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論文

Local structure investigations of accumulated damage in irradiated MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$

吉岡 聰*; 鶴田 幸之介*; 山本 知一*; 安田 和弘*; 松村 晶*; 杉山 武晴*; 大場 洋次郎; 石川 法人; 小林 英一*; 奥平 幸司*

Journal of the American Ceramic Society, 103(8), p.4654 - 4663, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Ceramics)

高速重イオン照射によりMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$スピネルに形成された損傷組織をX線吸収端近傍構造解析(XANES)とX線小角散乱法(SAXS)を用いて調べた。照射量が増加するとSAXSとXANESの両方で変化が見られた。SAXSでは、照射部に直径5nmの円柱状のイオントラックが観測された。XANESの結果は、四面体位置と八面体位置の間でカチオンの無秩序化が生じていることを示すものであった。さらに、XANESスペクトルの定量的な解析により、高照射量ではカチオンが八面体位置を優先的に占有することがわかった。

論文

On the hydrogen production of geopolymer wasteforms under irradiation

Cantarel, V.; 有阪 真; 山岸 功

Journal of the American Ceramic Society, 102(12), p.7553 - 7563, 2019/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:56.03(Materials Science, Ceramics)

放射性廃棄物固化において、固化体からの水素発生は安全上の主要な懸念事項である。ジオポリマー材で固化する場合、材の多孔質構造中に多量の水が存在するため、水の放射線分解による水素発生が重要な因子となる。本研究では、ジオポリマー材単独またはゼオライト(模擬廃棄物)を含むジオポリマー固化体を、水飽和度と試料サイズを変えて$$^{60}$$Co $$gamma$$線で照射し、水素放出量を測定した。試料が塊状でサイズが大きく(円筒形40cm長)かつ水で飽和している場合(円筒形40cm長)の水素ガス放出量は1.9$$times$$10$$^{-10}$$ mol/Jであり、粉末試料の放出量2.2$$times$$10$$^{-8}$$ mol/Jよりも2桁小さかった。測定結果をジオポリマー中での水素の発生、再結合および拡散挙動を考慮したモデルにより解釈した。ジオポリマー中の拡散係数が既知であれば、モデルは水素放出量を水飽和度の関数として再現でき、試料サイズ40cmまでの放出量を予測できることがわかった。

論文

Thermal and mechanical properties of CeO$$_{2}$$

鈴木 紀一; 加藤 正人; 砂押 剛雄*; 宇野 弘樹*; Carvajal-Nunez, U.*; Nelson, A. T.*; McClellan, K. J.*

Journal of the American Ceramic Society, 102(4), p.1994 - 2008, 2019/04

CeO$$_{2}$$の熱物性及び機械物性を測定した。熱重量分析法により酸素ポテンシャルを測定し、欠陥化学モデルを用いてデータを解析した。音速測定, 共鳴超音波分光法及びナノインデンテーション法によりCeO$$_{2}$$の弾性率を得た。得られた弾性率を用いてデバイ温度及びグリュナイゼン定数を評価するとともに、その評価結果を基に比熱及び熱伝導率を計算した。熱伝導率の計算結果は実験値をよく再現し、また、不純物依存性が大きいことが示された。

論文

Pair distribution function analysis of nanostructural deformation of calcium silicate hydrate under compressive stress

Bae, S.*; Jee, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士

Journal of the American Ceramic Society, 101(1), p.408 - 418, 2018/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:39.32(Materials Science, Ceramics)

ケイ酸カルシウム水和物(CSH)に関する原子レベルの構造や変形機構には不明な点が多い。本研究では、X線散乱法に基づく原子対相関関数(PDF)により、ケイ酸三カルシウム(C$$_{3}$$S)ペースト中に存在するCSH相のナノ構造変形挙動を評価した。単軸圧縮負荷を受けるC$$_{3}$$Sペーストの変形を、ひずみゲージ,ブラッグピークシフト, PDFから求められるマクロからミクロな変形より評価した。PDF解析により、0-20${AA}$の範囲ではCSH相の影響が支配的であること、その一方で、20${AA}$を超える範囲では、他の結晶相の影響が支配的であることが明らかとなった。CSHの変形に支配的である20${AA}$以下の範囲では、塑性変形を示すステージI(0-10MPa)と、弾性変形を示すステージIIの2つの変形過程に分けられることが分かった。その一方で、20${AA}$以上の範囲では、水酸化カルシウムに似た変形を示した。10MPa以下では、層間水やゲル水の移動に伴い、CSHの高密度化を生じたと考えられるが、除荷後には、その移動した水がCSH中に戻ることにより、変形が回復している可能性がある。

論文

Characterization of ZrN, ZrO$$_{2}$$ and $$beta$$'-Zr$$_{7}$$O$$_{11}$$N$$_{2}$$ nanoparticles synthesized by pulsed wire discharge

Lam, Do Van*; 末松 久幸*; 小川 徹

Journal of the American Ceramic Society, 100(10), p.4884 - 4892, 2017/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.41(Materials Science, Ceramics)

ZrN, ZrO$$_{2}$$ならびに$$beta$$'-Zr$$_{7}$$O$$_{11}$$N$$_{2}$$のナノ粒子をパルスワイヤ放電法により合成した。生成物をX線回折とFE-TEMにより同定した。さらに、明視野透過観察、EELSならびに制限視野電子回折により、これらの粒子の特性を調べた。

論文

An Evaluation of the thermophysical properties of stoichiometric CeO$$_{2}$$ in comparison to UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$

Nelson, A. T.*; Rittman, D. R.*; White, J. T.*; Dunwoody, J. T.*; 加藤 正人; McClellan, K. J.*

Journal of the American Ceramic Society, 97(11), p.3652 - 3659, 2014/11

 被引用回数:27 パーセンタイル:15.16(Materials Science, Ceramics)

The thermal conductivity of stoichiometric CeO$$_{2}$$ was determined through measurement of thermal expansion from 313 to 1723 K, thermal diffusivity from 298 to 1473 K, and specific heat capacity from 313 to 1373 K. The thermal conductivity was then calculated as the product of the density, thermal diffusivity, and specific heat capacity. The thermal conductivity was found to obey an (A + BT)$$^{-1}$$ relationship with A = 6.7763$$times$$10$$^{-2}$$ mKW $$^{-1}$$ and B = 2.793$$times$$10$$^{-4}$$ mW$$^{-1}$$. Results of thermal expansion and heat capacity measurements agreed well with the limited low-temperature data available in the literature. The thermal conductivity values provided in the current study are significantly higher than the only high-temperature data located for CeO$$_{2}$$. The CeO$$_{2}$$ data are compared to literature values for UO$$_{2}$$ and PuO$$_{2}$$.

論文

Application of ultrasonic measurement on small-sized ceramic sample

芹澤 弘幸; 加治 芳行

Journal of the American Ceramic Society, 97(4), p.1187 - 1193, 2014/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Ceramics)

多結晶MgO試料の縦波・横波同時音速測定を実施し、弾性係数,デバイ温度及びグリューナイゼン定数の温度依存性を298Kから1764Kの温度範囲で測定した。セラミックス試料と導波体を接続し、試料部分に音波を伝えるための媒体として、アルミ箔を使用した。アルミは、固体でも液体でも音波を伝達する媒体として使用できることが判明した。温度の上昇とともにMgOの弾性率は一様に減少した。一方、グリューナイゼン定数及びポワソン比は増加した。この変化は、イオン結合の強さの変化に対応している。デバイ温度は温度の上昇とともに減少したが、これは熱膨張により、試料が仮定されている理想的な連続弾性体からずれだしたことを示している。本研究で得られたグリューナイゼン定数は、わずかながら温度とともに上昇していた。

論文

Microstructures and positron annihilation spectroscopy of nearly stoichiometric ZrC coating layers for advanced high-temperature gas-cooled reactor fuel

相原 純; 前川 雅樹; 植田 祥平; 河裾 厚男; 沢 和弘

Journal of the American Ceramic Society, 94(12), p.4516 - 4522, 2011/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:58.82(Materials Science, Ceramics)

原子力機構は革新的高温ガス炉用燃料のために炭化ジルコニウム(ZrC)被覆技術開発を行ってきた。ZrC被覆粒子は原子力機構で臭化物法で製造され、コンパクト焼成過程の効果を調べるために熱処理された。同じC/Zr比と密度であるにもかかわらず、熱処理により、あるバッチ(Fバッチ)では顕著なZrC結晶粒成長が起こったが、別のバッチ(Gバッチ)では起こらなかった。熱処理前のZrC層のTEM/STEM観察により、GバッチではFバッチよりも遊離炭素又はボイドの分布量が多いことがわかった。また、C/Zr比と密度の評価では検出できなかったFバッチとGバッチの差は、陽電子消滅法(PAS)によっても検出された。PASの場合は試料調整がTEM/STEM観察より遥かに簡単であること、定量評価に適していることから、PASはZrC被覆燃料粒子の品質管理に適している可能性がある。PASにより検出された欠陥のキャラクタリゼーションが次の課題である。

論文

Oxygen potentials of pyrochlore-type Am$$_{2}$$Zr$$_{2}$$O$$_{7+y}$$

音部 治幹; 高野 公秀; 林 博和; 荒井 康夫

Journal of the American Ceramic Society, 94(10), p.3596 - 3599, 2011/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:80.97(Materials Science, Ceramics)

パイロクロア型Am$$_{2}$$Zr$$_{2}$$O$$_{7+y}$$の1333Kでの酸素ポテンシャルと酸素不定比組成(${it y}$)の関係をジルコニア固体電解質を用いた電気化学的手法と酸化還元による重量変化測定法で明らかにした。${it y}$が0から0.56まで増加したとき、1333Kでの酸素ポテンシャルは、-516.52から0kJ/molまで一様に増加した。1333KでのAm$$_{2}$$Zr$$_{2}$$O$$_{7+y}$$の酸素ポテンシャルは、同じO/MについてAmO$$_{2-x}$$よりも約130kJ/mol高いことがわかった。この酸素ポテンシャル差は、AmとPuのイオン半径の差を考慮すれば、Pu$$_{2}$$Zr$$_{2}$$O$$_{7+y}$$とPuO$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャル差と整合性があり、超ウラン元素酸化物の熱力学的性質の系統的な理解につながる結果である。

論文

Percolation in radioactive-waste glass melt with RuO$$_2$$

小川 徹

Journal of the American Ceramic Society, 93(9), p.2487 - 2490, 2010/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.96(Materials Science, Ceramics)

RuO$$_2$$を含有する溶融ガラスは電子伝導性を持つようになり、ジュール加熱型のガラス溶融炉の運転を不安定にする。溶融ガラス-RuO$$_2$$複合体のパーコレーション挙動を4つの長さスケールを有する形成過程に着目して検討した。一次凝集体へのRuO$$_2$$ソフトロッドの充填を仮定し、さらに、高次の凝集体及びそれらのクラスタにBruggeman実効媒質近似を適用することで、1体積%以下のパーコレーション閾値が合理的に再現できた。

論文

Crystal structure and nuclear density distribution of LiCo$$_{1/3}$$Ni$$_{1/3}$$Mn$$_{1/3}$$O$$_{2}$$ analyzed by Rietveld/maximum entropy method

井川 直樹; 田口 富嗣; 深澤 裕; 山内 宏樹; 内海 渉

Journal of the American Ceramic Society, 93(8), p.2144 - 2146, 2010/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:38.95(Materials Science, Ceramics)

LiCo$$_{1/3}$$Ni$$_{1/3}$$Mn$$_{1/3}$$O$$_{2}$$のLi伝導経路を解明するため粉末中性子回折実験を行い、リートベルト法及び最大エントロピー法解析を行って、その結晶構造と原子核密度分布を求めた。リートベルト法によって、その結晶構造は基本的にはLiCoO$$_{2}$$と同じであり、Liと酸素は各々3${it a}$, 6${it c}$を占有し、Co, Ni, Mnはランダムに3${it b}$サイトを占めること、また、およそ4%のLiとNiがカチオン交換をしていることが明らかになった。最大エントロピー法解析の結果、Liは(001), (003), (00-3)面上の3${it a}$-9${it e}$-3${it a}$サイトを介して拡散していることがわかった。

論文

Formation of continuous pore structures in Si-C-O fibers by adjusting the melt spinning condition of a polycarbosilane - polysiloxane polymer blend

北 憲一郎; 成澤 雅紀*; 間渕 博*; 伊藤 正義*; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Journal of the American Ceramic Society, 92(6), p.1192 - 1197, 2009/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:47.23(Materials Science, Ceramics)

The polymer blend including polycarbosilane (PCS) and 15 mass% of polyhydromethylsiloxane (H-oil) was prepared and properties of the polymer melt were investigated for clarifying the mechanisms of continuous pore formation. The fibers formed by the melt-spun of polymer blend at 578 K mainly possessed a single pore at the center of the fiber cross section. On the other hand, the fiber melt-spun at 543 K usually included multiple pores and the fibers melt-spun at 538 K included a number of tiny pores. It is proposed that the evolved hydrogen can be dissolved in the polymer melt and the desaturation process of the dissolved gas during the fiber spinning with sudden temperature reduction likely determined the size and location of pores in the fibers.

論文

TEM/STEM observation of ZrC coating layer for advanced high-temperature gas-cooled reactor fuel, Part II

相原 純; 植田 祥平; 安田 淳; 石橋 英春; 茂住 泰寛; 沢 和弘; 本橋 嘉信*

Journal of the American Ceramic Society, 92(1), p.197 - 203, 2009/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:53.47(Materials Science, Ceramics)

ZrC被覆層は原子力機構にて臭化物法で作製された。公称被覆温度は一定に保たれた。公称被覆温度を評価できるようになってからの複数のバッチのZrC層の微細組織をTEMとSTEMで観察し、過去の研究結果も含めて議論した。約1630Kで被覆したZrC粒は配向性を持っていた。この配向性は過去の研究のものとは大きく異なった。また、被覆温度により異なるPyC/ZrC境界の構造が観察された。高温(1769K)被覆の場合、繊維状カーボンがPyC/ZrC境界及び境界近くのポア周辺で観察されたが、低温(1632K)被覆の場合には観察されなかった。

論文

Oxygen potentials of (Am$$_{0.5}$$Np$$_{0.5}$$)O$$_{2-x}$$

音部 治幹; 赤堀 光雄; 荒井 康夫; 湊 和生

Journal of the American Ceramic Society, 92(1), p.174 - 178, 2009/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:57.23(Materials Science, Ceramics)

Am$$_{0.5}$$Np$$_{0.5}$$O$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャルをジルコニア固体電解質を用いたEMF法で明らかにした。Am$$_{0.5}$$Np$$_{0.5}$$O$$_{2-x}$$${it x}$は、1333Kで0.02$$<$$${it x}$ $$leq$$0.25の範囲でクーロン滴定法により変化させた。${it x}$が0.021から0.25まで増加したとき、酸素ポテンシャルは-93.63から-440.18kJmol$$^{-1}$$まで一様に減少した。酸素ポテンシャルの温度依存性についても、${it x}$が0.021$$sim$$0.243で温度が1000$$sim$$1333Kの範囲で測定した。酸素ポテンシャルの温度依存性は、これらの${it x}$や温度範囲では、ほとんど線形的であった。

論文

Oxygen potential measurement of americium oxide by electromotive force method

音部 治幹; 赤堀 光雄; 湊 和生

Journal of the American Ceramic Society, 91(6), p.1981 - 1985, 2008/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:24.76(Materials Science, Ceramics)

AmO$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャルを起電力法によって、${it x}$は0.1から0.5まで、温度は1000から1333Kまでの範囲で測定した。その酸素ポテンシャルは、1333Kでは${it x}$=0.01のときに-19.83kJ/mol、${it x}$=0.485のときに-319.1kJ/molであり、CeO$$_{2-x}$$の酸素ポテンシャルよりも、同じ${it x}$の場合に約200kJ/molだけ高かった。酸素ポテンシャルの組成(${it x}$)や温度依存性からAm-O系の相図を試作した。その相図には、中間相Am$$_{7}$$O$$_{12}$$とAm$$_{9}$$O$$_{16}$$の存在が示された。

論文

TEM/STEM observation of ZrC-coating layer for advanced high-temperature gas-cooled reactor fuel

相原 純; 植田 祥平; 安田 淳; 石橋 英春; 高山 智生; 沢 和弘; 本橋 嘉信*

Journal of the American Ceramic Society, 90(12), p.3968 - 3972, 2007/12

日本原子力研究開発機構は革新的高温ガス炉用燃料としてZrC被覆燃料粒子の開発を開始した。本報告はおもに、開発初期におけるZrCと当方性高密度熱分解炭素(PyC)被覆層の微細構造に焦点を当てたものである。ZrC層中の遊離炭素領域はZrC結晶粒界にc面が沿ったような構造をとっているようであった。特にこのような構造をとる遊離炭素層は、ZrC層の機械的強度に加えて核分裂生成物閉じ込め性能を損なうことが予測される。PyC被覆層は中距離秩序を持った非晶質構造をとっていた。

論文

Core-shell structure analysis of BaTiO$$_{3}$$ ceramics by synchrotron X-ray diffraction

安川 勝正*; 西村 道明*; 西畑 保雄; 水木 純一郎

Journal of the American Ceramic Society, 90(4), p.1107 - 1111, 2007/04

 被引用回数:34 パーセンタイル:13.68(Materials Science, Ceramics)特願 H16-330250   公報

放射光X線回折法により、コアシェル構造をもったチタン酸バリウムのセラミックスのシェルの厚みが測定された。TEM/EDSの観察により、チタン酸バリウムのセラミックスは純粋なチタン酸バリウムのコア部と添加物を含むシェル部で構成された不均質な微細構造をもっていることが知られている。また、チタン酸バリウムのコアは正方晶であり、シェルは擬立方晶であることが知られている。立方晶の(400)反射の半値幅からシェラーの式を使って、シェルの厚みを見積もった。また、シェルの厚みは球対称なコアシェルモデルを仮定し、正方晶の体積分率を用いても求められる。これらの値はよく一致し、試料がコアシェル構造をしていることを裏付ける。この実験結果は、放射光X線回折法が、コアシェル構造の定量的解析の簡便で効果的な解析手法であることを示している。それにより、チタン酸バリウムの微細構造と誘電特性の関連を定量的に理解することが可能となる。

論文

Formation of silicone carbide membrane by radiation curing of polycarbosilane and polyvinylsilane and its gas separation up to 250$$^{circ}$$C

Wach, R. A.; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Journal of the American Ceramic Society, 90(1), p.275 - 278, 2007/01

 被引用回数:30 パーセンタイル:16.49(Materials Science, Ceramics)

2種類のケイ素高分子材料の混合材料から合成されたSiCセラミック薄膜を積層して水素分離膜を形成し、その表面や断面の形態、並びにガス分離能を調べた。その結果、混合高分子材料を用いるとSiCセラミック薄膜の表面平坦性が向上した。また薄膜の積層により形成された界面は多数回の焼成で消失することがわかった。一方、ガス分離能については、SiCセラミック薄膜を2回積層した場合には、ピンホールを有するSiCセラミック薄膜が示す理論的な水素/窒素の分離比3.73と同等の値を示したが、4回積層した場合には温度上昇に伴って水素/窒素の分離比が増大する分子ふるい効果が現れ、その値が250$$^{circ}$$Cにおいて約100を示した。これにより、ケイ素高分子材料から合成されるSiCセラミック薄膜の積層技術が、高温で使用可能な水素分離膜を作製する技術として有効であることが確かめられた。

論文

Gas release of SiC implanted with deuterium or helium

相原 純; 沢 和弘; 古屋 吉男*; 北條 智博*; 古野 茂実*; 山本 博之; 北條 喜一; 石原 正博

Journal of the American Ceramic Society, 88(8), p.2319 - 2321, 2005/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Ceramics)

ヘリウムもしくは重水素を注入したSiCのTDSを調べた。ヘリウムの放出スペクトルは1270K付近に一つの鋭いピークを持ち、そのピークは1次の放出反応に基づく式に比較的よくフィッティングされ、その活性化エネルギーは約4.4eVであった。一方、重水素の放出ピークは明らかに重なりあう二つのピークから成り(600K付近と1000K付近)、その形は昇温速度によって著しく異なった。重水素放出の過程は独立した二つの2次反応では記述できないものと思われる。

論文

Synthesis of silicon carbide nanotubes

田口 富嗣; 井川 直樹; 山本 博之; 實川 資朗

Journal of the American Ceramic Society, 88(2), p.459 - 461, 2005/02

 被引用回数:114 パーセンタイル:0.76(Materials Science, Ceramics)

カーボンナノチューブをシリコン粉末とともに1200$$^{circ}$$Cで、100時間熱処理することにより、炭化ケイ素単相ナノチューブの合成に成功した。X線回折結果より、多くのカーボンナノチューブが、炭化ケイ素に変換していることがわかった。さらに、電子顕微鏡観察により、カーボンの周りに炭化ケイ素が形成しているカーボンと炭化ケイ素相混在ナノチューブだけではなく、単相の炭化ケイ素ナノチューブが形成していることを確認した。残存しているカーボン相を除去するため、600$$^{circ}$$Cで、1時間大気中において熱処理を行った結果、単相の炭化ケイ素ナノチューブの割合が向上することがわかった。

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