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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:23.44(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.

論文

Modelling of cesium chemisorption under nuclear power plant severe accident conditions

Miradji, F.; 鈴木 知史; 西岡 俊一郎; 鈴木 恵理子; 中島 邦久; 逢坂 正彦; Barrachin, M.*; Do, T. M. D.*; 村上 健太*; 鈴木 雅秀*

Proceedings of 9th Conference on Severe Accident Research (ERMSAR 2019) (Internet), 21 Pages, 2019/03

Under the scope of analyses of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F) Severe Accident (SA), estimation of Cs distribution, especially localization in the upper part of the core, has large uncertainties partly caused by the current implemented Cs-chemisorption models in SA analysis codes. This is in part due to the scarce knowledge related to Cs chemisorption mechanisms onto structure surfaces. The objective of this work is, therefore, to improve Cs chemisorption models by consolidation and extension of knowledge in the chemical process of Cs chemisorption. In this study, we will present in the first part experimental tests for grasping the phenomenology of Cs chemisorption onto stainless steel (SS) surfaces under reproductive conditions of 1F SA. The chemical factors involving in the Cs chemisorption process were investigated and implemented in an improved Cs chemisorption model based on a mass transfer theory. The second part of the study will discuss further improvement of built Cs chemisorption model to take into account revaporizaton process of Cs chemisorbed species. For such improvement, the thermodynamic properties of all possible Cs-(Fe)-Si-O chemisorbed species were provided using first-principles calculations. In the last part of the study, chemical equilibrium calculations were conducted to evaluate the relative stability of possible Cs-(Fe)-Si-O chemisorbed species in SA conditions.

論文

Research on vitrification technology to immobilize radioactive sludge generated from Fukushima Daiichi Power Plant; Enhanced glass medium

天本 一平; 小林 秀和; 北村 直登*; 武部 博倫*; 三田村 直樹*; 都築 達也*; 深山 大元*; 長野 祐一*; Jantzen, T.*; Hack, K.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1467 - 1475, 2016/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.27(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所の汚染水処理で発生した汚泥(スラッジ)の廃棄体化技術候補の一つとして、ガラス固化法に着目し、鉄リン酸塩ガラス(IPG)媒体を用いたスラッジ固化処理の適用性について検討を行っている。同検討を進めるにあたり、解析に必要とされる熱物性等のデータを充実させる必要があるが、高温雰囲気において、さまざまな成分と組成のIPG及び模擬廃棄体を作製し、それぞれに対して、多くの物性値を測定することは、時間と困難さを伴う作業となる。よって、理論解析により対象物質の挙動を推測することにより試験件数を減らし、データ取得を行った方が合理的である。本報では、既知の実験状態図から、CALPHAD法により熱力学的諸量を推算し、得られた結果を利用してIPG及び廃棄体の計算状態図を作成するとともに、同状態図から読み取ることのできる均質融体を形成するための情報と実験値との比較評価を行い、計算状態図の妥当性を確認することができた。

論文

Bromate removal from water samples using strongly basic anion exchange resin Amberlite IRA-400; Kinetics, isotherms and thermodynamic studies

Naushad, M.*; Khan, M. R.*; Alothman, Z. A.*; Awual, M. R.

Desalination and water treatment, 57(13), p.5781 - 5788, 2016/03

 被引用回数:33 パーセンタイル:90.67(Engineering, Chemical)

The removal of bromate from aqueous medium by Amberlite IRA-400 anion exchange resin was explored in order to identify the capability of this resin to remove bromate from real water samples. The effects of several physicochemical parameters such as contact time, initial bromate concentration, initial pH, and temperature were studied. The concentration of bromate was determined using ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry. The adsorption kinetics and isotherms were well fitted by pseudo-second-order model and Freundlich model, respectively.

論文

Thermodynamics in density-functional theory and force theorems

千原 順三*; 山極 満

Progress of Theoretical Physics, 111(3), p.339 - 359, 2004/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.33(Physics, Multidisciplinary)

密度汎関数理論は外部ポテンシャルの下での相互作用系の特性を、対応する非相互作用系と関連付けることにより計算する簡便な手法を提供する。ここでは、この非相互作用系の幾つかの関係式を見いだし、中性の電子-原子核混合系に対する熱力学関係式を、非相互作用系の諸量及び交換相関効果を用いて記述する。これにより、原子核に及ぼされる力の定理が容易に証明される。

報告書

Proceedings of the 3rd International Symposium on Material Chemistry in Nuclear Environment (MATERIAL CHEMISTRY '02, MC '02); March 13-15, 2002, Tsukuba

MC'02企画委員会

JAERI-Conf 2003-001, 451 Pages, 2003/05

JAERI-Conf-2003-001.pdf:30.73MB

第3回材料化学国際シンポジウム(Third International Symposium on Material Chemistry in Nuclear Environment, MC'02)が、平成14年3月13日~15日の3日間、原子力基盤技術クロスオーバー研究の一環として、筑波研究交流センターで開催された。これまで、当該シンポジウムは原子力材料クロスオーバー研究グループが中心となって第1期(89~93),第2期(94~98)の各節目にそれぞれMC92,MC96として開催され、今回の第3期では計算科学及び陽電子ビームクロスオーバー研究グループと合同でMC'02として開催した。MC'02では、特に発電炉,再処理,核融合,加速器等の原子力技術の高度化に不可欠な複合環境用材料の課題と材料開発,計算科学,環境適応性評価技術等の最新技術開発動向に関して、国際的な専門家を集めて活発な討論が行われた。

報告書

水素製造ISプロセスの熱効率の熱力学的評価

野村 幹弘; 笠原 清司; 小貫 薫

JAERI-Research 2002-039, 24 Pages, 2003/01

JAERI-Research-2002-039.pdf:1.01MB

水素製造ISプロセスの熱効率を熱力学的視点で評価した。ISプロセスに限らず、熱を用いて水素を製造するプロセスの熱効率の上限はカルノー効率で得られる仕事量で制限されることを示した。高温熱源温度を1123K,熱源への返却温度733Kとすると、熱効率の上限は81.3%である。さらに、ISプロセスの最大熱効率を各反応,分離操作のG-T線図を書くことにより評価した。分離仕事を考慮しない場合のISプロセスの最大熱効率は78.2%となる。実際は、硫酸の濃縮操作及びHI水溶液の濃縮操作は温度によらずギブスエネルギーが常に正なので、仕事を投入する必要がある。分離操作は熱効率に大きな影響を与え、分離操作の有無により熱効率が53.5%から76.6%と23.1%変化した。また、正確な評価には精度ある熱力学データーが重要であり、今回の評価でブンゼン反応におけるヨウ素の添加の影響を調べる必要があることがわかった。

論文

Migration behavior of palladium in uranium dioxide

米山 充*; 佐藤 正知*; 大橋 弘士*; 小川 徹; 伊藤 昭憲; 福田 幸朔

Journal of Nuclear Materials, 247, p.50 - 58, 1997/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:31.43(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究は原研・大学バックエンド・プロジェクト共同研究として行ってきた成果をまとめたものである。本研究ではUO$$_{2}$$中のPd(パラジウム)の移行挙動を1573~2073Kの温度範囲で調べた。測定方法は、UO$$_{2}$$表面にPd金属を付着させ、UO$$_{2}$$内部に移動したPd濃度を測定したものである。Pdの移行深さは90%TDUO$$_{2}$$で約100$$mu$$m、95%UO$$_{2}$$で約50$$mu$$mであった。熱力学的計算によりUO$$_{2}$$中でのU-Pd合金生成について検討した。U-Pd合金生成を考慮してPdのガス拡散モデルを提唱した。

論文

Thermodynamics of carbothermic synthesis of actinide mononitrides

小川 徹; 白数 淑郎; 湊 和生; 芹澤 弘幸

Journal of Nuclear Materials, 247, p.151 - 157, 1997/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:75.44(Materials Science, Multidisciplinary)

炭素熱還元法によるUN合成過程を熱力学的に解析し、その結果に基づいて、(Pu、Am)N、AmNの合成法について議論する。解析に当っては、酸窒化物、炭窒化物の二種の固溶体相のモデル化を行った。炭窒化物は、また、微量の酸素を溶解する。このため、Pu-N-O系の再評価を実施した。炭素熱還元過程では、固溶体相の成分間の反応を追跡し、それに伴う気相平衡組成の変化を知ることが必要になる。そのための解析手順を詳説する。

論文

Investigation of thermodynamic properties of molten rare earth trichlorides by molecular dynamics method

岡本 芳浩; 林 博和; 小川 徹

Journal of Nuclear Materials, 247, p.86 - 89, 1997/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:69.34(Materials Science, Multidisciplinary)

アクチニド塩化物融体の輸送係数や熱力学物性データの整備は、高温化学を利用した核燃料サイクルにおいて重要であるが、放射性物質の取り扱いや塩の吸湿性などの問題から物性データベースの拡充は困難である。我々はこうした未知の物性を予測する手段として分子動力学法の適用を考え、希土類塩化物融体を対象として予測技術の確立を進めており、今回新たに熱力学物性についての計算を試みた。計算では、いくつかの希土類塩化物を対象とし、完全イオン性モデルと部分的に共有結合の存在を仮定した複数のモデルを用いた。従来求めていた融体構造や粘性率などの動的性質に加えて熱力学物性を得るために、系を定温定圧に保つシミュレーションを実施した。十分な統計量からモル体積、エンタルピー、熱容量などを算出し、実験報告と比較した。

論文

Thermodynamic study of the dissolution of nitrogen in nitrogen-rich $$alpha$$-U$$_{2}$$N$$_{3+x}$$

芹澤 弘幸; 福田 幸朔; 桂 正弘*

Journal of Alloys and Compounds, 232, p.274 - 280, 1996/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.12(Chemistry, Physical)

アンモニア窒化法により、ウラン窒化物$$alpha$$-U$$_{2}$$N$$_{3+x}$$を生成し、窒素固溶に関する熱力学的関数を推定した。不安定なアンモニアガスをウラン金属と反応させると、窒素ガスを用いた場合と比較して、低温低圧で迅速に反応が進み、窒化物を生成できることが知られている。こにような現象が起こるのは、不安定なアンモニアガス中の窒素活量が、窒素ガスと比べて、極めて高くなるためであると考えられる。アンモニアガスの活量は、アンモニアガス分圧と、同時に存在する水素ガスの分圧に依存する。そこで両ガス分圧をコントロールして、気相中の窒素活量を変化させて反応をおこなった。反応生成物の窒素含有量を評価して、300~500$$^{circ}$$Cという低温における窒素の溶解エンタルピー、自由エネルギー、エントロピーを求めた。

論文

Dense fuel cycles for actinide burning and thermodynamic database

小川 徹; 山岸 滋; 小林 紀昭; 伊藤 昭憲; 向山 武彦; 半田 宗男; R.G.Haire*

Global 1995,Int. Conf. on Evaluation of Emerging Nuclear Fuel Cycle Systems, 1, p.207 - 214, 1995/00

超ウラン元素、中でもマイナー・アクチニド(Np、Am、Cm)の取扱いの困難さから、アクチニド消滅のための燃料サイクル設計には暫新なアプローチが必要になる。階層サイクル概念ではマイナー・アクチニド(MA)は第二層中に閉じ込められる。このMA消滅処理サイクルに用いる高密度燃料サイクルの概念を提出した。MAの一窒化物は燃料要素に加工され、照射後に溶融塩電解法によって再処理される。代替案として金属燃料の使用も考えられる。これらの燃料サイクル概念の成立性評価の観点から、関連する熱力学データベースの現状と将来の拡張とを論じた。

論文

Structure and stability Li$$_{2}$$CN molecule; An Experimental and ab initio study

工藤 博司; 橋本 雅史; 横山 啓一; Wu, C. H.*; A.E.Dorigo*; F.M.Bickelhaupt*; P.von-R.Schleyer*

Journal of Chemical Physics, 99(17), p.6477 - 6482, 1995/00

Knudsen effusion質量分析法によりLi$$_{3}$$SおよびLi$$_{4}$$S分子の熱力学量を決定し、非経験的分子軌道計算により求めた理論値と比較しながらこれら超リチウム化分子の熱力学的安定性、分子構造および結合状態について研究した。Li$$_{3}$$S分子はC$$_{3v}$$対称を、Li$$_{4}$$S分子はC$$_{2v}$$対称を有する構造が最も安定であり、オクテット分子であるLi$$_{2}$$Sに比べてそれぞれ33.1$$pm$$1.6kcal/mol及び83.9$$pm$$2.7kcal/mol安定な状態にある。Li$$_{3}$$Sの9個の原子価電子は(5a$$_{1}$$)$$^{2}$$(3e)$$^{4}$$(6a$$_{1}$$)$$^{2}$$(7a$$_{1}$$)$$^{1}$$、Li$$_{4}$$Sの10個の原子価電子は(6a$$_{1}$$)$$^{2}$$(3b$$_{1}$$)$$^{2}$$(7a$$_{1}$$)$$^{2}$$(3b$$_{2}$$)$$^{2}$$(8a$$_{1}$$)$$^{2}$$の配置をとる。Li$$_{3}$$Sの7a$$_{1}$$軌道及びLi$$_{4}$$Sの8a$$_{1}$$軌道にある電子はLi-Li結合によりケージを形成し、分子全体の安定化に寄与すると考えられる。

論文

Thermodynamic properties and multiphase diffusion paths of the ternary system U-Zr-N

小川 徹; 赤堀 光雄

Journal of Alloys and Compounds, 213-214, p.173 - 177, 1994/00

 被引用回数:9 パーセンタイル:60.99(Chemistry, Physical)

TRU消滅処理に関する研究開発のなかでアクチナイド合金系への関心が復活してきている。U-Zr合金系は過去もっとも良く調べられているアクチナイド合金系の一つであるが、熱力学的性質についてはより正確な把握が必要である。ここではU-Zr-N三元系の相平衡と多相拡散経路の検討を通じて、このU-Zr合金の熱力学的性質を明らかにした。中間相$$delta$$(デルタ)の相安定性に及ぼす窒素の効果など、熱力学的解析は実験結果を良く再現するものであった。

論文

Temperature dependence of equilibrium and rate constants of reactions inducing conversion between hydrated electron and atomic hydrogen

白石 浩二; G.R.Sunaryo*; 石榑 顕吉*

Journal of Physical Chemistry, 98(19), p.5164 - 5173, 1994/00

 被引用回数:74 パーセンタイル:91.57(Chemistry, Physical)

原子炉一次冷却水の放射線分解に於いて重要な反応に関する基礎データを得る事を目的として、水和電子と水素原子の間の平衡反応(e$$^{-aq}$$+H$$^{+}$$$$Leftrightarrow$$H及びe$$^{-aq}$$+NH$$_{4+}$$$$Leftrightarrow$$H+NH$$_{3}$$)について250$$^{circ}$$Cまで測定を行った。水素原子の解離定数pK$$_{a}$$(H)は、25$$^{circ}$$Cでは9.6であるが250$$^{circ}$$Cでは6.24$$pm$$0.09まで低下する事がわかった。しかし、pK$$_{a}$$(H)のファントホフプロットは下に凸の曲率を示し、高温では水の誘電率が低下するため、(室温近傍からの外挿値よりも)解離しにくくなる事もわかった。解離定数の温度依存性から水和電子の比熱と評価したところC$$_{p}$$°(e$$^{-aq}$$)は25$$^{circ}$$Cで-11$$pm$$11calK$$^{-1}$$mol$$^{-1}$$となった。この値はアニオン種としては例外的に大きく、水和電子近傍の弱い結合を反映しているものと推定された。上記の平衡反応の反応速度のアレニウスプロットは、いずれも直線からのずれを示した。その原因についても考察を加えた。

報告書

Statistical thermodynamic properties of uranium hexafluoride

小田 哲三

JAERI-M 93-052, 49 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-052.pdf:1.11MB

UF$$_{6}$$統計熱力学的諸性質を広い温度領域にわたって計算し、特に200の分子振動準位についての結果は300Kの温度におけるポピュレーション順にテーブル化した。さらに、UF$$_{6}$$V$$_{3}$$バンドカンターについてのシミュレーションと同位体選択性についての評価を行い、これによると多数のホットバンドによる重畳の結果、スペクトルは準連続的な形状を示すが同位体選択性はわずかながら吸収波長に対して依存性を示すことがわかった。本研究は遠心分離ウラン濃縮プラントの保障措置を目的とした「光吸収濃縮度モニタシステム」の設計に不可欠な情報となるだけでなく、一般の赤外スペクトルの解析にも充分役立つ結果を提供するものである。

論文

Thermodynamic properties of (U,Pu)N$$_{1-x}$$ with a sublattice formalism; Equilibria involving the nonstoichiometric nitrides

小川 徹

Journal of Nuclear Materials, 201, p.284 - 292, 1993/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:73.08(Materials Science, Multidisciplinary)

UN,PuN,(U,Pu)Nの不定比性を考慮した熱力学モデルを提出し、それぞれの窒化物上の蒸気圧を計算した。モデル化に当っては窒素副格子上の空孔を要素の一つとして、正則溶体近似を行う副格子モデルを用いた。計算の結果、UN$$_{1-x}$$にPuN$$_{1-x}$$が固溶すると、蒸気圧測定値は、PuとN$$_{2}$$との調和蒸発組成に収束する結果、Uの蒸気圧が顕著に低下することが分かった。

論文

Studies on chemical thermodynamics of hyperlithiated molecules by Knudsen-effusion mass spectrometry

工藤 博司

質量分析, 41(6), p.317 - 328, 1993/00

Knudsen-effusion質量分析法によりCLi$$_{6}$$,Li$$_{3}$$O,Li$$_{4}$$O,Li$$_{3}$$S,Li$$_{4}$$S,Li$$_{4}$$Pなどのポリリチウム化分子の実在を確認し、その解離エネルギー、原子化エネルギー、イオン化ポテンシャルなどの熱力学量を決定した。これらの分子は形式的に9個以上の原子価電子を有し、オクテット則を逸脱する分子として興味が持たれ、超リチウム化分子あるいは超原子価分子とよばれている。その存在は理論的に予測されていたものであるが、一連の実験によりその実在を確認するとともに、熱力学量の実験が理論的予測値に一致することを示し、理論計算の正しいことを証明した。本稿では、実験の詳細について述べるとともに、CLi$$_{6}$$分子を中心に超原子価分子の結合状態について考察する。

論文

Thermochemical modelling of U-Zr alloys

小川 徹; 岩井 孝

J. Less-Common Met., 170, p.101 - 108, 1991/00

U-Zr合金の熱力学的性質を状態図解析から推定した。熱力学的性質はRedlich-Kister型のパラメータを用いてモデル化した。モデルによって再計算した状態図は実測と良く一致した。また、最近の蒸気圧測定結果とも良く一致するものであった。同合金系に存在する中間相の$$delta$$相は$$omega$$相固溶体と仮定することにより、その安定領域を良く再現できることを示した。

論文

Metallic impurities-silicon carbide interaction in HTGR fuel particles

湊 和生; 小川 徹; 鹿志村 悟; 福田 幸朔; 清水 道雄; 田山 義伸; 高橋 五志生

Journal of Nuclear Materials, 175, p.14 - 19, 1990/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:32.08(Materials Science, Multidisciplinary)

照射済高温ガス炉用被覆燃料粒子において、金属不純物と炭化ケイ素被覆層との反応を観察した。観察には、光学顕微鏡およびX線マイクロアナライザを用いた。炭化ケイ素被覆層は、粒子の外側から腐食されていた。この反応に関与していた主たる元素は、場合によって異なっていたが、鉄または鉄とニッケルであった。これらの元素は、被覆粒子を分散させている黒鉛マトリックスに不純物として混入していたと考えられる。これらの元素は、照射温度のもとでは炭化物よりもケイ化物を形成した方が熱力学的に安定であるので、炭化ケイ素被覆層と反応しケイ化物を形成したと考えられる。燃料の製造工程においては、炭化ケイ素と反応する元素が不純物として燃料に混入しないように、細心の注意が払われるべきである。

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