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論文

Liquid phase sintering of alumina-silica co-doped cerium dioxide CeO$$_{2}$$ ceramics

Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 渡部 雅; 横山 佳祐; 砂押 剛雄*; 山田 忠久*; 中道 晋哉; 村上 龍敏

Ceramics International, 49(2), p.3058 - 3065, 2023/01

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.09.295
 被引用回数：8 パーセンタイル：75.06(Materials Science, Ceramics)

Pure and low $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$-SiO$$_{2}$$ co-doped ceria specimens were prepared by conventional ceramic processing using powder metallurgy. The effect of co-doping on the microstructural and structural properties of cerium dioxide was investigated by means of optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The co-addition of alumina and silica promoted liquid phase sintering (LPS) and significantly contributed to grain growth, even in the small concentrations of the present study (1 wt% and 2 wt%). A glassy-look phase precipitated at the grain boundaries, characteristic of liquid phase sintering. The addition of dopants to the formulation greatly enhanced the grain growth process without disturbing the CeO$$_{2}$$ structure.

論文

A Noniterative mean-field QM/MM-type approach with a linear response approximation toward an efficient free-energy evaluation

城戸 健太朗

Journal of Computational Chemistry, 40(24), p.2072 - 2085, 2019/09

https://doi.org/10.1002/jcc.25844
 被引用回数：3 パーセンタイル：13.26(Chemistry, Multidisciplinary)

Mean-field treatment of solvent provides an efficient technique to investigate chemical processes in solution in QM/MM framework. In the algorithm, an iterative calculation is required to obtain the self-consistency between QM and MM regions, which is a time-consuming step. In the present study, we have proposed a non-iterative approach by introducing a linear response approximation (LRA) into the solvation term in the one-electron part of Fock matrix in a hybrid approach between MO calculations and a three-dimensional integral equation theory for molecular liquids (MC-MOZ-SCF; Kido $textit{et al.}$, J. Chem. Phys. $textbf{143}$, 014103 (2015)). To save the computational time, we have also developed a fast method to generate electrostatic potential map near solute and the solvation term in Fock matrix, using Fourier transformation (FT) and real spherical harmonics expansion (RSHE). To numerically validate the LRA and FT-RSHE method, we applied the present approach to water, carbonic acid and their ionic species in aqueous solution. Molecular properties of the solutes were evaluated by the present approach with four different types of initial wave function and compared with those by the original (MC-MOZ-SCF). From the averaged speed up ratio, the present approach is 13.5 times faster than MC-MOZ-SCF.

論文

An Experimental study on heat transfer from a mixture of solid-fuel and liquid-steel during core disruptive accidents in Sodium-Cooled Fast Reactors

神山 健司; 小西 賢介; 佐藤 一憲; 豊岡 淳一; 松場 賢一; 鈴木 徹; 飛田 吉春; Pakhnits, A. V.*; Vityuk, V. A.*; Vurim, A. D.*; et al.

Proceedings of 10th International Topical Meeting on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-10) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2014/12

The relocation of degraded core material through the Control Rod Guide Tubes (CRGTs) is one of essential subjects to achieve the in-vessel retention (IVR) in the case of postulated core disruptive accidents (CDAs) of sodium-cooled fast reactors (SFRs). The CRGT is available as the discharge path by its failure in the core region and heat-transfer from the core-material to the CRGT is one of dominant factors in its failure. In case of a core design into which a fuel subassembly with an inner duct structure (FAIDUS) is introduced, a mixture of solid-fuel and liquid-steel is supposed to remain in the core region since the FAIDUS could effectively eliminate fuel in liquid-state from the core region. Therefore, the objective of the present study is to obtain experimental knowledge for the evaluation of heat-transfer from the mixture of solid-fuel and liquid-steel to the CRGT. In the present study, an experiment was conducted using Impulse Graphite Reactor which is an experimental facility in National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan. In the experiment, the mixture of solid-fuel and liquid-steel was generated by a low-power nuclear heating of fuel and transferring its heat to steel, and then, data to consider the heat-transfer characteristics from the mixture of solid-fuel and liquid-steel to the CRGT were obtained. The heat-transfer characteristic was revealed by evaluating thermocouple responses observed in the experiment. Through the present study, knowledge was obtained to evaluate heat-transfer from the remaining core-materials to the CRGT.

論文

Large-scale direct simulation of two-phase flow structure around a spacer in a tight-lattice nuclear fuel bundle

高瀬 和之; 吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 秋本 肇

Computational Fluid Dynamics 2004, p.649 - 654, 2006/00

日本原子力研究開発機構が研究を進めている革新的水冷却炉は減速材の割合を減らして中性子の減速を抑制することで高い転換比が期待できる原子炉であり、炉心には直径13mm程の燃料棒が1mm程度の燃料棒間ギャップ幅で三角ピッチ状に稠密に配置される。このような狭隘流路内の二相流挙動を高温高圧の原子炉条件下で詳細に計測することは困難であることから、著者らは実験データを必要としないシミュレーションだけによる評価法の開発を行っている。本論文では、革新的水冷却炉の炉心燃料集合体1カラム内二相流を対象にして、超高性能計算機による大規模シミュレーションの結果を示す。本研究によって、燃料集合体内の狭隘流路に設置されるスペーサまわりの気相と液相の挙動や燃料棒外表面を薄膜状に流れる液膜挙動などが定量的に明らかになるとともに、シミュレーションを主体とした炉心熱設計手法の実現に対して高い見通しが得られた。

論文

Structural studies on liquids and glasses under high pressure and high temperature

片山 芳則; 稲村 泰弘*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 238(1-4), p.154 - 159, 2005/08

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2005.06.038
 被引用回数：8 パーセンタイル：52.87(Instruments & Instrumentation)

多くの物質が結晶状態で異なった構造を持ち、圧力の変化によって一次の構造相転移を起こすことはよく知られている。一方、液体やガラスの状態では、圧力誘起構造変化は単調であると考えられてきた。最近の放射光光源の発達によって、高温高圧条件下における液体やガラスの構造研究を行うことが可能になった。これらの研究は、液体やガラス状態での変化が必ずしも単調でないことを明らかにした。われわれは、液体リンと石英ガラスの最近の結果について報告する。

論文

Macroscopic Separation of Dense Fluid Phase and Liquid Phase of Phosphorus

片山 芳則; 稲村 泰弘*; 水谷 剛*; 山片 正明*; 内海 渉; 下村 理*

Science, 306(5697), p.848 - 851, 2004/10

https://doi.org/10.1126/science.1102735
 被引用回数：148 パーセンタイル：96.71(Multidisciplinary Sciences)

約1GPa, 1000$$^{circ}$$Cで起きるリンの二つの液体構造の間の構造変化がX線ラジオグラフィーによるその場観察によって調べられた。低圧液体が圧縮されると、暗く丸い物体がラジオグラフの中に現れた。X線回折測定によって、これらの物体は高圧液体であることが確認された。液滴は大きくなり、最後には試料空間を埋め尽くした。減圧により逆の過程が起こった。マクロスコピックな相分離はこれが一次の液体-液体相転移であることを支持する。X線吸収測定によって、転移に伴う密度の変化が高圧液体の密度の約40%であることが明らかになった。

論文

X-ray structural studies on elemental liquids under high pressures

片山 芳則; 辻 和彦*

Journal of Physics; Condensed Matter, 15(36), p.6085 - 6103, 2003/09

https://doi.org/10.1088/0953-8984/15/36/302
 被引用回数：81 パーセンタイル：92.57(Physics, Condensed Matter)

いくつもの元素液体の高圧におけるX線構造研究がレビューされる。シンクロトロン放射光源と大容量プレスを組合せることによって、数ギガパスカルまでの高圧下における構造のその場測定を行うことが可能になった。これらの測定から、液体アルカリ金属の圧縮は等方的であるのに対し、結合に共有的な要素を持った液体の圧縮はほとんどの場合、非等方的であることがあきらかになった。幾つかの元素では、異なった種類の体積依存性が異なった圧力領域で観察される。この振る舞いは液相を幾つかの領域にわけることが可能であることを示唆する。観察された構造変化のほとんどは連続的であるが、液体リンでは、約1GPa, 1050$$^{circ}$$Cで、圧力幅0.05GPa以下で完了する急激な構造変化が観測された。この発見は1次の液体-液体相転移の存在を支持するものである。

論文

Structure factor and electronic structure of compressed liquid rubidium

千原 順三*; G.Kahl*

Physical Review B, 58(9), p.5314 - 5321, 1998/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.5314
 被引用回数：19 パーセンタイル：67.97(Materials Science, Multidisciplinary)

量子論的HNC方程式を用いて高圧(0.2~6.1GPa)により圧縮された液体ルビジュームの構造因子を計算した。結果は極めて実験結果と良く一致した。これらの構造因子は、Wigner-Seitz半径でスケールするとすべてほぼ同一曲線に乗ることが示された。これにより量子論的HNC方程式が、強結合プラズマも正しく記述できる可能性を示した。

論文

Structure of liquid rubidium and liquid sodium under pressure

森本 吉紀*; 加藤 小百合*; 戸田 直博*; 片山 芳則; 辻 和彦*; 矢尾板 憲一*; 下村 理

Review of High Pressure Science and Technology, 7, p.245 - 247, 1998/03

http://ci.nii.ac.jp/naid/10002689633

液体Rbと液体NaのX線回折を、6GPaの圧力下まで放射光を用いて測定した。電子構造の変化が構造に及ぼす影響を調べるため、液体Rbでは体積比$$nu(=V/V_{0})$$が0.52まで、液体Naでは$$nu$$=0.73までの範囲で、静的構造因子$$S(Q)$$と2体分布関数$$g(r)$$を求めた。圧力の増加に伴い、液体Rbと液体Naのどちらにおいても、$$S(Q)$$のピークの一が高い$$Q$$の側にシフトし、第一ピークの高さは増加した。これらの構造データの体積依存性を他の金属や膨張した流体のものと比較する。

論文

Rubidium from a liquid metal to a plasma

千原 順三*; G.Kahl*

Strongly Coupled Coulomb Systems, p.129 - 134, 1998/00

QHNC法は液体金属を正確に記述できることは知られている。この手法では金属を原子核と電子の混合系として扱い、原子番号だけを必要な入力とする。このQHNC法を圧力(0.2,2.5,3.9,6.1GPa)を掛けて高密度にした液体Rbに適用した。得られた構造因子は辻達の測定値と良く一致した。また液体Rbを臨界点に近づけていったときの構造因子に対してもQHNC法を吟味した。温度を上げていくとイオンを形成している浅い束縛レベルは徐々に電離しはじめプラズマ状態に変化していく。QHNC法はこの変化も正確に記述することができ、プラズマの電離度・原子構造・イオン間ポテンシャルを定めることができる。このようにQHNC法は液体金属からプラズマ状態まで統一的に正確な効果を与えることが示された。

論文

First-principles molecular dynamics of liquid alkali metals based on the quantal hypernetted chain theory

神林 奨; 千原 順三

Physical Review E, 53(6), p.6253 - 6263, 1996/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.53.6253
 被引用回数：16 パーセンタイル：58.49(Physics, Fluids & Plasmas)

量子論的HNC近似を用いた密度汎関数法に基づいて、第1原理的分子動力学法を開発した。密度汎関数法はイオン電子混合系としての液体金属は、2体力のみで相互作用する中性液体として分子動力学を行えることを証明する。しかしその相互作用は液体中のイオン配列に依存したものになる。この原理に基づき、原子番号だけを与えればその液体金属の構造を定めることのできる第1原理的分子動力学法を作り上げた。これを融点近傍の5つのアルカリ金属(Li、Na、K、Rb、Cs)に適用し実験と極めてよく一致した結果を得た。この方法ではイオンイオン相関、イオン電子相関、原子間相互作用、液体中のイオンのエネルギーレベル等を自己無撞着に定めることができる。

論文

Liquid metallic lithium as a nucleus-electron mixture

千原 順三

Journal of Non-Crystalline Solids, 117-118, p.128 - 131, 1990/00

https://doi.org/10.1016/0022-3093(90)90895-S
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.05(Materials Science, Ceramics)

液体金属リチウムを原子核と電子からなる2成分系として取り扱い、原子番号だけを入力データーとして液体金属の構造因子やイオンの内部構造を定めた。計算した構造因子は、2つの温度で測定された実験結果と極めて良い一致が示された。

論文

Polarisation effects on core levels of a Ne impurity immersed in liquid metallic hydrogen

千原 順三

J.Phys.,C, 20, p.753 - 763, 1987/00

液体金属(または高密度プラズマ)中に混入した原子の電子構造と、それを取り囲むイオンや電子の配列とは、互いに依存し合っている。従って混入原子のエネルギー準位を定めるには、従来の原子構造の計算と液体の構造を定める2つの問題を組み合わせて解かねばならず、まだ確立した方法がない。そこで密度汎関数法を用いて、これらを統一して扱える方法を提起し、液体金属水素中のネオン(プラズマ診断に用いられる)ライマン-アルファ・連続スピクトルの端の密度・温度による変化を計算した。

論文

X-ray diffraction of the molten salt 50mol%AlCl$$_{3}$$-50mol%LiCl

高橋 節子*; 棟田 高行*; 小浦 延幸*; 大野 英雄

J.Chem.Soc.,Faraday Trans.,2, 81, p.319 - 326, 1985/00

AlCl$$_{3}$$-LiCl系あるいはALCL$$_{3}$$-NaCl系溶融塩はアルミニウム電解精錬用電解液として最近注目されている。これは電力消費量の極めて少ない電解液であるからである。Alの電着状態あるいは両極の電極反応に、溶中のイオン種の寄与の大きいことが明らかにされているが、実際の原子間距離、配位数などにつては明らかにされていなかった。本研究の結果、溶融状態においても安定な〔AlCl$$_{4}$$〕$$^{-}$$正四面体鎖イオンが存在し、最近接Al-Cl及びCl-Cl間距離は、それぞれ2.15$AA$及び3.50$AA$である。〔AlCl$$_{4}$$〕$$^{-}$$イオンのまわりには約6.75$AA$離れて4個のAlCl$$_{4}$$〕$$^{-}$$イオンが存在していることが明らかとなった。

論文

Structural analysis of molten NaNO$$_{2}$$

大野 英雄; 五十嵐 一男*; 岩館 泰彦*; 新島 高幸*; 古川 和男; 持永 純一*

1st Int. Symp. on Molten Salt Chemistry, J-204, p.345 - 348, 1983/00

溶触NaNO$$_{2}$$の構造についてX線回折法を用い詳細な測定解析を行い、すでに報告されているX線および中性子線解析結果と比較し、検討した。1個のNO$$_{2}$$$$^{-}$$イオンの近傍には約2個のNa$$^{+}$$イオンが存在し、最近接Na-N,Na-OおよびNa-Na原子対の原子間距離は、それぞれ2.50,2.35および3.90$AA$であった。本研究により、パルス中性子線回折法で得られたNa-N原子間距離2.178$AA$は短すぎることが明らかとなった。Na-N距離=2.50$AA$はNa$$^{+}$$-NO$$_{2}$$$$^{-}$$イオン間の様々な幾何学的配置における静電ポテンシャルエネルギーの考察からも矛盾しない値である。

論文

Structural analyses of molten R$$_{2}$$SO$$_{4}$$,R=Li,Na,K,Cs and Ag

三宅 通博*; 鈴木 喬*; 森川 日出貴*; 大野 英雄; 古川 和男

First Inter.Symp.on Molten Salt Chem.Technol.,J-207, p.354 - 357, 1983/00

溶融アルカリ硫酸塩R$$_{2}$$SO$$_{4}$$(R=Li,Na,K,CsおよびAg)の構造を、融点直上におけるX線解析法により考察した。これらすべての溶融塩において、結晶状態で存在するSO$$_{4}$$四面体が溶融状態においても存在することが明らかとなった。溶融Na$$_{2}$$SO$$_{4}$$,K$$_{2}$$SO$$_{4}$$およびCs$$_{2}$$SO$$_{4}$$においては、カチオンは主としてSO$$_{4}$$四面体の頂点あるいは面位置に存在する確率が高いことを示している。一方、溶融Ag$$_{2}$$SO$$_{4}$$においては、カチオンの存在確率が高い位置はSO$$_{4}$$四面体の頂点あるいは積位置である。溶融Na$$_{2}$$SO$$_{4}$$,K$$_{2}$$SO$$_{4}$$,Cs$$_{2}$$SO$$_{4}$$およびAg$$_{2}$$SO$$_{4}$$におけるイオンの長距離配列はCaF$$_{2}$$型に類似(Ca位置にSO$$_{4}$$、F位置にカチオン)しており、溶融Li$$_{2}$$SO$$_{4}$$の場合はTiO$$_{2}$$型配置に類似(いづれも$$gamma$$=10$AA$以内における考察ではあるが)していることが明らかとなった。

論文

理論に支えられた溶融塩技術,続; イオン性液体構造模型・地球マントル・核融合炉・加速器溶融塩増殖炉など

古川 和男

金属物理セミナー, 6(1), p.11 - 23, 1983/00

溶融塩技術の基礎に関する研究およびその応用の現状に関して、サロン様に解説したものである。同名の解説を1977年に、さらに特に「イオン性液体構造」に関して書いたのを受けて、古川が21年前に提示した「可変形イオン模型」がようやく理解されるようになったことを示し、「実験事実」に対する警告の正しかったことを示した。前に示したLi-Na-Be-FによるMg-Ca-Si-O融体のシミュレーションは一層の保証をえて、地球マントル研究への応用が考えられつつある事を述べた。新しく提案を行った加速器溶融塩増殖炉の概要と、協力を望む研究課題を紹介した。この仕事はまた慣性閉込め核融合ハイブリッド溶融塩炉へと将来発展しうることも示した。これらはまた、科学が技術への応用と密接に関連することによって、活発かつ健全な発展をするものであることを例示したものでもある。

論文

PbO-SiO$$_{2}$$系ガラスおよび融体のX線構造解析

大野 英雄; 五十嵐 一男*; 高木 喜樹*; 虎渓 久良*; 古川 和男; 持永 純一*

日本金属学会誌, 47(2), p.132 - 141, 1983/00

PbO-SiO$$_{2}$$系は高濃度PbO(約90wt.%)組成までガラス状態が安定に存在する興味ある物質である。本稿では同一ロットから作成した試料を用い、ガラス状態および溶融状態のX線解析を行い、両者における構造の差異およびPbO量の変化に伴うガラス構造の変化について考察した。ガラス構造においては、Pb-O結合はPbO濃度の高い領域では共有性が強いが、SiO$$_{2}$$濃度を増加するにつれイオン性が増加する。溶融状態においてはPb-O共有結合による三次元的に拡がった綱目構造はかなり切断され、Pb原子はPb$$^{2}$$$$^{+}$$イオンとなり自由に動きやすくなる確率がガラス状態よりも増加すると考えられる。これらの結果はPbO-B$$_{2}$$O$$_{3}$$系の結果と一致している。

論文

Structural analysis of molten Na$$_{2}$$BeF$$_{4}$$ and NaBeF$$_{3}$$ by X-ray diffraction

梅咲 則正*; 大野 英雄; 岩本 信也*; 古川 和男

J.Chem.Soc.,Faraday Trans.,I, 78, p.2051 - 2058, 1982/00

Na$$_{2}$$BeF$$_{4}$$およびNaBeF$$_{3}$$融体のX線解析を行い、動径分布凾数を求め、それらの液体構造を考察した。結晶状態に存在する〔BeF$$_{4}$$〕基は液体状態でも安定に存在する。溶融Na$$_{2}$$BeF$$_{4}$$中には独立したBeF$$_{4}$$$$^{2}$$$$^{-}$$イオンが存在しているが、溶融NaBeF$$_{3}$$中には1個のフッ素を頂点共有したBe$$_{2}$$F$$_{7}$$$$^{3}$$$$^{-}$$イオンが、かなり多く存在している。これらの陰イオンのまわりのNa$$^{+}$$イオンの配置も考察した。さらにNaF-BeF$$_{2}$$系融体とCaO-SiO$$_{2}$$系融体は、分子容、粘性係数、電気伝導度等の諸物性値に相応状態原理が成立することから、それらの液体構造も類似しているであろうと予測[K.Furukawa and H.Ohno:Trans.JIM.,19(1979)553]していたが、すでに発表されているCaSiO$$_{3}$$融体の構造とNaBeF$$_{3}$$融体の構造を直接比較し、その類似性を証明した。

論文

Structural analysis of molten LiBr

大野 英雄; 古川 和男; 五十嵐 一男*; 持永 純一*

J.Chem.Soc.,Faraday Trans.,I, 78(5), p.1555 - 1560, 1982/00

溶融塩の物性データ予測法を確立するには、その構造理論的知見が必要である。本研究では、詳細なX線回析実験を行ない、溶融LiBrの構造を解析した。最近接Li-Br間距離は0.265nmとなり、計算機実験で得られた値0.24nmより僅かに大きな値となる。この傾向はすべてのアルカリハライド液体に共通であり、pair potentialを用いた計算機実験が理論的にまだ不十分であること裏付ける結果である。また最近接Li-Br対の数は約3.8個となり、Levyら(ORNU)の結果(約5個)と異なるが、これはLevyらの測定にはかなりの誤差が含まれるためであろう。またこれは、古川の理論的予言(1961)を裏付ける結果である。

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