A Fundamental study on clarifying the potential performance of a new rechargeable battery using uranium as an active material

植野 雄大; 大内 和希; 渡邉 雅之

Results in Engineering (Internet), 29, p.109246_1 - 109246_10, 2026/03

https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.109246

Depleted uranium is a byproduct of the production of nuclear fuel, and various efforts have been made to develop new applications of it. The utilization of depleted uranium as an active material in redox-flow batteries is one of the promising applications. Quite recently we demonstrated a new static battery system using uranium and iron as active materials (UFe battery), but the potential performance is poorly understood. It is because the focus was on whether uranium works as an active material. Besides, there was limited information about the electrode reactions and the electrical conductivity of the electrolytic solutions. To clarify the ideal performance of the UFe battery, we investigated redox behaviors of uranium (IV) chloride and iron (II) chloride in chloride-containing non-aqueous solution by cyclic voltammetry and chronoamperometry techniques. In addition, the electrical conductivity of the solution was estimated by electrochemical impedance spectroscopy. As a result, the standard rate constants of both U(IV)/U(III) and Fe(III)/Fe(II) redox reactions were comparable to those in all-vanadium redox flow batteries (VRFBs), whereas the conductivity of the electrolytic solution was about 10 times lower than that of conventional aqueous batteries. The simulation using these electrochemical parameters suggested that the ideal performance of the UFe battery may be comparable to that of VRFBs when the distance between electrodes is sufficiently reduced. While there are many challenges for the application to the flow battery system, the UFe battery has the potential to be a new energy storage system and to utilize large amounts of depleted uranium.

非水溶媒系中の塩化物イオン濃度が塩化ウラン(IV)の酸化還元特性に与える影響

植野 雄大; 大内 和希; 渡邉 雅之

放射化学, (51), p.11 - 14, 2025/03

http://www.radiochem.org/pdf/rad_nw51.pdf

本研究では、非水溶媒中における塩化ウラン(IV)の酸化還元特性に着目し、塩化物イオンの添加による影響を電気化学測定と分光測定により評価した。結果として、塩化ウラン(IV)に対して過剰な量の塩化物イオンを添加した場合、六配位のウラン(IV)塩化物錯体が安定化することを見出した。さらに、塩化物イオン濃度の増大に伴って塩化ウラン(IV)の酸化還元反応速度が向上したことから、過剰な塩化物イオンの存在が塩化ウラン(IV)の電極での反応の進行に有利に働くことが示唆された。

Electrochemical studies of uranium (IV) in an ionic liquid-DMF mixture to build a redox flow battery using uranium as an electrode active material

大内 和希; 小松 篤史; 鷹尾 康一朗*; 北辻 章浩; 渡邉 雅之

Chemistry Letters, 50(6), p.1169 - 1172, 2021/06

https://doi.org/10.1246/cl.210060

ウランを電極活物質として用いるレドックスフロー電池を構築するためにイオン液体-DMF混合溶媒中での塩化ウラン(IV)の電気化学挙動を調べた。結果としてレドックスフロー電池のアノード反応として利用可能である準可逆なU/U対を見出した。

平成29年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング(受託研究)

普天間 章; 眞田 幸尚; 岩井 毅行*; 瀬口 栄作; 松永 祐樹*; 河端 智樹; 豊田 政幸*; 飛田 晋一朗*; 平賀 祥吾*; 佐藤 一彦*; et al.

JAEA-Technology 2018-016, 98 Pages, 2019/02

JAEA-Technology-2018-016.pdf:18.64MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。福島で培った航空機モニタリングの技術を原子力発電所事故時の対応技術として適用するために、全国の発電所周辺のバックグラウンドモニタリングを実施した。2017年度は泊発電所, 柏崎刈羽原子力発電所および玄海原子力発電所周辺について実施した。ここでは、その結果および実施によって抽出された技術的課題についてまとめる。

平成28年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング(受託研究)

眞田 幸尚; 森 愛理; 岩井 毅行; 瀬口 栄作; 松永 祐樹*; 河端 智樹; 豊田 政幸*; 飛田 晋一朗*; 平賀 翔吾; 佐藤 義治; et al.

JAEA-Technology 2017-035, 69 Pages, 2018/02

JAEA-Technology-2017-035.pdf:32.92MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。福島で培った航空機モニタリングの技術を原子力発電所事故時の対応技術として適用するために、全国の発電所周辺のバックグラウンドモニタリングを実施した。2016年度は、大飯・高浜原子力発電所及び伊方原子力発電所周辺について実施した。ここでは、その結果及び実施によって抽出された技術的課題についてまとめる。

iBNCT用線形加速器のビームコミッショニング

内藤 富士雄*; 穴見 昌三*; 池上 清*; 魚田 雅彦*; 大内 利勝*; 大西 貴博*; 大場 俊幸*; 帯名 崇*; 川村 真人*; 熊田 博明*; et al.

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1244 - 1246, 2016/11

http://www.pasj.jp/web_publish/pasj2016/proceedings/PDF/TUP1/TUP118.pdf

いばらき中性子医療研究センターのホウ素中性子捕獲療法(iBNCT)システムは線形加速器で加速された8MeVの陽子をBe標的に照射し、中性子を発生させる。この線形加速器システムはイオン源, RFQ, DTL, ビーム輸送系と標的で構成されている。このシステムによる中性子の発生は2015年末に確認されているが、その後システムの安定性とビーム強度を共に高めるため多くの改修を施した。そして本格的なビームコミッショニングを2016年5月中旬から開始する。その作業の進展状況と結果を報告する。

JRR-3制御棒駆動装置100%位置検出器の更新

大内 諭; 車田 修; 上石 瑛伍; 佐藤 正幸; 池亀 吉則; 和田 茂

JAEA-Technology 2016-015, 42 Pages, 2016/06

JAEA-Technology-2016-015.pdf:3.53MB

JRR-3制御棒駆動装置100%位置検出器は、原子炉の停止状態を確認するための方法のひとつとして制御棒が完全に挿入されたことを確認するための位置検出器である。100%位置検出器は、定期的な保守等により機能維持し、使用しているが、使用開始から25年以上が経過しているため、経年化が進み、検出機能が低下する事象が多くみられた。また、JRR-3で使用していた検出器は既に製造が終了しており、同機後継機種においても、JRR-3の制御棒駆動装置に適合しないことが確認されたことから、JRR-3の制御棒駆動装置に適合する検出器を選定することが必要であった。そのため、JRR-3の制御棒駆動装置の着座部を模擬した試験治具を製作し、それを用いてJRR-3の制御棒駆動装置に適合する100%位置検出器を詮索、選定し、試験を行った。試験時においては、想定外の事象発生にみまわれたが、改善策を考案し、対策を施すことでJRR-3の制御棒駆動装置に適合する検出器として更新することができた。本報告は、制御棒駆動装置100%位置検出器の選定から更新にかかる交換作業などについてまとめたものである。

制御棒駆動装置コイル電源制御盤の更新

車田 修; 大内 諭; 佐藤 正幸; 上石 瑛伍; 池亀 吉則

UTNL-R-0489, p.8_1 - 8_8, 2015/03

JRR-3の制御棒駆動装置コイル電源制御盤は、制御棒を案内管を介して電磁力で保持するため、直流電源として大電流を供給し、制御するものである。この電源は設置以来25年が経過し、部品供給が困難となったため更新することとした。更新においてはこれまで用いてきたシリーズ方式の電流制御からスイッチング方式に変更することにより、高効率化し発熱の少ない電源とすることができた。今回は、この更新にあたり実施した、設計、試作、実機製作及び更新作業について報告する。

JRR-3データ処理計算機システムの開発

大内 諭; 諏訪 昌幸; 井坂 浩二; 池亀 吉則; 寺門 義文

JAEA-Testing 2011-006, 43 Pages, 2012/02

JAEA-Testing-2011-006.pdf:2.9MB

JRR-3は、平成2年3月に初臨界に達して以来、各種照射設備及び中性子ビーム実験装置を装備した高性能研究用原子炉として、機構内外の利用に供している。JRR-3の運転に関する機器の操作,制御,監視及びプロセスデータ(温度,流量,電圧,圧力等)の計測,収集は、複数の計算機及びアプリケーションソフトを用いている。複数の計算機及びアプリケーションソフトによりデータの集計,演算処理を行っていることから、複雑で多くの維持管理が必要であった。また、複数の計算機を介することからデータ授受時にデータの取り違えなどもあり、データ管理に影響を及ぼしていた。そのため、データ通信を簡便に行える通信方式に変更し、すべての計算機間のデータが同期する計算機システムを開発し、問題を解消するデータ処理計算機システムを開発した。本報告は、平成19年度に実施したデータ処理計算機システムの開発についてまとめたものである。

JRR-3プロセス制御計算機の更新

諏訪 昌幸; 井坂 浩二; 大内 諭; 照沼 憲明

UTNL-R-0471, p.12_1_1 - 12_1_8, 2009/03

JRR-3プロセス制御計算機は、原子炉本体施設全般のプロセス量の監視・制御を行う設備である、設置以来15年以上が経過しているためJRR-3管理課では原子炉の安全安定運転を確保するために、最新システムに3段階に分けて更新を行っている。この研究会において、更新計画及び1段階目の更新について報告をしているので、今回は、2段階目の更新について報告を行う。本報告については、前年度行ったフィールドコントロールステーション制御部とバスラインなどの更新について報告する。