Strong flux pinning by columnar defects with directionally dependent morphologies in GdBCO-coated conductors irradiated with 80 MeV Xe ions

末吉 哲郎*; 上滝 哲也*; 古木 裕一*; 藤吉 孝則*; 千星 聡*; 尾崎 壽紀*; 坂根 仁*; 工藤 昌輝*; 安田 和弘*; 石川 法人

Japanese Journal of Applied Physics, 59(2), p.023001_1 - 023001_7, 2020/02

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab6f2b

GdBaCuOy (GdBCO)コート超伝導体に対して、80MeV Xeイオンを異なる方向から照射することにより、異なる方向の柱状欠陥を一つの試料に対して導入した。その結果、45方向から照射することで導入される柱状欠陥は連続形状でかつ直径が大きく、一方でc軸方向(0方向)から照射することで導入される柱状欠陥は不連続形状でかつ直径が小さい、ということが分かった。柱状欠陥の形態が導入方向に依存することを利用すると、臨界電流密度を効果的に向上させることができる、ということが分かった。

Visualization of dynamic 3-D water behavior in polymer electrolyte fuel cell by using neutron image intensifier

竹中 信幸*; 浅野 等*; 杉本 勝美*; 村川 英樹*; 橋本 迪矩*; 進藤 徳高*; 持木 幸一*; 安田 良

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.277 - 281, 2011/09

https://doi.org/10.1016/j.nima.2011.01.003

Visualization of dynamic three-dimensional water behavior in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) stack was carried out by neutron CT using a neutron image intensifier. The neutron radiography system at JRR-3 in Japan Atomic Energy Agency was used. An operating stack with three cells based on Japan Automobile Research Institute standard was visualized. A consecutive CT reconstruction method by rotating the fuel stack continuously was developed using a neutron image intensifier and a C-MOS high speed video camera. The dynamic water behavior in channels in the operating PEFC stack was clearly visualized in 15 s intervals by the present dynamic neutron CT system.

Measurements of water distribution in through-plane direction of PEFC by using neutron radiography

村川 英樹*; 和田 大裕*; 杉本 勝美*; 浅野 等*; 竹中 信幸*; 安田 良

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.286 - 289, 2011/09

https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.12.047

Hydrogen gas and air are supplied to a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). Protons pass through the electrolyte membrane, and combine with oxygen to form water in the cathode reaction site. The generated water must be supplied appropriately to the membrane for proton conduction. On the other hand, the generated water may affect the fuel cell performances because of the blocking of oxygen from reaching the cathode reaction site. Therefore, water management in the PEFC is important, and water distribution during the operation in the through-plane direction has been of wide concern. In order to obtain the water distributions in a membrane electrode assembly (MEA) and a gas diffusion layer (GDL), a borescope system was newly employed using neutron radiography. The system could obtain the water distribution in the MEA and the GDL, and pixel size of 6.5 micron was achieved. Furthermore, the system was applied for a tilted converter system. The pixel of 1.0 micron at angle of 81 degrees was achieved, and improvement of the spatial resolution was confirmed.

Effect of water distributions on performances of JARI standard PEFC by using neutron radiography

村川 英樹*; 植田 忠伸*; 吉田 壮寿*; 杉本 勝美*; 浅野 等*; 竹中 信幸*; 持木 幸一*; 飯倉 寛; 安田 良; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.127 - 130, 2009/06

https://doi.org/10.1016/j.nima.2009.01.142

In order to clarify the effects of water on performances of a Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC), measurements of water distribution in a Japan Automobile Research Institute standard PEFC were carried out by means of neutron radiography. Furthermore, the cell voltage and the pressure drop between inlet and outlet of the air were simultaneously measured. From the measurements, the relation between cell voltage, pressure drop and movement of the water plug in the channel was confirmed. The PEFC performances were recovered as the water plug evacuated. Condensed water in the channel decreased with the relative humidity of air. However, it may affect the MEA permanence. Therefore, the most appropriate operating conditions should be decided for taking into account both the cell performances and the permanencies.

ZrC被覆粒子の製造技術開発,1(受託研究)

安田 淳; 植田 祥平; 相原 純; 竹内 均; 沢 和弘

JAEA-Technology 2008-073, 18 Pages, 2008/11

JAEA-Technology-2008-073.pdf:3.81MB

第四世代原子炉の候補の一つである超高温ガス炉(VHTR)の燃料として、既存のSiC被覆燃料粒子とともにZrC被覆燃料粒子が期待されている。そこで定比ZrC(ZrとCの原子比が1:1の化合物)のZrC被覆条件取得のため、ZrC被覆実験装置を使用したZrC被覆粒子の製造技術開発を行った。原料粒子は模擬燃料核を用い、製造規模の大型化に寄与する基礎製造技術の確立を目的に粒子装荷量100gを目標としたパラメータ試験(被覆ガス流量,被覆温度等)を行った。定比ZrCのためのZrC被覆パラメータ試験では、粒子装荷量100gにおいてZrC定比性・ZrC層密度がともに高品質の約30mのZrC層を持つZrC被覆粒子を製作できるところまで到達した。ZrC層定比性及びZrC層密度は、ともに被覆温度と密接な関係があり、被覆温度を最適化することで高品質な結果を得られることを明らかにした。

中性子ラジオグラフィによる照射済燃料・材料の非破壊試験法の開発,2; 中性子ラジオグラフィによるジルカロイ被覆管における水素化物及び酸化膜の観察評価

安田 良; 仲田 祐仁; 松林 政仁; 原田 克也; 安藤 均*

JAERI-Tech 2000-082, 38 Pages, 2001/02

JAERI-Tech-2000-082.pdf:7.79MB

本報は、照射済燃料に対する中性子ラジオグラフィの開発に関する第二報であり、前報で述べた照射済燃料を模擬したジルカロイ被覆管におけるコールド予備試験の結果について報告する。試験は、被覆管の健全性に影響を及ぼす重要な組織である水素化物及び酸化膜をそれぞれ水素濃度及び膜厚を制御して形成したジルカロイ管を用いて、イメージングプレート及びCT法により撮影を行った。撮影後は、写真観察と画像解析処理により評価を行った。その結果、被覆管中の水素化物については、水素化物の形成領域が確認され、定性的な評価が可能であることがわかった。酸化膜形成管に関しては、酸化膜そのものの観察は困難であったが、形成処理条件による影響が画像上で確認された。

中性子イメージングによる燃料電池セル内の水分測定

安田 良; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 松林 政仁; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; et al.

no journal, , 

燃料電池は、水素と酸素との化学反応を直接電気エネルギーに変換するシステムで、副生成物が水であることから、次世代のクリーンエネルギー源として期待されている。しかし、生成物である水分挙動が電池性能に影響を及ぼすことから、その水の適切な管理・制御が必要とされ、発電中の水分挙動を把握・理解するための可視化ツールが強く望まれている。これまでわれわれは、電池内部の水分挙動を可視化するために、さまざまな中性子ラジオグラフィシステムを開発してきた。本稿では、近年開発されたボロンタイプの中性子イメージインテンシファイアをベースに構築したイメージングシステム、及びそれを用いて実施した燃料電池内部の水分布評価の結果を中心に報告する。

新型高温ガス冷却原子炉用燃料用ZrC被覆層のTEM・STEM観察,3

相原 純; 植田 祥平; 安田 淳; 竹内 均; 沢 和弘; 本橋 嘉信*

no journal, , 

ZrC層の焼鈍による微細組織変化について報告する。熱処理前の微細組織については昨年度報告した。ZrC被覆粒子は実際のHTGR燃料のコンパクト焼成過程を模擬し、約1800Cで1時間熱処理した。熱処理により、ZrC結晶粒はもとの配向性を保ったまま特に表面領域で成長した。ZrC層中の遊離炭素又はボイドはZrC結晶粒界に凝集した。凝集した遊離炭素又はボイドは、遊離炭素のリボンの塊のように見えた。さらに、IPyC/ZrC境界部には、熱処理前には繊維状炭素組織がなかったバッチでも、熱処理後には繊維状炭素組織が観察された。

中性子ラジオグラフィによる発電下における燃料電池内部の水分布評価

安田 良; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 林田 洋寿; 酒井 卓郎; 本田 充紀; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁

no journal, , 

中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子IIを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池内部のMEA・拡散層部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留と伴に低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止した。以上の結果から、急激な電圧降下は、水分による流路閉塞が原因と考えられることがわかった。