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論文

Cesium chemisorbed species onto stainless steel surfaces; An Atomistic scale study

Miradji, F.; 鈴木 知史; 中島 邦久; 逢坂 正彦

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 136, p.109168_1 - 109168_9, 2020/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.67(Chemistry, Multidisciplinary)

Under the scope of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1-F) severe accident (SA), Cs retention is of high interest as its impacts Cs distribution, decommissioning and dismantling work of the reactor. To derive consistent and appropriate models for such process, accurate thermodynamic properties of Cs chemisorbed species are required by the SA analysis codes. In particular, for CsFeSiO$$_4$$, a newly identified Cs chemisorbed species under conditions similar to 1-F SA, the thermodynamic data are unknown in literature. We propose in this work the obtention of the fundamental properties of this substance by theoretical approaches. The consistency and appropriateness of derived computational methodology have been investigated by calculating the thermodynamic properties of relatively known Cs-Si-O substances. It was found that our computational methodology provides excellent agreement with literature data lying between 1-4% for the formation energy, 1-5% for standard entropy and heat capacity. The thermodynamic properties of CsFeSiO$$_4$$ in function of temperature have been estimated for the first time using harmonic and quasi-harmonic approximations, values being consistent with both methodologies.

報告書

原子力コードの高速化(ベクトル/並列化編); 平成11年度作業報告書

足立 将晶*; 石附 茂*; 小笠原 忍*; 久米 悦雄; 箭竹 陽一*; 根本 俊行*; 川崎 信夫*; 川井 渉*

JAERI-Data/Code 2000-043, 220 Pages, 2001/02

JAERI-Data-Code-2000-043.pdf:7.39MB

本報告書は、平成11年度に計算科学技術推進センター情報システム管理課で行った原子力コードの高速化作業のうち、VPP500(一部SX-4含む)におけるベクトル化/並列化作業部分について記述したものである。原子力コードの高速化作業は、平成11年度に18件行われた。これらの作業内容は、今後同種の作業を行ううえでの参考となりうるよう、作業を大別して「ベクトル/並列化編」,「スカラ並列化編」及び「移植編」の3分冊にまとめた。本報告書の「ベクトル/並列化編」では、JAMコード及び3次元熱流体解析コードSTREAMを対象に実施したベクトル化作業について、相対論的分子軌道法コードRSCAT,相対論的密度汎関数法コードRDFT及び高速3次元中性子拡散ノート法コードMOSRA-Lightを対象に実施したベクトル並列化作業について記述している。

論文

Molecular-dynamics simulations of gold clusters

Bastug, T.; 平田 勝; Varga, S.*; Fricke, B.*; Erkoc, S.*; 向山 毅*

Advances in Quantum Chemistry, Volume 37, p.353 - 364, 2001/00

相対論密度汎関数法(RDFT)を用いて、金(Au)2原子分子の構造最適化計算を行い、ポテンシャルエネルギー曲線を作成した。このポテンシャルを用いてAu3個から555個のクラスターの分子動力学(MD)シミュレーションを行った。その結果、Au13個で構成されるクラスターが最も対称性が良く(Ih対称)安定に存在する可能性の高いことがわかった。

論文

相対論密度汎関数法による6価硝酸プルトニル錯体の電子状態解析と構造最適化

平田 勝; Bastug, T.; 館盛 勝一

日本原子力学会誌, 42(10), p.1104 - 1108, 2000/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.33(Nuclear Science & Technology)

相対論密度汎関数(RDFT)法を用いて硝酸プルトニル・2水和物のPu=O(プルトニウム酸素)結合及びPu-OH2結合におけるプルトニウム原子と配位子酸素原子間距離の構造最適化を行った。計算によって求められた原子間距離は実験的に報告されている原子間距離と良好な一致を示した。得られたポテンシャル曲線からは、Pu-OH2結合と比較してPu=O結合が非常に強いことを示した。また、安定構造における硝酸プルトニル・2水和物の電子状態を解析した結果、Pu=O結合の強さの原因は、プルトニウムの6d軌道と酸素の2p軌道との強い共有結合性に伴うものであることを明らかにした。また、これらの共有結合成分はPu-OH2結合ではそれほど顕著ではなかった。

口頭

Cs sorption-desorption mechanisms on clay minerals by XAFS, STXM, DFT calculation methods

矢板 毅

no journal, , 

Three years have passed since Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (FDNP) Accident, a serious contamination problem still remains in Fukushima. Especially, the $$^{137}$$Cs in soil is one of the main sources to increase the air dose in Fukushima. Therefore, Japanese and local governments promotes the decontamination projects in which contaminated surface soil is removed and then, is moved it to interim storage area. Since soil waste is extremely large and space of an interim storage is limited, suitable waste reduction method would be required, also in anticipation of final disposal of the waste after about 30 years. On these backgrounds, we have performed elucidation of the sorption-desorption behaviors of Cs on clay minerals by XAFS, STXM, and theoretical calculation methods, aiming at soil waste volume reduction in Fukushima.

口頭

抽出クロマトグラフィ法に適用するMA回収用吸着材の放射線劣化研究

宮崎 康典; 渡部 創; 佐野 雄一; 小藤 博英; 竹内 正行; 石神 龍哉*; 江夏 昌志*; 佐藤 隆博*

no journal, , 

使用済燃料の再処理工程で発生する高レベル放射性廃棄物には、長寿命核種や発熱性核種であるマイナーアクチノイドが含まれており、これらを取り除くことで地層処分における廃棄物減容化や有害度低減に繋がる。そこで、抽出クロマトグラフィを用いたMAの選択的分離回収を検討している。これまでに、高分子ポリマーで塗布した多孔質SiO$$_{2}$$粒子にCMPO等の抽出剤を含浸させた吸着材を作製し、カラム運転中に想定される放射線分解物の特定及び挙動調査を行ってきた。本研究では、$$alpha$$線を模擬したTODGA/SiO$$_{2}$$-P吸着材の放射線耐性評価と理論計算による結合解離メカニズムの解明を目的に、Heイオンの照射試験を実施した。Heイオン照射に対して、酸の有無による抽出剤の分解生成物に違いが見られた。硝酸を加えてスラリー状態で照射した場合、アミドC-N結合の解離のみが起きたが、乾燥状態ではアミドC-N結合に加えてエーテルC-O結合の解離も見られた。この違いはプロトン付加した分子構造に依存すると考え、量子化学計算を用いて結合解離エネルギー(BDE)を求めた。フリーのDGAのエーテル結合のBDEは、アミド結合よりも小さい。一方、プロトン付加した構造では、エーテル結合はアミド結合よりもBDEが大きくなる。つまり、結合解離が起きにくいと予想された。この結果は実験で得られた結合解離パターンと傾向が一致した。今後、照射線量と吸着材の劣化生成量における相関を調査し、抽出クロマトグラフィに用いる吸着材の再利用性を含めた研究を行う。

口頭

Quantum modelling of Cs substances in the case of LWR severe accident

Miradji, F.; 鈴木 知史; 中島 邦久; 逢坂 正彦

no journal, , 

Within the framework of Fukushima Daiichi NPS decommissioning work, the modelling of Cs chemisorption process onto reactor structure surfaces need to be improved, as models implemented in SA codes cannot reproduce the chemisorption amount under the 1F-SA chemical conditions. To build Cs chemisorption model based on the mass transfer theory, the thermal properties of identified Cs-Fe-Si-O chemisorbed species are needed. We present in this work the derivation of CsFeSiO$$_{4}$$ and Cs$$_{2}$$Si$$_{4}$$O$$_{9}$$ properties by quantum chemical methodologies. In particular. Density Functional Theory (DFT) was applied to obtain the geometric, electronic and energetic properties of target species. Phonon calculations in the harmonic approximation were performed to derive the thermodynamic data.

口頭

Structural and thermal properties of Cs-Fe-Si-O systems under LWR severe accident by DFT calculations

Miradji, F.; 鈴木 知史; 中島 邦久; 逢坂 正彦

no journal, , 

In the framework of FDNPS severe accident (SA), Cesium (Cs) retention phenomena are of high interest due to their impact on the decommissioning and dismantling work. Current SA analysis codes present large uncertainties in the estimation of Cs retention at reactor coolant system regions, due in part to the lack of knowledge in Cs chemisorption processes onto stainless steel (SS) surfaces. To improve and extend knowledge on Cs chemisorption mechanisms with SS, we investigated potential Cs-(Fe)-Si-O formed species by means of experimental and theoretical approaches. In this study, we will present the derivation of Cs-(Fe)-Si-O substances structural and thermodynamic properties from DFT calculations and the validation of developed computational methodology through comparisons with available literature data. In particular, the thermodynamic properties of newly characterized Cs chemisorbed species in our experimental tests are provided for the first time.

口頭

Comparative study of Cs silicates properties between DFT calculation and experimental data

Miradji, F.; 鈴木 恵理子; 西岡 俊一郎; 鈴木 知史; 中島 邦久; 大石 佑治*; 牟田 浩明*; 黒崎 健*; Do, Thi Mai Dung*; 逢坂 正彦

no journal, , 

Cesium (Cs) chemisorption model has been developed for estimation of Cs distribution in the reactor pressure vessels of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station. This model treats the chemical features of the Cs chemisorption process, which requires accurate thermodynamic data for the Cs chemisorbed compounds. For this purpose, we compared thermodynamic properties of major formed/predicted Cs silicates, Cs-(Fe)-Si-O, obtained from DFT calculations with ones from experimental data to mutually estimate the accuracy of both methodologies. As the results, a great accordance is found for the thermodynamic assessment of Cs$$_{2}$$Si$$_{4}$$O$$_{9}$$ and CsFeSiO$$_{4}$$ substances from all sources.

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