Effects of the size of fillers on viscoelasticity in the glassy state of poly(styrene--butadiene) reinforced by carbon black

Watanabe, Yuki*; 熊川 大幹*; Karitani, Shu*; 井上 正志*; 岩蕗 仁*; 中西 洋平*; 柴田 基樹*; 元川 竜平; 杉田 剛; 上田 祐生; et al.

Macromolecules, 58(16), p.8641 - 8648, 2025/08

https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01357

We investigated how the particle size of carbon black (CB) affects the reinforcement of CB to vulcanized poly(styrene-co-butadiene) (SBR) in the glassy region. When the average diameter of CB d is larger than 100 nm, the enhancement of modulus can be expressed by the Eshelby/Mori-Tanaka model, which agrees with the results obtained for an SBR/silica system. On the other hand, at d 100nm, the volume fraction dependence of the enhancement becomes stronger than the theory's prediction. The scattering studies on the SBR/CB systems revealed that the aggregates of CB at d 100nm consist of densely packed CB, while the aggregates of CB at d 100nm exhibit branch structures. At d 100nm, the voids or the occluded region in the packed CB increase the volume fraction, resulting in a stronger volume fraction dependence of the enhancement.

Fundamental evaluation of hydrogen behavior in sodium for sodium-water reaction detection of sodium-cooled fast reactor

山本 智彦; 加藤 篤志; 早川 雅人; 下山 一仁; 荒 邦章; 畠山 望*; 山内 和*; 江田 優平*; 由井 正弘*

Nuclear Engineering and Technology, 56(3), p.893 - 899, 2024/03

https://doi.org/10.1016/j.net.2023.10.043

In a secondary cooling system of a sodium-cooled fast reactor (SFR), rapid detection of hydrogen due to sodium-water reaction (SWR) caused by water leakage from a heat exchanger tube of a steam generator (SG) is important in terms of safety and property protection of the SFR. For hydrogen detection, the hydrogen detectors using atomic transmission phenomenon of hydrogen within Ni-membrane were used in Japanese proto-type SFR "Monju." However, during the plant operation, detection signals of water leakage were observed even in the situation without SWR concerning temperature up and down in the cooling system. For this reason, the study of a new hydrogen detector has been carried out to improve stability, accuracy and reliability. In this research, the authors focus on the difference in composition of hydrogen and the difference between the background hydrogen under normal plant operation and the one generated by SWR and theoretically estimate the hydrogen behavior in liquid sodium by using ultra-accelerated quantum chemical molecular dynamics (UA-QCMD). Based on the estimation, dissolved H or NaH, rather than molecular hydrogen (H), is the predominant form of the background hydrogen in liquid sodium in terms of energetical stability. On the other hand, it was found that hydrogen molecules produced by the sodium-water reaction can exist stably as a form of a fine bubble concerning some confinement mechanism such as a NaH layer on their surface. In parallel, we observed experimentally that the fine bubbles of H stably existed in the liquid sodium than expected before. This paper describes the comparison between the theoretical estimation and experimental results based on hydrogen form in sodium in the development of the new hydrogen detector in Japan.

Evaluation of hydrogen behavior in sodium for sodium-water reaction detection of sodium-cooled fast reactor

山本 智彦; 加藤 篤志; 早川 雅人; 下山 一仁; 荒 邦章; 畠山 望*; 山内 和*; 江田 優平*; 由井 正弘*

Proceedings of 2023 International Congress on Advanced in Nuclear Power Plants (ICAPP 2023) (Internet), 6 Pages, 2023/04

In the secondary cooling system of sodium-cooled fast reactor (SFR), a rapid detection of hydrogen explosion due to sodium-water reaction by water leakage from heat exchanger tube is steam generator (SG) is important in terms of safety and property protection. For the hydrogen detection, Ni-membrane hydrogen detectors using atomic transmission phenomenon were used in Japanese proto-type sodium-cooled fast reactor "Monju". However, during the plant operation, many alarms of water leakage were occurred without sodium-water reaction in relation to temperature up and down. The authors focus on the difference in composition of hydrogen and the difference between the background hydrogen under normal operation and the hydrogen generated by the sodium-water reaction and theoretically estimate the hydrogen behavior in liquid sodium by using ultra-accelerated quantum chemical molecular dynamics (UA-QCMD). As the results of theoretical estimation, dissolved H or NaH, rather than H, is the predominant form of the background hydrogen in liquid sodium, and hydrogen produced in large amounts by sodium-water reaction can exist stably as fine bubbles with a NaH layer on their surface. Currently, the authors study the new hydrogen detector system focusing on the difference between the background hydrogen (dissolved H) and the hydrogen by sodium-water reaction (fine bubbles H). This paper describes the comparison between the theoretical estimation and experimental results based on hydrogen form in sodium.

Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.

Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03

https://doi.org/10.1038/s41550-020-01271-2

2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。

A Chemiluminescence sensor with signal amplification based on a self-immolative reaction for the detection of fluoride ion at low concentrations

久松 秀悟; 鈴木 伸一; 幸本 重男*; 岸川 圭希*; 山本 雄介*; 元川 竜平; 矢板 毅

Tetrahedron, 73(27-28), p.3993 - 3998, 2017/07

https://doi.org/10.1016/j.tet.2017.05.084

A sensory system incorporated with an amplification function was developed for detection of trace-level fluoride ions. This sensory system comprises two steps, namely, amplification, and chemiluminescence. These steps were linked with chemical reactions and were induced continuously. The process from amplification to chemiluminescence was accomplished in the system by using fluoride ions. The amplification was based on a self-immolative system, which permitted the detection of emissions even at low fluoride ion concentration for system in which chemiluminescence cannot be induced in the absence of fluoride ions. An optical ratio of the chemiluminescent compound and the amplifier was calculated for achieving efficient amplification.

Size and composition analyses of colloids in deep granitic groundwater using microfiltration/ultrafiltration while maintaining in situ hydrochemical conditions

青才 大介*; 山本 祐平*; 水野 崇; 石神 徹*; 松山 秀人*

Colloids and Surfaces A; Physicochemical and Engineering Aspects, 461, p.279 - 286, 2014/11

AA2014-0448.pdf:0.9MB

https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.08.007

地下水中のコロイドを対象とした研究では、サンプリングの過程における大気への暴露や圧力解放よりコロイドの特性が変化することが問題となっている。本研究では、原位置の環境を維持した状態で地下水を限外ろ過しつつ、コロイドをサンプリングする手法を開発した。また、開発した手法を瑞浪深地層研究所の地下施設から得られる地下水に適用した。その結果、地下水中のコロイドは主にFe, Al, Mg, Siから成る無機コロイドおよび有機コロイドからなり、様々なサイズに分布していることがわかった。また、これらのコロイドが希土類元素と錯体を形成し、特に10kDaから0.2mの画分に存在するコロイドと軽希土類元素が錯形成していることが明らかとなった。

J-PARC 3GeVシンクロトロンのビームロスモニタシステム

山本 風海; 林 直樹; 畠山 衆一郎; 佐伯 理生二; 岩間 悠平

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1060 - 1064, 2014/06

http://www.pasj.jp/web_publish/pasj10/proceedings/PDF/SUP0/SUP069.pdf

大強度陽子加速器施設(Japan Proton AcceleratoR Complex: J-PARC)の3GeVシンクロトロン(Rapid Cycling Synchrotron: RCS)では、300kW相当のビーム出力を物質科学生命実験施設(Material and Life Science Facility: MLF)及び主リング(Main Ring: MR)に供給している。このような大強度のビーム運転では、ほんの少しのビームロスが発生するだけで機器の放射化を引き起こし、安定運転や保守作業の妨げとなる。そこで、運転時のビームの状態を監視し、安定な運転を継続するためには、ビームロスモニタ(BLM)は非常に重要な機器である。また、BLMは設定をきちんとすれば全ビーム量に対して非常に微量の(10以下の割合の)ロスも検知することができるため、ビーム調整時の目としても使いやすくパラメータ毎によるビーム状態の比較が容易である。RCSでは、比例計数管(Proportional counter type BLM: PBLM)及びプラスチックシンチレータ+光電子増倍管(Scintillator type BLM: SBLM)をBLMとして調整時及び供給運転に利用している。本発表では、これらBLMの使用状況について報告する。

瑞浪超深地層研究所の建設に伴う地下水水質の変化

水野 崇; 青才 大介; 新宮 信也; 萩原 大樹; 山本 祐平; 福田 朱里

日本原子力学会和文論文誌, 12(1), p.89 - 102, 2013/03

https://doi.org/10.3327/taesj.J12.008

本研究では瑞浪超深地層研究所の地下施設である研究坑道の建設に伴う地下水水質の変化を把握するため、研究坑道内において水質モニタリングを実施した。その結果、研究坑道掘削に伴う地下水の流動状態の変化により、水質分布が変化していることがわかった。特に立坑の坑底付近においては、溶存成分濃度が高い深部地下水の上昇による"upconing"現象が生じている。また、地下水のpHは立坑壁面に打設されたセメント等と接触することにより最大で12程度まで上昇し、研究坑道内に流入している。酸化還元電位については、研究坑道掘削前の状態からの変化が推定できるものの、還元環境を維持している。これらの結果は地下施設建設時における地下水水質の変化を把握するための技術基盤が整備されつつあることを示しており、地層処分事業における精密調査を進めるための知見として活用できると考えられる。

EXAFS study on the cause of enrichment of heavy REEs on bacterial cell surfaces

高橋 嘉夫*; 山本 美香*; 山本 祐平; 田中 万也

Geochimica et Cosmochimica Acta, 74(19), p.5443 - 5462, 2010/10

https://doi.org/10.1016/j.gca.2010.07.001

希土類元素の相対存在度のパターン(REEパターン)はさまざまな天然の物質で観測されるユニークな地球化学的トレーサーである。バクテリアに吸着したREEのパターンは重希土類元素(HREE)を濃集し、天然試料におけるバクテリア関与の指標に成りえる。本研究では広域X線吸収微細構造(EXAFS)とバクテリアへのREEの分配パターンを用いて、バクテリアの細胞表面へのHREEの濃集機構の解明を試みた。EXAFSの結果より、HREEは低REE/バクテリア比環境では多座リン酸基に結合しているが、高REE/バクテリア比ではカルボキシル基に結合していることが示された。一方、軽希土類元素及び中希土類元素は低REE/バクテリア比において低配座数のリン酸基に結合し、高REE/バクテリア比ではカルボキシル基に結合していることが示された。REE/バクテリア比の変化に伴うバクテリアへのREEの分配パターンの変化は、EXAFSの結果と整合的であった。バクテリアの細胞表面へのHREEの濃集は多座リン酸基による安定な錯体の形成が原因であることがEXAFSによって示された。多座リン酸基はバクテリア以外の天然試料では見られない特徴であり、本研究の結果はバクテリアが関与した試料のREEパターンがバイオマーカーとして利用できる可能性を示した。

Evaluation of behavior of rare earth elements based on determination of chemical state in groundwater in granite

山本 祐平; 青才 大介; 水野 崇

Proceedings of 13th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM 2010) (CD-ROM), p.203 - 212, 2010/10

https://doi.org/10.1115/ICEM2010-40072

Chemical state of rare earth elements (REEs) in deep groundwater was determined by combination of ultrafiltration techniques maintaining in-situ pressure and anaerobic conditions, speciation considering contribution of natural organic matters, and finger-printing method using REE pattern of stability constants for probable complexes of REEs in groundwater. Groundwater samples were collected from a borehole at a depth of 200 m in the Mizunami Underground Research Laboratory (MIU), Gifu, Japan. Spectroscopic analysis for colloidal matters on a membrane filter was also conducted to estimate chemical properties of colloidal ligands. Our results suggest that REEs-humic complexes were the dominant chemical states of REEs in groundwater. Presence of humic substance in groundwater was also confirmed by spectroscopic analysis. It is expected that behavior of REEs mainly depends on humic substances.