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浪江 将成; 斉藤 淳一
Computational Materials Science, 239, p.112963_1 - 112963_7, 2024/04
Atomic interactions at the interface involving iron, iron fluorides (iron (II) fluoride and iron (III) fluoride), and sodium were investigated using first-principles calculations. The wettability with liquid sodium was subsequently examined, focusing on the calculated atomic interactions. From a covalent bonding perspective, iron (II) fluoride exhibited weaker bonds between neighboring atoms in the substrate material than iron (III) fluoride. However, it exhibited relatively strong bonds between the substrate material and sodium atoms. In contrast, iron (III) fluoride had stronger bonds between neighboring atoms in the substrate material, with weaker bonds between the substrate material and sodium atoms. Additionally, in terms of ionic bonding, the contact of the sodium atom with the substrate material increased the charge transfer of the substrate material atom, correlating with the oxidation number of iron. Iron (III) fluoride exhibited the most substantial charge transfer among the substrate materials. The charge transfer from the sodium atom to the atom in contact with it was approximately 2.5 times that of iron. This result underscores the change in electronic states induced by the iron or iron fluoride interface, potentially influencing the wettability between the material surface and liquid sodium.
斉藤 淳一; 小林 洋平*; 澁谷 秀雄*
Materials Transactions, 62(10), p.1524 - 1532, 2021/10
被引用回数：5 パーセンタイル：41.35(Materials Science, Multidisciplinary)高速炉の冷却材である液体ナトリウムの新規技術の創出の一環として、液体ナトリウムの濡れ性制御の研究開発を実施しており、本発表はその基礎的研究として、純金属の液体ナトリウムと液体錫の濡れ性を接触角により評価した。また、界面の原子間相互作用を界面クラスターモデルを用いて分子軌道法により理論計算した。その結果、界面の原子間結合力と濡れ性には相関があることが明らかになった。この知見は今後、ナトリウム濡れ性を制御するうえで、重要な情報となる。
斉藤 淳一; 小林 洋平*; 澁谷 秀雄*
日本金属学会誌, 85(3), p.110 - 119, 2021/03
被引用回数：1 パーセンタイル：8.06(Metallurgy & Metallurgical Engineering)Wettability of pure transition metals with liquid sodium or liquid tin has been evaluated using a contact angle droplet method. Titanium, iron, nickel, copper and molybdenum pure metals were selected as specimens in this experiment. All experiments were carried out in high purity argon gas and extremely low moisture to avoid influence of oxygen to liquid metal. Measurement temperature was set just above the melting temperature of each liquid metal. As a result, for both liquid sodium and liquid tin, the measured contact angle changed depending on the atomic number of substrate metals. An electronic structure of the interface between liquid metal and substrate metal was calculated by the molecular orbital method. Simple cluster models of the interface between liquid metal and substrate transition metals were used in this calculation. It was found that the calculation results well express an electronic state of interface. The atomic bonding between liquid metal atom and substrate metal atom changed depending on the kind of substrate metal. Also, the atomic bonding between substrate metal atoms changed similarly. It became clear that there was a reasonable relationship between an atomic bonding ratio and the contact angle. It clearly suggested the atomic bonding affected wettability between liquid metal and substrate metal. The atomic bonding was obtained as one of indications to reveal the wettability by transition metals with liquid metals.
菊地 賢司; 手塚 正雄*; 斎藤 滋; 大井川 宏之; 武田 靖*
Proceedings of 4th International Symposium on Ultrasonic Doppler Method for Fluid Mechanics and Fluid Engineering (ISUD-4), p.107 - 110, 2004/09
ADS概念の核破砕ターゲット及び冷却材である鉛ビスマス流速を超音波ドップラーで測定するために超音波の透過性を検証した。鋼をLBE中に浸すと、LBEは自由液面近傍のガス,液体、固体共存部を除けば鋼に接触する。この接触部を通じて超音波は鋼を介してLBEに伝達されると期待される。しかし、超音波のエコーはあまりに低く、測定できなかった。測定が成功したのは、鋼とLBE界面にあるコーテングを施した場合のみであった。LBE浸食試験の結果、鋼表面層には10から20
mのLBEが付着して残存したことがわかった。これは、本コーテングの結果、LBE中での鋼の濡れ性が確保されたことを示す証拠である。その結果、超音波技術が適用可能になることを明らかにした。
今村 弘章; 早川 雅人; 鈴木 将; 茅根 勝; 天野 克則; 平林 勝
no journal, ,
高速炉の安全性強化を目指した研究開発に向けて、AtheNaの整備を進めている。本報では、AtheNaに新設した循環ループにあるダンプタンク2基への大量ナトリウム移送と、移送したナトリウムの純度及びナトリウム受入直後のナトリウムと新設配管の音響的結合性に関する調査結果について報告する。
名越 航平*; 新井 剛*; 渡部 創; 佐野 雄一; 竹内 正行; 佐藤 睦*; 及川 博史*
no journal, ,
抽出クロマトグラフィ法による、高レベル放射性廃液からのマイナーアクチノイド(MA)分離・回収プロセスの高度化を目的とし、吸着材表面へ親水または疎水処理を施したTODGA含浸吸着材を作製した。既往の研究成果より、表面処理に伴い吸着材表面の電荷が変化することで、金属イオンの溶離挙動に差異が生じることが確認されている。本研究では、表面電荷の異なる含浸吸着材を用いた模擬高レベル廃液の分離試験を実施し、表面処理が含浸吸着材の分離性能に及ぼす影響について検討を加えたため報告する。
石井 大翔*; 大石 佑治*; 牟田 浩明*; 鈴木 恵理子; 中島 邦久; 三輪 周平; 逢坂 正彦; 宇埜 正美*; 黒崎 健*
no journal, ,
原子炉構造材として使用されているステンレス鋼(SUS316)表面における液体ヨウ化セシウムの濡れ挙動を静滴法で評価した。その結果、液体ヨウ化セシウムは良く濡れ広がり、ヨウ化セシウムの酸化に伴ってヨウ素のみが再蒸発することが分かった。
斉藤 淳一
no journal, ,
高速炉の冷却材である液体ナトリウムの新規技術の創出の一環として、液体ナトリウムの濡れ性制御の研究開発を実施しており、本発表はその基礎的研究として、純金属の濡れ性を接触角により評価した。また、界面の原子間相互作用を界面クラスターモデルを用いて分子軌道法により理論計算した。その結果、界面の原子間結合力と濡れ性には相関があることが明らかになった。この知見は今後、ナトリウム濡れ性を制御するうえで、重要な情報となる。
斉藤 淳一
no journal, ,
原子力分野に興味をもつ学生に対して、高速増殖炉とその熱媒体であるナトリウムの基礎的な知見と最近の研究である液体ナトリウムの濡れ性制御を目的とした濡れ性の研究について紹介する。
斉藤 淳一; 浪江 将成*; Kim, J.-H.*; 米沢 晋*
no journal, ,
高速炉の冷却材として液体ナトリウムが利用されている。高速炉の機器には鋼材とナトリウムが濡れてほしい部位と濡れてほしくない部位がある。構造材料と液体ナトリウムの濡れ性を制御することにより、ナトリウム機器、高速炉の安全性向上、効率化向上が期待できる。本研究ではフッ素ガスを用いてステンレスおよびその構成材料である鉄、ニッケル材料表面を直接フッ素化し、各種金属材料の表面自由エネルギーの操作を行うことで、液体ナトリウムの濡れ性の制御を検討した。
澁谷 秀雄*; 田口 朋弥*; 斉藤 淳一; 池田 明日香*; 小林 洋平*
no journal, ,
冷却材にナトリウムを使用する高速炉は有力候補の一つである。高速炉において、ナトリウム機器やその部位により要求される濡れ性が異なっており、これを制御することは高速炉の安全性や性能向上に貢献できると考えられる。本研究では、ナトリウムの濡れ性制御に向けた基礎的に知見を得ることを目的として、ナトリウムと融点が近く、取扱いの容易なIn-Bi-Sn系低融点合金を用いて、切削により表面に種々の凸部高さと凸部間隔を付与した黄銅基板を用いて、水中における液体金属の濡れ性に及ぼす基板表面性状の影響を調査した。
浪江 将成; 斉藤 淳一
no journal, ,
次世代原子炉の一つである高速炉は冷却材として液体ナトリウムを使用している。液体ナトリウムの特性で重要である濡れ性を考慮した機器の設計ができれば、高速炉の安全性や運転効率が一層向上する。本研究では液体ナトリウムとの濡れ性制御を目標として、その基盤知見となる金属基板と水の濡れ性を理解するために金属表面と水との電子状態を計算した。界面での基板金属原子とナトリウム原子の間の原子間結合、電荷移行や電子密度の原子間相互作用が基板金属種に依存して変化していることを理解した。
斉藤 淳一
no journal, ,
高速炉の冷却材には液体ナトリウムが利用されている。そのため高速炉の主要な機器は液体ナトリウムに接している。液体ナトリウムと機器の濡れ性を制御することにより、高速炉の安全性や効率化の向上が可能となる。本研究では液体ナトリウムとの濡れ性制御を目標として、その制御方法の一つとして考えているイオン注入による表面改質が金属表面の電子状態に及ぼす影響を把握することを目的とする。本計算により金属表面にイオン注入した場合の表面の原子間結合や電荷移行の電子状態の変化が明らかになった。
岡 涼太郎*; 浪江 将成; Kim, J.-H.*; 米沢 晋*; 斉藤 淳一
no journal, ,
液体ナトリウムは高速中性子を減速・吸収し難く、液体である温度範囲が広い等の理由から、高速増殖炉の冷却材として利用されている。高速増殖炉の構造材料として、液体ナトリウムの輸送や熱伝達にステンレス鋼が使用されている。液体ナトリウムは反応性の高い物質であるため、輸送配管の材料には高温の液体ナトリウムに対する高い耐食性と耐熱性が求められるほか、熱交換器ならば熱伝導率を高めるために液体ナトリウムに対する濡れ性が高い方が良く、仕切弁や弁部品の残留液体ナトリウムを減らすためには、液体ナトリウムとの濡れ性は低い方が良いなど、同じ構造材料でも部品によって液体ナトリウムとの異なる濡れ性が求められている。本研究では、フッ素ガスを用いてステンレスの構成材料である鉄の材料表面を直接フッ素化し、材料の表面 自由エネルギーの制御を試みながら、液体ナトリウムとの濡れ性の制御について検討した。
浪江 将成; 岡 涼太郎*; Kim, J.-H.*; 米沢 晋*; 斉藤 淳一
no journal, ,
液体Naは核分裂により発生した中性子を減速・吸収しづらい、液体である温度範囲が広い、熱伝導率が高いために効率的に熱輸送が可能である等の理由から、高速炉の冷却材として利用されている。現在、高速炉の主要な構造材料として液体Naに対する耐食性の良いSUS304等の鉄系合金が使用されている。液体Naと接触する材料表面は熱交換器における熱伝達効率の向上や超音波による計測技術の性能向上のための親液的な濡れ性が要求される部位と、配管やバルブ中の液体Naを残留させないための疎液的な濡れ性が要求される部位がある。しかしながら、現状は要求に応える濡れ性(表面状態)にはなっていない。本研究ではフッ素ガスを用いた直接フッ素化により材料の表面自由エネルギーを操作し、材料の液体Naに対する濡れ性を制御することを検討した。フッ素ガスは材料の形状に影響を受けずに材料表面と均一に反応するため、追加処理のみで寸法を変化させること無く表面改質が可能である。
