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宇埜 正美*; 西 剛史*; 高野 公秀
Comprehensive Nuclear Materials, 2nd Edition, Vol.7, p.202 - 231, 2020/08
2012年にエルゼビア社から初版が刊行された原子力燃料・材料の詳説のうち、アクチニド窒化物の熱力学と熱物性に関して、近年論文として公開された最新の研究成果を追記して内容の充実化を図り改訂した。追記した主要なデータは、核変換用窒化物燃料の窒化ジルコニウム母材中へのアクチニド窒化物の固溶度、アクチニド窒化物中での自己照射損傷による結晶格子膨張とそれに伴う熱伝導率低下、窒化ジルコニウムを母材としたマイナーアクチノイド含有燃料の熱伝導率の組成依存性、および窒化キュリウムの熱膨張である。
須藤 彩子; 西 剛史; 白数 訓子; 高野 公秀; 倉田 正輝
Journal of Nuclear Science and Technology, 52(10), p.1308 - 1312, 2015/10
被引用回数：13 パーセンタイル：73.22(Nuclear Science & Technology)BWRのシビアアクシデントでの制御棒ブレードの崩落進展理解のためには、燃料破損データベースを構築する必要がある。しかし制御棒の主成分であるFe-B-C系の相状態は、特にB, Cリッチな領域において未だ不確実な点が多い。本研究では制御棒ブレード崩落解析の基礎データとして、制御棒ブレードの溶融開始に影響すると考えられる共晶点付近の組成領域のFe-B-C合金3種を作製し、1073K, 1273Kの相状態解明のための試験を行った。XRD及びSEM-EDXの結果は、Fe
B
C
の領域ではJAEA熱力学データベース(JAEA-DB)とは異なり、1273KでFe成分を多く含む相を持つことが明らかとなり、1273KでのCementite相の固溶範囲の再評価が必要であるとの知見を得た。また、溶融開始温度の測定結果から、熱力学解析では3種の合金の間で融解温度に約40Kの差が出ると予想されたが、本実験では、3種の合金すべてが約1400Kで溶融が開始したため、JAEA-DBではCementite相の生成自由エネルギーが過大評価されている可能性があることを明らかにした。
西 剛史; 中島 邦久; 高野 公秀; 倉田 正輝; 有田 裕二*
Journal of Nuclear Materials, 464, p.270 - 274, 2015/09
被引用回数：3 パーセンタイル：25.85(Materials Science, Multidisciplinary)U-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金の熱伝導率は高速炉で用いるマイナーアクチノイド(MA)含有金属燃料の炉心設計に必要不可欠な物性値である。本研究では、2つのU-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金を調製し、測定した比熱及び熱拡散率を用いて熱伝導率の評価を行った。U-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金の比熱は金属U及びU-Zr合金の文献値とほぼ一致しており、Pu及びAm添加に伴う影響は小さいことを確認した。一方、U-20wt.%Pu-2wt.%Am-10wt.%Zr合金の熱伝導率はU-Pu-Zr及びU-Pu-MA-Zr合金の文献値よりわずかに高い値を示した。U-Pu-Zr及びU-Pu-MA-Zr合金の文献値はいくつかの仮定に基づいて算出した熱伝導率であるため、実測値との差は文献値の精度の低さに原因があると考えられる。さらに、MA含有金属燃料の炉心設計に必要な誤差を伴う熱伝導率評価式も提唱した。
Sn cable assembled with conduit for ITER central solenoid名原 啓博; 諏訪 友音; 高橋 良和; 辺見 努; 梶谷 秀樹; 尾関 秀将; 櫻井 武尊; 井口 将秀; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200305_1 - 4200305_5, 2015/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Electrical & Electronic)JAEA procures all superconductors for central solenoid (CS) in the ITER project. The cable is inserted into a conduit and compacted with it. During the insertion, the number of the rotation at the point (
) of the TF cable increased linearly to 50 against the inserted cable length (
). At first, of the CS cable also increased linearly by of 150 m. However, the increasing rate declined and the became constant to 30 at 600 m. During the compaction, the number of the rotation at the tail (
) of the CS cable increased linearly to 69 against the compacted cable length (
). It is important to measure not only but also because the rotation affects the twist pitch of the cable (
). After manufacturing the CS conductor, an X-ray transmission imaging made clear the along the whole length of the conductor for the first time. The peaked at the point; thus, a conductor sample should be taken there to investigate the effect of the elongation on the conductor performance.
林 博和; 西 剛史; 高野 公秀; 佐藤 匠; 柴田 裕樹; 倉田 正輝
NEA/NSC/R(2015)2 (Internet), p.360 - 367, 2015/06
加速器駆動システム(ADS)を用いたマイナーアクチノイド(MA)核変換用燃料について、原子力機構ではウランを含まない窒化物燃料を第一候補としている。窒化物燃料は熱特性がよくアクチノイド同士の固溶度が大きいという長所がある。また、窒化物燃料の再処理法としては、MA含有量の多い燃料で影響の大きい放射線損傷に対する耐性の大きい乾式再処理法を、第一候補としている。本論文では、原子力機構における窒化物燃料サイクル技術研究開発の状況及び今後の予定を紹介する。
fuel and B
C control blade高野 公秀; 西 剛史; 白数 訓子
Journal of Nuclear Science and Technology, 51(7-8), p.859 - 875, 2014/07
被引用回数：38 パーセンタイル：94.19(Nuclear Science & Technology)福島第一原子力発電所事故で生じた炉心溶融固化物中の基礎的な化合物相関係を推測するため、炉心材料をアーク溶融し、固化物中に生じる相と組成をX線回折、顕微鏡観察及び元素分析により評価した。生成した酸化物セラミック相は(U,Zr)Oのみであるのに対し、金属質部分には安定な相としてFe-Cr-Ni合金と(Fe,Cr,Ni)(U,Zr)で表される金属間化合物に加え、ZrB及びFeB型の(Fe,Cr,Ni)Bホウ化物が析出した。酸化性雰囲気下1773Kで焼鈍した結果、合金及びZrB中のウランとジルコニウムが選択的に酸化して(U,Zr)O層を表面に形成し、内部の金属質部分には(Fe,Cr,Ni)BとFe-Cr-Ni合金が主要な相になることがわかった。これらの金属質部分の相関係は、金属ジルコニウムの初期含有率が支配的因子であることを明らかにした。生成した各相について、基本的な機械特性である微小硬度を測定した結果、ホウ化物、特にZrBが顕著に高硬度であることがわかった。
大道 正明*; 麻野 敦資*; 佃 諭志*; 高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 佐伯 昭紀*; 酒巻 大輔*; 小野田 晃*; 林 高史*; 関 修平*
Nature Communications (Internet), 5, p.3718_1 - 3718_8, 2014/04
被引用回数：35 パーセンタイル：78.11(Multidisciplinary Sciences)高分子薄膜に入射するイオンの飛跡に沿って直径ナノオーダーの架橋体を形成し溶媒抽出する方法(SPNT)を、人由来血清アルブミン(HSA)やアビジン等のタンパクに適用した結果、タンパクナノワイヤーの形成が確認できた。得られたタンパクナノワイヤーに、リジン・アルギニン残基のペプチド結合を選択的に切断するトリプシンを用いた加水分解反応を適用したところ、反応時間の経過とともにナノワイヤーの断片化が進行し、反応開始20分で完全に消失した。また、HSAとアビジンの混合物から作製したハイブリッドのナノワイヤーでは、ペルオキシダーゼ活性等の生物学的な性質を示すとが確認できた。これらの結果は、SPNTで作製されたタンパクナノワイヤーはタンパク質の基本構造であるペプチド結合を保持していることを示唆している。このSPNTによる作製技術は、任意のタンパク質分子を大きな比表面積のナノワイヤーに成形し、その表面に機能性を付与する基礎技術として幅広い活用が期待できる。
西 剛史; 荒井 康夫; 高野 公秀; 倉田 正輝
JAEA-Data/Code 2014-001, 45 Pages, 2014/03
JAEA-Data-Code-2014-001.pdf:3.57MBJAEA-Data-Code-2014-001(errata).pdf:0.2MB
本研究の目的はマイナーアクチノイド(MA)核変換用加速器駆動システム(ADS)の燃料設計に必要な窒化物燃料の物性データベースを整備することである。ADS用の窒化物燃料にはPu及びMAが主要成分として含まれること、ならびにZrN等の希釈材が添加されることに特徴がある。このためPuやMAの窒化物のほかZrNを含む窒化物固溶体を対象として、ADSの燃料設計に必要な物性に関する実験値や評価値を収集・整理した。これらの物性値は設計において種々の条件に対応しやすくするため、可能な限り定式化することに努めた。また、誤差の推定が可能な物性値についてはその評価結果も記載した。PuやMA等の超ウラン元素(TRU)窒化物については実験値や評価値が報告されていない物性値も多いので、その場合は代替としてUNや(U,Pu)Nの報告されている物性値でデータベースを補完することにより、許容できる精度を持ったADS燃料の設計ができるようにした。
Pukari, M.*; 高野 公秀; 西 剛史
Journal of Nuclear Materials, 444(1-3), p.421 - 427, 2014/01
被引用回数：12 パーセンタイル：67.4(Materials Science, Multidisciplinary)鉛冷却の研究用小型高速炉ELECTRAでは、(Pu
Zr
)Nの組成を有する窒化物燃料を装荷予定である。ライセンス取得に向けた燃料製造基礎試験を行い、その特性評価として焼結に及ぼす不純物元素、特に固溶酸素の影響を調べた。試験した酸素濃度0.6wt%までの範囲では、酸素固溶により明らかな焼結促進効果が認められた。焼結温度の効果は、1923Kから1973Kに50K上昇させることで、最大3.8%TDの密度上昇効果を確認した。製造過程における酸素濃度上昇を調べた結果、PuNとZrNの酸素濃度はそれぞれ0.08及び0.03wt%であったものの、固溶体化加熱,微粉砕,焼結を経る過程で0.34wt%まで上昇した。焼結したペレットの熱伝導率及び電気伝導率を測定した結果、これらの値はZrNよりもむしろPuNに近い値であった。
西 剛史; 高野 公秀; 荒井 康夫; 倉田 正輝
第34回日本熱物性シンポジウム講演論文集, p.199 - 201, 2013/11
グローブボックス内にレーザフラッシュ法熱物性測定装置及び投下型熱量計を設置し、微小量のサンプルで熱拡散率及び比熱を測定するための試料ホルダー及び白金容器を考案したことで、長寿命放射性核種であるマイナーアクチノイドを含む窒化物(MA窒化物)の熱拡散率及び比熱測定を可能にし、熱伝導率評価に成功した。本研究により、MA窒化物の熱伝導率は、酸化物燃料と異なり温度とともに増加すること、Am含有率の増加とともに減少することを明らかにした。さらに、加速器駆動核変換システム(ADS)用燃料の最有力候補として提案されているZrN含有MA窒化物の熱伝導率の温度依存性及びZrN含有率依存性から熱伝導率評価式を構築した。評価式で得た熱伝導率は実験値と良い一致を示しており、ADSの炉心設計において必要な温度及び組成における熱伝導率を提供可能にした。
Pu
Am
Cm
)O
solid solutions西 剛史; 高野 公秀; 赤堀 光雄; 荒井 康夫
Journal of Nuclear Materials, 440(1-3), p.534 - 538, 2013/09
被引用回数：2 パーセンタイル：18.63(Materials Science, Multidisciplinary)Cm含有酸化物の熱伝導率の保管時間依存性を明らかにするため(NpPuAmCm)O (x=0.02, 0.04)固溶体の焼結体を調製し、熱伝導率を評価したところ、(NpPuAmCm)Oの熱伝導率は保管時間の増加とともに指数関数的に減少することが明らかとなった。このような熱伝導率の減少は自己照射損傷による格子欠陥の蓄積によるものである。
simulated corium debris高野 公秀; 西 剛史
Journal of Nuclear Materials, 443(1-3), p.32 - 39, 2013/09
被引用回数：15 パーセンタイル：72.14(Materials Science, Multidisciplinary)福島第一原子力発電所事故で生成した燃料デブリの物理的,化学的状態に及ぼす海水塩析出物の影響を明らかにするため、海水塩と(U,Zr)O模擬燃料デブリを用いた高温反応性試験を1088Kから1668Kの温度範囲で行った。空気中1275Kでの加熱により、Ca及びNaのウラン酸塩からなる緻密な層がペレット状デブリの表面に生成し、その厚さは12時間の加熱に対して50
m以上であった。一方、酸素分圧が低い条件では、Caがデブリ中に溶解し固溶体を形成することを明らかにした。同じ加熱温度,時間に対して、表面からの拡散深さは5-6m程度であった。デブリ表面上には成長したMgO結晶が主要な残渣として残り、その一部は、より高温下で徐々にデブリ中に固溶する。
酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 加田 渉; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 石井 保行; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 306, p.299 - 301, 2013/07
被引用回数：7 パーセンタイル：49.28(Instruments & Instrumentation)Proton Beam Writing (PBW) is a direct-write technique for producing high-aspect-ratio micro- and nano-structures in resist material. This technique is a promising method for micromachining of commodity plastics such as acrylic resin. In this paper, we introduce fabrication of microscopic devices made of a relatively thick (
75 m) acrylic sheet. An optimization of the fluence of 3 MeV proton beam to induce the chain scission in the sheet was performed at Takasaki Advanced Radiation Research Institute, JAEA. A software program that converts image pixels into coordinates data has been developed, and a fine jigsaw puzzle was fabricated on the sheet. The piece size of jigsaw puzzle is 50 
50 m. For practical use, A line and space test-chart for spatial resolution measurement on neutron radiography was also successfully created.
Cm
)O西 剛史; 高野 公秀; 赤堀 光雄; 荒井 康夫
Journal of Nuclear Materials, 433(1-3), p.531 - 533, 2013/02
被引用回数：6 パーセンタイル：44.02(Materials Science, Multidisciplinary)マイナーアクチノイド(MA)含有酸化物燃料の熱伝導率の保管時間依存性を明らかにするため、焼結体調製後、48, 264, 504、及び960時間経過した473, 523及び573Kにおける(PuCm)Oの熱拡散率をレーザフラッシュ法により測定した。また、投下型熱量法により、熱伝導率を導出するために必要な比熱を測定した。熱伝導率の保管時間依存性は自己照射損傷による格子膨張モデルを用いた式で近似できるため、熱伝導率の減少は自己照射損傷による格子欠陥の蓄積によるものであることを確認した。
奥村 進; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 百合 庸介; 奈良 孝幸; et al.
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 172, 2013/01
東日本大震災のため、2011年度のAVFサイクロトロンの運転は5月9日から開始し、4月に計画されていたすべての実験は中止となった。全運転時間は3,038.4時間であった。4月の中止分を補てんするため、土曜日の運転を8回実施した。例年の整備を実施した。
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 126, 2013/01
In this study, a PMMA-based MZ waveguide was fabricated utilizing PBW to develop a thermo-optic switch. A 10-m-thick PMMA film was firstly spin-coated onto the 15 m SiO
film as the under cladding. Cores of a MZ waveguide with 8 m width were secondary drawn at the dose of 100 nC/mm
in the PMMA film using PBW with H
beam of the size of 1.1 m and beam current of 50 pA at 1.7 MeV. The MZ waveguide was drawn by symmetrically coupling two Y junctions and its branching angle was set to 2
to reduce optical branching loss. Finally a 10-m-thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper cladding by spin-coating. The mode-field diameter of near field patterns with about 10 m width was observed at 
= 1.55 m on the basis of a fundamental mode without no higher-order modes which required to develop our objective MZ type thermo-optic switch for optical-fiber telecommunication. The result of the observation showed that the PMMA-based single-mode MZ waveguide for = 1.55 m was successfully fabricated using PBW. As the next step to develop the optical switch, we will form a Ti thin-film heater and A
electrodes on the MZ waveguide using photolithography and wet-etching processes.
愛甲 一馬*; 唐木 淳志*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*; 佐藤 隆博; 高野 勝昌*; 江夏 昌志; 齋藤 勇一; 神谷 富裕
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 133, 2013/01
As the irradiation effect appears only within irradiated regions, we have used ion micro-beam irradiation to produce micrometer-sized and two-dimensional magnetic patterns on the surface of FeRh thin films. The thin films nearly show the anti-ferromagnetic state at room temperature. To realize the lateral magnetic modification on the sample surface, the micro-beam irradiation was performed by using 3-MeV tandem accelerator at the TIARA. The focused 10 MeV iodine ion micro-beam, which had a rectangular shape of 2m 4m, was scanned on the FeRh thin film surface. After irradiation, the surface roughness and the magnetic state were observed by means of atomic force microscopy (AFM) and magnetic force microscopy (MFM), respectively. The AFM images show that the ion micro-beam does not create any topographic modification at the FeRh surface, while an array with 2m 4m bright rectangles at designated regular intervals is seen in the MFM image. The ion micro-beam is a useful tool for the fabrication of two-dimensional and micrometer-sized magnetic patterns on FeRh samples.
麻野 敦資*; 高野 勝昌*; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 前吉 雄太*; 本庄 義人*; 佐伯 昭紀*; 山田 圭介; et al.
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 163, 2013/01
In this study, a visualization of the tracks of fragments from a dissociated cluster ion in a target was tried using polystyrene derivatives with higher sensitivity for the ion beam irradiation. The results were compared with the case of ion beam consisting of single ion, considering the feature of cluster beam irradiation. The ion species were selected to be 
C
and 
Ti. As a result, the density of the structures at the Ti beam irradiation was almost the same to the ion fluence. However, the density at the C irradiation was much less than the ion fluence. It is supposed that many cluster particles are fragmentized during penetration in the polymer film. The radial dose distribution inside a particle tracks is decreased, and then the cross-linking reaction is induced insufficiently. In order to visualize the tracks of the fragmentation, optimization of the development or selection of materials with higher sensitivity should be needed.
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
Key Engineering Materials, 534, p.158 - 161, 2013/00
被引用回数：5 パーセンタイル：89.82(Nanoscience & Nanotechnology)We develop a thermo-optic switch of the Mach-Zehnder type polymer waveguide using proton beam writing (PBW). In this study, we succeeded in near field pattern Mach-Zehnder type single mode polymer waveguides at a wavelength of 1550 nm. The samples for the waveguides were composed with a 15--thick under-cladding layer of SiO deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering and a 10-m-thick PMMA film spin-coated onto the SiO layer as a core layer. We wrote Mach-Zehnder type waveguides having a width of 8 m on the PMMA layer by PBW with a beam size of 1 m and a beam current of 50 pA. After this writing, the 10-m-thick-PMMA layer was deposited again as an upper-cladding layer by spin-coating. In the observation of these waveguides, the light of laser of 1550-nm wavelength was injected into one side of the waveguide through a single-mode fiber. From the observation of the light emitted from the opposite side of the waveguides, near field patterns was observed using a vidicon camera with an optical microscope. The observation result demonstrated that the light traveled by single mode in the Mach-Zehnder type polymer waveguide. In the conference, we will report the development of the Mach-Zehnder type polymer waveguide in detail. In addition, the thermo-optic switch at the wavelength of 1550 nm by the Mach-Zehnder type polymer waveguide will also be briefly reported.
安田 良; 松林 政仁; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 片桐 政樹*; 高野 勝昌*; Pikuz, T.; Faenov, A.*
Physics Procedia, 43, p.196 - 204, 2013/00
被引用回数：1 パーセンタイル：53.27(Physics, Applied)A device for evaluating spatial resolution of a neutron imaging system was developed. By laser processes the line-pair patterns were fabricated on the 5 micrometer thick Gd film evaporated on a glass plate. Large line-pairs ranging from 0.2 to 2 mm wide were machined by Nd:YVO laser with 30 micometer in spot size and displayed on a brightness field. Small line-pairs ranging from 0.01 to 0.1 mm wide were done by eximer laser as a dark field. In the results of SEM observation, although the large line-pairs machined by Nd:YVO laser chipped on the corner of the Gd bars, difference between the measured and designed line-pair eidthe controled within 20 micormeter absolutely. In small line-pairs below 0.1 mm processed by the eximer laser, sharper edge could be formed than that in the large line-pairs. In neutron imaging tests using a LiF/ZnS(Ag) scintillator and a CCD camera system, good contrast images were obtained at brightness field even in 5 micrometer thick. Small line-pairs on the dark field were observed at a LiF single crystal detector, which has ultra-high spatial resolution around 5 micrometer. Split of the small line-pairs even in 0.01 mm wide were shown with good contrast on the image.
