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論文

Local electronic structure of interstitial hydrogen in MgH$$_2$$ inferred from muon study

門野 良典*; 平石 雅俊*; 岡部 博孝*; 幸田 章宏*; 伊藤 孝

Journal of Physics; Condensed Matter, 35(28), p.285503_1 - 285503_13, 2023/07

https://doi.org/10.1088/1361-648X/acccc7
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Condensed Matter)

Magnesium hydride has great potential as a solid hydrogen (H) storage material because of its high H storage capacity of 7.6 wt%. However, its slow hydrogenation and dehydrogenation kinetics and the high temperature of 300 $$^circ$$C required for decomposition are major obstacles to small-scale applications such as automobiles. The local electronic structure of interstitial H in MgH$$_2$$ is an important fundamental knowledge in solving this problem, which has been studied mainly based on density functional theory (DFT). However, few experimental studies have been performed to assess the results of DFT calculations. We have therefore introduced muon (Mu) as pseudo-H into MgH$$_2$$ and investigated the corresponding interstitial H states by analyzing their electronic and dynamical properties in detail. As a result, we observed multiple Mu states similar to those observed in wide-gap oxides, and found that their electronic states can be attributed to relaxed-excited states associated with donor/acceptor levels predicted by the recently proposed ambipolarity model. This provides an indirect support for the DFT calculations on which the model is based via the donor/acceptor levels. An important implication of the muon results for improved hydrogen kinetics is that dehydrogenation, serving as a reduction for hydrides, stabilises the interstitial H$$^-$$ state.

報告書

HTTR水素製造システム実規模単一反応管試験装置の改善事項(受託研究)

榊 明裕*; 加藤 道雄; 林 光二; 藤崎 勝夫*; 会田 秀樹; 大橋 弘史; 高田 昌二; 清水 明; 森崎 徳浩; 前田 幸政; et al.

JAERI-Tech 2005-023, 72 Pages, 2005/04

JAERI-Tech-2005-023.pdf:14.86MB

水素製造システムと高温ガス炉の接続技術の確立のため、水蒸気改質法によるHTTR水素製造システム実規模単一反応管試験装置を平成13年度に製作し、同年度に機能試験運転を実施した。引き続き、平成13年度から16年度まで7回の試験運転を実施した。運転期間中に発生した不具合については、その都度、原因の究明,対策案による試験装置の改善を行い、試験を続行してきた。これにより、各種試験を行い、所定の目的を達成した。本報告は、平成13年から平成16年までに実施した試験装置の改善項目について記述したものである。

論文

Formation of a charge-exchange target for fast ions in the plasma of large-scale toroidal devices under NBI conditions

Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀

Plasma Physics Reports, 30(2), p.164 - 168, 2004/02

https://doi.org/10.1134/1.1648943
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Fluids & Plasmas)

高エネルギー荷電交換計測により、水素様不純物イオンによる水素イオンの中性化によって生成される高速原子の分布関数を決定することができる。分布関数を得るためには、プラズマ中でのターゲットイオンの成分と空間分布を知る必要がある。荷電交換標的粒子は、不純物原子核と加熱用中性粒子ビームとの相互作用で生成される。中性粒子ビームと計測装置との位置関係に基づき、ターゲット粒子の軌跡を計算する必要がある。実際のトカマク配位での不純物イオンのバランスを構築する原子の基礎過程を考慮するモデルが提案されている。JT-60Uプラズマへこのモデルを適用する。荷電交換原子束の形成機構を調べた。荷電交換束への異なったビーム入射装置の相対的な寄与を評価した。計算結果に基づき、固定した分析器を用いたイオン分布関数の局所的な測定の方法を提案する。

報告書

Thermal and chemical analysis of carbon dioxide reforming of methane using the out-of-pile test facility

Huang, Z.*; 大橋 弘史; 稲垣 嘉之

JAERI-Tech 2000-022, p.30 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-022.pdf:1.24MB

日本原子力研究所では、高温ガス炉、高温工学試験研究炉(HTTR)から供給される核熱(10MW,1178K)を利用し、天然ガス(主成分: メタン)の水蒸気改質反応により水素を製造する、HTTR水素製造システムを計画している。このため、HTTRとの接続の前に、安全性、制御性及び水蒸気改質システムの性能を明らかにすることを目的として、通電式加熱器を用いて中間熱交換器以降を模擬する、水素製造量に関して1/30スケール(100Nm$$^{3}$$/h)の炉外技術開発試験を計画し、試験装置の建設を行っている。一酸化炭素と水素から成る合成ガスを製造する天然ガスの二酸化炭素改質反応(CO$$_{2}$$改質)は、近年、温室ガスの低減技術として期待されており、炉外技術開発試験装置における試験の実施が検討されている。しかし、水蒸気改質のために設計された炉外技術開発試験装置を用いて、CO$$_{2}$$改質を行うにあたり、熱・物質収支計算による改質器性能の事前解析が必要である。そこで、本研究では、CO$$_{2}$$改質及び二酸化炭素と水蒸気を同時に供給し、CO$$_{2}$$改質と水蒸気改質を同時に行う場合(CO$$_{2}$$+H$$_{2}$$O改質)について、数値解析による改質器性能解析を行い、圧力、温度、原料ガス組成等の転化率及び生成ガス組成に対する影響を明らかにした。数値解析の結果、設定した定格運転時(改質器入口He温度1153K)のCO$$_{2}$$改質及びCO$$_{2}$$+H$$_{2}$$O改質のメタン転化率は、各々1085,1100Kにおける平衡転化率と等しい0.36,0.35であった。これらの結果より、炉外技術開発試験装置がCO$$_{2}$$改質及びCO$$_{2}$$+H$$_{2}$$O改質にも使用可能であることを明らかにした。

論文

Hydrogen separation in H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI gaseous mixture using the silica membrance prepared by chemical vapor deposition

Hwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎; 大矢 晴彦*

J. Membr. Sci., 162(1-2), p.83 - 90, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0376-7388(99)00125-8
 被引用回数：65 パーセンタイル：90.01(Engineering, Chemical)

熱化学ISプロセスにおけるHI分解への適用のため、セラミックスを基膜とする水素分離膜を作製した。膜は、100nm(M1)と10nm(M2)の細孔径を有するアルミナ多孔質チューブを基膜として用い、TEOSを反応原料とする化学蒸着法により作製した。He,N$$_{2}$$,H$$_{2}$$の純ガス透過実験は、300~600$$^{circ}$$Cの範囲で行った。HeとN$$_{2}$$ガスは、細孔が析出するシリカによって閉塞されたため、活性化拡散機構により流れた。作製した膜の600$$^{circ}$$Cにおける水素ガス透過速度は、約6$$times$$10$$^{-9}$$mol/Pa・m$$^{2}$$・sであった。H$$_{2}$$/N$$_{2}$$の選択性はM1とM2膜でそれぞれ5.2と160を示した。H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI混合ガス分離実験を300~600$$^{circ}$$C範囲で行った。水素の透過速度は水素単独に用いた場合とほぼ同等であり、HI透過速度は1$$times$$10$$^{-11}$$mol/Pa・m$$^{2}$$・s以下であった。450$$^{circ}$$CにおけるH$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI(モル比0.23:0.65:0.12)混合ガスでの膜の水素透過速度は、一日後でも変化しなかった。

報告書

ISプロセス高効率化のための水素分離膜に関する研究; 多孔質$$alpha$$-アルミナチューブを基膜とした製膜方法

Hwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎

JAERI-Research 98-002, 8 Pages, 1998/01

JAERI-Research-98-002.pdf:0.53MB

ISプロセスの水素発生工程におけるヨウ化水素分解の高効率化のため、水素分離膜の製作技術の研究を行った。細孔径100nmと10nmの$$alpha$$ーアルミナチューブを基膜として用い、TEOSを原料とする化学蒸着法(CVD)によりシリカを析出させる方法で水素分離膜を製膜した。製作した水素分離膜では、シリカにより細孔が緻密に閉塞され、ガスは活性化拡散機構により透過した。600$$^{circ}$$Cにおける窒素に対する水素の選択性は、細孔径が100nmの基膜の場合5.2,細孔径が10nmの基膜の場合160を示した。

論文

高レベル放射性廃棄物地層処分システムの初期過渡状態の解析

大江 俊昭*; 安 俊弘*; 池田 孝夫*; 菅野 毅*; 千葉 保*; 塚本 政樹*; 中山 真一; 長崎 晋也*

日本原子力学会誌, 35(5), p.420 - 437, 1993/05

https://doi.org/10.3327/jaesj.35.420
 被引用回数：6 パーセンタイル：55.90(Nuclear Science & Technology)

高レベル廃棄物地層処分の安全評価シナリオのひとつである地下水移行シナリオにおいて、従来の解析でしばしば想定されている、(1)固化体からの核種放出は処分場閉鎖後千年目からとする、(2)ニアフィールドでは地下水は還元性である、という仮定の妥当性の検討を目的として、処分開始直後から緩衝材層が水分飽和に達するまでの時間、水分飽和後の緩衝材間隙水中の化学的環境条件、処分場内での水素発生の影響を公開コードTOUGH,PHREEQE,CHEMSIMUL等により各々解析した。その結果、(1)緩衝材層の最高温度は100$$^{circ}$$C以下で地下水の冠水は数十年以内である。(2)浸入した地下水は緩衝材中の鉱物との反応により還元性となる。(3)地下水冠水までの水蒸気によるオーバーパックの腐食は無視でき、また冠水後も還元環境のため、既存の腐食実験データからはオーバーパックの腐食寿命を1000年とする仮定には裕度がある、ことなどがわかった。

論文

Study of catalytic reduction of methanol for methane-methanol thermochemical hydrogen production cycles

小貫 薫; 清水 三郎; 中島 隼人; 池添 康正; 佐藤 章一

Int.J.Hydrogen Energy, 12(8), p.555 - 559, 1987/08

https://doi.org/10.1016/0360-3199(87)90014-0
 被引用回数：5 パーセンタイル：62.26(Chemistry, Physical)

メタノールが、白金イオンを含むヨウ化水素酸によりメタンにまで還元されることを見出した。この反応はメタノールがまずヨウ化メチルとなり次いでメタンとなる連続反応である。白金イオンはヨウ化メチルのメタンへの還元反応に対して触媒として作用する。ヨウ化メチルの白金イオンを触媒とする還元反応は、ヨウ素により著しく阻害される。またヨウ素の存在下では、この反応は温度にほとんど依存しない。本反応系を用いた水素製造サイクルについて検討した。

論文

Drastic reduction of computing time in dynamic simulation for hydrogen isotope distillation columns

木下 正弘

Fusion Technology, 9, p.492 - 498, 1986/00

水素精留塔の動的シミュレーションにおいては、基本となる常微分方程式が非常に大きな次元及び「堅さ」を有するため、長大な計算時間が大きな問題となることが多い。著者は、現有の積分アルゴリズムをレビューし、そのうちのいくつかをテストすることにより、安定性及び簡便さの点からBallard-Brosilowのアルゴリズムを選定した。このアルゴリズムを用いると、各ステップにおいて、線形の三項方程式を解くこととスカラー沸点計算が必要であるに過ぎない。いくつかの数値実験をもとに、時間きざみの大きさをシミュレーションの過程で修正してゆく手順を提案した。1つの定常状態から他の定常状態に移る過程を対象とする典型的な例においては、例えば改良オイラー法に比べると約百分の一の計算時間において十分な精度で数値解が得られた。

論文

Surface compositional and chemical-state changes of SiC,Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ and SiO$$_{2}$$ by energetic hydrogens

佐々木 貞吉; 馬場 祐治

Journal of Nuclear Materials, 138, p.145 - 148, 1986/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(86)90269-2
 被引用回数：5 パーセンタイル：85.20(Materials Science, Multidisciplinary)

耐熱材料に及ぼすkeVオーダ水素イオンの化学的効果を明らかにするため、SiC,Si$$_{3}$$N$$_{4}$$,SiO$$_{2}$$を6keVH$$_{2}$$$$^{+}$$で照射し、表面化学変化,注入水素の捕捉状態等について検討した。その結果、SiCでは照射量とともにC/Si比が増加しC-H結合形成を示唆するXPSスペクトルを与えることが分かった。一方、Si$$_{3}$$N$$_{4}$$及びSiO$$_{2}$$ではN/Si比,O/Si比が減少しSi-H結合の形成を認めた。表面組成の変化量は2$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$ions/cm$$^{2}$$で20~30%であった。

論文

Equilibrium pressures of hydrogen and deuterium dissolved in titanium,zirconium and hafnium at low concentrations

渡部 和男

Journal of Nuclear Materials, 136, p.1 - 5, 1985/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(85)90025-X
 被引用回数：31 パーセンタイル：94.02(Materials Science, Multidisciplinary)

Sievertsの装置を用いて、チタン、ジルコニウムおよびハフニウム中の水素および重水素の平衡圧を0.013~133Paの範囲で測定した。これらの金属への水素および重水素の溶解はSievertsの法則に従った。各温度で得られたSieverts定数から水素および重水素についての溶解度式(Arrhenius式)を導出した。いずれの金属も水素濃度(原子分率)が一定の場合には、重水素の平衡圧が軽水素のそれより1.1~1.4倍高いことを見出した。

論文

Chemical state studies Zr and Nb surfaces exposed to hydrogen ions

佐々木 貞吉; 馬場 祐治

Physical Review B, 31(2), p.791 - 797, 1984/00

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.31.791
 被引用回数：45 パーセンタイル：87.56(Materials Science, Multidisciplinary)

金属ジルコニウム及び金属ニオブ(共に99.9%以上)を8KeV水素イオンで(室温照射(10$$^{1}$$$$^{7}$$~10$$^{1}$$$$^{8}$$/cm$$^{2}$$)し、ESCAにより表面化学状態を解析した。イオン注入ジルコニウムでは、内殻軌道エネルギーが高エネルギー側へ0.6~1.4eVの化学シフトを起こし、水素化学物ZrHim(Himは注入水素)の形成を確認した。また、Zr4d-H1s結合の実測エネルギーは、計算値に比べ2.3eV小さくなったが、Eb=3.4eVに明瞭な形状の光電子ピークが現れることを見出した。さらに、ESCAスペクトルに及ぼす注入試料の焼鈍効果の研究から、熱化学合成試料ZrH$$_{1}$$$$_{.}$$$$_{6}$$$$_{4}$$に比べ、ZrHimの熱分解温度が高くなり、これが表面損そうに起因することが判った。ニオブ試料についても、ほぼ同様の知見を得た。

論文

Potential of carbon dioxide radiolysis for hydrogen production

池添 康正; 佐藤 章一; 清水 三郎; 中島 隼人

Int.J.Hydrogen Energy, 7(7), p.539 - 543, 1982/00

https://doi.org/10.1016/0360-3199(82)90034-9
 被引用回数：6 パーセンタイル：74.03(Chemistry, Physical)

炭酸ガスの放射線分解の反応過程を解析し、水の放射線分解と比較した。その結果、生成物収率の高いこと、また生成物が比較的安定に反応系中に存在しうることの二点が炭酸ガス放射線分解の特長であり、水素製造のための放射線プロセスとしてすぐれていることが明らかにされた。添加物効果、高線量効果、核分裂片照射効果を実験によって調べた。

論文

Chemical spattering yields of titanium carbide

山田 禮司; 中村 和幸; 西堂 雅博

Journal of Nuclear Materials, 111-112, p.744 - 749, 1982/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(82)90299-9
 被引用回数：47 パーセンタイル：96.13(Materials Science, Multidisciplinary)

パルクTiC,CVDTiC,PVD TiCに関して、水素イオンによる化学スパッタリング収率を測定した。測定結果によれば、室温から550$$^{circ}$$C付近まで化学スパッタリング収率はあまり変化せず、黒鉛のそれの1桁以上小さな値を示した。また、収率は2keV付近で広がったピークになる。

論文

Sputtering of silicon carbide coatings by low-energy hydrogen ions

曽根 和穂; 西堂 雅博; 中村 和幸; 山田 礼司; 村上 義夫; 岡田 雅年*

Journal of Nuclear Materials, 98(3), p.270 - 278, 1981/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(81)90153-7
 被引用回数：12 パーセンタイル：79.97(Materials Science, Multidisciplinary)

反応性イオンプレーティング法によりモリブデン上にコーティングした種々の組成の炭化珪素皮膜ついて、1keV相当H$$^{+}$$による500$$^{circ}$$C前後におけるスパッタリング収率を測定した。主な結果は次の通り。(1)スパッタリング収率は化学理論比の組成において最も小さく、500$$^{circ}$$Cにおける値は1.15$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$atoms/ionである。(2)400~600$$^{circ}$$Cで殆んど温度依存性がない。(3)化学量論比よりずれると侵食速度は大きくなり、特にSi過剰のものは照射により剥離する。AES及びEPMAを用いて、照射による表面組成の変化についても調べた。

論文

Radial distribution functions and bound electronic energy levels in hydrogen plasmas

千原 順三

Progress of Theoretical Physics, 60(6), p.1640 - 1652, 1978/00

https://doi.org/10.1143/PTP.60.1640
 被引用回数：14

水素プラズマを、陽子電子の混合系として10$$^{1}$$$$^{8}$$,10$$^{2}$$$$^{0}$$,6$$times$$10$$^{2}$$$$^{0}$$,6$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$固/cm$$^{3}$$の密度の場合、いくつかの10$$^{4}$$Kのオーダーの温度で、量子力学的なHNC方程式(QHNC)を用いて動径分布関数を計算した。陽子・電子の分布関数は、昔から古典的な取扱いでは発散を生じることが知られているが、この方法によるとQHNC方程式にともなうSchroedinger方程式を解くことで自動的にこの発散は防がれる。同時に水素プラズマ中における電子の陽子による束縛エネルギー準位も計算された。10$$^{1}$$$$^{8}$$,10$$^{2}$$$$^{0}$$,6$$times$$10$$^{2}$$$$^{0}$$,6$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$個/cm$$^{3}$$の密度で各々3.3$$times$$10$$^{4}$$,4.8$$times$$10$$^{4}$$,5.4$$times$$10$$^{4}$$,5.9$$times$$10$$^{4}$$K近くで、水素分子の形成を示す山が陽子・陽子の相関関数に現れる。またプラズマのこの温度への接近は、電子の束縛エネルギーの変化が大きくなることで観測されることが予測される。低密度高温領域では、QHNC方程式からある条件の下に導かれる量子力学的Debye-Hiickel方程式で、束縛エネルギー準位・相関関数を、ともに正しく計算できることを示した。

論文

The H/D isotope effect in the conversion of the electron into a hydrogen atom in aqueous acid solutions at 300 and 77$$^{circ}$$K

大野 新一

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 41(6), p.1301 - 1307, 1968/00

https://doi.org/10.1246/bcsj.41.1301
 被引用回数：13

抄録なし

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