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Myagmarjav, O.; 田中 伸幸; 野村 幹弘*; 野口 弘喜; 今井 良行; 上地 優; 久保 真治; 竹上 弘彰
Progress in Nuclear Energy, 137, p.103772_1 - 103772_7, 2021/07
被引用回数：6 パーセンタイル：70.8(Nuclear Science & Technology)Hydrogen production from nuclear energy has attracted considerable interest as a clean energy solution to address the challenges of climate change and environmental sustainability. With respect to the large-scale and economical production of hydrogen using nuclear energy, the thermochemical water-splitting iodine-sulfur (IS) process is a promising method. The IS process uses sulfur and iodine compounds to decompose water into its elemental constituents, hydrogen and oxygen, by using three coupled chemical reactions: the Bunsen reaction; sulfuric acid decomposition; and hydrogen iodide (HI) decomposition. The decomposition of HI is the efficiency-determining step of the process. In this work, a membrane reactor with a silica membrane closed on one end was designed, and its potential for hydrogen production from HI decomposition was explored. In the reactor-module design, only one end of the membrane tube was fixed, while the closed-end of the tube was freely suspended to avoid thermal expansion effects. The closed-end silica membranes were prepared for the first time by a counter-diffusion chemical vapor deposition of hexyltrimethoxysilane. In application, HI conversion of greater than 0.60 was achieved at a decomposition temperature of 400
C. Thus, the membrane reactor with closed-end silica membrane was shown to produce a successful equilibrium shift in the production of hydrogen via HI decomposition in the thermochemical IS process.
甲斐 哲也; 加美山 隆*; 平賀 富士夫*; 大井 元貴; 広田 克也*; 鬼柳 善明*
Journal of Nuclear Science and Technology, 55(3), p.283 - 289, 2018/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)Extensive simulation calculations were performed in the design studies of the coupled hydrogen moderator for the pulsed spallation neutron source of the Japan Proton Accelerator Research Facility (J-PARC). It was indicated that a para-hydrogen moderator had an intensity-enhanced region at the fringe part, and that pulse shapes emitted from a cylindrical para-hydrogen moderator gave higher pulse-peak intensities with narrower pulse widths than those from a rectangular one without penalizing the time-integrated intensities. To validate the peculiar distribution and advantages in pulse shapes experimentally, some measurements were performed at the neutron source of the Hokkaido University electron linear accelerator facility. It was observed that the neutron intensity was enhanced at edges of the para-hydrogen moderators, whereas it decreased at the same part of the ortho-rich-hydrogen moderator, where the dimension of those moderators was 50 mm in thickness and 120 mm in width and height. The spatial distribution and pulse shapes were also measured for a cylindrical coupled para-hydrogen moderator that has the same dimensions as for the coupled moderator employed for J-PARC. The measured results from the cylindrical moderator were consistent with the results obtained in the design studies for the moderator for J-PARC.
辻本 和文; 永井 泰樹
JAERI-Review 2005-004, 208 Pages, 2005/03
JAERI-Review-2005-004.pdf:82.79MB
国際純粋・応用物理学連合(IUPAP)では、エネルギーワーキンググループ(WG)が組織され、世界における今後のエネルギー供給について課題と物理学の果たすべき役割について検討している。上記WG活動の一環として、エネルギー問題の解決のために物理学分野からの積極的な貢献を喚起し、世界及び日本における多様なエネルギー開発の現状,問題点及び今後の展望について議論することで研究開発の進展に資することを目的として、IUPAPの主催、日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究開発機構の共催で、平成16年5月13日に東京の日本原子力研究所・計算科学技術推進センターで「エネルギーに関するワークショップ」を開催した。本報告書は、同ワークショップの概要と発表要旨及び発表資料(12件)を掲載するものである。世界,中国及び日本におけるエネルギー問題の状況についての招待講演に続いて、「新エネルギーの研究開発」,「核融合エネルギーの研究開発」,「加速器駆動システム(ADS)の展望」,「水素の製造・貯蔵・輸送」について、日本における専門家による現状と展望についての発表があった。
原田 正英; 渡辺 昇; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 539(1-2), p.345 - 362, 2005/02
被引用回数：21 パーセンタイル：78.97(Instruments & Instrumentation)パラ水素濃度,デカップリングエネルギー,モデレータサイズ/形状及び反射体物質をパラメータとし、非結合型水素モデレータのニュートロニクス特性を評価した。異なるパラ水素濃度での中性子エネルギースペクトルは、修正マクスウェル関数を用いて特徴づけられることを示した。また、100%パラ水素モデレータが、最小パルス幅と最小パルステールでかつ、最高ピーク強度を与えることを示した。反射体によるパルスの広がりは、デカップラーを通してモデレータに流入するソース中性子の時間分布によって、説明できることを示し、時間分布に対する反射体材料依存性について明らかにした。デカップリングエネルギーが1eV以上の場合、中性子強度は大きく減少し、パルス幅やパルステールに大きな改善が見られないことを示した。さらに、直方体型及び水筒型モデレータに対する最適なモデレータ厚さについても検討を加えた。
小川 益郎; 西原 哲夫
Nuclear Engineering and Design, 233(1-3), p.5 - 10, 2004/10
被引用回数：27 パーセンタイル：83.6(Nuclear Science & Technology)日本の1次エネルギー供給量は年々増加しており、大量のエネルギーが輸入されている。そのため、エネルギー自給率は原子力エネルギーを考慮しても20%しかない。大量のエネルギー消費の結果、大量の温暖化ガスが環境に放出されている。日本においては、原子力エネルギーがエネルギー供給に重要な役割を占めている。日本原子力研究所で進めているHTTRプロジェクトでは、高温ガス炉水素製造の確立を目指しており、高温ガス炉技術,熱化学法による水素製造技術及びシステムインテグレーション技術の開発を進めている。
5(012) tilt grain boundary山口 正剛; 志賀 基之; 蕪木 英雄
Journal of the Physical Society of Japan, 73(2), p.441 - 449, 2004/02
被引用回数：23 パーセンタイル：71.32(Physics, Multidisciplinary)水素を含むニッケル5(012)傾角粒界と(012)表面の電子構造を、フルポテンシャル補強平面波法を用いて計算した。そして、水素が粒界/表面にあるとき、固体内部にあるときの結合エネルギーを計算した。Ni(111)表面に水素があるときの結合エネルギーも計算し、実験と比較したところよく一致した。水素が5(012)粒界/表面にあるときと、固体内部にあるときのエネルギー差を計算してそれを粒界/表面偏析エネルギーとし、2つの偏析エネルギーの差を脆化能(embrittling potency)として計算した。水素の偏析するサイトは全エネルギーの最小化から求めた。結果として、水素原子はバルク内部よりも5粒界にいる方が約0.3eV/H安定であり、5粒界よりもその破面である(012)表面にいる方が、さらに約0.3-0.4eV/H安定であることがわかった。粒界空孔が余分なNi原子で占有された場合、粒界エネルギーが約10%増加するが、その場合も計算を行った。この場合、粒界偏析エネルギーは減少して偏析が起こりにくくなることがわかった。加えて、水素原子が粒界,表面,バルク中にあるときのゼロ点振動エネルギーの計算も行ったが、結果はすべて0.12-0.16eV/Hの範囲に収まった。そのため、粒界/表面偏析エネルギーや脆化能に対するゼロ点振動エネルギーの影響は小さいと考えられる。
大橋 弘史; 稲垣 嘉之
JAERI-Tech 2003-046, 47 Pages, 2003/05
JAERI-Tech-2003-046.pdf:3.15MB
炉外技術開発試験の試験項目の1つとして、HTTR水素製造システムと同温度・圧力条件下で水蒸気改質反応特性を明らかにすることを計画している。炉外技術開発試験における反応特性評価をより正確に実施するために、実験室規模の装置を用いて、メタン流量1.18
10
~3.1910mol/s,反応温度500~900
,圧力1.1~4.1MPa,メタンに対する水蒸気のモル比2.5~3.5の条件下で、装置に依存しない触媒固有の性能である活性化エネルギーの評価を行った。この結果、炉外技術開発試験装置で使用する2種類のニッケル触媒の見かけの活性化エネルギーは、51.4及び57.4kJ/molであり、反応速度定数は圧力の-0.15~-0.33乗に比例することを明らかにした。
野村 幹弘; 笠原 清司; 小貫 薫
JAERI-Research 2002-039, 24 Pages, 2003/01
JAERI-Research-2002-039.pdf:1.01MB
水素製造ISプロセスの熱効率を熱力学的視点で評価した。ISプロセスに限らず、熱を用いて水素を製造するプロセスの熱効率の上限はカルノー効率で得られる仕事量で制限されることを示した。高温熱源温度を1123K,熱源への返却温度733Kとすると、熱効率の上限は81.3%である。さらに、ISプロセスの最大熱効率を各反応,分離操作のG-T線図を書くことにより評価した。分離仕事を考慮しない場合のISプロセスの最大熱効率は78.2%となる。実際は、硫酸の濃縮操作及びHI水溶液の濃縮操作は温度によらずギブスエネルギーが常に正なので、仕事を投入する必要がある。分離操作は熱効率に大きな影響を与え、分離操作の有無により熱効率が53.5%から76.6%と23.1%変化した。また、正確な評価には精度ある熱力学データーが重要であり、今回の評価でブンゼン反応におけるヨウ素の添加の影響を調べる必要があることがわかった。
原田 正英; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 坂田 英明*; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
Journal of Nuclear Science and Technology, 39(8), p.827 - 837, 2002/08
被引用回数：18 パーセンタイル：73.17(Nuclear Science & Technology)非結合型(超臨界)水素モデレータについて、高い中性子性能を実現するために、デカップリングエネルギーを変えて、プリモデレータと反射体材質(鉛,ベリリウム,鉄,水銀)に関する最適化研究を行った。その結果、鉛反射体中で、最適化されたプリモデレータと、適切なデカップリングエネルギーの採用により、ベリリウム反射体を用いた場合より、高い中性子性能が得られることを示した。
塩沢 周策
日本機械学会動力エネルギーシステム部門ニュースレター, (24), p.2 - 3, 2002/05
高温ガス炉は、高温の熱利用・高い熱効率が達成できること,固有の安全性に優れていること,ニーズに応じた炉型が可能である等の他炉にはない特徴を有しているため、エネルギー供給の多様化,エネルギー利用分野の拡大に貢献する革新型炉として期待されている。このため、南アPBMR計画,米国/露国GTMHR計画に代表される実用化計画並びに米国GEN-IV計画等に代表される革新的次世代炉開発研究等が進められている。そのような状況下で、我が国においては、原研HTTR計画を中心に高温ガス炉の開発研究が進められており、HTTRは、全出力30MWを達成し、使用前検査合格書を取得した。本稿は、高温ガス炉の専門家でない、一般の科学技術研究者を対象に高温ガス炉に対する理解を深めることを目的とし、高温ガス炉の特徴,開発の歴史と現状及びHTTR計画の概要について紹介するものである。HTTR計画の概要については、今後のHTTR特性試験,安全性実証試験,照射試験,世界で最初の水素製造の実証試験等についても紹介している。
大橋 弘史; 稲垣 嘉之; 小川 益郎; 小貫 薫; 武田 哲明; 西原 哲夫; 林 光二; 稲葉 良知; 塩沢 周策
水素エネルギーシステム, 26(2), p.23 - 28, 2001/12
化石燃料の代替エネルギーとして、クリーンエネルギーである水素に大きな期待が寄せられているが、今後の需要拡大にあわせ、如何にして大量の水素を環境に負荷をかけず、かつ安価に製造するかが重要な課題である。この解決策の一つとして、原子力を利用した水素製造が考えられ、従来の化石燃料を熱源とする水素製造システムと比較して、二酸化炭素の排出量を大幅に削減できる。本論文では、高温ガス炉を利用した水素製造の利点を述べるとともに、特会受託研究として進めているHTTR水素製造システム及びISプロセスの研究開発状況を中心に、原研における高温ガス炉水素製造システムの研究開発計画について報告する。
原田 正英; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 坂田 英明*; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
JAERI-Research 2001-016, 32 Pages, 2001/03
JAERI-Research-2001-016.pdf:1.74MB
高性能な非結合型水素モデレータの設計のために、プリモデレータ、反射体材質の選択、ライナー長さの最適化に関する検討を行った。中性子工学計算には、NMTC/JAMコード及びMCNP-4Cコードを用いた。結果から、鉛反射体下では、デカップリングエネルギー、プレモデレータの形状及び厚さを調整することにより、ベリリウム反射体下でパルス特性を凌駕することが可能であることが示された。反射体材質の選択では、鉛反射体や水銀反射体では、プリモデレータの利用により、中性子強度が増加することやモデレータ内核発熱が軽減することが示された。また、軽水プリモデレータを使用すると、パルステールが小さくなるが、重水プリモデレータを使用するとピーク強度が大きくなることも示された。中性子工学の観点から、最小のライナー長さが得られた。
匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*
Journal of the Physical Society of Japan, 68(4), p.1221 - 1227, 1999/04
被引用回数：2 パーセンタイル：26.13(Physics, Multidisciplinary)高強度極短パルスレーザーを用いた光電界電離(OFI)による再結合型X線レーザーの場合、生成される電子のエネルギー分布は非マクスウェル分布となる。そのため、加熱機構を含む分布関数の時間変化を計算し、X線レーザーの反転分布生成に与える影響を定量的に評価する必要がある。本研究では、水素様ヘリウムに注目し利得の計算を行った。電子の分布関数については、電子-電子衝突による緩和過程を取り入れフォッカー・プランク方程式により計算した。この結果、緩和過程の影響が大きく、非マクスウェル性が抑制されてしまうことがわかった。しかしながら、入力レーザーのパルス幅を短くしていくことで(~10fs)最大12cm
の利得を得られることが示され、X線レーザーの発振の可能性が期待される。
桜井 誠*
水素エネルギーシステム, 22(2), p.74 - 75, 1997/00
熱化学分析水素製造プロセスの説明、当研究室で研究を続けているISプロセスの説明、ISプロセスのこれまでの研究の概要、さらには今後の研究課題について簡単に紹介した。
山川 浩二*; 前田 裕司
Scr. Metall. Mater., 32(7), p.967 - 970, 1995/00
加工したPd中の水素の移動エネルギーを50K近傍で電気抵抗の測定により調べた。以前にPd合金中の水素、重水素の50K近傍の活性化エネルギーを測定した結果、合金中の不純物濃度により水素、重水素の移動エネルギーは増加し、これは水素、重水素原子は不純物原子にトラップされていることがわかった。本論文は加工によって導入された転位と水素原子との相互作用を調べた。水素を注入後、100Kから4Kに急冷して、その後50K近傍の各温度で等温焼鈍で電気抵抗の測定から活性化エネルギーを求めた。結果は50K近傍では水素の移動エネルギーは加工によっては変わらないことがわかった。
山川 浩二*; 前田 裕司
Scr. Metall. Mater., 31(7), p.803 - 808, 1994/00
Pd中の水素、重水素は50Kで物理量に異常を示す。この50K異常は水素同位体のオーダリングによる現象であると知られている。これを利用して、Pd-Ni合金の水素、重水素の拡散を電気抵抗の測定により調べた。結果を以前に調べたPd-Fe、Pd-Ag合金中の水素、重水素の拡散と比較した。Pd-1.0at.%Ni、Pd-5at.%Ni合金のワイヤーを100Kからヘリウム温度に急冷した後、50K近傍で等温焼鈍を行い、電気抵抗の測定から水素、重水素の活性化エネルギーを求めた。結果はPd-Fe合金中の水素、重水素の活性化エネルギーとほぼ同じであり、重水素の活性化エネルギーは小さい。これらの結果から、水素、重水素はNi、Fe原子に強くトラップされ、Ag原子にはあまりトラップされないことがわかった。
前野 修一*; 中村 和幸; 奥村 義和; 神藤 勝啓*
第4回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム, p.19 - 22, 1993/00
数百eV以下のエネルギーの粒子(水素、ヘリウム等)による核融合炉第一壁の損耗について調べる為、超低エネルギーイオン源を開発した。このイオン源は、細いタングステンワイヤを密に並べた電極を持ち、数百eV以下のエネルギーでアンペア級の水素イオンビームを発生できる。イオン源の構造とビーム引出し特性について報告する。
前田 裕司; 山川 浩二*
Defect Diffus. Forum, 95-98, p.305 - 310, 1993/00
Pd中の水素の低温での挙動は50K異常として古くから知られている。電気抵抗、比熱がその温度で異常なふるまいを示す。それは水素原子の秩序、無秩序な配置の変化であると説明されているが定かではない。本報告はこの異常を更に詳しく調べるため、単結晶Pd中の水素の移動エネルギーを電気抵抗で測定した。試料は高圧水素ガス雰囲気中と電解チャージ法で水素を注入した。その試料を液体He温度に急冷して、その後の水素の挙動を主として50K温度近くで電気抵抗により測定して、調べた。その結果水素の移動エネルギーは50K近くの低温では小さい値を示した。これらについて議論し、報告する。
中島 幹雄; 荒殿 保幸
Radiation Physics and Chemistry, 41(3), p.461 - 465, 1993/00
被引用回数：20 パーセンタイル：85.05(Chemistry, Physical)モレキュラーシーブ3Aおよび4Aに吸着した水の放射線分解を調べ、すでに報告した5Aの結果と比較した。ゼオライトに吸収されたエネルギーの吸着水へのエネルギー移動効果により、生成水素量の増感効果が見られたが、3Aは4A、5Aに比べてその効果は小さく、異なる吸着水量依存性を示した。この原因はゼオライトにイオン交換担持されている金属カチオンの大きさに起因するものと推察され、水分子とカチオンとゼオライト骨格の酸素イオンとの相互作用の大きさが重要な役割を演じていることが分かった。
舟竹 良雄; 白井 稔三; 中井 洋太
JAERI-M 87-053, 140 Pages, 1987/03
水素等電子系列イオンのスペクトルをグロトリアン図にまとめた。
