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論文

Benchmark analyses of probabilistic fracture mechanics for cast stainless steel pipe

北条 公伸*; 林 翔太郎*; 西 亘*; 釜谷 昌幸*; 勝山 仁哉; 眞崎 浩一*; 永井 政貴*; 岡本 年樹*; 高田 泰和*; 吉村 忍*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 3(4), p.16-00083_1 - 16-00083_16, 2016/08

鋳造ステンレス鋼に対する非破壊検査が計画されているが、鋳造ステンレス鋼のような二相ステンレス鋼では、超音波の低い透過性などの理由から、許容欠陥寸法が定められていない。鋳造ステンレス鋼の許容欠陥寸法を合理的に決定するためには、確率論的破壊力学(PFM)は有用である。本研究では、鋳造ステンレス鋼配管を対象に、PFM解析コードの適用性や信頼性に係るベンチマーク問題を提案した。破損モードとしては、疲労亀裂進展、塑性崩壊、及び延性亀裂進展を考慮し、それらの相互作用を考慮した条件でPFM解析を行った。6機関が参加して実施されたベンチマーク解析による破損確率の比較を行った。その結果、各機関で様々なPFM解析コードで得られた破損確率はよく一致し、鋳造ステンレス鋼配管に対するPFMの適用性が確認された。

論文

Nuclear "pasta" structures in low-density nuclear matter and properties of the neutron-star crust

岡本 稔*; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

Physical Review C, 88(2), p.025801_1 - 025801_10, 2013/08

 被引用回数:38 パーセンタイル:91.68(Physics, Nuclear)

中性子星クラスト領域において、"パスタ"構造と呼ばれる非一様構造の出現が予想されている。近年、マグネターの巨大フレア現象の研究において、それらの構造が観測量や中性子星クラストの物理量に影響を与える可能性が示唆されている。そのような物理量を求めるために、われわれは相対論的平均場模型とThomas-Fermi模型を用い幾何学的対称性を課さない空間3次元の計算を中性子星クラスト物質に対応する低密度原子核物質に対して行った。その結果、陽子含有率を固定した場合においては典型的なパスタ構造の出現を、$$beta$$平衡原子核物質においては球状と棒状の2種類のパスタ構造の出現を確認した。また、原子核"パスタ"の結晶構造に関しても調べた。その結果、従来、球状原子核は体心立方格子を組むとされていたが、面心立方格子も基底状態として現れることを示した。

論文

High-temperature X-ray imaging study of simulated high-level waste glass melt

岡本 芳浩; 中田 正美; 赤堀 光雄; 駒嶺 哲*; 福井 寿樹*; 越智 英治*; 仁谷 浩明*; 野村 昌治*

電気化学及び工業物理化学, 81(7), p.543 - 546, 2013/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:14.87(Electrochemistry)

高温溶融状態の高レベル模擬ガラス中のルテニウム元素の挙動と化学状態を、放射光X線イメージング技術を使用して分析した。溶融から気泡発生、ルテニウムの凝集と沈殿までを、12ビットCCDカメラで動的に観察した。X線強度は、画像の濃淡を数値化することによって得た。また、ルテニウムの存在は、そのK吸収端直後のエネルギーにおいては、図中にて黒く強調されて観測される。位置分解能を備えたイメージングXAFS分析技術を駆使して、溶融状態のルテニウムの化学状態についても調べた。

論文

Non-uniform structures in low-density nuclear matter and neutron star crust

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 6 Pages, 2012/11

中性子星クラストや超新星爆発の前段階の低密度原子核物質において、「原子核パスタ」と呼ばれる非一様構造が現れると示唆されている。多くの先行研究において、一様背景電子と「原子核パスタ」の結晶構造が仮定され、Wigner-Seitz(WS) cell近似も使われてきた。球状の「原子核パスタ」(droplet)において、体心立方(bcc)格子が、面心立方(fcc)格子や単純立方格子よりエネルギー的に安定であるとされてきた。これは同等のサイズのdropletをそれぞれの結晶格子に配置した場合のクーロンエネルギーを比較することによって決定された。より正確には、電子の非一様性とdropletの結晶格子に応じたサイズを考慮しなければならない。われわれは相対論的平均場理論とThomas-Fermi模型に基づいてベータ平衡下の低密度原子核物質に対して空間3次元の計算を行った。発表では、エネルギー的に最も安定な構造、WS cell近似を用いた場合との比較、dropletのfccとbccにおける差異などについて述べる。また、中性子星クラスト物質の弾性率に対するdropletの有限サイズ効果や結晶構造の影響についても言及する。

論文

High-temperature X-ray imaging study of simulated high-level waste glass melt

岡本 芳浩; 中田 正美; 赤堀 光雄; 駒嶺 哲*; 福井 寿樹*; 越智 英治*; 仁谷 浩明*; 野村 昌治*

Proceedings of 4th Asian Conference on Molten Salt Chemistry and Technology & 44th Symposium on Molten Salt Chemistry, Japan, p.47 - 52, 2012/09

模擬ガラスの溶融状態と融体中のルテニウムの挙動を、放射光イメージング分析によって調べた。溶融,気泡の発生と成長、ルテニウムの凝集と沈降を、高感度CCDカメラの12ビットグレースケール連続画像として動的に観察した。ルテニウムの存在は、画像中に黒色で強調される。また、透過X線強度は、画像のグレースケールを数値化することによって得た。さらに、位置分解能を備えたイメージングXAFS測定を行い、高温融体中のルテニウムの化学状態を明らかにする試みを実施した。

論文

イメージングXAFS法による模擬ガラス試料中のルテニウムの状態分析

岡本 芳浩; 中田 正美; 赤堀 光雄; 塩飽 秀啓; 駒嶺 哲*; 福井 寿樹*; 越智 英治*; 仁谷 浩明*; 野村 昌治*

日本原子力学会和文論文誌, 11(2), p.127 - 132, 2012/06

模擬ガラス中のルテニウム元素の分布とその化学状態を、放射光イメージング測定技術を使い分析した。この方法では、ダイレクトX線CCDカメラを、イオンチェンバーの代わりに使用している。X線CCDカメラによる画像の濃淡を数値化解析することにより、位置分解能を備えたX線吸収スペクトルが取得可能である。本研究では最初に、ルテニウム金属と酸化物が混在したテスト試料の測定を実施した。その結果、ルテニウム元素の分布情報を取得できたうえに、さらにルテニウムリッチの微小領域における化学状態、すなわちそれが金属か酸化物かの評価が可能であることを示すことができた。この手法を模擬ガラス試料へ適用し、ガラス中のルテニウム元素が酸化物の状態でいることを明らかにした。

報告書

「数値解析による自由液面からのガス巻込み評価指針」の解説, 解説B(協力研究)

大島 宏之; 堺 公明; 上出 英樹; 木村 暢之; 江連 俊樹; 内堀 昭寛; 伊藤 啓; 功刀 資彰*; 岡本 孝司*; 田中 伸厚*; et al.

JAEA-Research 2008-049, 44 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-049.pdf:42.3MB

日本原子力研究開発機構は、高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究の一環として、ナトリウム冷却高速炉の概念検討を進めている。実用化のためのプラントシステム概念は、経済性向上のために出力に比してコンパクトな炉容器を指向している。そのため、既存の概念と比較して炉容器内の流速が相対的に大きくなり、自由液面からのカバーガスの巻込みについてより精度の高い設計評価を行うことが重要となっている。そこで、大学,研究所,電力,メーカの専門家で構成するワーキンググループを設置し、ガス巻込み現象について設計で参照すべき数値解析に基づく指針案の検討を行い、得られた知見をもとに、「数値解析による自由液面からのガス巻込み評価指針」(第1次案)を策定した。本件は、指針の解説として、ワーキンググループにおいて実施した研究に関して紹介するものである。

口頭

イメージングXAFS法による模擬ガラス試料中の金属の状態分析

岡本 芳浩; 中田 正美; 赤堀 光雄; 湊 和生; 塩飽 秀啓; 駒嶺 哲*; 福井 寿樹*; 仁谷 浩明*; 野村 昌治*

no journal, , 

使用済燃料の再処理で発生した高レベル廃液の処分形態であるガラス中の貴金属元素、特にルテニウムの分布と化学状態を、イメージングXAFS法によって調べる試みを行った。ルテニウムのK吸収端をはさむエネルギー領域をスキャンし、取得したX線CCDカメラの画像の濃淡から強度情報を抽出し、位置分解能を持たせることで、特定の領域におけるルテニウム元素の化学状態を割り出した。試験試料のデータ解析結果から、ルテニウムの分布を導出し、それぞれのルテニウムが分布している微小領域で、ルテニウムが金属の状態なのか酸化物の状態なのかを選別することに成功した。

口頭

3次元計算による低密度核物質の非一様構造

岡本 稔*; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

非一様な原子核物質の研究では、空間対称性を仮定したWigner-Seitz Cell近似がよく用いられてきた。これによって計算コストを小さくすることができ、「パスタ」といわれる構造の出現や、それに伴う状態方程式の変化なども議論されてきた。しかし、他の先行研究によって指摘されているように、空間対称性を課しているため本来とるべき構造が抑制されている可能性もある。現在計算機の発展によって対称性を課さずに3次元空間座標のもとで十分大きな系に対する計算を行うことも可能になってきている。そこで本研究では、相対論的平均場模型とThomas-Fermi近似による場の方程式空間的対称性を仮定しないで解くことにより、低密度核物質の非一様構造を調べた。その結果、密度の変化とともに5種類のパスタ構造が現れることが確かめられた。また、系の周期構造のサイズを制限した場合、原子核2個がつながったダンベル型や、もっと複雑な構造などが見られた。これは超新星爆発の前段階で一定サイズの原子核の格子が圧縮される場合の非平衡状態に対応している可能性がある。また、3次元の計算による結果とWigner-Seitz cell近似を用いた場合との比較、そして新たに得た核物質の状態方程式についても議論する。

口頭

低密度核物質の非一様構造による3次元結晶

岡本 稔*; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

相対論的平均場模型を用いた数値計算によって低密度原子核物質の性質を調べる。原子核物質の非一様構造の研究では、空間的対称性を持ったWigner Seitzセル近似がよく用いられてきた。これにより計算コストを大幅に軽減することができる代わりに、計算によって現れる非一様構造が空間的対称性を持ったものに限られるうえ、かなり単純な構造しか扱うことができなかった。今回、このWigner Seitzセル近似を用いずに、周期的境界条件を課した十分に大きな3次元セルによる計算を行った。これにより、これまで低密度核物質中に現れると思われている5種類の「パスタ構造」が3次元計算でも現れることを確かめた。また、典型的なパスタ構造以外の、ネットワークを持った複雑な構造が準安定状態として存在する可能性があることがわかった。また、現れる非一様構造とそれに伴う状態方程式についても報告する。

口頭

Synchrotron radiation based X-ray imaging study of simulated high-level waste glass

岡本 芳浩; 中田 正美; 赤堀 光雄; 湊 和生; 塩飽 秀啓; 矢板 毅; 駒嶺 哲*; 福井 寿樹*; 越智 英治*; 仁谷 浩明*; et al.

no journal, , 

従来のイオンチェンバーの替わりにX線ダイレクトCCDカメラを使用した放射光イメージング技術を利用し、高レベル模擬廃棄物ガラス試料中のRu元素の分布とその化学状態を調べた。取得した画像のグレースケール解析から、位置分解能を備えたX線吸収スペクトルを取得した。得られたスペクトルを標準試料のものと比較して、試料中の各部分が酸化物なのか金属なのかを判別した。解析の結果、ガラス利用中ではRuは、酸化物RuO$$_2$$の状態で分布していることを確認した。

口頭

Three-dimensional calculation of inhomogeneous structure in low-density nuclear matter

岡本 稔; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*; 矢花 一浩*

no journal, , 

低密度原子核物質では原子核パスタと呼ばれる非一様構造が予想されている。これまではパスタ構造の研究には、計算を1次元に帰着できるように幾何学的対称性を仮定するWigner-Seitz (WS)セル近似がしばしば用いられてきた。しかしこれにより、現れる構造は「球形」や「円柱」等の典型的なパスタ構造に限られていた。一方、より複雑な「ジャイロイド」や「二重ダイアモンド」などの構造が現れる可能性も指摘されている。そこでわれわれは、相対論的平均場とThomas-Fermi模型とに基づく非一様核物質の構造計算を、フルに空間3次元において行った。その結果、WSセル近似を用いた計算で示されたパスタ構造が、今回の3次元計算でも現れることなどがわかった。また、WSセル近似を用いた計算と3次元計算との比較、物質の励起状態として現れる3次元計算での新たな構造などを紹介する。

口頭

低密度核物質の非一様構造による3次元結晶

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

飽和密度以下の中性子星物質や超新星物質では、奇妙な形の構造の出現が1980年代から予言されてきた。その形状がスパゲッティ(棒状)・ラザニア(板状)などに似ていることから、このような非一様構造を原子核のパスタ構造と呼んでいる。パスタ構造は、一様構造と異なる状態方程式を与えたり、ニュートリノの透過性をはじめとする物質の性質に影響を与えると考えられている。そのため、核物質中のパスタ構造はさまざまな手法を用いて研究されてきた。本研究では相対論的平均場模型を用いてThomas-Fermi近似を課したうえで、低密度核物質の3次元の非一様構造の計算を行った。今回の発表では3次元の計算による結果と従来よく用いられてきたWigner-Seitz cell近似を用いた場合との定量的な比較、そして新たに得た核物質の状態方程式について議論したい。また、典型的なパスタと異なる新たな構造の可能性についても触れていきたい。

口頭

低密度核物質の非一様構造への系統的計算

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

飽和密度以下の中性子星物質や超新星物質では、奇妙な形の構造が現れることが1980年代ごろから予言されてきた。その形状がスパゲッティ(棒状)・ラザニア(板状)などに似ていることから、このような非一様構造を原子核のパスタ構造と呼んでいる。パスタ構造は、一様構造とは異なる状態方程式を与えたり、ニュートリノの透過性をはじめとする物質の性質に影響を与えると考えられている。そのため、核物質のパスタ構造はさまざまな手法を用いて研究されてきた。本研究では相対論的平均場模型を用いてThomas-Fermi近似を課したうえで、零温度・低密度核物質の3次元非一様構造の詳細な計算を行った。今回の発表ではさまざまな陽子含有率に対して行った3次元の計算による結果とWigner-Seitz cell近似を用いた場合との定量的な比較、そして新たに得た核物質の状態方程式について議論したい。また、3次元計算を行うことによって得られたパスタ原子核とその結晶構造、新たなパスタ構造の可能性についても触れていきたい。

口頭

Three-dimensional calculation of inhomogeneous nuclear matter

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

中性子星のクラストと呼ばれる領域や超新星を構成する低密度核物質において、原子核パスタと呼ばれる非一様構造の存在が示唆されてきた。これまでパスタ構造に対する研究ではしばしばウィグナーザイツセル近似が用いられてきた。しかし、この近似では対称性の高いパスタ構造が低密度核物質において基底状態になるように制限をかけている可能性がある。今回われわれは相対論的平均場模型とトーマスフェルミ近似を用いて核物質の非一様構造に対して対称性を課さない空間3次元の計算を行った。周期的境界条件を課したセルを、その中に構造が周期的に現れる程大きく設定し、中間子とクーロン場に対する連立方程式を解いた。バリオン密度に関しては、初期条件としてランダムにフェルミオンを分散させた状態から始め、それらの化学ポテンシャルが一様になるように密度分布を求めた。その結果、従来示唆されてきたパスタ構造が空間3次元の計算においても現れることを確認した。またウィグナーザイツセル近似を用いた場合との定量的な比較や、新たなパスタ構造の可能性についても議論した。

口頭

溶融ガラス試料の放射光イメージングXAFS分析

岡本 芳浩; 中田 正美; 赤堀 光雄; 駒嶺 哲*; 福井 寿樹*; 越智 英治*; 仁谷 浩明*; 野村 昌治*

no journal, , 

模擬ガラス中における、ジルコニウム,モリブデンやルテニウムのような核分裂生成元素の分布と化学状態を、放射光イメージング技術を使い調べた。高分解能のイメージングシステムと高速度のCCDカメラを駆使し、模擬ガラスの高温溶融状態に保ちながらの観察を実施した。位置分解能を備えたX線吸収スペクトルを、CCD画像のグレースケールの数値解析によって取得した。

口頭

構造を仮定しない計算による低密度原子核物質の非一様構造

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

低密度核物質に対して幾何学的対称性を課さない計算を行い、その構造と性質について調べた。その結果、従来その存在が示唆されてきたパスタ構造と呼ばれる非一様構造の出現を確認した。準安定状態ではあるが、構造が変化する密度付近において複雑なパスタ構造の出現も確認した。また、従来の研究結果と異なる点も現れた。すなわち球状の原子核パスタの結晶構造についてはこれまで体心立方格子になるとされていたが、これは特定のサイズの原子核を考えた場合で、今回のようにすべて自己無撞着に計算すると面心立方格子がエネルギー的に有利になることがわかった。

口頭

Three-dimensional calculation of inhomogeneous nuclear matter

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

低密度核物質に対して幾何学的対称性を課さない計算を行い、その構造と性質について調べた。その結果、従来その存在が示唆されてきたパスタ構造と呼ばれる非一様構造の出現を確認した。準安定状態ではあるが、構造が変化する密度付近において複雑なパスタ構造の出現も確認した。また、従来の研究結果と異なる点も現れた。すなわち球状の原子核パスタの結晶構造についてはこれまで体心立方格子になるとされていたが、これは特定のサイズの原子核を考えた場合で、今回のようにすべて自己無撞着に計算すると面心立方格子がエネルギー的に有利になることがわかった。

口頭

Three-dimensional calculation of inhomogeneous nuclear matter

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

no journal, , 

低密度核物質に対して幾何学的対称性を課さない計算を行い、その構造と性質について調べた。その結果、従来その存在が示唆されてきたパスタ構造と呼ばれる非一様構造の出現を確認した。準安定状態ではあるが、構造が変化する密度付近において複雑なパスタ構造の出現も確認した。また、従来の研究結果と異なる点として球状の原子核パスタの結晶構造について議論した。すなわち球状の原子核パスタの結晶構造についてはこれまで体心立方格子になるとされていたが、今回のようにすべて自己無撞着に計算すると面心立方格子がエネルギー的に有利になることがわかった。

口頭

仮焼層中の不溶解残渣の性状評価,3; 模擬ガラスの放射光イメージング及びXAFSによる分析

岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 中田 正美; 高野 公秀; 赤堀 光雄; 駒嶺 哲*; 福井 寿樹*; 越智 英治*

no journal, , 

模擬ガラス仮焼層中の不溶解性残渣成分の分析を、放射光イメージング及びXAFS法を使い実施した。Zrがケイ酸ジルコニウムやモリブデン酸ジルコニウムのような複合酸化物の状態で存在すること、ほとんどのモリブデンがモリブデン酸イオンの状態であることがわかった。セリウムのL3吸収端XAFS分析における3価と4価の存在比から、酸化還元状態を推定した。セリウムのK吸収端XAFSからは、同元素が結晶相にあるかガラス相にあるかの判断を実施した。溶融状態のイメージング観察からは、Ruの化学状態や気泡の成長に関する情報を得た。

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