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論文

ESR study on the degradation of thermal control film

岩田 稔*; 今井 文一*; 中山 陽一*; 今川 吉郎*; 杉本 雅樹; 森下 憲雄; 田中 茂

Proceedings of 23rd International Symposium on Space Technology and Science (ISTS-23), Vol.1, p.513 - 518, 2002/00

人工衛星や宇宙ステーション等の宇宙機では搭載機器や居住空間の温度制御が不可欠であり、そのために重要な役割を果たす熱制御フィルムの信頼性評価技術の開発が強く求められている。このため、本研究では熱制御フィルムの放射線劣化の新たな評価手段として電子スピン共鳴法(ESR)適用の可能性を検討した。放射線による熱制御特性低下の原因となるフィルムの着色とそのアニーリング挙動を従来の光吸収法で評価し、フィルム中に放射線照射で発生したラジカルをESRで定量した。この結果、照射やアニールによる着色度の変化はラジカル量の変化とよく一致することを見いだし、フィルムの着色はラジカルによる光吸収に起因することを突き止めた。また、放射線で発生したラジカルは、空気中の酸素により急速に消滅すること,ガラス転移温度以下の加熱によっても消滅することを明らかにした。これらの結果から、宇宙用熱制御フィルムの耐放射線性評価法としてESRは極めて有効であると結論できる。

論文

In situ characterization of a small sized motor under neutron irradiation

石塚 悦男; 菅 智史*; 河村 弘; 小野澤 仁*

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.517 - 521, 2001/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.59

ポリイミド巻線を使用した耐放射線小型モータを開発し、JMTRを用いて照射試験を実施した。耐放射線小型モータには、フィールドコイルとしてポリイミド巻線、マグネットとしてNd-Fe、ベアリング等の潤滑剤としてポリフェニルエーテルを用い、フィールドコイルはMgO,Al$$_{2}$$O$$_{3}$$を充填したシリコン樹脂で固定した。耐放射線小型モータは約50$$^{circ}C$$で照射し、$$gamma$$線量率と高速中性子束はそれぞれ7.4$$times$$10$$^{1}$$Gy/sと6.6$$times$$10$$^{14}$$n/m$$^{2}$$/sであった。モータの回転試験を実施した結果、$$gamma$$線量及び高速中性子照射量が3.1$$times$$10$$^{7}$$Gy/sと2.8$$times$$10$$^{20}$$n/m$$^{2}$$まで正常に回転した。また、フィールドコイルの絶縁抵抗及び導体抵抗を測定した結果、$$gamma$$線量及び高速中性子照射量が3.1$$times$$10$$^{8}$$Gy及び2.8$$times$$10$$^{21}$$n/m$$^{2}$$においても導体抵抗及び絶縁抵抗が1$$times$$10$$^{8}Omega$$及び12$$Omega$$であり、照射開始時より顕著な劣化は観察されなかった。

報告書

水中断熱構造の検討

斉藤 和男*; 楠 剛; 石田 紀久

JAERI-Tech 2001-038, 100 Pages, 2001/06

JAERI-Tech-2001-038.pdf:6.02MB

改良舶用炉MRX及び深海調査船用原子炉DRXでは、水を張った原子炉格納容器内に原子炉容器や配管を設置する。これら原子炉容器や配管の内部流体は運転時には高温となるため、格納容器に張った水とは断熱して、熱の放散を防ぐ必要がある。一般のプラントにおける大気中の保温と比べて、水中での断熱方法はいまだ確立された技術とはいえない。配管の水中断熱について、従来方式である二重管とする方法以外の方法について検討し、蒸気層と耐熱プラスチック,ポリイミドを用いた断熱構造を試設計した。また、断熱の成立性を簡便なモデルにより確認した。

論文

Effective tritium processing using polyimide films

林 巧; 奥野 健二; 石田 敏勝*; 山田 正行; 鈴木 卓美

Fusion Engineering and Design, 39-40, p.901 - 907, 1998/00

 被引用回数:22 パーセンタイル:13.95

ITERクラスの施設におけるトリチウム除去設備は、その安全の考え方及び運転シナリオにもよるが、非常に大規模な設備となり得る。原研では、より小型で効率的なトリチウム除去設備をめざして、気体分離膜の水素及び水蒸気に対する選択的透過性能に着目した新しいシステムを考案、開発してきている。本システムでは、被処理ガスを気体分離膜を介して循環することにより、最終的な処理ガス量を減容し、又、大気中の湿分を直接凝縮する。膜質は、トリチウム成分(HT、HTO)に対する選択的透過性能と耐久性、大容量モジュール(中空糸膜等)の存在からポリイミドとした。現状では、トリチウムでの実証試験済の中空糸膜モジュールは40.1m$$times$$1.8m long程度のサイズで、処理流量は、(1)モジュール透過側をパージする方式と(2)高透過タイプ膜の適用により、約1桁(~数100m$$^{3}$$/mクラス)向上した。このモジュールを適用し、ITER規模用除去設備を設計した。

論文

R&D of a compact detritiation system using a gas separation membrane module for the secondary confinement

石田 敏勝*; 林 巧; 山田 正行; 鈴木 卓美; 奥野 健二

Fusion Technology, 30(3), p.926 - 930, 1996/12

水素、及び水分に対して高い透過性を有しているポリイミド製分離膜モジュールをトリチウム除去設備へ適用することにより、従来から用いられてきた触媒酸化・吸着設備での処理量を低減し、設備の減容が可能であると考えられている。本実験では、ポリイミド製分離膜モジュールに水素含有乾燥窒素、アルゴンガス、及び乾燥空気(水素濃度300~1,000ppm)を各々供給して水素ガスの分離実験を実施した。また、既設SPSグローブボックス空気雰囲気に水素ガスを添加し(約600ppmv)、気体分離膜を用いた水素ガス除去試験を実施した。併せて、本気体分離膜モジュールをグローブボックス等の二次格納系へ適用したときの設備規模についても検討を行う。また、各ベースガスである窒素,アルゴン,乾燥空気中の水素成分の膜分離について、理論的条件における解析作業を行う。

論文

熱可塑性ポリイミドを用いた高温用耐放射線性同軸ケーブルの電気および機械特性

瀬口 忠男; 八木 敏明; 三井 久安*; 増本 博*; 塩野 武男*; 牛木 雅隆*; 中村 宏*; 小野 真一*; 張 東成*

電気学会論文誌,A, 116A(2), p.157 - 162, 1996/02

耐放射線性の高い熱可塑性ポリイミドを用いて外径1.7mmの同軸ケーブルを試作し、その耐熱性と耐放射線性を電気特性と機械的特性から評価した。250$$^{circ}$$Cの窒素ガス中で$$gamma$$線照射した場合は10MGy、室温窒素中照射で100MGyに耐えることがわかった。また、放射線で架橋が起り、結晶化しなくなることが、DSC測定で確かめられた。

論文

Gas separation performance of a hollow-filament type polyimide membrane medule for a compact tritium removal system

林 巧; 山田 正行; 鈴木 卓美; 松田 祐二; 奥野 健二

Fusion Technology, 28(3), p.1503 - 1508, 1995/10

既存の触媒酸化・水分吸着方式のトリチウム除去系は原研・TPLにおいても十分な除去性能を実証しているが、ITERクラスの大型格納系にスケールアップすると、設備が大きくなりすぎる。このため、当研究室では、気体分離膜を用いたトリチウム除去設備の小型化の研究開発を進めている。市販の大型気体分離膜の中で水素及び水蒸気の窒素に対する透過係数の比の大きなものはポリイミド膜があり、その透過性能(選択的)は入口水素濃度100ppm,トリチウム条件下でも(50ci/m$$^{3}$$で10年連続運転)変化しないことを確認した。そのポリイミド中空系膜モジュール(40m$$^{2}$$程度)を用い、水素及びトリチウムの窒素及び空気からの回収率を、透過/供給流量比(CUT),透過/供給圧力比($$delta$$)等をパラメータとして調べた。本報では特に、モジュールの回収性能についてまとめる。

論文

Experimental and analytical study on membrane detritiation process

平田 慎吾*; 角田 俊也*; 怡土 英毅*; 鈴木 達志*; 林 巧; 石田 敏勝*; 松田 祐二; 奥野 健二

Fusion Technology, 28(3), p.1521 - 1526, 1995/10

水素、及び水分に対して高い透過性を有しているポリイミド製分離膜モジュールをトリチウム除去設備へ適用することにより、従来から用いられてきた触媒酸化・吸着設備での処理量を低減し、設備の減容が可能であると考えられている。本実験では、ポリイミド製分離膜モジュールに水素含有乾燥窒素、及び水分含有窒素を供給して分離実験を実施した。また、窒素中の水素、及び水分の膜分離について理論的条件における解析作業を行った。本実験、及び解析の結果、ポリイミド分離膜は窒素中の水素、及び水分を選択的に透過することが確認された。特に水分については高い透過性を有していることが確認された。本実験に使用した分離膜では、分離膜モジュールの透過側/供給側圧力比を1/1000と充分に小さくすることにり、供給された混合ガスを1/100に減容することができた。

報告書

宇宙用構造材料としての炭素繊維強化プラスチックの放射線効果

宇田川 昂; 弓立 浩三*; 工藤 久明; 貴家 恒男; 森野 美樹*; 瀬口 忠男

JAERI-Tech 95-007, 25 Pages, 1995/02

JAERI-Tech-95-007.pdf:1.41MB

人口衛星構造材料としてのエポキシ樹脂複合材、および長期間の運用を行う宇宙用材料として有望とされるポリイミド(PMR-15)複合材である2種類の炭素繊維強化プラスチック(CFRP)に対する宇宙環境の影響を調べた。これらの材料に対する耐宇宙環境性は電子、陽子、原子状酸素、および熱サイクルに曝したあとの機械特性の変化から評価した。その結果、PMR-15をマトリックスとするCFRPは、宇宙環境において優れた性能を持つことが明らかとなった。また、電子と陽子の照射を比べても、CFRPの機械特性に違いがないことを明らかにした。

論文

Tritium evacuation performance of a large oil-free reciprocating pump

林 巧; 山田 正行; 小西 哲之; 松田 祐二; 奥野 健二; J.E.Nasise*; R.S.Dahlin*; Anderson, J. L.*

Fusion Engineering and Design, 28, p.357 - 361, 1995/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:25.58

核融合炉におけるトリチウム含有ガスの排気・移送に有効な真空ポンプを試作。4段圧縮往復動型で二重のベローシールと炭素含浸ポリイミド製ピストンリングで完全オイルフリーとした。初期の原研(TPL)でのコールドガス(H$$_{2}$$,D$$_{2}$$,N$$_{2}$$,He等)排気性能試験の結果、市販の同容量のスクロール型のポンプと比し、水素・重水素の排気速度が良好であり、特に吐出圧が高い(2400Torr)条件では性能の差が大きくなることを確認している。本報告は、上記試験後、純トリチウム等を用いたホット試験(トリチウム排気性能と長期使用耐久性等)の結果(日米協力のもと米国ロスアラモス国立研・TSTA)をまとめる。純トリチウムの排気速度は、7120m$$^{3}$$/hr(4Torr吸込圧,500Torr吐出圧)で、到達真空度は0.8Torr(500Torr吐出圧)であった。約1gのトリチウムを使用し、約3ヶ月間ポンプ非連続運転を行ったが、排気性能に希化はなかった。

論文

重イオン照射による耐放射線性高分子多孔膜形成に及ぼすガンマ線照射効果

古牧 睦英; 石川 二郎

放射線, 21(2), p.3 - 9, 1995/00

高分子内の重イオン飛跡は、化学的エッチングによって飛跡像を顕微鏡下で観察できる大きさに拡大され、長さや巾が測定できる。エッチングされる飛跡は、雰囲気の影響を受け易い。光照射によって飛跡現出化が早められる現象は有名であるが、ガンマ線照射の影響を検討した例は少ない。大部分の飛跡検出用高分子は、ガンマ線照射により損傷を受け、分解するからである。しかし、ガンマ線照射は耐放射線性ポリイミドとPEEK中の飛跡の現出に対しては、有効な効果を及ぼすことが見いだされた。4$$times$$10$$^{8}$$Rad吸収線量にて、飛跡現出時間が1/3以下に短縮されたり、CuイオンとIイオンの場合を比べると、前者の方が後者よりも効果が大であることが分った。この方法を重イオン照射多孔膜作製に利用して検討した一部を述べた。

論文

耐放射線性材料

瀬口 忠男

高分子, 44(3), p.144 - 147, 1995/00

最近の耐放射線性高分子材料はどのような構造であるか、また、その耐放射線性について解説した。また、耐放射線性高分子の新規用途についても解説した。

論文

Effects of gamma rays on etching of heavy ion tracks in polyimide

古牧 睦英; 石川 二郎; 桜井 勉

Radiat. Meas., 24(2), p.193 - 196, 1995/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:47.57

重イオンを照射された高分子膜では、飛跡沿いの部分のみが局所的に著しく放射線損傷を受け、バルクよりも大きい溶解性を示す。このイオン照射膜をバルクに影響を与えない程度に線量を抑えて、ガンマ線を再照射すると、飛跡部分は更に損傷が進み、選択的溶解性が高まることをポリイミド膜を用いて実証した。酸素共存下のガンマ線照射が効果的であった。約4$$times$$10$$^{8}$$Radの線量のとき、エッチング時間は1/3に短縮された。軽イオン飛跡の方が重イオン飛跡よりも効果が顕著であった。前者では飛跡当りの切断分子数が少なく、ガンマ線によってさらに損傷が深まる余地を残すが、重いイオンの場合では充分に切断化が進み、ガンマ線照射による新たな損傷が少ないため、溶解速度に大きな相違が示されないためであろうと推定した。また、飛跡の溶解機構では、損傷ポリイミドの酸素化生成物が大きな役割をはたしていると考えられる。

論文

高温用耐放射線性同軸ケーブルの電気および機械特性,その2

瀬口 忠男; 八木 敏明; 三井 久安*; 熊澤 良二*; 塩野 武男*; 牛木 雅隆*; 中村 宏*; 小野 真一*; 村瀬 知丘*

DEI-94-92, 0, p.37 - 45, 1994/12

熱可塑性ポリイミド(TPI)ケーブルについて、高温(250$$^{circ}$$C)処理、放射線照射($$gamma$$線、電子線)及び高温$$gamma$$線照射を行い、電気特性及び機械特性の変化を調べた。TPI同軸ケーブルは窒素中、250$$^{circ}$$Cの熱劣化、空気中、10MGyの$$gamma$$線照射及びヘリウム中(室温)、100MGyの電子線照射に対し、機械特性の低下が少なく、優れた耐放射線性を示す。窒素中、250$$^{circ}$$Cの$$gamma$$線照射では、5MGyまで電気特性は変化しないが、機械特性は線量とともに低下する。高温同時照射では著しく架橋が進行することがDSC測定により明らかになった。

論文

Development of compact tritium confinement system using gas separation membrane

林 巧; 奥野 健二

Materials for Advanced Energy Systems & Fission and Fusion Engineering '94, p.205 - 207, 1994/06

原研・TPLでは、ITER及び将来の核融合炉等大規模トリチウム格納室を必要とする施設にむけ、水素及び水蒸気に対して高い透過性能を有する気体分離膜を用いた新しいコンパクト・トリチウム格納,除去システムの研究開発を行っている。小型のポリイミド膜(気体分離膜)モジュール(有効面積~2m$$^{2}$$)を用いた予備試験では、(1)トリチウム汚染ガス処理流量を実質的に1桁以上減容できること,(2)室内の湿度が大部分をしめる水を通常の乾燥塔を通す前に直接回収できる可能性があること,(3)以上より、全体のトリチウム除去システムを十分小型化できることなどを確認した。現在、ITER-ADS(雰囲気トリチウム除去設備)の設計に向け、本格的な有効な気体分離膜の透過性能,対トリチウム耐久性等の確認とともに、スケールドモジュール(有効面積~40m$$^{2}$$)を用いたトリチウム分離特性試験を実施している。

報告書

重イオン照射によるポリイミドの細溝形成; 電子実装基板用ポリイミド

松本 安世*; 松浦 裕紀*; 日比野 豊*; 川上 幸一*; 古牧 睦英; 石川 二郎; 桜井 勉; 立川 圓造

JAERI-M 93-196, 40 Pages, 1993/10

JAERI-M-93-196.pdf:2.79MB

銅板熔着のポリイミド膜にマスク越しに重イオンを照射した後エッチングし、切断面の顕微鏡写真をとり、溝の形成と重イオン照射条件、エッチング剤、エッチング速度などとの関係を検討した。エッチング剤として次亜塩素酸ナトリウム水溶液、鋭角的な溝の形成には重い質量のイオン照射(10$$^{10}$$~10$$^{12}$$/cm$$^{2}$$)が効果的であった。エッチングに先立ち、ガンマ線を1MG$$_{y}$$以上照射するとエッチング溝が改良された。ポリイミド内に残るイオンを、エッチング後放射化分析法により調べた。イオンの入射エネルギーに相当する飛程部分の溶出後も、残留イオンが認められた。飛程の計算値より10%程深く溝を溶解すると、残留イオンは検出感度以下となる。ESCA測定によって、イミド基が照射によって分解し、C=0,CO及びCN基が増大してエッチングされ易くなると結論された。

論文

Irradiation effects on aromatic polymers, 1; Gas evolution by gamma irradiation

Hegazy, EI-Sayed A.*; 貴家 恒男; 西井 正信; 瀬口 忠男

Polymer, 33(14), p.2897 - 2903, 1992/00

 被引用回数:34 パーセンタイル:17.9

Kapton, UPILEX, ポリエーテル・エーテル・ケトン(PEEK), ポリスルホンなど8種類の全芳香族ポリマーについて、真空中の$$gamma$$線照射による発生ガス分析を行った。全発生ガスの発生のG値は脂肪族ポリマーの1/100$$sim$$1/1000であり、ガス発生量から求めた放射線に対する安定性の序列はUPILEX$$>$$Kapton$$>$$PEEK$$>$$ポリスルホンであった。発生ガスの成分は、Kapton, UPILEXの場合、H$$_{2}$$, N$$_{2}$$、PEEKではH$$_{2}$$, CO$$_{2}$$, CO、ポリスルホンではSO$$_{2}$$, CO,CO$$_{2}$$であった。

論文

Radiation resistance of polymer composites at 77K; Effects of reinforcing fabric type, specimen thickness, radiation type and irradiation atmosphere

江草 茂則

Cryogenics, 31, p.7 - 15, 1991/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.51

マトリックス樹脂としてエポキシ及びポリイミドを用い、ガラス繊維補強材の種類や試験片の厚み等が異なる16種類の高分子複合材料を試作した。これらの複合材料を空気中又はアルゴン中で$$^{60}$$Co-$$gamma$$線又は2MeV電子線を照射したのち、77Kで3点曲げ試験を行なった。その結果、マトリックス樹脂が同一の場合には、高分子複合材料の放射線劣化挙動は補強材の種類や試験片の厚みにはほとんど依存しないことが分かった。この結果は、高分子複合材料の劣化挙動はマトリックス樹脂の破壊歪の照射による劣化によって事実上支配されるという、既に我々が提案している劣化機構と一致している。また、放射線の種類($$gamma$$線、電子線)や照射雰囲気の差(空気中、アルゴン中)は、高分子複合材料の劣化挙動に本質的な差は生じないことも明らかになった。

論文

Electron irradiation effects on dynamic viscoelastic properties and crystallization behaviour of aromatic polyimides

貴家 恒男

Polymer, 32(9), p.1539 - 1544, 1991/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:36.96

UPILEX-BOARD(PI-I)、LARC-TPI(PI-II)、LARC-TPI1500(PI-III)、new-TPI(PI-IV)の4種類の全芳香族ポリイミドについて、電子線照射による機械的特性、分子運動性および結晶化挙動の変化を検討した。結果は次のようにまとめられる。(1)これらのポリイミドは100MGy以上の耐放射線性を有する。(2)PI-IおよびPI-IIは架橋構造を有しているが、PI-IIIは完全な熱可塑性ポリイミドである。(3)PI-I、PI-II、PI-IIIでは照射によりガラス転移温の上昇、ゴム平坦領域の剛性率の上昇が起こる。(4)照射によりPI-IVの結晶化が阻害される。これらの結果から、実験に使用したポリイミドは耐放射線性が高く、非酸化系の照射では、架橋するポリマーであることが明らかとなった。

論文

Kr$$^{+}$$照射による有機材料表面構造の変化に関する研究

中瀬 吉昭

EIM-90-118, p.11 - 20, 1990/12

有機高分子材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドなどに低エネルギーKr$$^{+}$$を照射したときの表面構造の変化に関して研究した。Kr$$^{+}$$照射により被照射表面は、金属光沢のある灰色に着色する。これは、O、H、N等の元素が、Cに優先してスパッタされ、炭素化が起こることによる。XPS、RBS等の測定によりこれを確認するとともに、Kr原子が保持されていることも明らかになった。赤外光、紫外光の吸光度変化の測定から、C=Cが増加していること、またC=Oも生成していることがわかった。

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