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矢野 雅大; 久保 真治; 保田 諭
Chemical Engineering Journal, 528, p.172423_1 - 172423_9, 2026/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Engineering, Environmental)This study presents an in-situ, liquid phase catalytic exchange (LPCE)-based process-intensification approach for hydrogen-isotope separation in proton-exchange membrane water electrolysis (PEM-WE). Supplying water directly to the cathode enables deliberate tuning of the local isotopic composition at the catalyst surface, which in turn enhances both the separation factor and the deuterium enrichment efficiency. A chemical-equilibrium model reproduces these trends by attributing the gain to a thermodynamic shift of the LPCE toward the liquid phase at the cathode. The effectiveness of the method was validated across a wide range of initial deuterium concentrations in the anode feedwater and under high current densities, indicating its versatility. This approach offers a promising and practical strategy for efficient hydrogen isotope separation using PEM-WE.
ion beam at J-PARC frontend柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 神藤 勝啓; 大越 清紀; 川井 勲*; 北村 遼; 森下 卓俊; 近藤 恭弘; 佐藤 洋一*
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.514 - 516, 2025/11
J-PARCでは、将来のビーム出力増強化に向けてイオン源からのビーム電流増大化を進めている。J-PARCの高周波負水素(H)イオン源より、後段加速器である高周波四重極線形加速器(RFQ)に適合したビームエネルギー52.5keVで90mAのHビームの引き出しに成功した。テストスタンドで実機RFQ入口を想定した位置での90mAのHビームの位相空間の測定を行った結果、95%RMSエミッタンスで0.31
mm mradであった。これは、J-PARC加速器での利用運転時のHビーム電流60mAの時のエミッタンス0.27 mm mradに比べて想定しうる大きさの範囲であり、現在のRFQで加速できる位相空間分布に収まることを確認した。テストスタンドで現在のイオン源より52.5keV/90mAのHビーム引き出して6時間の連続運転試験を実施し、安定したビーム引き出しが可能であることも確認した。
青木 健; 清水 厚志; 石井 克典; 守田 圭介; 水田 直紀; 倉林 薫; 安田 貴則; 野口 弘喜; 野本 恭信; 飯垣 和彦; et al.
Annals of Nuclear Energy, 220, p.111503_1 - 111503_7, 2025/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)原子力機構は、核熱により水素を製造する原子力水素製造システムの接続技術を確立するため、HTTR-熱利用試験プロジェクトを開始し、その許認可に向けた安全設計及び安全解析を行っている。本研究では、原子力水素製造システムの適用法令及び設計基準の区分の候補の優劣を評価するための相対評価手法を提案し、それをHTTR-熱利用試験施設に適用した。評価の結果、高圧ガス保安法を熱利用試験施設(水素製造施設)に適用し、高圧ガス保安法に基づく設計基準を水蒸気改質器に適用する候補は、いずれの指標においても最下位とならず、最も優れた候補として提案された。
相馬 秀; 石垣 将宏*; 柴本 泰照
Annals of Nuclear Energy, 219, p.111455_1 - 111455_12, 2025/09
被引用回数：3 パーセンタイル：86.98(Nuclear Science & Technology)Containment venting is one of the accident mitigation measures during severe accidents in nuclear power plants for preventing overpressure failure of the containment vessels. Because of the capability of releasing hydrogen generated in the containment vessel, the hydrogen risk can be also reduced. In this study, we conducted experiments with the large-scale test facility CIGMA to investigate the light gas transport during the venting action, mainly focusing on the effect of sump water boiling caused by the vent. The CIGMA test vessel initially pressurized by steam, air, and helium (hydrogen simulant) that formed a helium-rich density stratification was depressurized with and without sump water, with different venting flow rates, and at different venting positions. As the sump water became a steam source due to flash boiling, the helium stratification was diluted and the venting time increased twofold compared to the case without sump water, which significantly affected the amount of helium discharged to the atmosphere. Especially for the high venting flow rate condition, the amount of helium remaining in the vessel at the end of depressurization was half that of the case without sump water. Lowering the venting position from within the initial stratification to 3 m below its interface led to a threefold increase in the amount of helium remaining at the same low pressure, because of the longer time until the helium-rich stratification reached the venting position.
柴崎 千枝; 奥 隆之; 他5名*
Bioengineering (Internet), 12(9), p.981_1 - 981_19, 2025/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Biotechnology & Applied Microbiology)タンパク質およびペプチドは生命維持に不可欠な生体分子であり、重水素化アミノ酸は創薬、代謝トレーシング、中性子散乱研究などの分野でその利用が拡大している。本研究では、側鎖を含む全20種類のタンパク質構成アミノ酸の重水素化を試み、そのうち13種類について効率的な重水素化手法を確立した。Pt/C触媒を用いた水素-重水素交換反応により、反応条件を最適化し、選択的かつ安定的な重水素導入を実現した。さらに、得られた重水素化化合物のうちトリプトファンに焦点を当て、物理化学的特性を評価した。重水素化反応によりアミノ酸がラセミ化したため、キラル分離法を用いて重水素化D/L-トリプトファンを単離した。その結果、重水素化トリプトファンの光安定性が著しく向上する一方、耐酸性については明確な同位体効果は認められなかった。さらに、X線結晶構造解析により、水素から重水素への置換による構造変化は最小限であることが確認された。これらの成果は、重水素化アミノ酸の安定供給に向けた堅牢な基盤を提供し、創薬研究、構造解析、さらには高機能性バイオマテリアル創製への応用を可能にするものである。
長谷川 俊成; 長住 達; 久保 真治; 飯垣 和彦; 篠原 正憲; 中川 繁昭; 島崎 洋祐; 中嶋 國弘; 櫻井 洋亮
Proceedings of 2025 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2025) (Internet), 6 Pages, 2025/09
高温ガス炉の熱を利用した水素製造実現のため、原子力機構では高温工学試験研究炉(HTTR)と水素製造施設の接続を計画している。これを実現するためには、水素製造施設で発生した除熱変動による原子炉への影響を把握しておく必要がある。本研究ではHTTRの運転中に熱負荷変動試験を実施し、除熱変動に対する原子炉の応答を調べた。本試験は原子炉出力90%の状態で実施し、水素製造施設における除熱変動の再現として、原子炉入口温度を約11
C上昇させた。その結果、原子炉出口温度はほとんど変化せず、原子炉入口温度上昇分に相当する熱が炉心の黒鉛ブロックに伝達されることを確認した。さらに、黒鉛ブロックの温度上昇に伴う負の反応度フィードバックにより、制御棒を操作しなくても原子炉出力が低下し約88%で一定となった。したがって、原子炉入口温度に生じた外乱の影響は黒鉛ブロックへの蓄熱によって抑制されることが分かった。
石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁; 五十嵐 誉廣
Mechanical Engineering Journal (Internet), 12(4), p.24-00434_1 - 24-00434_7, 2025/08
商用使用済核燃料再処理施設では、ZrとR-SUS304ULCの配管を、R-SUS304ULCとZrの間にTaを挟み爆着接合した継手により接合している。一方、Taは、再処理施設の機器の除染に使用されるNaOH水溶液中で水素発生により腐食する。このため、水素吸収による接合部の水素脆化が懸念される。しかし、このような継手の水素吸収挙動に関する研究は少なく、様々な除染条件下で継手が吸収する水素量を評価することは困難である。本研究では、水素吸収挙動に及ぼす浸漬環境の影響を調べるため、NaOH水溶液中への継手の浸漬試験を、水素吸収環境を調べるために電気化学測定を行った。その結果、接合部のTaへの水素吸収量は、浸漬時間にかかわらず、純Taに比べ減少した。また、R-SUS304ULCまたはZrと接続したTaのガルバニック電流測定により、NaOH溶液中では水素発生反応がR-SUS304ULCとZr表面に分離し、Taの水素吸収が抑制されていることが明らかとなった。
海老原 健一; 藤原 比呂*; 清水 一行*; 山口 正剛; 戸田 裕之*
International Journal of Hydrogen Energy, 136, p.751 - 756, 2025/06
被引用回数：1 パーセンタイル：45.93(Chemistry, Physical)高強度のAl-Zn-Mg合金へのSn添加は水素脆化を抑制する効果があるとの実験的報告があり、これは、Snの第二相粒子による水素吸収に起因すると考えられる。この事実を検証するため、第一原理計算で評価した水素の固溶エネルギーを取り入れた反応拡散方程式に基づくモデルを用い、アルミ中のSn相への水素侵入のシミュレーションを実施した。その結果、Sn第二相粒子による水素吸収が水素脆化を抑制するには、第二相粒子の水素固溶サイト濃度がAl相の5倍以上必要であることが分かった。このことから、実際にはSn第二相粒子のHE抑制効果は限定的であり、実験における水素脆化抑制には他の要因の影響が考えられる。
町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 青木 勝敏*; 小松 一生*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*; 町田 真一*; 佐藤 豊人*; 折茂 慎一*
Physical Review B, 111(22), p.224413_1 - 224413_6, 2025/06
被引用回数：1 パーセンタイル：53.48(Materials Science, Multidisciplinary)Mn金属を高温高圧で水素化することにより形成される反強磁性Mn重水素化物、fcc
-MnDxとhcp
-MnDxの結晶構造と磁気構造をin-situ中性子粉末回折により調べた。重水素原子はfcc及びhcp金属格子の八面体格子間を部分的に占有していた。N
el温度は-MnD
で543(10)Kであった。-MnD
では、飽和磁気モーメントは0.82(1)
、Nel温度は347(3)Kであった。-MnDと-MnDについて決定されたNel温度は、以前の研究で提案されたそれぞれのSlater-Pauling曲線によって予測されたものと一致した。更新されたNel温度は、電子バンド構造計算に基づくより正確なSlater-Pauling曲線の開発に示唆を与える。
catalyst condition at J-PARC cryogenic moderator system有吉 玄; 達本 衡輝*; 勅使河原 誠; 長谷川 巧*; 城 裕喜*; 堀川 裕加*
IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 1327(1), p.012155_1 - 012155_6, 2025/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)1.4MWの高出力運転がされている米国オークリッジ国立研究所の核破砕中性子源(SNS)では、触媒が無い液体水素循環系において、核スピン異性体の一つであるパラ水素が高強度中性子場でオルソ水素へ変換される「バックコンバージョン生成」を、近年、世界で初めて実験的に計測した。このバックコンバージョンによるパラ
オルソ変換量は、0.374[m/MW/day]であった。パラ水素とオルソ水素を比較すると、中性子の全断面積が2桁以上異なるため、オルソ水素の増加は得られる中性子の性能に大きく影響を与える。そのためJ-PARC水素循環系では、パラ水素状態を維持するための触媒が導入されている。しかし、触媒性能の劣化をその場かつ直接診断できる手法は開発されていないのが現状である。そこで本研究では、J-PARC水素循環系において、簡便かつ意図的にオルソ水素量を変化させる新しい手法を考案し、バックコンバージョンに相当するオルソ水素の増加を意図的に循環系内へ導入することで、触媒の動特性等を評価することを試みた。本手法による試みは、その場診断型の触媒特性評価手法の確立や、オルソ・パラ比に依存する中性子性能の算定に資する可能性を秘めるものである。
熊田 高之; 岩原 大輔*
Isotope News, (798), p.26 - 27, 2025/04
自動車用タイヤでは、シリカ微粒子をゴム材料中に添加することによりグリップ性能を損なうことなく燃費性能を改善させている。その鍵となるのが、シリカとゴムを結び付けるシランカップリング剤(SCA)である。SCAは脱水反応によってシリカと反応し、架橋や相互浸透によってゴム材料と結合する。ゴム材料と架橋できる適切な官能基を持たない長鎖アルキルSCAでは、ゴム材料との相互浸透が結合を支配する。我々は、スピンコントラスト変調中性子反射率法で、ブタジエンゴムとシリカの界面に生成したわずか2 nm厚のSCA層の膜厚と組成を決定できることを示した。
久保 真治
触媒, 67(2), p.71 - 77, 2025/04
高温ガス炉は、炉心溶融しない設計が可能など優れた安全性を有する次世代の革新炉である。高温ガス炉で発生可能な熱・蒸気・電気などを水素製造プロセスのエネルギー源として利用することができる。本稿では、高温ガス炉の構造とその安全性の概要、試験炉HTTRを高温熱源として活用する水素製造実証計画の概要、将来的に高温ガス炉に接続する水素製造法の評価に係る取り組み及び原子力機構における熱化学水素製造法ISプロセスの研究開発状況と反応器用触媒について解説する。
佐藤 博之; Yan, X.
Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 7, p.293 - 298, 2025/03
The present study develops the dynamic model of HTGR-renewable hybrid system for power grid simulation to demonstrate the capability of the hybrid system to maintain the stability of a grid with a large penetration of renewable energies. The model is based on detailed engineering datasets of GTHTR300C and incorporates original control strategies that are shown to be effective of variable power generation. The paper discusses details of the modeling and simulations results of the system.
久保 真治
金属, 95(1), p.25 - 33, 2025/01
高温ガス炉は、炉心溶融しない設計が可能など優れた安全性を有する次世代の革新炉である。高温ガス炉より発生可能な熱・蒸気・電気などを水素製造プロセスのエネルギー源として利用することができる。本報告では、水素製造に必要な一次エネルギーとしての高温ガス炉の位置付け、高温ガス炉の構造とその安全性、様々な原子力を用いた水素製造法の概要、高温ガス炉による高温熱供給方法および高温ガス炉を熱源とするおよび水素製造技術の研究開発の状況について解説する。
山下 恵史朗*; 小松 一生*; 服部 高典; 町田 真一*; 鍵 裕之*
Acta Crystallographica Section B; Structural Science, Crystal Engineering and Materials (Internet), 80(6), p.695 - 705, 2024/12
被引用回数：2 パーセンタイル：50.12(Chemistry, Multidisciplinary)これまで、水に富む塩化マグネシウム水和物系列(MgCl
HO)では奇数の水和数nを持つものは欠落していた。本研究において、2GPa以上の高圧と300K以上の高温で生成する塩化マグネシウム七水和物、MgCl7HO (or MgCl7DO)を同定した。その結晶構造は、2.5GPa, 298Kでのその場単結晶X線回折と3.1GPa, 300Kでのその場粉末中性子回折の組み合わせによって決定された。単結晶試料では、望ましくない結晶相の核生成を防ぐためにアルコールを混合して成長させた。得られた結果は、水分子の配向乱れを示しており、密度汎関数理論計算によっても検証された。この乱れには水素結合の再結合が関与しており、水の高圧氷相や既知の乱れた塩水和物とは異なっていた。圧縮による収縮は主に一方向に起こる。この最も圧縮しやすい方向に垂直な面では、酸素原子と塩素原子が六角形状に配列していた。
服部 高典; 小松 一生*
日本原子力学会誌ATOMO
, 66(12), p.618 - 622, 2024/12
超高圧中性子回折装置PLANETは、茨城県東海村の大強度陽子加速器施設J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)に建設された国内初の高圧中性子実験専用のビームラインである。パルス中性子を用いたエネルギー分散型データ測定および最新の光学機器、高圧発生装置を導入することにより、これまでにない高い精度で、広い圧力温度範囲にわたる結晶・液体・ガラスの構造を解析できるようになっている。本稿では、どのようにしてそれが実現されたか紹介するとともに、最近発表された氷の水素結合の対称化の成果に関して紹介する。
石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁; 五十嵐 誉廣
Proceedings of 31st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE31) (Internet), 5 Pages, 2024/11
商用使用済核燃料再処理施設では、ZrとR-SUS304ULCの配管を、R-SUS304ULCとZrの間にTaを挟み爆着接合した継手により接合している。一方、Taは、再処理施設の機器の除染に使用されるNaOH水溶液中で水素発生により腐食する。このため、水素吸収による接合部の水素脆化が懸念される。しかし、このような継手の水素吸収挙動に関する研究は少なく、様々な除染条件下で継手が吸収する水素量を評価することは困難である。本研究では、水素吸収挙動に及ぼす浸漬環境の影響を調べるため、NaOH水溶液中への継手の浸漬試験を、水素吸収環境を調べるために電気化学測定を行った。その結果、接合部のTaへの水素吸収量は、浸漬時間にかかわらず、純Taに比べ減少した。また、R-SUS304ULCまたはZrと接続したTaのガルバニック電流測定により、NaOH溶液中では水素発生反応がR-SUS304ULCとZr表面に分離し、Taの水素吸収が抑制されていることが明らかとなった。
青木 健; 長谷川 武史; 倉林 薫; 野本 恭信; 清水 厚志; 佐藤 博之; 坂場 成昭
Proceedings of 11th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2024), 6 Pages, 2024/10
原子力機構はHTTR(高温工学試験研究炉)及び水素製造施設を接続するHTTR-熱利用試験を計画している。本研究は、HTTR-熱利用試験施設の安全設計及び安全解析の成果を報告する。安全設計では、期待する安全機能に基づき構築物・系統及び機器の安全重要度分類を定めた。予備安全解析では、RELAP5コードを用いた熱流動解析を行った。予備安全解析は、蒸気発生器の伝熱管破損を除くHTTR-熱利用試験で新たに想定される事象が既設のHTTRの許認可ベース事象に包絡されること、並びに、新たな許認可ベース事象の候補は安全解析の判断基準を満足することを明らかにした。
神藤 勝啓; 大越 清紀; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; 川井 勲*; 池上 清*; 上野 彰
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.525 - 528, 2024/10
J-PARCで高周波(RF)駆動型負水素(H)イオン源が運転を始めてから10年が経過した。2023/2024年の運転期間中、1台のRF駆動型Hイオン源が、60mAのHビーム電流を発生し、リニアックが50mAのビーム電流を3GeV高繰り返しシンクロトロン(RCS)に入射できるようにした。イオン源の連続運転時間は4,900時間を超え、これまでの最長時間である2022/2023年の期間の4,412時間に比べて運転時間を大幅に更新した。本論文では、2023/2024年のRF駆動型Hイオン源の運転状況と現在開発中であるJ-PARC製高周波内部アンテナの現状について報告する。
SO
and HF佐々木 祐二; 金子 政志; 松宮 正彦*
Chemistry Letters, 53(9), p.upae164_1 - upae164_4, 2024/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)これまで、カチオン性の抽出剤を使って、TcO
などのアニオン種となる金属イオンを対象にイオン対抽出による分離法を開発してきた。イオン対抽出法は超アクチノイド元素やNb, Taといった有用金属の抽出も期待できる。最近塩酸溶液中で塩化物が配位してアニオン種となる白金族元素にも応用可能であることを見出したため、この方法をさらに発展させて、硫酸やフッ化水素酸中でアニオン種として存在するZr, Hf, Nb, Taの抽出を検討した。その結果、本法によるこれら金属イオンの抽出は可能であることを明らかにし、分配比の抽出剤濃度や振とう時間依存性などの基礎情報を取得した。
