Linking combustion-derived magnetite and black carbon; Insights from magnetic characterization of PM in downwind East Asia

土屋 望*; 池盛 文数*; 川崎 一雄*; 山田 怜奈*; 畑 光彦*; 古内 正美*; 岩本 洋子*; 兼保 直樹*; 定永 靖宗*; 渡邊 隆広; et al.

Environmental Science & Technology, 59(21), p.10400 - 10410, 2025/05

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c14187

本研究では、能登地方で採取したPM2.5の磁気、安定炭素同位体比、放射性炭素、バイオマスバーニングの有機マーカー等を調査した。特に、磁気と炭素性物質の情報をもとにPM2.5発生源に関する新たな環境指標を提唱した。

Interfacial distribution of Nafion ionomer thin films on nitrogen-modified carbon surfaces

吉宗 航*; Kikkawa, Nobuaki*; Yoneyama, Hiroaki*; Takahashi, Naoko*; Minami, Saori*; Akimoto, Yusuke*; Mitsuoka, Takuya*; Kawaura, Hiroyuki*; 原田 雅史*; 山田 悟史*; et al.

ACS Applied Materials & Interfaces, 14(48), p.53744 - 53754, 2022/11

https://doi.org/10.1021/acsami.2c14574

Chemically modified carbon supports for the cathode catalyst layers of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) show considerable promise for boosting the oxygen reduction reaction. This study evaluated the ionomer distribution of Nafion ionomer thin films on nitrogen (N)-modified carbon surfaces along their depth direction. Neutron reflectivity (NR) measurements performed using the double-contrast technique with HO and DO revealed that the introduction of N functional groups to carbon thin films promoted ionomer adsorption onto the surface under wet conditions (22C, 85% relative humidity). Molecular dynamics (MD) simulations conducted to verify the origin of the robust contact between the ionomer and N-modified carbon surface revealed an ionomer adsorption mechanism on the N-modified carbon surfaces, which involved Coulomb interactions between the positively charged carbon surface and the ionomer side chains with negatively charged sulfonic acid groups. The positive surface charge, which was determined using the contents of the N functional groups estimated by X-ray photoelectron spectroscopy, was found to be sufficient as an impetus for ionomer adsorption. This strategy involving NR measurements and MD simulations can provide insights into the solid-ionomer interfacial structures in a cathode catalyst layer and can therefore be extensively employed in studies on PEFCs.

Characteristics in trace elements compositions of tephras (B-Tm and To-a) for identification tools

奈良 郁子*; 横山 立憲; 山崎 慎一*; 南 雅代*; 淺原 良浩*; 渡邊 隆広; 山田 和芳*; 土屋 範芳*; 安田 喜憲*

Geochemical Journal, 55(3), p.117 - 133, 2021/00

https://doi.org/10.2343/geochemj.2.0619

白頭山噴火年代は西暦946年であることが広く認められている。噴火で分散した白頭山-苫小牧(B-Tm)テフラは、精確な年代を示す鍵層となる。従来は、このテフラを同定するため、火山ガラス片の屈折率と主成分元素組成が使われていた。しかし、希土類元素に着目した微量元素分析やテフラ層の全堆積物に対する微量元素分析はこれまでほとんど報告例がない。本論文では、東北地方の小河原湖の堆積物コアから採取したB-Tmテフラ及び十和田カルデラ(To-a)テフラについて、火山ガラス片と全堆積物の主要元素及び微量元素分析結果を示す。主要元素及び微量元素の深度プロファイルでは、B-Tmテフラ層においてKOと微量元素の増加が確認されたが、To-aテフラ層においては、これらの元素の増加は確認されなかった。B-Tmテフラ層で検出された高濃度の微量元素は全堆積物だけではなく、ガラス片にも確認された。B-Tmテフラ層のガラス片にみられる元素(特に希土類元素)の組成パターンは、他の日本のテフラガラスとは明らかに異なる。ガラス片と全堆積物の微量元素組成は、B-Tmテフラと他の日本のテフラを区別する上で、有用な指標となると考えられる。

Super-COPDを用いた「もんじゅ」炉心安全解析モデルの構築

山田 文昭; 南 正樹*

JAEA-Data/Code 2010-023, 79 Pages, 2010/12

JAEA-Data-Code-2010-023.pdf:3.27MB

日本原子力研究開発機構は、高速増殖炉研究開発センター原子炉設置許可申請書(高速増殖原型炉もんじゅ原子炉施設)添付書類十安全評価の「運転時の異常な過渡変化の解析」及び「事故解析」のうち、炉心冷却能力の解析(21事象)に用いる計算コードに、モジュール型プラント動特性解析コードSuper-COPDの適用を目的として、Super-COPDを用いた「もんじゅ」炉心安全解析モデルを構築した。構築した炉心安全解析モデルは、モデルごとに従来計算コードの計算結果と比較したうえで、結合した解析モデルにより炉心冷却能力の解析への適用を行い、双方の結果から炉心冷却能力の解析への適用性を評価した。

FBRプラントエンジニアリングシステムの開発

南 正樹*; 坂田 英明; 吉川 信治; 山田 文昭

JNC TN4410 2005-001, 123 Pages, 2005/03

JNC-TN4410-2005-001.pdf:6.81MB

将来の多様な高速炉プラントの概念設計を支援することを目的として、「もんじゅ」の設計手法をベースとした、FBRプラントエンジニアリングシステムの開発を進めている。これまでに本システムは、「もんじゅ」の予備設計から概念設計までの設計手法を対象に、炉心燃料及び主冷却系の基本的な設計仕様を評価することができる「FBRプラント概念検討システム」と、設計仕様の相互の関係が複雑かつ設計手順が必ずしも明らとなっていない設計に対して、マトリクス処理とグラフ理論を適用して設計支援する「先進的設計支援ツール」をパソコン上に開発した。本システム開発の主な成果は以下の通り。(1)「もんじゅ」の予備設計から概念設計段階で検討した基本的かつ主要な設計仕様の選定の経緯及び根拠を調査し、概念設計支援を行なうために必要な設計手法を集約した。(2)電気出力や主蒸気条件などの基本的な要件から、炉心燃料及び主冷却系の基本的な設計仕様の評価を行う、FBRプラント概念検討システムをパソコン上に開発した。(3)FBRプラント概念検討システムを用いて、「もんじゆ」の仕様値が模擬できることを確認した。また、「もんじゅ」以外のFBRプラントについて設計仕様値の試計算を行い、FBRプラント概念設計支援に適用できる見通しを得た。(4)マトリクス処理とグラフ理論を適用した先進的設計支援機能は、膨大な設計仕様の相互の関係を整理し、複雑な設計手順を効率良く把握する方法として有効であることを明らかにした。

東アジアにおける燃焼酸化鉄の観測; エアロゾルの光吸収増強の可能性

土屋 望*; 山田 怜奈*; 畑 光彦*; 古内 正美*; 松木 篤*; 池盛 文数*; 川崎 一雄*; 岩本 洋子*; 兼保 直樹*; 渡邊 隆広; et al.

no journal, , 

本研究では、能登半島の観測サイト(Noto Ground-based Research Observatory, NOTOGRO)で採取したエアロゾル試料の放射性炭素濃度、安定同位体比、元素状炭素、有機・無機化学分析及び残留磁化測定等を実施した。特に、エアロゾルの成分である酸化鉄の含有量を反映する残留磁化と元素状炭素のデータを用いてPM2.5発生源に関する新たな環境指標を提唱した。

Source apportionment of carbonaceous matter in PM at NOTO peninsula using C analysis

山田 怜奈*; 池盛 文数*; 中村 俊夫*; 南 雅代*; 渡邊 隆広; 木ノ内 健人*; 松木 篤*

no journal, , 

環境変動のメカニズムを理解するためにエアロゾル粒子中の主な成分の一つである炭素の寄与率と供給源を明らかにすることが必要である。著者らの最近の研究により、能登半島における微小なエアロゾル粒子には炭素成分がおおよそ50%以上含まれていることが明らかになっている。エアロゾル粒子に含まれる炭素成分は多様であり、それらの化学形態と供給源を推定することは困難であった。そこで、本研究では放射性・安定炭素同位体比を用いて、エアロゾル粒子中の炭素成分の分析を行った。能登半島の先端にある大気観測拠点(NOTOGRO)において、2014年6月26日から7月26日まで一週間ごとにPMハイボリュームエアサンプラーを用いてエアロゾル粒子を採取し、炭素同位体比測定を行った。C濃度測定は名古屋大学のタンデトロン加速器質量分析計、C測定には安定同位体比質量分析計を用いた。採取した4試料の放射性炭素濃度はそれぞれ約70pMC(パーセントモダンカーボン)であった。これらの結果は、化石燃料由来の物質のみではなく、現代の植物の影響や人為的なバイオマス燃焼由来物質の寄与が相対的に大きいことを示す。

プラント動特性解析コードSuper-COPDの整備,8; 「もんじゅ」安全解析用モデルの構築

山田 文昭; 南 正樹*

no journal, , 

「もんじゅ」炉心冷却能力評価の解析にプラント動特性解析コードSuper-COPDの適用を目的として、炉心から冷却系までを一連で計算する安全解析用解析モデルを構築し、代表事象の適用解析によって、炉心冷却能力評価の解析に適用できることを明らかにした。

能登半島におけるPM中炭素成分のC分析

山田 怜奈*; 池盛 文数*; 中村 俊夫*; 南 雅代*; 渡邊 隆広; 木ノ内 健人*; 松木 篤*

no journal, , 

炭素はエアロゾル粒子中の主な成分の一つであるが、その種類は多種多様であり、化学種を特定し、起源を推定することが困難とされる。しかし、Cを用いることで、それらの発生源を推測することができる。Cの半減期は5730年であり、化石燃料中には存在しない。このためC測定を行うことで化石燃料の寄与率を推定することができる。我々は能登半島の先端で、他の地域から長距離輸送された化石燃料由来物質、および自然環境やバイオマス燃料から排出された物質の寄与率を調べるため、能登半島でエアロゾル粒子を採集し、C測定を行った。能登半島におけるPMの放射性炭素濃度は、全ての試料で70pMC以上を示した。この結果は、中部日本遠隔地域のエアロゾルに含まれる炭素成分では、化石燃料由来の物質の寄与が小さく、相対的に現代の生物活動、もしくは人為的なバイオマス燃焼由来の物質の寄与が大きいことを示している。