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論文

Estimation of porosity and void fraction profiles in a packed bed of spheres using X-ray radiography

伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 松場 賢一; 神山 健司

Nuclear Engineering and Design, 334, p.90 - 95, 2018/08

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

多孔質媒体を通過する二相流を理解することは、軽水炉のみならずナトリウム冷却高速炉を対象としたシビアアクシデント解析コードを開発する上でも必要なことである。ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故時には溶融燃料と冷却材が相互作用した結果として、多孔質状のデブリベッド内で気液二相流が形成されると考えられる。このような多孔質媒体中における二相流場の特性を明らかにするためには、局所的な空隙率とその分布を把握することが重要である。本研究では、X線ラジオグラフィを用いて球体充填層内における局所空隙率を測定するとともに、その径方向分布を評価し、従来の空隙率モデルと比較した。さらに、球体充填層内を通過する空気と水の二相流におけるボイド率の径方向分布を得た。

論文

九州北部に分布する結晶質岩内の割れ目の特徴と形成過程について

村上 裕晃; 芦澤 政臣*; 田中 和広*

応用地質, 59(1), p.2 - 12, 2018/04

結晶質岩地域における地下深部の透水性割れ目の特徴および形成と発達を把握することを目的とし、九州北部に分布する花崗閃緑岩からなる岩盤中に建設した地下施設を利用した地質調査を実施した。地下坑道における新鮮な花崗閃緑岩露頭において割れ目を観察し、割れ目の分布間隔、方向、変質、充填鉱物、湧水の有無の調査を行った。割れ目の頻度、方向および充填鉱物の特徴によると、花崗閃緑岩内の割れ目はA-Dおよび低角度(LA)の5つのグループに分類される。全割れ目に高温環境で形成される緑泥石および石英が充填していることから、全ての割れ目は岩体が高温であった冷却初期に形成されたと考えられる。Bグループの割れ目は最も多く湧水が認められ、現在の透水性割れ目として機能している。さらにBグループの割れ目の充填鉱物の組み合わせと産状から考察した結果、Bグループの割れ目は開口と閉塞が交互に生じたと示唆された。また、Bグループの割れ目は熱水の影響を示唆する赤色変質部を多く伴い、トレース長が長く、他のグループの割れ目を切る傾向があることから、割れ目の形成初期から現在までの長期にかけて重要な透水性割れ目として機能していたと考えられる。

報告書

研究施設等廃棄物浅地中処分施設における廃棄体の受入基準の設定; トレンチ処分対象廃棄体への砂充填の検討

仲田 久和; 林 宏一; 天澤 弘也; 坂井 章浩

JAEA-Technology 2017-031, 41 Pages, 2018/01

JAEA-Technology-2017-031.pdf:5.27MB

日本原子力研究開発機構が計画している研究施設等廃棄物のトレンチ埋設処分施設は、第二種廃棄物埋設事業規則に規定された廃棄物埋設施設及び廃棄体等の技術上の基準に適合していることが求められる。技術上の基準の一つには、「廃棄物埋設地は、土砂等を充填することにより、当該廃棄物埋設地の埋設が終了した後において空隙が残らないように措置すること。」とされている。また、「容器内に有害な空隙が残らないようにすること」が要求される。そのため、埋設事業センターでは、研究施設等廃棄物のトレンチ埋設処分施設においてこれらの技術上の基準に適合させるため、容器内の有害な空隙を管理した上でトレンチ埋設処分施設全体(廃棄物埋設地)での空隙が残らないものとして技術基準に適合させるものとする。本報告では、トレンチ埋設処分で金属製角型容器を使用する場合、容器内の空隙を砂を充填することで低減させることを想定した砂充填試験等を行い、充填する砂の特性、砂充填時の加振条件及び対象廃棄物への砂充填特性を調査・取得した。

論文

Production of $$^{88}$$Nb and $$^{170}$$Ta for chemical studies of element 105, Db, using the GARIS gas-jet system

Huang, M.*; 羽場 宏光*; 村上 昌史*; 浅井 雅人; 加治 大哉*; 金谷 淳平*; 笠松 良崇*; 菊永 英寿*; 菊谷 有希*; 小森 有希子*; et al.

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 304(2), p.845 - 849, 2015/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.76(Chemistry, Analytical)

ガスジェット搬送法と理研ガス充填型反跳イオン分離装置(GARIS)を組み合わせて、105番元素Dbの化学研究に使用する放射性のNbおよびTa同位体の生成・利用技術を開発した。$$^{262}$$Dbの合成と同じエネルギーの$$^{19}$$Fビームを用いて短寿命の$$^{88}$$Nbおよび$$^{170}$$Taを合成し、GARISを用いて分離したあと、ガスジェット搬送法を用いて化学実験室に引き出した。GARISの磁場を変更し、反跳核のエネルギー減速箔およびシャッターを挿入するだけで、他の実験条件は何も変更せずに、$$^{262}$$Db用の化学実験装置に$$^{88}$$Nbと$$^{170}$$Taを導入することに成功した。

論文

Magnetic and orbital fluctuations in filled skutterudites

堀田 貴嗣

Physica B; Condensed Matter, 378-380, p.51 - 53, 2006/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.99(Physics, Condensed Matter)

Prを含む充填スクッテルダイト化合物の低温電子物性を支配するスピン及び軌道揺らぎを明らかにするために、$$j$$-$$j$$結合描像によって構築された多軌道アンダーソン模型に基づいて多極子感受率を計算した。その結果、低温において、磁気及び四極子揺らぎが支配的となることを見いだした。さらに、ラトリングの効果を動的ヤーンテラーフォノンとして考慮すると、四極子及び八極子揺らぎが低温において顕著に残ることがわかった。これらは軌道揺らぎとなり、エキゾチック超伝導を誘起する可能性がある。

論文

Quasi-Kondo phenomenon due to the dynamical Jahn-teller effect

堀田 貴嗣

Physical Review Letters, 96(19), p.197201_1 - 197201_4, 2006/05

 被引用回数:33 パーセンタイル:18.26(Physics, Multidisciplinary)

動的ヤーンテラーフォノンと結合する軌道縮退アンダーソンモデルに基づいて、非磁性近藤効果の新しい発現機構を提案する。ヤーンテラーフォノンと動的に結合する電子系の基底状態は、二重縮退のあるバイブロニック状態であるが、この縮退は、円錐型特異点まわりの時計回り及び反時計回りの回転自由度に由来する。回転方向を変えるために必要なエネルギーよりも温度を下げると、ついには回転自由度が失われ、$$log 2$$のエントロピーが解放される。これが擬似的な近藤効果をもたらすことを数値繰り込み群法によって示す。動的ヤーンテラーフォノンによる非磁性起源の近藤現象と、充填スクッテルダイト化合物におけるラットリングに起因した特異な電子物性との関連を議論する。

論文

Multipole fluctuations in filled skutterudites

堀田 貴嗣

Journal of the Physical Society of Japan, 74(9), p.2425 - 2429, 2005/09

 被引用回数:25 パーセンタイル:24.01(Physics, Multidisciplinary)

充填スクッテルダイト化合物の特異な多極子物性を明らかにするために、$$j$$-$$j$$結合描像を用いて構築された多軌道アンダーソン模型に基づいて、局所$$f$$電子数$$n$$が1から5の場合に多極子感受率を計算した。$$n$$=1の場合、磁気揺らぎが低温電子物性を支配するが、$$n$$=2と4の場合は、電子状態は磁気及び四極子揺らぎによって支配される。$$n$$=3及び5に対しては、結晶場ポテンシャルに依存して、八極子揺らぎが顕著になる場合がある。これらの結果と、充填スクッテルダイトに対する実験結果との関連を議論する。

論文

Microscopic approach to magnetism and superconductivity of $$f$$-electron systems with filled skutterudite structure

堀田 貴嗣

Journal of the Physical Society of Japan, 74(4), p.1275 - 1288, 2005/04

 被引用回数:24 パーセンタイル:24.69(Physics, Multidisciplinary)

充填スクッテルダイト化合物の電子物性を理解するために、希土類イオンの$$f$$-電子数1から13のそれぞれの場合に軌道縮退アンダーソン模型を数値繰り込み群法によって解析し、磁化率とエントロピーを計算した。Prを含む充填スクッテルダイトに対応する$$f^2$$-電子系の場合、たとえ基底状態が非磁性の$$Gamma_1$$一重項でも、$$Gamma_4^{(2)}$$三重項が小さな励起エネルギーを持つ第一励起状態として存在していれば、磁気揺らぎが低温まで生き残ることがわかった。さらに、$$j$$-$$j$$結合描像に基づいて構築された軌道縮退ハバード模型を解析した結果、一重項及び三重項基底状態が入れ替わるごく狭い領域で、磁気揺らぎに媒介される異方的クーパー対が現れることを見いだした。

報告書

Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球充填体を装荷した照射済試験体のJMTR炉心からの取出方法に関する検討

池島 義昭; 石田 卓也*; 土谷 邦彦; 冨田 健司; 海老沢 博幸; 馬籠 博克; 中道 勝*; 北島 敏雄; 河村 弘

JAERI-Tech 2005-005, 37 Pages, 2005/02

JAERI-Tech-2005-005.pdf:7.59MB

JMTRを照射場として、トリチウム増殖材(Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$)微小球充填体を装荷した照射試験体を用いた第1期照射試験(ORIENT-I,JMTRキャプセル名:96M-37J)の終了に伴い、JMTR炉心からの照射済試験体の取出方法の検討及び取出試験を行った。本報告書は、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球充填体を装荷した照射済試験体の取出しに備えて行った、トリチウム除去及びトリチウム脱離に関する特性試験及び作業者の内部被ばくに関する試験前評価の結果、並びに、照射済試験体の取出し実績及びそこから得られた知見についてまとめたものである。

論文

Magnetic fluctuations of filled skutterudites emerging in the transition region between singlet and triplet states

堀田 貴嗣

Physical Review Letters, 94(6), p.067003_1 - 067003_4, 2005/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:33.96(Physics, Multidisciplinary)

充填スクッテルダイト化合物の磁気的性質を明らかにするために、a$$_{rm u}$$伝導電子バンドと混成する7つの$$f$$-電子軌道を含むアンダーソン模型を数値的手法によって解析した。局所的な$$f$$-電子数を$$n$$とすると、Prを含む充填スクッテルダイト化合物は$$n$$=2に対応するが、このとき、たとえ基底状態が非磁性の一重項でも、わずかなエネルギー差で磁気的な三重項励起状態が存在していれば、顕著な磁気揺らぎが低温まで生き残ることがわかった。この結果は、充填スクッテルダイト構造においては、伝導電子バンドとよく混成する遍歴的な$$f$$-軌道と、ほとんど混成しない局在的な$$f$$-軌道に分かれるということで理解される。このような遍歴・局在描像は、$$n$$=1から13までの$$f$$-電子の磁化率とエントロピーの複雑な計算結果をよく説明する。

論文

$$^{31}$$P-NMR study of the uranium-based filled skutterudite compound UFe$$_4$$P$$_{12}$$

徳永 陽; 松田 達磨; 酒井 宏典; 加藤 治一*; 神戸 振作; Walstedt, R. E.; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦; 安岡 弘志

Physical Review B, 71(4), p.045124_1 - 045124_5, 2005/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:53.05(Materials Science, Multidisciplinary)

UFe$$_4$$P$$_{12}$$は、良質な単結晶の得られる唯一のU系充填スクッテルダイト化合物であり、低温で電気抵抗は絶縁体的な温度依存性を示し、帯磁率は3Kにおいて強磁性転移を示す。本研究はこの新しいスクッテルダイト化合物の電子状態を微視的観点から明らかにするため、この物質における初めてのNMR測定を行った。単結晶試料を用いてP核の位置における超微細磁場の磁場角度依存性を詳細に測定し、その結果がウランの5f電子の局在状態を仮定した双極子磁場の計算結果とよく一致することを示した。さらにスピン-格子緩和時間を測定し、その温度及び磁場依存性が局在的な5f電子の描像で定性的に理解できることを示した。

論文

超重元素

小浦 寛之

うちゅう, 21(10), p.4 - 9, 2005/01

科学に関心のある一般の人向けに超重元素についての解説を行った。まず原子及び原子核についての説明を周期律表を用いながら行い、次いで核図表を用いて原子核の崩壊様式,存在領域理論予測及び超重核の安定性の島についてわれわれの理論予測値などを用いながら説明した。そして超重元素合成反応のポイントについて平易に解説し、2004年に理化学研究所にて行われて合成に成功した113番元素合成実験について紹介した。

論文

Design and technology development of solid breeder blanket cooled by supercritical water in Japan

榎枝 幹男; 古作 泰雄; 秦野 歳久; 黒田 敏公*; 三木 信晴*; 本間 隆; 秋場 真人; 小西 哲之; 中村 博文; 河村 繕範; et al.

Nuclear Fusion, 43(12), p.1837 - 1844, 2003/12

 被引用回数:85 パーセンタイル:5.78(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文は、高い経済性を有する核融合発電プラント用ブランケットの設計と開発に関するものである。高い経済性と実現性の双方を有する発電ブランケットとして、超臨界圧水冷却方式の固体増殖ブランケットの概念設計を明らかにした。最重要設計項目として、モジュール構造の核特性,熱機械特性に関し基本的な成立性を示した。また、発電システムとして41%以上の発電効率を有することを示し、本方式の経済的な魅力を明らかにした。また、構造体製作技術開発の成果としては、実機構造を模擬する第一壁パネル試験体を用いて、原型炉で想定している最高熱負荷1MW/m$$^{2}$$ に相当する加熱試験を行い、試験体が母材と同等の熱疲労寿命を持つことを実証した。さらに、ブランケット熱設計の要となる増殖材充填層の有効熱伝導率研究に関しては、湿式法で製造したLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ を用いて、充填層の有効熱伝導率を明らかにし、裕度のある設計を可能とした。

論文

Thermal conductivity of neutron irradiated Be$$_{12}$$Ti

内田 宗範*; 石塚 悦男; 河村 弘

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.499 - 503, 2003/09

 被引用回数:16 パーセンタイル:23.84

原型炉用中性子増倍材として期待されているBe$$_{12}$$Tiについて、ブランケット内での熱的特性を評価するために、未照射及び中性子照射したBe$$_{12}$$Tiの熱伝導率を測定した。ベリリウム及びチタンの粉末からHIP法で製作したBe$$_{12}$$Tiサンプル($$phi$$8 mm$$times^{t}$$2mm) をJMTRで高速中性子フルエンス(E$$>$$1MeV) 4$$times$$10$$^{20}$$ n/cm$$^{2}$$の条件で330,400 and 500$$^{circ}$$Cにおいて照射した。熱拡散率と比熱をレーザーフラッシュ法にて1000$$^{circ}$$Cまで測定し、熱伝導率を計算した。中性子照射したBe$$_{12}$$Tiは、照射による熱伝導率の低下が見られたが、充填層の有効熱伝導率を計算モデルにより推測したところ、十分に設計可能な範囲内であった。

論文

Evaluation of effective thermal diffusivity of Li$$_2$$TiO$$_3$$ pebble bed under neutron irradiation

河村 弘; 菊川 明広*; 土谷 邦彦; 山田 弘一*; 中道 勝; 石塚 悦男; 榎枝 幹男; 伊藤 治彦

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.263 - 267, 2003/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.71

JMTRにて中性子パルス運転模擬照射試験体の照射試験を行い、ITERブランケットテストモジュールを設計するうえで必要不可欠な中性子照射下のチタン酸リチウム(Li$$_2$$TiO$$_3$$)微小球充填層中の見かけの熱拡散率を調べた。定速昇温法により測定した結果、Li$$_2$$TiO$$_3$$微小球充填層の見かけの熱拡散率は、照射温度と中性子照射量の増加とともに減少することがわかった。一方、スイープガス流量の影響は、0$$sim$$600cm$$^3$$/minの間では見られなかった。

論文

Effective thermal conductivity of a Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ pebble bed for a demo blanket

秦野 歳久; 榎枝 幹男; 鈴木 哲; 古作 泰雄; 秋場 真人

Fusion Science and Technology, 44(1), p.94 - 98, 2003/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:25.64(Nuclear Science & Technology)

核融合炉ブランケットの開発において、微小球充填層の有効熱伝導度を少ない試料体積で精度良く測定する方法として熱線法を採用し、各種候補増殖材微小球についての系統的なデータを取得してきた。試料には候補増殖材であるLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$を用い、充填層として直径2mmのみの微小球充填層と、それに直径0.3mm以下を加えた微小球の混合充填層について有効熱伝導度を測定した。圧縮荷重がない場合一次球充填層に対して混合充填層の熱伝導度は上昇し、それらはSZB式と精度良く一致することを確認した。さらに、ピストンにより充填層に荷重を加えて熱伝導度を測定すると歪に対する熱伝導度の傾きが一定で歪1%につき0.035W/mK増加する結果が得られた。これより原型炉ブランケットの増殖材として有望なLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$について微小球充填層の有効熱伝導率を測定し、混合充填と荷重の及ぼす影響を初めて明らかにした。

論文

Resonant X-ray scattering study on the filled skutterudite PrFe$$_4$$P$$_{12}$$

石井 賢司; 稲見 俊哉; 村上 洋一; Hao, L.*; 岩佐 和晃*; 神木 正史*; 青木 勇二*; 菅原 仁*; 佐藤 英行*; 今田 真*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 329-333(1-4), p.467 - 468, 2003/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:61.18

充填スクッテルダイトPrFe$$_4$$P$$_{12}$$の異常秩序相($$T_A$$=6.5K)について共鳴X線散乱による研究を行った。Prの$$L_{III}$$吸収端において、$$T_A$$以上の$$bcc$$構造では禁制である$$h+k+l$$=oddの反射に共鳴散乱が観測された。これらの反射は$$bcc$$の単位胞中にある2つのPr原子の異常散乱項の差を含んでいることから、この秩序相は電子状態の異なった2つのPr原子が秩序化したものと考えられる。

論文

Development of a micro gas chromatograph for the analysis of hydrogen isotope gas mixtures in the fusion fuel cycle

河村 繕範; 小西 哲之; 西 正孝

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.389 - 394, 2001/11

 被引用回数:22 パーセンタイル:14.28

核融合炉燃料サイクルの研究開発において、水素同位体の分離分析は必要不可欠である。低温ガスクロマトグラフは、感度や再現性においてほかの分析手段に勝るが、分析時間が長く、急激な組成変化をともなう系や分析結果をもとにプロセス制御を行う場合には対応できない。その解決方法として、小型高速ガスクロマトグラフの低温仕様への改造を提案し、既に良好な結果を得ている。今回は分離カラムを充填カラムからキャピラリーカラムにかえて分離分析性能を調べた。キャピラリーカラムの使用でさらに分析時間を充填カラムの半分以下に短縮できた。また低温吸着の知見をもとに実際には分析を行っていないトリチウムを含む成分の出現位置も予測できるようになり、水素同位体全6成分の実用レベルでの短時間分離分析への見通しを得た。

論文

${it In-situ}$ tritium recovery experiments of blanket in-pile mockup with Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ pebble bed in Japan

土谷 邦彦; 中道 勝; 長尾 美春; 榎枝 幹男; 大崎 敏雄*; 田中 知*; 河村 弘

Journal of Nuclear Science and Technology, 38(11), p.996 - 1003, 2001/11

低インベントリー,化学的安定性等の観点から、核融合炉のトリチウム増殖材としてリチウムタイタネイト(Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$)微小球が有望な材料の1つとされている。核融合炉ブランケットの設計には、微小球を用いたブランケット構造体の中性子照射試験データが必要である。このため、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球充填体を用いて核融合炉ブランケット構造を模擬した2種類の照射試験体を開発し、JMTRの中性子照射下において微小球充填体からのトリチウム回収試験を行い、トリチウム回収特性に対する照射温度,スイープガス流量等の効果について評価した。この結果、充填体温度の上昇とともに、回収量と生成量の比は増加し、充填体温度が300$$^{circ}C$$以上ではほぼ全量回収できること、スイープガス流量が100~900cm$$^{3}$$/minの範囲では、トリチウム回収量はほとんど影響されないことがわかった。これらの結果、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球充填体を用いた増殖ブランケット設計の見通しが得られた。

論文

窒化物燃料電解法によるリサイクル技術

荒井 康夫

最新核燃料工学; 高度化の現状と展望, p.451 - 457, 2001/06

高速炉を中心とする先進的核燃料サイクルのオプションの1つとして提案されている、窒化物燃料と溶融塩電解再処理法の組合せによるリサイクル技術開発の現状について紹介するものである。窒化物燃料の製造,照射試験実績,乾式再処理についての国内外の研究開発状況とこれまでに明らかにされた成果と研究課題について述べる。窒化物燃料を用いた場合に問題となるN-15の濃縮とリサイクル技術のほか、高燃焼度までの照射試験実績の積み上げ、電解精製で回収される陰極析出金属の再窒化による燃料製造法の確立等が当面の主要課題であることを示した。

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