウム(Cs)の吸着がペデスタル領域の高線量に影響している可能性が指摘されている。本研究では、高温でのCs吸着挙動評価の前段階として、室温でCsをケイ酸カルシウムに吸着させる試験を行った。吸着速度の解析の結果、基本的な吸着機構は化学吸着であることが示唆された。また、等温における吸着量のCs濃度依存性の評価により、単分子層の形成の後に多分子層が形成することが示唆された。

論文

Structural investigation of thorium in molten lithium-calcium fluoride mixtures for salt treatment process in molten salt reactor

沼倉 正彦*; 佐藤 修彰*; Bessada, C.*; 岡本 芳浩; 赤塚 洋*; 根津 篤*; 下原 康彰*; 田島 圭祐*; 川野 泰和*; 中萩 健志*; et al.

Progress in Nuclear Energy, 53(7), p.994 - 998, 2011/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:31.54(Nuclear Science & Technology)

溶融LiF-CaF$$_2$$及びLiF融体中のフッ化トリウムのX線吸収微細構造(XAFS)分析と、フッ化ジルコニウム及びフッ化イットリウムの分子動力学(MD)シミュレーションを実施した。溶融状態では、トリウムとフッ化物イオンとの間の距離はすべての組成において一定であった。しかし、デバイワーラー因子や3次キュムラントのような揺らぎ成分は、フッ化カルシウムが0.17の組成までは増加し、フッ化カルシウムの添加によって減少することがわかった。この揺らぎ成分の変化は、フッ化物イオンの数密度の違いに対応していることをつきとめた。

報告書

分子動力学法による3価希土類元素塩化物のアルカリ塩化物融体中の混合挙動

沼倉 正彦; 矢板 毅; 塩飽 秀啓; 鈴木 伸一; 小林 徹*; 阿久津 和宏; Madden, P. A.*; 岡本 芳浩

JAEA-Research 2009-003, 26 Pages, 2009/04

JAEA-Research-2009-003.pdf:4.29MB

分子動力学法(MD)計算を利用し、LiCl-KCl共晶塩と3価希土類元素塩化物であるTbCl$$_3$$を用い、その混合挙動について調べた。また、Tb$$^{3+}$$は希土類元素の中ではそのイオン半径が中間的な元素であることから、イオン半径の違いによる構造への影響を理解するため、Tb$$^{3+}$$よりもイオン半径の大きいLa$$^{3+}$$、小さいY$$^{3+}$$を比較対象として用いた。単独塩融体では陽イオンのイオン半径の違いにより配位数が異なるが、LiCl-KCl共晶塩を混合させると、イオン半径の大きさに関係なく安定な6配位八面体構造に近づく傾向があることがわかった。さらに、LiCl及びKClによる混合効果について検討した結果、それらに違いがあることが明らかとなった。

論文

XAFS studies on actinide-pyridine-diamide complexes for development of an innovative separation process

塩飽 秀啓; 矢板 毅; 小林 徹; 沼倉 正彦; 鈴木 伸一; 岡本 芳浩

Proceedings of 4th Workshop on Speciation, Techniques, and Facilities for Radioactive Materials at Synchrotron Light Sources (Actinide-XAS-2006), p.301 - 306, 2007/05

アクチノイド(An)やランタノイド(Ln)錯体の結合と構造について、有機配位子のイオン認識機構を解明するために、放射光を用いて詳細に調べている。一般的に酸素ドナー系配位子は、使用済核燃料廃液や高レベル放射性廃棄物からAnとLnの両方を分離することができる。酸素ドナー配位子の分離能力は、イオンの表面電荷密度の順番、An$$^{4+}$$$$>$$AnO$$_{2}$$$$^{2+}$$$$>$$An$$^{3+}$$=Ln$$^{3+}$$$$>$$AnO$$_{2}$$$$^{+}$$となっている。そのため、An$$^{3+}$$とLn$$^{3+}$$を分離することはできない。そこでわれわれは、N,N'-dimethyl-N,N'-diphenylprydine-2, 6-carboxyamide(DMDPh-PDA)という新しいタイプの配位子を合成した。PDAは窒素原子と酸素原子をドナーとするハイブリッドタイプの配位子であるため、An$$^{4+}$$$$>$$An$$^{3+}$$$$>$$AnO$$_{2}$$$$^{2+}$$$$>$$Ln$$^{3+}$$$$>$$AnO$$_{2}$$$$^{+}$$というユニークな分離順番を作り出すことができる。これは、共有結合性と立体障害の組合せから生じていると考えられる。An/Ln-PDA錯体のXAFS構造解析の結果を示すとともに、PDAとAn, Lnの分離メカニズムについて議論する。

口頭

ハイブリッド型キレート剤ピリジンジアミド(PDA)によるアクチノイド,ランタノイド錯体のXAFS構造解析

塩飽 秀啓; 矢板 毅; 小林 徹; 沼倉 正彦; 鈴木 伸一; 岡本 芳浩

no journal, , 

有機配位子のアクチノイドイオン認識機構を解明するために、アクチノイド(An)やランタノイド(Ln)錯体の結合と構造について、放射光を用いて詳細に調べている。一般的に酸素ドナー系配位子は、アクチノイド,ランタノイドイオンの表面電荷密度の順番、「An$$^{4+}$$ $$>$$ AnO$$_{2}$$$$^{2+}$$ $$>$$ An$$^{3+}$$, Ln$$^{3+}$$ $$>$$ AnO$$_{2}$$$$^{+}$$」に従って親和性の高さを示すので、An$$^{3+}$$とLn$$^{3+}$$を分離することはできない。そこでわれわれは、N,N'-dimethyl-N,N'-diphenylpyridine-2,6-carboxyamide(DMDPh-PDA)という新しいタイプの配位子を合成した。PDAは窒素原子と酸素原子をドナーとするハイブリッドタイプの配位子であるため、「An$$^{4+}$$ $$>$$ An$$^{3+}$$ $$>$$ AnO$$_{2}$$$$^{2+}$$ $$>$$ Ln$$^{3+}$$ $$>$$ AnO$$_{2}$$$$^{+}$$」というユニークな分離順番を作り出すことができる。これは、共有結合性など化学結合特性と分子の立体的な要因の組合せから生じていると考えられている。そこでAn/Ln-PDA錯体のXAFS構造解析の結果を示すとともに、PDAとAn, Lnの分離メカニズムについて議論する予定である。

口頭

大気マイクロPIXEを用いたヒト肺癌細胞内シスプラチンの可視化・定量化の試み

櫻井 英幸*; 岡本 雅彦*; 新 雅子*; 竹内 愛子*; 長谷川 正俊*; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 神谷 富裕; 荒川 和夫; 中野 隆史*

no journal, , 

シスプラチンは現在さまざまな種類の癌化学療法においてkey drugとなる薬剤である。癌細胞に取り込まれたシスプラチンを細胞内で可視化,定量化できれば、薬剤の取り込みや核への移行機構、また薬剤耐性などの研究に役立つものと思われる。大気マイクロPIXE(Particle Induced X-Ray Emission)は数MeVに加速したプロトンを試料に照射し、放出される特性X線を検出することにより、試料中に含まれる多くの元素を1$$mu$$mの分解能で解析できる技術である。この技術を用い、ヒト肺癌細胞内のシスプラチンの可視化・定量化を行った結果、標準試料を用いた解析では、試料内のシスプラチン濃度と測定されたPtカウント数の間に直線性が認められた。一方、培養細胞試料ではP, K, Clなどの細胞の局在を示す元素のほか、BrdUでラベルした核内Br及び細胞に取り込まれたPtの検出が可能で、シスプラチン接触時間の延長とともに細胞内Pt及び核内Ptのカウント数増加が観察された。これにより、同技術による細胞内におけるPtの可視化及び定量化が可能であることを確認できたが、生物・医学的に重要な意味を持つ極微量領域でのPt検出には、検出感度の向上が必要であることも明らかとなった。

口頭

新規酸素-窒素ドナー配位子の合成とその3, 4価アクチノイド,ランタノイドイオン認識特性

塩飽 秀啓; 小林 徹; 沼倉 正彦; 矢板 毅; 岡本 芳浩; 鈴木 伸一; 須田 裕喜*; 藤井 有起*

no journal, , 

イオン認識化合物は、物質の分離・濃縮技術や金属イオンの検出法などに利用できることから非常に注目されている。その中でもアクチノイドイオン認識化合物は、核燃料サイクルにおける分離技術や放射性廃棄物の除染技術などに関連する重要なテーマである。本研究では、3, 4価アクチノイド認識化合物であるPDA(ピリジンジアミド)の高度化を目指して、種々の酸素-窒素ドナー配位子を合成し、その特性を検討した。PDAをパラフィン系溶媒へ可溶化するために、アミド窒素上のmetyl基を長鎖アルキル基に変換した配位子を合成したところ、アルキル基が長いほど配位子の溶解性は向上するが、抽出能は著しく低下することがわかった。放射光XAFSによる錯体の構造解析と分子軌道法によるシミュレーションから、長鎖アルキル基間の立体障害が金属イオンへの配位能力低下の原因となることがわかった。そこで、立体障害の起こらない錯体創製のために、phenyl基のp-位にoctyl基を導入した。その結果、改良したPDAは3価アクチノイドの配位能力を低下させずパラフィン系溶媒へ選択的に抽出することがわかった。

口頭

3価Ln錯体の構造に対するPhenの置換機効果の影響

沼倉 正彦; 矢板 毅; 塩飽 秀啓; 小林 徹; 岡本 芳浩; 鈴木 伸一; 池田 篤史*

no journal, , 

置換基の異なる3種のフェナントロリン(Phen, Methyl-Phen:MPhen, Nitro-Phen:NPhen)と3価ランタノイド(Ln(III))との錯体構造及び電子状態について、EXAFS法及びXPS法により検討した。EXAFSスペクトルによれば、溶液中初期濃度比1:4(Ln:Phen)のメタノール溶液では、特にLu錯体でPhen, MPhen, NPhenの順に1:3, 1:2及び1:1錯体を形成することがわかった。またPhenの配位の過程では、後方散乱因子の小さい窒素と大きい塩化物イオンが入れ替わる過程を明確に観察することができた。一方Phen及びLn-Phen錯体に関する光電子分光実験からは、フリーのPhenに対するスペクトルでは、内殻(N, C1s)及び価電子帯(N, C2p)の電子状態ともに置換基の違いに伴う明確な違いは見られなかったが、Ln錯体においてはその価電子帯の電子状態において軽ランタノイドと重ランタノイド間に違いを見いだすことができた。

口頭

高温融体のクイックスキャンXAFS

岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 沼倉 正彦; 小林 徹; 阿久津 和宏; 矢板 毅; 鈴木 伸一

no journal, , 

ランタノイド塩化物を対象に高エネルギーXAFSの測定技術を駆使して、希薄系混合状態における特異な挙動を明らかにしてきた。これらの多くは、試料の状態が変化しない静的な測定環境であった。しかしながら、乾式再処理では、酸化物燃料の塩素化,電解反応,分離回収など、数多くの反応場が存在する。そこで、次のステップとしてクイックスキャンXAFS(QXAFS)技術を導入し、短時間でXAFSパターンを取得し、溶融塩系の反応追跡に使用可能かどうか、その実効性を試験した。QXAFSでは、高速スキャンさせて、5分間でLa-K吸収端のXAFSパターンを取得し、通常のXAFS測定で1回スキャンに必要な30分$$sim$$1時間を大幅に短縮した。詳細な解析から、QXAFSの1回スキャンXAFSの結果は、十分解析に耐えるものであり、溶融塩の反応追跡に利用可能であることを確認した。

口頭

塩化テルビウム系混合融体の高エネルギーXAFS

沼倉 正彦; 岡本 芳浩; 矢板 毅; 塩飽 秀啓; 鈴木 伸一; 小林 徹; 阿久津 和宏; 松浦 治明*

no journal, , 

希土類塩化物融対中の金属イオンの情報は乾式再処理の研究に重要であり、塩化物融体中に含まれる微量の希土類元素の情報を得るためにK吸収端を利用した高エネルギーXAFSは非常に有効である。今回の研究ではTbCl$$_3$$及びそれぞれ40%,15%,1.5%TbCl$$_3$$-(LiCl-KCl)融体のXAFSを測定し、その構造変化を調べた。解析の結果、TbCl$$_3$$の濃度が薄くなるとその配位数がやや減少し6に近づくが、第一配位圏のTb-Clの距離はほとんど変わらなかった。デバイワーラー因子が非常に小さくなることもわかった。また構造の変化を調べるためにMD計算も行った。その結果25%付近で構造の変化が起きることがわかった。このシミュレーション結果は今回のXAFS結果と一致する。

口頭

RBE of carbon beams on neurons; Approach using growth cone collapse assay

Al-Jahdari, W. S.*; 鈴木 義行*; 吉田 由香里*; 浜田 信行*; 岡本 雅彦*; 野田 真永*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 小林 泰彦; 中野 隆史*

no journal, , 

At the 19th JASTRO meeting, we showed that growth cone collapse (GCC) assay can be useful in radiobiological investigations. Here, we used the GCC assay to determine RBE of carbon beams on neurons. Dorsal root ganglia (DRG) and sympathetic ganglion (SYMP) were isolated from day-8 and day-16 chick embryos. Then, neurons were exposed to doses of X-rays, or high-LET $$^{12}$$C ions. Neuronal morphological changes were examined by GCC assay. Apoptosis was examined using TUNEL assay. Irradiation induced GCC and neurite destruction in a time- and dose-dependent manner. Day-8 neurons were more radiosensitive than day-16 neurons (p=0.01). Using GCC, the linear regression revealed that the carbon beams' RBE at day-8 neurons ranged 4.2- 4.6. Whilst, at day-16 was 3.3 to 3.4. For apoptosis induction, the RBE at day-8 neurons ranged 3.7-4.1, whereas at day-16 ranged 4.2 and 3.7. Conclusions: The carbon beam was 3.3-4.6 fold more effective to induced GCC and apoptosis than X-rays Day-8 is more radiosensitive than day-16 neurons.

口頭

芳香族窒素系配位子を用いたランタノイドイオンの分離とその分離錯体の発光特性

塩飽 秀啓; 阿久津 和宏; 矢板 毅; 岡本 芳浩; 小林 徹; 沼倉 正彦; 仲野 義晴*; 真原 沙織*; 藤井 有起*

no journal, , 

芳香族窒素系多座配位子は、アクチノイド(An)やランタノイド(Ln)イオンと高い親和性を示すほか、センシング剤としても優れており、多成分溶液から目的元素を検出し同時に分離することのできる物質として有望である。そこで本研究では、トリアゾールピリジンやトリアジンピリジンなど芳香族窒素系多座配位子とその誘導体を合成し発光特性を調べた。トリアゾールピリジン誘導体溶液にTb$$^{3+}$$を添加すると、配位子に由来する334nmの発光が減少し、Tb$$^{3+}$$に由来する489nmと545nmの発光が大幅に増加した。この発光は、Tb$$^{3+}$$に配位した配位子からTb$$^{3+}$$へのエネルギー移動が起きたためと考えられる。Eu$$^{3+}$$, Sm$$^{3+}$$, Dy$$^{3+}$$を添加した場合も同様の現象が起こることから、トリアゾールピリジン誘導体はこれらLnイオンのセンシング剤として利用できる可能性を見つけた。本講演では抽出実験や滴定実験,XAFS構造解析の結果などをもとにトリアゾール及びトリアジンピリジン誘導体とLn錯体の親和性及びその構造等について議論する。また、それら錯体の発光特性を利用したセンシング剤への応用性についても議論する。

口頭

新規アクチノイド認識化合物PTAの分子設計研究

矢板 毅; 池田 隆司; 小林 徹*; 鈴木 伸一; 塩飽 秀啓; 岡本 芳浩; 池田 篤史; 阿久津 和宏; 沼倉 正彦

no journal, , 

三価アクチノイドイオンをランタノイドから選択的に認識する有機配位子の創製は、マイナーアクチノイドの分離・核変換に用いる抽出剤開発において大変重要である。これまで、世界的にさまざまな抽出剤が検討されているが、アクチノイド認識に関して十分な理解が為されていないとともに、未だ実機に適用可能な物質は見いだされていないといえる。本研究では、これまで提唱されている窒素型ソフトドナー配位子と三価アクチノイドとの化学結合特性解明を進める過程で、イオン認識能が発現するうえで必要条件と考えられる因子を考慮して分子設計を行った。その結果、三価アクチノイドに関して認識能を示す化合物の創製に成功した。本発表では、アクチノイド,ランタノイド錯体のキャラクタリゼーション及びその必要条件と考えられる因子について明らかにしつつ、分離実験の結果について紹介する。

口頭

芳香族窒素系配位子によるランタノイドイオンの分離特性

阿久津 和宏; 塩飽 秀啓; 岡本 芳浩; 鈴木 伸一; 池田 篤史; 小林 徹*; 沼倉 正彦; 真原 沙織*; 仲野 義晴*; 藤井 有起*; et al.

no journal, , 

芳香族窒素系多座配位子は、ランタノイドに対して高い親和性を示すほか、センシング剤としても優れており、硝酸溶液中からの分離と検出を同時に達成する物質として有望である。われわれは6-(1,2,4-triazol-1-yl)-2-pyridinecarboxylic acid(TPCA)及び6-(N-Methyl-N-phenyl-carbamoyl)-2-pyridinecarboxylic acid(MePh-CPCA)に着目し、合成と抽出及び発光特性の解析を行った。MePh-CPCAはSm$$^{3+}$$よりもEu$$^{3+}$$の分配比が高いことがわかった。MePh-CPCAとEu$$^{3+}$$, Sm$$^{3+}$$との錯生成定数を求めたところ、Sm$$^{3+}$$よりもEu$$^{3+}$$に対する高い錯生成定数が求められた。よって、錯生成定数の差が分配比の差を反映している可能性が示唆された。TPCAはEu$$^{3+}$$, Sm$$^{3+}$$をほとんど抽出しなかった。TPCA及びMePh-CPCAの溶液にEu$$^{3+}$$を添加すると、Eu$$^{3+}$$に由来する発光が観測され、その蛍光強度はEu$$^{3+}$$の濃度に対して相関があることから、両者はEu$$^{3+}$$のセンシング剤として利用できる可能性がある。

口頭

大気マイクロPIXEを用いた肺組織内微量元素の解析

岡本 雅彦*; 櫻井 英幸*; 新 雅子*; 長谷川 正俊*; 及川 将一*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 荒川 和夫; 中野 隆史*

no journal, , 

炭化タングステンとコバルトを混合して焼結した超硬金属粉末の吸入による慢性間質性肺炎(超硬金属肺と呼ばれている)の診断を確定するために、大気マイクロPIXEで原発性肺癌患者の組織を調べた。その結果、Ti, Al, Fe, Ni, Cr, Wなどの吸入超硬金属由来の各種金属粉が肺内に残存している状況を元素の2次元分布として測定することに成功した。

口頭

大気マイクロPIXEによる腫瘍細胞死の検討

長谷川 正俊*; 櫻井 英幸*; 新 雅子*; 岡本 雅彦*; 石内 勝吾*; 浅川 勇雄*; 玉本 哲郎*; 大野 達也*; 及川 将一*; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

本研究は、組織レベルを基準にして、種々の方法による腫瘍細胞死の検索結果とPIXE法を比較したもので、ヌードマウスに移植した可移植性ヒト腫瘍とマウス正常細胞を用いて調べた。その結果、主要成分については、他の方法との優位性は認められなかったが、大気マイクロPIXE測定ではアポトーシスの高率な試料では元素分布が不均一になること、及び細胞の壊死に一致してP, K, Cl, Sなどの優位な低下を認めた。

口頭

フッ化テルビウム混合塩の構造解析

沼倉 正彦*; Bessada, C.*; Ory, S.*; Rakhamatullin, A.*; 赤塚 洋*; 根津 篤*; 矢板 毅; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 松浦 治明*

no journal, , 

溶融TbF$$_3$$-LiF混合体の局所構造を調べるために、高温XAFS実験をSPring-8のBL11XUビームラインで実施した。X線回折とDSC分析の結果、1073K以上ではTbF$$_3$$とBNが反応することがわかっていたので、それ以下の温度でヘリウム雰囲気下で、混合系を対象に測定を実施した。解析の結果、溶融TbF$$_3$$-LiF混合体中のTb$$^{3+}$$-F$$^-$$間距離は、固体の値よりも若干短くなり2.26${AA}$となることがわかった。

口頭

Thermochemical investigation of calcium silicate insulation with cesium hydroxide

Rizaal, M.; 中島 邦久; 逢坂 正彦; 斉藤 拓巳*; Erkan, N.*; 岡本 孝司*

no journal, , 

水蒸気や水素雰囲気下でのカルシウムシリケート保温材と水酸化セシウムとの化学的な相互作用の有無を調べるため、熱重量測定とX線回折測定を行った。この化学的相互作用が、福島第一原子力発電所2号機におけるペデスタル周辺部での高線量の原因の一つになっているのではないかと考えている。試験の結果、雰囲気に関わらず575-730$$^{circ}$$Cの温度範囲において、何らかの化学的相互作用を引き起こすことが示唆された。

口頭

High-temperature gas-solid interaction of calcium silicate insulation with cesium hydroxide

Rizaal, M.; 中島 邦久; 逢坂 正彦; 斎藤 拓巳*; 岡本 孝司*

no journal, , 

Here we report an experimental study to investigate cesium retention on calcium silicate insulation following the gas-solid chemical interaction at high temperature. This study used cesium hydroxide and was performed at 800$$^{circ}$$C under the oxidizing atmosphere. The experimental results showed that water-insoluble CsAlSiO$$_{4}$$ and dicalcium silicate/larnite (Ca$$_{2}$$SiO$$_{4}$$) were formed, which evidences that the insulation material could retain Cs in a stable form.

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