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.

Neutron reflectivity study on the suppression of interfacial water accumulation between a polypropylene thin film and Si substrate using a silane-coupling agent

下北 啓輔*; 山本 勝宏*; 宮田 登*; 有馬 寛*; 中西 洋平*; 竹中 幹人*; 柴田 基樹*; 山田 悟史*; 瀬戸 秀樹*; 青木 裕之; et al.

Langmuir, 38(41), p.12457 - 12465, 2022/10

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c01599

We measured the neutron reflectivity (NR) of isotactic polypropylene (PP) thin films deposited on Si substrates modified by hexamethyldisilazane (HMDS) at the saturated vapor pressure of deuterated water at 25C and 60C/85% RH to investigate the effect of HMDS on the interfacial water accumulation in PP-based polymer/inorganic filler nanocomposites and metal/resin bonding materials. We found that the amount of water accumulated at the PP/Si interface decreased with increasing immersion time of the Si substrate in a solution of HMDS in hexane prior to PP film deposition. During the immersion of the Si substrate, the HMDS molecules were deposited on the Si substrate as a monolayer without aggregation. Furthermore, the coverage of the HMDS monolayer on the Si substrate increased with increasing immersion time. At 60C and 85% RH, only a slight amount of interfacial water was detected after HMDS treatment for 1200 min. As a result, the maximum concentration of interfacial water was reduced to 0.1 from 0.3, where the latter corresponds to the PP film deposited on the untreated substrate.

J-PARC 3GeVシンクロトロン用荷電変換フォイルの長寿命化に向けたとりくみ

吉本 政弘; 仲野谷 孝充; 山崎 良雄; Saha, P. K.; 金正 倫計; 山本 春也*; 岡崎 宏之*; 田口 富嗣*; 山田 尚人*; 山縣 諒平*

Proceedings of 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.850 - 854, 2021/10

J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS: Rapid Cycling Synchrotron)では、大強度陽子ビームを実現するために荷電変換フォイルを用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。この入射方式では、リニアックから入射される負水素ビームが荷電変換フォイルを通過する際に陽子に変換され、周回ビームに重ねることができる。そのため、ビームサイズを広げずに大強度ビームを蓄積することができる。一方で、ビーム入射期間中は、リニアックからの負水素ビームとRCSで周回する陽子ビームの双方がフォイルを通過するため、荷電変換フォイルのビーム照射に対する耐久性能の向上は大きな課題となっている。RCSでは、ホウ素を添加した炭素電極によるアーク放電法で製膜した薄膜(Hybrid type thick Boron-doped Carbon: HBC)を荷電変換フォイルとして用いている。HBCフォイルは、ホウ素を添加することで従来の純炭素薄膜と比較してビーム照射に対する寿命の向上に成功し、RCSにおいてもビーム強度700kWでの長期間利用運転及び1MWでの2日間連続運転試験で壊れることなく使用できることを示した。我々は、ホウ素添加によりビーム照射耐久性能が向上するメカニズムを明らかにし、さらなる長寿命化に向けたフォイルの実現を目的とし、量子科学技術研究開発機構(QST)高崎・イオン照射施設(TIARA: Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application)のイオンビームを用いた照射試験を行ってきた。これまで、ホウ素の添加量やカソード・アノード電極に使用するホウ素添加炭素電極と純炭素電極の組み合わせにより、イオンビーム照射による寿命が異なることが分かってきた。本報告では、ビーム照射試験の結果からHBCフォイル内のホウ素の役割に関する考察について報告する。

固液二相流中の金属材料の損傷および腐食に関する調査報告書

大谷 恭平; 佐藤 智徳; 加治 芳行; 山本 正弘

JAEA-Review 2019-007, 15 Pages, 2019/06

JAEA-Review-2019-007.pdf:2.35MB

液体固体粒子を含んだ流体による流れ(固液二相流)を取り扱う配管などの構成材料は、固液二相流中の固体粒子の衝突によってエロージョンと呼ばれる損傷が生じる。固液二相流の液体が腐食性溶液である場合、溶液は更に化学的に作用してエロージョン・コロージョンと呼ばれる損傷が生じる。福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業で実施が予定されているデブリ取り出し作業の際には、破砕されたデブリ微粒子による循環冷却ラインの配管の損傷が懸念される。そのため、固液二相流における金属材料のエロージョンおよびエロージョン・コロージョンに関する文献調査を実施した。文献調査結果より、1Fのデブリ取り出し時に設置される冷却系配管の材料についてはクロムを含む鋼材や耐食性の高いステンレス鋼の使用が望ましいと考えられる。また、エロージョン・コロージョンの解析では、誤った条件や曖昧な条件で試験を実施すると金属材料の損傷速度の変化に影響する因子が適格に判別できず、事実と異なる認識をしてしまう危険性があることも分かった。このため、1Fのデブリ取り出し時において発生すると予測される粉砕微粒子が配管等の機器材料に与える影響を正確に評価するためには、金属材料の損傷速度に大きく影響を与える環境条件や1F特有の放射線によるラジオリシス等の因子を考慮した上で試験を行う必要がある。

Deep microbial life in high-quality granitic groundwater from geochemically and geographically distinct underground boreholes

伊能 康平*; 今野 祐多*; 幸塚 麻里子*; 廣田 明成*; 東郷 洋子*; 福田 朱里*; 小松 大介*; 角皆 潤*; 田辺 章文*; 山本 智*; et al.

Environmental Microbiology Reports (Internet), 8(2), p.285 - 294, 2016/04

https://doi.org/10.1111/1758-2229.12379

瑞浪超深地層研究所の深度300mの花崗岩中の地下水を対象として、ボーリング孔を利用した微生物特性の調査を行った。ボーリング孔から得られた地下水は、当初、好気性の水素酸化に関わるHydrogenophaga spp.が優勢種であったが、3年後にはNitrospirae門の微生物が優勢種となった。後者の微生物種は系統学的に深部地下水や陸域の温泉水において観察される種であり、この地域の土着の微生物種と考えられた。

Evaluation of temperature rise caused by AC loss due to plasma disruption in joint of JT-60SA poloidal field coil

中村 一也*; 山本 侑祐*; Suzuki, K.*; 高尾 智明*; 村上 陽之; 夏目 恭平; 吉田 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200704_1 - 4200704_4, 2015/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2014.2364317

The JT-60 Super Advanced (JT-60SA) of Japan Atomic Energy Agency is a fusion experiment device designed to contribute to the early realization of fusion energy by providing support to the operation of ITER. The CS and EF coils are fabricated in Japan. In case of the butt joint for CS, two conductors are pressed onto each side of a copper sheet. As for the lap joint, two conductors are pressed by overlapping them with copper blocks for used EF pancake coils and between the CS and the current feeder. When a time-varying magnetic field is applied to the joints, an AC loss occurs, and temperature margin of the joint decreases due to the AC loss. It is necessary to understand the temperature margin of the joints to protect this coil system from quench. In this study, we fabricated the butt joint and lap joint, and measured the AC losses under the time varying field. Based on these experimental results, we analyzed the temperature rise caused by AC losses of the joints by using FEM under the standard plasma scenario and disruption scenario. The obtained results become fundamental data to estimate the temperature margin of the joints.

Thermal stability of butt joint for CS conductor in JT-60SA

高尾 智明*; 川原 譲*; 中村 一也*; 山本 侑祐*; 谷貝 剛*; 村上 陽之; 吉田 清; 夏目 恭平*; 濱口 真司*; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4800804_1 - 4800804_4, 2014/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2013.2284020

JT-60SAの中心ソレノイド(CS)は、6つの8層パンケーキコイルと1つの4層パンケーキコイルから構成される。パンケーキコイル間の接続は、プラズマへ供給する磁束を大きくするために、省スペースで設置が可能なITER-EDAのCSモデルコイルで開発された突合せ接続により行われる。本研究ではCS用突合せ接続サンプルを用いて、通電電流値,超臨界圧ヘリウム(SHe)流量, SHe圧力,外部磁場を変化させクエンチ温度(Tq)を測定した。また有限要素法(FEM)解析ソフトCOMSOL Multiphysicsを用いてCS突合せ接続内の温度上昇及び温度分布の数値計算を実施した。これらの試験と解析の結果、CS突合せ接続部はSHe流量が減少しても安定に運転できることがわかった。本論文では、Tq測定試験やFEM解析モデル及びCS接続部のTqとSHe流量の評価結果について報告する。

研究施設等廃棄物浅地中処分施設の概念設計

天澤 弘也; 坂井 章浩; 仲田 久和; 原 弘典; 黒澤 亮平; 山本 正幸*; 河田 陽介*; 坂本 義昭

JAEA-Technology 2012-031, 338 Pages, 2012/10

JAEA-Technology-2012-031.pdf:19.43MB

埋設処分業務の実施に関する計画に基づいて、原子力機構は事業の実施主体となり、研究施設等廃棄物の埋設処分施設の立地選定にかかわる手続きの透明性の確保及び公平性の観点から立地基準及び立地手順を策定し、これに基づいて立地選定を行う。また、本立地基準及び立地手順の策定にかかわる検討の一環として、関係法令等に定められた技術基準、一般的な自然及び社会環境等の立地条件、埋設対象廃棄物の廃棄体の種類,性状,含有核種,放射能濃度及び発生予測数量等に基づいて埋設施設の概念設計を行い、安全審査指針における基本的立地条件等を踏まえ、我が国において想定されうる種々の自然及び社会環境条件下において線量評価,費用試算を行い、埋設施設の安全性及び経済性に関する評価・検討を行う。本報告書は、このうち研究施設等廃棄物にかかわる浅地中埋設処分事業の操業から閉鎖後措置までの業務に供するすべての施設,設備,機器類等について、埋設施設の被ばく線量評価等に基づいた合理的な設備仕様、レイアウト等の概念設計の検討結果を取りまとめた。

Characterization of heating and nitriding processes of titanium thin films grown on NaCl(001) substrate held at room temperature

粕壁 善隆*; 渡邉 洋平*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 7, p.625 - 632, 2009/04

https://doi.org/10.1380/ejssnt.2009.625

不定比性化合物であるチタン窒化物は、チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで物性が変化するため次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、TIARA施設のイオン導入型電子顕微鏡を用いて、窒素イオン注入法によるチタン窒化物の形成を行い、透過電子顕微鏡法(TEM)及び電子エネルギー損失分光(ELLS)による結晶構造及び電子状態のその場観察、さらに分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて、原子レベルの結晶成長の観点からチタン窒化物の形成機構及び配向の制御性に関する知見を得てきた。本発表では、NaCl(001)基板上に形成したチタン薄膜の加熱及び窒素イオン注入による窒化過程とその内包するメカニズム、すなわち、「エピタキシャル」変態機構について報告する。

沸騰硝酸溶液中でのSUS304ULC鋼の過不働態域での腐食挙動

山本 正弘; 内山 洋平; 上野 文義; 加藤 千明; 本岡 隆文

no journal, , 

核燃料再処理施設では、耐粒界腐食性を向上させたSUS304ULC鋼が沸騰硝酸中で用いられている。この際に沸騰部や共存イオンによる電位上昇が腐食を加速することが知られている。そこで、沸騰硝酸中での電気化学的評価を行い、同鋼の過不働態域での腐食挙動を解析した。酸素発生反応は溶液種などの影響を受けるが、金属の溶解反応は電位のみにほぼ依存する。腐食形態は粒界腐食であり、腐食形態に及ぼす溶液種の影響は小さい。溶出イオンは、過不働態域では母材と同等の比率で溶出していた。