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論文

CeO$$_{2}$$を母材とするCsI含有模擬燃料の作製と性状評価

高松 佑気*; 石井 大翔*; 大石 佑治*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*; 鈴木 恵理子; 中島 邦久; 三輪 周平; 逢坂 正彦; 黒崎 健*

日本原子力学会和文論文誌, 17(3/4), p.106 - 110, 2018/12

揮発性核分裂生成物(FP)であるセシウム(Cs)の燃料中の物理化学状態や燃料からの放出挙動を評価するために必要なCs含有模擬燃料の調製技術を確立することを目的として、放電プラズマ焼結(SPS)法を用いてウランの模擬物質であるセリウム化合物(CeO$$_{2}$$)にヨウ化セシウム(CsI)を含有させた模擬燃料の作製試験を実施した。SPSの条件を最適化することで、CsIが直径数マイクロメートルの球状析出物としてCeO$$_{2}$$母相内に分散する焼結体が得られ、Cs及びIを含有する模擬燃料の調製に成功した。

論文

Effect of hydrogenation conditions on the microstructure and mechanical properties of zirconium hydride

牟田 浩明*; 西金 遼二*; 安藤 祐介*; 松永 純治*; 坂本 寛*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 大石 佑治*; 黒崎 健*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 500, p.145 - 152, 2018/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:38.14(Materials Science, Multidisciplinary)

Precipitation of brittle zirconium hydrides deteriorate the fracture toughness of the fuel cladding tubes of light water reactor. In the present study, to elucidate relationship between mechanical properties and microstructure, two $$delta$$ -phase zirconium hydrides and one $$varepsilon$$-phase zirconium hydride were carefully fabricated considering volume changes at the metal-to-hydride transformation. The $$delta$$-hydride that was fabricated from $$alpha$$-zirconium exhibits numerous inner cracks due to the large volume change. Analyses of the neutron diffraction pattern and electron backscatter diffraction (EBSD) data show that the sample displays significant stacking faults in the ${111}$ plane and in the pseudo-layered microstructure. On the other hand, the $$delta$$-hydride sample fabricated from $$beta$$-zirconium at a higher temperature displays equiaxed grains and no cracks.

論文

Thermophysical properties of americium-containing barium plutonate

田中 康介; 佐藤 勇; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(10), p.1285 - 1289, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.76(Nuclear Science & Technology)

BaPu$$_{0.91}$$Am$$_{0.09}$$)O$$_{3}$$を調製し、ペロブスカイト型結晶構造を確認するとともに、音速測定により弾性率及びデバイ温度を求めた。また、熱伝導率を評価し、マトリクスと比較してきわめて小さい値を示すことがわかった。熱伝導率とデバイ温度の関係から、Ba系ペロブスカイト化合物の熱伝導率は原子間結合力の大きさで説明できることを明らかにした。

論文

Formation and morphology of UO$$_{2}$$ image crystal

芹澤 弘幸; 大石 佑治*; 加治 芳行; 山中 伸介*

New Research Trends of Fluorite-Based Oxide Materials, p.243 - 262, 2015/01

イメージクリスタルとは、その形状を制御し得る負結晶のことである。負結晶は鉱物学者によりその形成の報告があったものの、多くの材料学者が材料中に偶発的に生ずる欠陥であるとの認識を示したことから、研究対象とされていない経緯があった。しかしながら近年になって、二酸化ウランにヘリウムを注入することにより意図的に作り出すことができること、また、その形状を変化させることができることが明らかになった。これまでに14面体, 38面体, 60面体の負結晶が形成されることが確認されている。イメージクリスタルの形状を決定する因子は、格子面の標準エネルギーだけではなく、ステップフリーエナジーにも依存することがわかった。

論文

Thermophysical properties of BaUO$$_{4}$$

田中 康介; 徳島 ニ之*; 黒崎 健*; 大石 佑治*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 443(1-3), p.218 - 221, 2013/11

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

BaUO$$_{4}$$の単相試料を調製し、熱膨張係数,弾性定数,熱伝導率,デバイ温度を評価した。

論文

Formation and growth of image crystals by helium precipitation

芹澤 弘幸; 松永 純治*; 芳賀 芳範; 中島 邦久; 赤堀 光雄; 都留 智仁; 加治 芳行; 樫部 信司*; 大石 佑治*; 山中 伸介*

Crystal Growth & Design, 13(7), p.2815 - 2823, 2013/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:60.3(Chemistry, Multidisciplinary)

負結晶の形状は、結晶成長の基本形状とも関連しているため、その形成及び成長メカニズムは物理学的に興味ある研究対象である。また一方で、塊状単結晶中に発生したネガティブクリスタルは、そのミステリアスな外観と希少性から宝石として珍重されている。しかしながら、その形状を任意にコントロールすることはできない。本論文で、最近発見したネガティブクリスタルの成長過程について報告する。われわれはUO$$_{2}$$中に析出したヘリウムが負結晶を形成する媒体になることを発見した。本論文では、形状コントロールが可能なネガティブクリスタルをイメージクリスタルの命名し、その変形メカニズムについて論ずる。研究成果は、ヘリウムの析出条件をコントロールすることによって、任意の形状の負結晶を形成せしめる可能性を示唆している。

論文

Thermophysical properties of perovskite type alkaline-earth metals and plutonium complex oxides

田中 康介; 佐藤 勇; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 422(1-3), p.163 - 166, 2012/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:37.16(Materials Science, Multidisciplinary)

SrPuO$$_{3}$$を調製し、結晶構造を確認するとともに、音速測定により弾性率及びデバイ温度を求めた。また、熱伝導率を評価し、マトリクスと比較してきわめて小さい値を示すことがわかった。

論文

Preparation and characterization of the simulated burnup americium; Containing uranium-plutonium mixed oxide fuel

田中 康介; 逢坂 正彦; 三輪 周平; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 420(1-3), p.207 - 212, 2012/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.35(Materials Science, Multidisciplinary)

模擬低除染酸化物燃料を調製し、相状態評価及び弾性率,融点測定を実施し、低除染酸化物燃料の高燃焼度領域での特性を評価した。

論文

Actinide-handling experience for training and education of future expert under J-ACTINET

逢坂 正彦; 小無 健司*; 林 博和; Li, D.*; 本間 佳哉*; 山村 朝雄*; 佐藤 勇; 三輪 周平; 関本 俊*; 窪田 卓見*; et al.

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

将来アクチノイド研究・技術に従事することが期待される若手に向けたJ-ACTINET主催のサマースクールが成功裏に開催された。第1回のサマースクールは2009年8月茨城地区で開催され、2010年8月関西地区での開催が続いた。アクチノイド研究の入門コースとして、大学・大学院学生並びに若手研究者・エンジニアを対象として、実際のアクチノイド体験を主眼とした。3$$sim$$4日の短期間のスクールでアクチノイドの体験を行い、アクチノイドへの興味を引き出すために多くの努力が払われた。茨城地区でのサマースクールにおいてはアクチノイド取扱いの模擬体験が、また、関西地区でのサマースクールにおいては実際のアクチノイドを用いた実験が好評を博した。今後J-ACTINETサマースクールを毎年開催していく予定である。

論文

J-ACTINET activities of training and education for actinide science research

湊 和生; 小無 健司*; 山名 元*; 山中 伸介*; 長崎 晋也*; 池田 泰久*; 佐藤 正知*; 有田 裕二*; 出光 一哉*; 小山 正史*

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

アクチノイド科学の研究は、革新的原子力技術の持続的な発展を維持するためには欠くことのできないものである。アクチノイド元素は放射性であるので、それらを取り扱うアクチノイド科学の研究を行うには、閉じ込めや遮へい機能のある特殊な設備が必要である。これらの特殊な施設・設備を維持するには通常よりも費用が掛かるため、大学などにおいてはその数が減少してきている。研究施設の密接な協力のもとに、アクチノイド科学の研究を活性化させるとともに、この分野で活躍する人材を育成するために、J-ACTINETを2008年に設立した。若手研究者に研究のノウハウを継承し、視野を広げてもらうために、研究プログラムを実施した。また、サマースクール及び計算科学スクールを開催し、大学生,大学院生,若手研究者にアクチノイド科学に触れてもらう機会を提供した。これらのスクールでは、講義ばかりではなく、実習を必須のものとして実施した。さらに、大学院生,若手研究者を海外のサマースクールや国際会議に派遣した。

論文

Thermal conductivity of BaPuO$$_{3}$$ at temperatures from 300 to 1500 K

田中 康介; 佐藤 勇; 廣沢 孝志; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 414(2), p.316 - 319, 2011/07

 被引用回数:10 パーセンタイル:27.41(Materials Science, Multidisciplinary)

粉末冶金手法によりBaPuO$$_{3}$$を調製し、熱伝導率を測定した。その結果、これまでに報告されているBaUO$$_{3}$$とほぼ同じレベルの熱伝導率を有し、その温度依存性も類似傾向を示すことがわかった。

論文

Oxygen non-stoichiometries in (Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$

逢坂 正彦; 三輪 周平; 黒崎 健*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Materials, 408(3), p.285 - 288, 2011/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.23(Materials Science, Multidisciplinary)

Ceの還元挙動の観点から(Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$の酸素不定比を調べた。酸素ポテンシャルの関数として、1173, 1273及び1373Kにおいて、熱重量法により酸素不定比を実験的に決定した。(Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$の等温曲線はアクチノイド/ランタノイド二酸化物のそれと同様の傾向を示した。(Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$の酸素不定比のCeO$$_{2-x}$$及び(U$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$との比較評価等を通じて、Ceの還元挙動は欠陥構造及びその変化との関係性があることがわかった。

論文

Effect of americium and simulated fission products addition on oxygen potential of uranium-plutonium mixed oxide fuels

田中 康介; 逢坂 正彦; 黒崎 健*; 牟田 浩明*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1215, p.95 - 100, 2010/10

MOX燃料にAm及びFPを添加した模擬低除染MOX試料を従来の粉末冶金技術を用いて調製し、TG-DTAにより酸素ポテンシャルを測定した。その結果、低除染MOX燃料はFPを含まない燃料よりもわずかに酸素ポテンシャルが上昇することがわかった。また、燃焼度の進展とともに酸素ポテンシャルが上昇することを確認した。

論文

Thermal conductivities of Cs-$$M$$-O ($$M$$ = Mo or U) ternary compounds

徳島 ニ之*; 田中 康介; 黒崎 健*; 儀間 大充*; 牟田 浩明*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1215, p.151 - 156, 2010/10

ホットプレス及び放電プラズマ焼結(SPS)により製造したCs$$_{2}$$MoO$$_{4}$$及びCs$$_{2}$$UO$$_{4}$$の熱伝導率を測定した。その結果、これらの熱伝導率はUO$$_{2}$$及びMOX燃料に比べ低い値となることがわかった。

論文

Oxygen potential of (Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$

逢坂 正彦; 田中 康介; 三輪 周平; 黒崎 健*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1215, p.199 - 203, 2010/10

熱重量分析法により1173及び1273Kにおける(Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャルをO/M比の関数として実験的に決定した。(Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャルはO/M比が増加するにつれて増大し、O/M=2付近で急激な上昇が見られた。これらの特徴は蛍石構造を有する酸素不定比アクチニド二酸化物に典型的に見られるものであった。(Th$$_{0.7}$$Ce$$_{0.3}$$)O$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャルは、Ceの平均価数に対してプロットした場合、同等な値であった。

論文

Chemical states of fission products and actinides in irradiated oxide fuels analyzed by thermodynamic calculation and post-irradiation examination

黒崎 健*; 田中 康介; 逢坂 正彦; 大石 佑治*; 牟田 浩明*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 4 Pages, 2010/10

照射中の燃料挙動に重要となる燃料の化学形を熱力学計算と照射後試験により評価した。

論文

Mechanical properties at sub-microscale and macroscale of polycrystalline uranium mononitride

安達 淳*; 黒崎 健*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*; 高野 公秀; 赤堀 光雄; 湊 和生

Journal of Nuclear Materials, 384(1), p.6 - 11, 2009/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.9(Materials Science, Multidisciplinary)

サブマイクロ及びマクロスケールにおける多結晶体ウラン窒化物(UN)のインデンテーション硬度,ビッカース硬度,破壊靭性、及びヤング率をインデンテーション試験,ビッカース硬度試験、及び超音波パルスエコー法により測定した。ヤング率及びビッカース硬度は文献値と良い一致を示した。UNの破壊靭性はUO$$_{2}$$の約3倍となることがわかった。さらに、UNのインデンテーション硬度に及ぼすインデンテーションサイズの影響を明らかにした。

論文

Modeling and simulation of thermophysical properties of minor actinides-containing oxide fuels

片山 将仁*; 安達 淳*; 黒崎 健*; 宇埜 正美*; 三輪 周平; 逢坂 正彦; 田中 健哉; 山中 伸介*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1043, p.190 - 195, 2008/00

マイナーアクチニド(MA)を0-15%含有する混合酸化物(MOX)燃料(U$$_{0.7-x}$$Pu$$_{0.3}$$MA$$_{x}$$)O$$_{2}$$(x=0, 0.016, 0.03, 0.05, 0.1, 0.15)の分子動力学計算を実施し、格子定数,熱容量及び熱伝導度を評価した。熱伝導度の計算値は、計算した温度・MA組成範囲においてほぼ一定であったことから、15%までのMA添加においてはMOX燃料の熱伝導度はその影響をほとんど受けないことが示された。本研究により、本手法はMA含有MOX燃料の熱物性予測評価に有効であることがわかった。

論文

Molecular dynamics study on defect structure of gadolinia-doped thoria

逢坂 正彦; 安達 淳*; 黒崎 健*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(12), p.1543 - 1549, 2007/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.65(Nuclear Science & Technology)

ガドリニアをドープしたトリアの欠陥構造に関して、分子動力学法を用いて評価を行った。Th, Gd及びOイオンに部分イオン性二体ポテンシャルを用い、パラメータは経験的に決定した。欠陥構造を仮定し、格子定数へ与える影響を評価した。Gd濃度が0$$sim$$45%、温度が1200Kまでの分子動力学計算により格子定数の変化を求めた。また1273Kにおける酸素の拡散係数を計算した。計算結果を実験と比較・検討することにより、Gd-酸素空孔-Gd型のクラスターが欠陥構造として最も確からしいことがわかった。

論文

Phase behavior of PuO$$_{2-x}$$ with addition of 9% Am

三輪 周平; 逢坂 正彦; 吉持 宏; 田中 健哉; 黒崎 健*; 宇埜 正美*; 山中 伸介*

Journal of Alloys and Compounds, 444-445, p.610 - 613, 2007/10

 被引用回数:13 パーセンタイル:33.09(Chemistry, Physical)

低除染燃料及びターゲットホスト相の相状態評価に資する基礎的データの取得として、(Pu$$_{0.91}$$Am$$_{0.09}$$)O$$_{2-x}$$を調製し、O/M比を調整した(Pu$$_{0.91}$$Am$$_{0.09}$$)O$$_{2-x}$$について、XRD及びDTAを用いた熱分析により相状態の実験的評価を行った。

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