Phase diagram of the polystyrene/near-critical water system

柴田 基樹*; 竹中 幹人*; 元川 竜平; 熊田 高之; 上田 祐生; 宮崎 司*; 中西 洋平*; 阿部 淳*; 岩瀬 裕希*; 柴山 充弘*; et al.

Polymer, 340, p.129203_1 - 129203_7, 2025/12

https://doi.org/10.1016/j.polymer.2025.129203

The development of effective plastic degradation methods is crucial to address environmental pollution. Hydrothermal liquefaction using near-critical water is a promising technology, but the fundamental dissolution and decomposition mechanisms remain poorly understood. This study investigates the thermodynamics of a polystyrene (PS)/water system under near-critical conditions to elucidate this mechanism. We performed in situ small-angle neutron scattering (SANS) to observe the swelling of PS particles in deuterated water (DO) at various temperatures under pressures of 10 MPa and 25 MPa. By applying the (FHS) theory to the swelling data, We quantitatively determined the Flory-Huggins interaction parameter as a function of temperature and pressure by applying the FHS theory to the swelling data. Based on these results, we constructed a phase diagram of the PS/DO system. The diagram reveals that miscibility increases with increasing pressure. This work provides a thermodynamical properties of water solutions of polymers under near-critical conditions for optimizing industrial hydrothermal recycling processes.

強磁性5 絶縁体SrOsOのX線磁気円二色性測定

若林 勇希*; Krockenberger, Y.*; 山神 光平*; 和達 大樹*; 芝田 悟朗; 藤森 淳*; 河村 直己*; 鈴木 基寛*; 谷保 芳孝*; 山本 秀樹*

SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 12(5), p.291 - 293, 2024/10

https://doi.org/10.18957/rr.12.5.291

本研究では、高温強磁性酸化物SrOsOの電子状態を明らかにすることを目的として、Os 吸収端におけるX線吸収分光(XAS)及びX線磁気円二色性(XMCD)測定を行った。実験結果から、Osの軌道磁気モーメントがスピン磁気モーメントと同程度のオーダーであることが明らかになった。しかし、XMCD総和則による推定では、軌道磁気モーメントはSQUID磁化測定の値よりもかなり小さかった。今後の課題としては、SrやOの吸収端でのXMCD測定による磁気モーメントの観測や、サンプルの経時変化を低減させるための対策が挙げられる。

Structural changes of polystyrene particles in subcritical and supercritical water revealed by in situ small-angle neutron scattering

柴田 基樹*; 中西 洋平*; 阿部 淳*; 有馬 寛*; 岩瀬 裕希*; 柴山 充弘*; 元川 竜平; 熊田 高之; 高田 慎一; 山本 勝宏*; et al.

Polymer Journal, 55(11), p.1165 - 1170, 2023/11

https://doi.org/10.1038/s41428-023-00817-1

Marine ecosystem degradation due to micro plastics is a significant environmental problem, as acknowledged by Sustainable Development Goal 14. Decomposition of plastics using near critical or supercritical water is one of the promising methods to reduce micro plastics. To attain the optimization of the method for improving environmental friendliness, it is necessary to clarify the structural change of materials during the process. We, thus, investigated the decomposition processes of polystyrene particles dispersed in deuterated water (DO) during heating under near critical or supercritical conditions by using in situ small-angle neutron scattering. Under subcritical conditions, the PS particles were swollen by DO due to increased compatibility with temperature. Near the critical point in subcritical conditions, the cleavage of PS chains in the particles occurred, so that the swollen ratio was much enhanced though the PS particles kept their shapes. In a supercritical condition, the PS particles were degraded into oil including oligomers or monomers and the phase-separated structures with styrene-rich and DO-rich regions.

次世代原子炉が拓く新しい市場(第3章, 第4章, 第5章, 第7章)

上出 英樹; 川崎 信史; 早船 浩樹; 久保 重信; 近澤 佳隆; 前田 誠一郎; 佐賀山 豊; 西原 哲夫; 角田 淳弥; 柴田 大受; et al.

次世代原子炉が拓く新しい市場; NSAコメンタリーシリーズ, No.28, p.14 - 36, 2023/10

高速炉、高温ガス炉を始めとする次世代原子炉の開発が進み、日本を含む世界の電力あるいは熱利用など産業利用の市場への貢献が目前となっている。ここでは、世界の動向を含め日本の開発状況についてまとめ、特に第4世代原子力システム国際フォーラム(GIF)の活動ならびに日本の高速炉、高温ガス炉、世界のSMRについて開発の現状を解説した。

Hyperfine splitting and nuclear spin polarization in NdPdAl and NdPdGe

目時 直人; 柴田 薫; 松浦 直人*; 北澤 英明*; 鈴木 博之*; 山内 宏樹; 萩原 雅人; Frontzek, M. D.*; 松田 雅昌*

Journal of the Physical Society of Japan, 91(5), p.054710_1 - 054710_6, 2022/05

https://doi.org/10.7566/JPSJ.91.054710

NdPdAlにおけるNdの超微細相互作用分裂を高分解能の中性子非弾性散乱によって研究した。Nd核の核スピン(=7/2)と、の軌道が主成分の基底状態を示す4電子との間の超微細相互作用によって、磁気秩序相において生じた超微細相互作用分裂に起因する中性子非弾性散乱ピークを、 = 3eVのエネルギーに観察した。低温では、Nd核スピンの低エネルギー状態の占拠確率が増加することによりNd核スピンが偏極し、反強磁性散乱ピーク強度に寄与するが、その際、中性子の非スピン反転過程の寄与が最も大きい。この現象の応用として反強磁性散乱ピーク強度の温度変化から、NdPdGeのNd磁気モーメント及び超微細相互作用分裂の大きさを見積もることに成功した。

Fabrication, permeation, and corrosion stability measurements of silica membranes for HI decomposition in the thermochemical iodine-sulfur process

Myagmarjav, O.; 柴田 愛*; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 久保 真治; 野村 幹弘*; 竹上 弘彰

International Journal of Hydrogen Energy, 46(56), p.28435 - 28449, 2021/08

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.079

In this study, a corrosion-stable silica ceramic membrane was developed to be used in H purification during the hydrogen iodide decomposition (2HI H + I), which is a new application of the silica membranes. From a practical perspective, the membrane separation length was enlarged up to 400 mm and one end of the membrane tubes was closed to avoid any thermal variation along the membrane length and sealing issues. The silica membranes consisted of a three-layer structure comprising a porous -AlO ceramic support, an intermediate layer, and a top silica layer. The intermediate layer was composed of -AlO or silica, and the top silica layer that is H selective was prepared via counter-diffusion chemical vapor deposition of a hexyltrimethoxysilane. A membrane using a silica intermediate layer exhibited a higher H/SF selectivity but lower H permeance with compared with the membrane using a -AlO intermediate layer. The membrane using the silica intermediate layer was more stable in corrosive HI gas than a membrane with a -AlO intermediate layer after 300 h of stability tests. To the best of our knowledge, this is the first report of 400-mm-long closed-end silica membranes supported on Si-formed -AlO tubes produced via chemical vapor deposition method. In conclusion, the developed silica membranes seem suitable for membrane reactors that produce H on large scale using HI decomposition in the thermochemical iodine-sulfur process.

Synthesis of graft polymerization-type porous silica adsorbent with IDA group and evaluation of adsorption performance using micro-PIXE analysis

荒井 陽一; 渡部 創; 大野 真平; 中村 雅弘; 柴田 淳広; 中村 文也*; 新井 剛*; 瀬古 典明*; 保科 宏行*; 福元 博基*; et al.

QST-M-29; QST Takasaki Annual Report 2019, P. 54, 2021/03

The spent PUREX solvent containing U and Pu is generated from the reprocessing process of spent nuclear fuel. The nuclear material removal is important for the safety storage or disposal of the spent solvent. Our previous study revealed that the adsorbent with the iminodiacetic acid (IDA) functional group is one of the most promising materials for designing the nuclear material recovery process. Accordingly, an IDA-type adsorbent was synthesized by using the graft polymerization technology to improve the adsorption rate and capacity. The synthesized IDA-type adsorbent was characterized by micro particle-induced X-ray emission (PIXE) analyses. The micro-PIXE analysis revealed that Zr was adsorbed on the whole synthesized adsorbents and quantified the microamount of adsorbed Zr.

ADS用窒化物燃料ふるまい解析モジュールの開発

柴田 裕樹; 齋藤 裕明; 林 博和; 高野 公秀

JAEA-Data/Code 2019-023, 138 Pages, 2020/03

JAEA-Data-Code-2019-023.pdf:6.99MB

放射性廃棄物の減容・有害度低減のため、使用済核燃料中に含まれる長寿命放射性核種のうち、マイナーアクチノイドを加速器駆動システム(ADS)で核変換する技術の開発が進められており、その炉心における照射中の窒化物燃料のふるまいを理解することが必要である。そこで、窒化物燃料物性データベース、9Cr-1Moフェライト鋼(T91鋼)被覆管、Pi-Bi冷却材の物性、各種モデル式を組み込んだFEMAXI-7を基にした窒化物燃料ふるまい解析モジュールを開発し、いくつかの変数をパラメータとした試計算を実施した。その結果、その優れた熱伝導度により照射挙動が極めて安定することが判明した。しかし、核種変換に伴うHe放出による内圧増加、低温での窒化物燃料ペレットの低クリープ性、T91鋼被覆管の873K以上での高クリープ性などから、燃料ペレット-被覆管間機械的相互作用(PCMI)の増加による被覆管健全性が担保できるかがADSの燃料設計における懸念事項であることを見出した。

光学部品のガンマ線照射劣化挙動(受託研究)

武内 伴照; 柴田 裕司; 花川 裕規; 上原 聡明*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦; 熊原 肇*; 柴垣 太郎*; 駒野目 裕久*

JAEA-Technology 2017-026, 26 Pages, 2018/02

JAEA-Technology-2017-026.pdf:4.0MB

原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視し、緊急時対応を円滑に実施するためには、信頼性の高い伝送技術が必要である。本研究では、水中で伝送可能な可視光無線伝送システムの構築を目指して、LEDやフォトダイオード等の光学部品に対して10Gyまでのガンマ線の照射による影響を調べた。その結果、LEDは全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色した。フォトダイオードの電流-電圧特性にはほとんど変化は無かった。フォトダイオードは、受光感度が減少するとともに窓材の樹脂が着色したが、暗電流は伝送に悪影響を与えるほどの大きさにはならなかった。これらの結果から、両素子を無線伝送システムに適用する場合に考慮すべき特性劣化の主因は、半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によって発光及び受光量が減少することによるものであることが示唆された。また、発光・受光回路部を環境から隔離するための窓材や、外乱ノイズ光を軽減するための光学フィルタとして、各種ガラスについてもガンマ線照射による透過率の減少を評価し、伝送システムの構築に向けた基礎データを取得した。

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

https://doi.org/10.3390/qubs1030009

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。