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observation of radiation-induced defects in ZrN under electron irradiation in HVEMRahman, M. M.*; 山本 知一*; 松村 晶*; 高木 聖也; 高野 公秀; Costantini, J. M.*; 安田 和弘*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 549, p.165289_1 - 165289_8, 2024/04
電子照射下において窒化ジルコニウム中に形成される照射欠陥の電子エネルギー依存性を調べた。また、電子顕微鏡を用いて照射欠陥の性状の観察を行った。
米田 安宏; 辻 卓也; 松村 大樹; 岡本 芳浩; 高木 聖也; 高野 公秀
Physica B; Condensed Matter, 663, p.414960_1 - 414960_9, 2023/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Condensed Matter)DyN-ZrN固溶体の局所構造と平均構造を抽出するために、放射光X線を用いた種々の測定を行った。X線吸収微細構造(XAFS)と高エネルギーX線回折を組み合わせてナノスケールの構造解析を行い、DyN-ZrN固溶体の構造不安定性を議論した。DyN-ZrN固溶体は岩塩型立方晶の結晶構造を持ち、金属サイトの化学秩序や窒素サイトの結合長分布などの不安定性があり、相分離や構造不連続の原因となっていることがわかった。
初川 雄一*; 早川 岳人*; 塚田 和明; 橋本 和幸*; 佐藤 哲也; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 谷森 達*; 園田 真也*; 株木 重人*; et al.
PLOS ONE (Internet), 13(12), p.e0208909_1 - e0208909_12, 2018/12
被引用回数：5 パーセンタイル：37.62(Multidisciplinary Sciences)電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)を用いて放射性同位元素
Tcの画像撮像を実施した。Tcは、204, 582, 835keVの3本の
線を放出し、濃縮同位体
Moを用いてMo(p,n)Tc反応で合成される。濃縮Mo同位体三酸化物の再利用について実験を実施し、再生率70
90%を達成した。画像は3本の線それぞれを用いて解析し取得した。その結果、線エネルギーが高いほど空間分解能が向上することが判り、Tcのような高エネルギー線放出核を利用することで、ETCCが人体の深部の組織や器官の医療画像撮像に有効であることを示唆する結果を得た。
Zr
N irradiated by 200 MeV Xe ions高木 聖也; 高野 公秀; 石川 法人
Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 5, p.204 - 207, 2018/00
ZrNやTiNは燃料としての熱的な特性に優れており、マイナーアクチノイド(MA)の核変換用の不活性母材燃料として研究開発が進められている。このような燃料は様々な放射線が存在する環境下で使用されるため、種々の放射線照射下での微細構造安定性を評価することは重要である。特に核分裂片により誘起される高密度電子励起損傷に関する理解は燃料の安全裕度を評価する上で不可欠であるが、窒化物燃料に関してそのような損傷に関する知見はほとんどない。そこで本研究ではZrN不活性母材とMA核変換用窒化物燃料の模擬物質としてDyZrNを用い、高速重イオン照射することで、窒化物燃料に関する高密度電子励起損傷の知見を得ることを目的とした。照射した窒化物試料のX線回折測定から、ZrNおよびDyZrNにおいて照射量の増加に伴い、格子定数が増加することや、回折図形のプロファイルフィッティングから結晶中の格子歪みが増加していることが明らかとなった。
ZyN surrogate materials for fast reactor nitride fuel米田 安宏; 辻 卓也; 松村 大樹; 岡本 芳浩; 高木 聖也; 高野 公秀
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 42(2), p.23 - 26, 2017/04
窒化物模擬燃料物質のDyNとZrNの結晶構造解析を行った。DyNとZrNの格子ミスマッチは7%近くありながら、Dy
Zr
Nは単相の試料が得られ、平均構造の格子定数はVegard則に従う。局所構造解析は放射光X線を利用したXAFSとPDF解析を併用して行ったところ、Zr-Nの原子間距離が平均構造の格子定数のより大きなDyZrNにおいてZrNよりも縮んでいることがわかった。このような局所的なモジュレーションが熱伝導率などの物性に与える影響を検討した。
高木 聖也*; 安田 和弘*; 山本 知一*; 松村 晶*; 石川 法人
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 326, p.140 - 144, 2014/05
被引用回数：42 パーセンタイル：93.79(Instruments & Instrumentation)透過型電子顕微鏡を利用した観察技術を駆使して、高エネルギー重イオン(200MeV Xe)を照射したCeO
に形成された柱状欠陥集合体(イオントラック)の原子配列構造を詳細に調べた。高分解能Z(原子番号)コントラスト像(HAADF像)の観察結果によると、イオントラック内部のCe副格子の結晶構造は照射後も保持されていること、ただし、Ce副格子に起因する信号強度が減少している4-5nm径の領域が形成されていることが分かった。さらに、環状明視野(ABF)法による観察結果によると、O副格子の方がCe副格子よりも顕著に乱れていること、O副格子が乱れている4nm径領域が形成されていることが分かった。
高野 公秀; 高木 聖也
no journal, ,
MA核変換用窒化物燃料のふるまいに関して、燃料製造後の保管中に蓄積したHe原子が高温でガス放出される際の影響を明らかにするため、室温で2年間保管したCm含有窒化物燃料ペレットの焼鈍試験を行い、寸法と組織変化に関するデータを取得するとともに、過去に同様の試験を行ったCm含有二酸化物と比較検討した。焼鈍開始直前において、ペレット寸法は1.1%膨張しており、結晶格子膨張の数倍の値を示したことから、結晶粒中の原子空孔が集合してボイドを形成したことが示唆され、二酸化物には見られない新たな知見を得た。焼鈍によるペレット寸法回復挙動において、800
C以上でのHeガス放出によるスエリングは、窒化物では軽微であった。この理由として、組織観察の結果から、二酸化物に比べて窒化物では結晶粒径が小さく、開気孔が多いためと考えられる。1300Cでの焼鈍によっても、ペレット膨張は0.6%残存しており、室温で形成されたボイドが完全に消滅しなかったことから、燃料ピンのギャップ設定に考慮する必要がある。
高木 聖也; 高野 公秀; 音部 治幹
no journal, ,
MA核変換用窒化物燃料の焼結密度制御に関して、DyZrN模擬窒化物燃料を用いて選定した気孔形成材(ポアフォーマ)を、TRU含有窒化物燃料に添加し、焼結試験を行うことで、ポアフォーマを用いた焼結密度制御技術開発の技術的成立性を評価した結果を報告する。
高木 聖也; 高野 公秀; 音部 治幹
no journal, ,
MA核変換用窒化物燃料の焼結密度制御に関して、DyZrN模擬窒化物燃料を用いて選定した気孔形成材(ポアフォーマ)を、Pu含有窒化物燃料に添加し、焼結試験を行うことで、ポアフォーマを用いた焼結密度制御技術開発の技術的成立性を評価した結果を報告する。
Sitompul, Y.*; 青木 尊之*; 渡辺 勢也*; 杉原 健太; 高木 知弘*
no journal, ,
安定な液体薄膜による泡形成をモデル化するために、Multi Phase Field法とAdaptive Mesh Refinementを組み合わせたキュムラント格子ボルツマン法を開発した。提案手法では大きな密度比において質量保存を保ちながら、多数の気泡を含む3次元泡沫形成シミュレーションに成功した。さらに、提案手法を熱伝導計算に拡張し、断熱層としての泡の有効性を実証するために2次元の泡沫形成計算を行い、泡のある水とない水の熱伝達を比較した。本計算で泡沫が滞留空気層のように作用することで水温を保持できることを再現できた。
高木 聖也; 石川 法人; Rahman, M. M.*; 安田 和弘*
no journal, ,
核的・熱的特性に優れた窒化物セラミックスは、次世代の原子炉燃材料として研究開発が進められているが、酸化物セラミックスや金属に比べて、燃料設計や安全性評価の上で必須の照射試験や照射後試験実績が圧倒的に不足している。今後少ない照射試験データを代替・補間するための照射に係る機構論的知見や損傷素過程の知見の取得が重要である。今回、照射損傷素過程の一つである高密度電子励起損傷に着目したイオン照射試験およびナノインデンテーション硬度試験結果から、照射による微小ポアの消失を示唆する、燃料設計上重要な知見を得たので、これを報告する。
高木 聖也; 高野 公秀
no journal, ,
マイナーアクチノイド(MA)を核変換するための燃料として、ZrN母材で希釈した窒化物燃料が研究されている。MA核変換用窒化物燃料では2040mol%のMA窒化物をZrNやTiNの母相材料に固溶あるいは混合させ、MAの核変換処理を行うことを想定している。このことから、燃料の安全裕度の評価の上で重要な熱伝導率の組成依存性や温度依存性が、少量のMAを用いた実験室規模のホット試験により研究されてきた。本研究は、MA窒化物の模擬物質としたDyNをZrNに様々な組成で固溶させ、その熱伝導率と電気伝導率を測定することで、MA含有窒化物燃料の熱伝導率の組成依存性と温度依存性の物理的解釈に対して基礎的知見を与えることを目的としている。また、実規模の燃料サイクル研究を見据えた燃料の安全性挙動評価の一環として、被覆管候補材のT91フェライト鋼とMA含有窒化物模擬燃料の高温反応試験に関する研究について紹介し、平成28年度から採択された文部科学省の受託研究内容の説明も行う。
高木 聖也; 高野 公秀
no journal, ,
MA核変換用燃料としてZrNを母材とした窒化物燃料が研究されている。これまでに燃料設計上必要な組成での熱伝導率測定が少量のMAを用いたホット試験により行われてきたが、その熱伝導の物理的解釈に関してはいまだ不十分である。そこで本研究では、MAの模擬物質として希土類のDyを用い、Dy
ZrN模擬窒化物燃料の熱-電気伝導相間を明らかにすることで、MA核変換用窒化物燃料の熱伝導機構に関する基礎的な知見を得ることを目的とした。模擬燃料の熱伝導率をレーザーフラッシュ法による熱拡散率測定から、電子伝導による熱伝導率を電気伝導率測定からそれぞれ求めた結果、熱伝導率の温度・組成依存性ともに電子伝導の寄与が支配的因子であることを明らかにした。
ZrN under a variety of milling conditions高木 聖也; 原田 誠; 高野 公秀
no journal, ,
マイナーアクチノイド(MA)核変換用窒化物燃料では、燃焼時のスエリング緩和を目的とした低密度燃料の技術開発が必要である。緻密な組織を有しつつ焼結体の密度を低下させるために、適切なポリマー微粒子をポアフォーマ材として用いることが想定されている。本研究では、ポアフォーマ添加による焼結密度制御のための基礎的な知見を得るために、様々な粉砕条件のもとDyZrN模擬窒化物燃料の焼結実験を行った。粉砕には遊星ボールミルを用い、ボール及び粉砕容器の材質として、タングステンカーバイド製(WC)と窒化ケイ素製(Si
N
)の2種類を用いた。粉砕時間は10分150分の間とし、焼結試験は窒素気流中1903K及び1973Kで6時間加熱を行った。粉砕粉末の性状分析の結果、焼結密度への影響が懸念される不純物酸素・炭素濃度の試料間での大きな差異は見られず、比表面積は粉砕時間に比例して増大した。WC製のボール及び粉砕容器を用いた場合、SiNを用いた場合と比較して到達する比表面積は大きくなるが、到達する焼結体密度は小さいことがわかった。これはWCを用いた粉砕では粉末粒子内の歪みの程度が高く、結晶粒成長を阻害していることがX線回折測定により示唆された。
高木 聖也; 原田 誠; 高野 公秀
no journal, ,
マイナーアクチノイド(MA)核変換用窒化物燃料では、燃焼時のスエリング緩和を目的とした低密度燃料の技術開発が必要である。緻密な組織を有しつつ焼結体の密度を低下させるために、適切なポリマー微粒子をポアフォーマ材として用いることが想定されている。本研究では、ポアフォーマ添加による焼結密度制御のための基礎的な知見を得るために、様々な粉砕条件のもとDyZrN模擬窒化物燃料の焼結実験を行った。粉砕粉末の性状分析の結果、焼結密度への影響が懸念される不純物酸素・炭素濃度の試料間での大きな差異は見られず、比表面積は粉砕時間に比例して増大した。一方、粉砕容器とボールの材質の違いにより、到達する焼結体相対密度と比表面積の相関関係に違いが現れることがわかった。
Cm-doped nitride induced by self-irradiation damage at room temperature高野 公秀; 高木 聖也
no journal, ,
核変換用窒化物燃料の特性把握の一環として、燃料製造後の室温保管中の
線自己照射損傷による結晶格子とバルクの膨張に関する相関データを取得した。ZrNを不活性母材とした(Pu,Cm,Zr)Nで表される窒化物燃料ペレットを作製し、室温での格子定数とペレット寸法を3000時間以上に渡って繰り返し測定することで、経時変化を比較検討した。格子定数変化はモデル式によく則っており、0.49%膨張して一定値に飽和した。この値は過去に取得したCmNの値(0.43%)より大きい。その主要因として、格子定数の小さいZrNと固溶体化したことで金属原子密度が増大したことが考えられる。一方、ペレット寸法(直径及び高さ)は格子定数とほぼ同期して膨張し、0.5%強に飽和した。この類似性から、室温におけるペレット寸法変化の主要因は、フレンケル欠陥蓄積による結晶格子膨張であることがわかった。
Sitompul, Y.; 青木 尊之*; 渡辺 勢也*; 杉原 健太; 高木 知弘*
no journal, ,
泡の形成とその断熱特性は様々な産業において極めて重要である。本研究では、Cumulant Lattice Boltzmann Method (LBM)とMultiphase Field (MPF)を用いた数値シミュレーションを行い、泡の生成とその断熱特性を検討する。キュムラントLBMは、並列計算機を用いた安定で効率的な流体力学シミュレーションのために採用されている。MPFモデルは、1つのセル内で複数の気泡界面のシミュレーションを可能にするため、気泡の合体を防ぐことができる。泡を介した熱輸送を研究するために、冷たい空気で冷やされた熱湯の入ったコップのシナリオに焦点を当てる。泡がなければ、熱輸送は強制的な空気対流と水中の自然対流によって加速される。しかし、泡が存在すると、泡は滞留空気層として機能する。熱は主に泡内の伝導によって運ばれる。泡は効率的な断熱材として機能し、対流熱伝達を妨げ、湯温の保持を長持ちさせる。
高木 聖也; 音部 治幹; 高野 公秀
no journal, ,
ZrNを不活性母材としたマイナーアクチノイド(MA)核変換用窒化物燃料ペレットでは、スウェリング対策として緻密な組織を有しつつ、理論密度の85 %程度に焼結密度を制御する必要がある。その方法の一つとして、気孔形成剤(PF)を用いた焼結密度制御技術があげられ、材料に適したPFの選定と密度コントロールの再現性が求められる。本研究では、MAを希土類Dyで模擬した(Dy,Zr)Nを用いたPF選定と、NpやPuを用いた(TRU,Zr)Nホット実証試験によりPFを用いた焼結密度制御の技術的成立性を評価する。遊星ボールミルにより微粉砕した(Dy,Zr)N粉末に、ステアリン酸(A)、ポリエステル(B)、低密度ポリエチレン(c)、それぞれのポリマー微粒子を所定量添加し、混合した粉末を成型し焼結体を作製する。焼結体ペレットの組織観察及び酸素及び炭素不純物濃度の測定を行い、窒化物への適合性確認とPF添加量依存性を評価した結果、B, Cを窒化物へのPF候補剤として選定した。選定したPFを(TRU,Zr)N粉末へ添加して、混合粉末を成型焼結した後、組織観察やPF添加濃度依存性を確認した。その結果、(Dy,Zr)Nの試験結果と同様に、相対密度はPF添加濃度に対して直線的に低下すること、ペレット内組織は健全であったことから、選定したPFはTRUを含有した窒化物燃料に対しても十分に適用可能であり、技術的に成立し得ることが明らかとなった。
高木 聖也; 安田 和弘*; 松村 晶*; 石川 法人
no journal, ,
次世代燃料や核変換処理母相材料は、高速中性子、電子、線、核分裂片等の種々の放射線照射環境下で使用され、照射欠陥の形成や微細組織発達はこれらの放射線の重畳照射効果として現れる。イオン・共有結合材料中の点欠陥挙動は、電子励起により影響を受けることが知られている。特に核分裂片による高密度電子励起損傷はイオントラックと呼ばれる柱状欠陥を比熱的に形成し、燃材料の微細組織発達に大きく影響を与える。本講演では核分裂片を模擬した高速重イオン照射によりCeOや立方晶ZrO (YSZ)中に形成されるイオントラック構造を種々の電子顕微鏡法を用いて観察した結果を報告する。蛍石構造酸化物中に形成されるイオントラックはその中心領域で空孔密度が増加しており、酸素イオン配列の優先的な不規則化が生じていることがわかった。また、高照射量まで照射したCeO中には高密度の転位組織が発達することがわかった。これは、高密度の空孔を含むイオントラックが照射量の増大に伴い、重畳を繰り返す間、格子間原子の蓄積が生じ、転位組織が発達したためと考えられる。一方、立方晶ZrO (YSZ)中に形成されるイオントラックはCeO中のものと比較してそのサイズは小さく、原子密度の低下を示さない照射欠陥が形成されていることがわかった。これは、YSZ中の構造空孔がイオントラック形成時の回復に影響を与えた結果だと考えられる。
高木 聖也; 高野 公秀
no journal, ,
マイナーアクチノイド(MA)核変換用燃料として、ZrNやTiN母材で希釈した窒化物燃料が研究されている。MA核変換用窒化物燃料では2040mol%のMA窒化物を母相材料に固溶あるいは混合させ、MAの核変換処理を行うことを想定している。そのため、燃料の安全裕度の評価の上で重要な熱伝導率の組成依存性や温度依存性が、少量のMAを用いたホット試験により研究されてきた。本研究では、希土類元素であるDyをMAの模擬物質としたDyZrN窒化物の熱伝導率と電気伝導率を、xをパラメーターとして測定することで、MA含有窒化物の熱伝導機構を物理的に解釈することを目的としている。また、燃料の安全性挙動評価の一環として、被覆管候補材料とDyZrN (x=0, 0.3)の高温反応試験に関する研究について紹介し、平成28年度から採択された文部科学省の受託研究内容の説明も行う。
