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論文

Crystal structure change of katoite, Ca$$_{3}$$Al$$_{2}$$(O$$_{4}$$D$$_{4}$$)$$_{3}$$, with temperature at high pressure

興野 純*; 加藤 正人*; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 服部 高典

Physics and Chemistry of Minerals, 46(5), p.459 - 469, 2019/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.33(Materials Science, Multidisciplinary)

加藤ザクロ石の高圧下で高温分解メカニズムを明らかにするために8GPaにおける高温中性子回折実験を行った。200-400$$^circ$$Cの温度域で異常な熱膨張が観測されたものの、約850$$^circ$$Cまで連続的に膨張した。その後、900$$^circ$$Cでザクロ石は分解した。これは分解温度が圧力により300$$^circ$$Cから900$$^circ$$Cへと上昇することを示している。常温常圧に戻すと、脱水後は消失していた加藤ザクロ石がAl$$_{2}$$O$$_{3}$$、Ca(OD)$$_{2}$$とともに、再び現れた。構造解析の結果、8GPaにおいて、850$$^circ$$Cまでの昇温でCaO$$_{8}$$及びAlO$$_{6}$$多面体がそれぞれ8% and 13%膨張するのに対し、四面体空隙はその影響を受け10%縮むことが分かった。同時に、隣接するD-D距離は一定なのに対し、O-D距離は分解直前に劇的に減少する。このことは、D-D間反発により生じたO-D距離の減少が、O-D結合を不安定化させ、加藤ザクロ石の高温分解を引き起こすことを示している。

論文

High-pressure-high-temperature study of benzene; Refined crystal structure and new phase diagram up to 8 GPa and 923 K

Chanyshev, A. D.*; Litasov, K. D.*; Rashchenko, S.*; 佐野 亜沙美; 鍵 裕之*; 服部 高典; Shatskiy, A. F.*; Dymshits, A. M.*; Sharygin, I. S.*; 肥後 祐司*

Crystal Growth & Design, 18(5), p.3016 - 3026, 2018/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:88.87(Chemistry, Multidisciplinary)

マルチアンビル装置を用いたその場中性子およびX線回折により、1.5-8.2GPaで、固体ベンゼンの高温下の構造変化を溶融または分解まで調べた。重水素化ベンゼン相II(空間群P2$$_{1}$$/c)の結晶構造を、3.6-8.2GPaおよび473-873Kで精密化した。格子定数に関して、7.8-8.2GPaにおいて有意な温度依存性は見られなかった。3.6-4.0GPaでは、ベンゼン環面からの重水素原子のずれとベンゼン環の小さなジグザグ変形を観測した。これらは、ベンゼン分子のずれ、および$$pi$$共役炭素骨格-隣接重水素原子間のファンデルワールス結合の距離の減少の為に、温度により増大した。723-773Kおよび3.9-4.0GPaにおけるベンゼン分子の変形は、同じ条件におけるベンゼンのオリゴマー化に関連していると思われる。1.5-8.2GPaの圧力範囲において、ベンゼンの分解温度は773-923Kの間に決定された。融解は2.2GPa、573Kで確認された。ラマン分光法によって分析されたクエンチされた生成物は炭素質材料からなる。今回決定したベンゼンの相図は、1.5-8GPaにおけるナフタレン,ピレン、およびコロネンのものとコンシステントである。

論文

Improvement of high-voltage performance of acceleration tubes by cleaning the walls with a high-pressure water jet

竹内 末広; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; 吉田 忠

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 513(3), p.429 - 438, 2003/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:21.84(Instruments & Instrumentation)

原研(東海)タンデム加速器では加速電圧を18-20MVに改善するため加速管をコンプレスドジオメトリー型の新加速管に更新する計画をすすめている。新加速管に交換することで加速ギャッブ数が増え加速電圧を改善できる可能性がある。しかし、大型加速器では一般に交換後のコンディショニングには1-2か月の長い期間を要する。そこで、加速管内面をあらかじめ高圧純水洗浄により洗浄し、放電の源となる、あるいは放電を助長する絶縁体表面の汚れや微粒子を除去することにより、放電活動を抑制し短期間で期待する電圧にすることを考えた。高圧純粋洗浄した従来の加速管1MV分6本をタンデム加速器で高電圧試験を行い、また新加速管3MV分6本を高圧純粋洗浄し加速管メーカーのNEC社の3MV試験装置で高電圧試験を行った。結果は、どちらも定格電圧を短時間で越え、かつ放電は従来の加速管と比べ極めて少なかった。新加速管3MVの試験ではコンディショニングは加速管が安定に近い状態で進み24時間内に高度に安定な状態に達した。これで加速電圧の改善計画に明るい展望が開けた。本文では洗浄効果,セラミックスの表面などについての研究成果を述べており、放電活動は絶縁体表面の汚れや微粒子が主な原因であったことを明らかにしている。

論文

Replacement of accelerator tubes of the JAERI tandem accelerator with tubes cleaned by a high-pressure water jet

竹内 末広; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; 石崎 暢洋; 松田 誠; 月橋 芳廣; 神田 将; 田山 豪一; 阿部 信市; 吉田 忠

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.308 - 310, 2003/00

原研タンデム加速器は端子電圧を改善するためコンプレスドジオメトリの加速管に更新した。更新にあたって加速管内を高圧純水洗浄するアイデアを検証するための種種の簡単な試験と1MV及び3MVの高電圧試験を行った。その結果加速管セラミック表面は剥がれやすい微粒子がかなり付着していて、高圧純水洗浄等で清浄化することで高電圧性能が飛躍的に改善されることがわかった。加速管更新については経過を述べる。

論文

Pressure-variation of structure factor of liquid Rb

千原 順三*; G.Kahl*

Japanese Journal of Applied Physics, 38(SUPPL.38-1), p.492 - 495, 1999/00

 被引用回数:182 パーセンタイル:98.05(Physics, Applied)

辻達は放射光を用いて、常圧から6GPaまで圧力を掛けてルビジューム液体の構造因子の変化を測定している。われわれはこのような高圧下の圧縮されたルビジューム液体のイオン配列構造・電子構造をQHNC法を用いて計算した。この計算では最近Rosenfeldにより提唱されたbridge-functionalを用いることで分子動力学と同程度の正確な構造因子が得られることを示した。このようにして得られた構造因子は波数を平均原子間距離でscaleすると、すべての圧力下の結果が同一曲線上に載ることが示された。これは液体ルビジュームが圧力を掛けるとともにその構造を一様に変化させることを示し、実験結果とも一致する。

報告書

Slug flow transitions in horizontal gas/liquid two-phase flows; Dependence on chennel height and system pressure for air/water and steam/water two-phase flows

中村 秀夫

JAERI-Research 96-022, 135 Pages, 1996/05

JAERI-Research-96-022.pdf:3.86MB

本研究は、軽水炉事故時の気液二相流挙動予測を高精度化するため、水平二相流でのスラグ流の発生条件と関連素過程に対し、従来の小規模、低圧力での実験に基づく予測モデルの改良、又は相関式を新たに作成し、実規模流動への拡張を試みたものである。このため、TPTF蒸気/水試験装置と水平矩形ダクト空気/水試験装置の2つの実規模装置を用い、流動の模擬と可視化観察を行った。その結果、蒸気/水二相流でのスラグ流及び波状噴霧流への遷移境界を良く予測する為、改良Taitel-Duklerモデル、気液界面摩擦係数の実験式、改良Steen-Wallis相関式等が得られた。さらに、これらの改良モデルや相関式を連係して用いると、本研究での実験条件範囲内ではあるが、スラグ流が生じる流量範囲を、発生条件の流路高と系圧力への依存性と共に良く予測できることを確認した。

報告書

高温高圧ボイルオフ条件下における炉心ボイド率分布; 小型定常二相流試験装置(TPTF)を用いた実験的研究

近藤 昌也; 熊丸 博滋; 村田 秀男; 安濃田 良成; 久木田 豊

JAERI-M 93-200, 56 Pages, 1993/10

JAERI-M-93-200.pdf:1.85MB

原子炉事故時の炉心冷却性能を予測するには、ボイルオフ条件下における炉心ボイド率の予測が重要である。本研究では小型定常二相流試験装置(TPTF)を用いて高温高圧条件下でボイルオフ実験を実施し、その実験結果を用いて既存のボイド率相関式及びモデルの適用性を評価した。実験はPWR17$$times$$17型燃料集合体及びさらに稠密な炉心形状を模擬した試験部を使用した。その結果、1)Chexal-Lelloucheのモデルが最も良い予測を与えるが、高圧下では過小評価する傾向を示した,2)稠密型燃料集合体に対する予測性能はPWR型の燃料集合体に対する予測性能に比べて大きな相違は見られなかった。,3)ガンマ線型密度計と差圧計によるボイド率を比較したところ、ガンマ線型密度計によるボイド率が差圧計によるボイド率に比べて大きいという実験結果が得られたが、これは径方向ボイド率分布が平坦でないことに起因することが明らかになった。

論文

Fiber-optics video probes for observation of high-pressure high-temperature two-phase flow

中村 秀夫; 村田 秀男; 伊藤 秀雄; 安濃田 良成; 熊丸 博滋; 久木田 豊

可視化情報学会誌, 12(47), p.47 - 56, 1992/10

高圧の蒸気/水二相流の可視観察は、多くの工業分野、特に相変化や相分離/混合が複雑に関与した現象を扱う分野で必要とされている。従来、空冷を施した大型の内視鏡(ビデオプローブ)が使用されてきたが、測定対象の二相流に乱れを与える場合があった。原研では、プローブの流れへの影響を低減する為、照明、観察共に石英系光ファイバーを用い、PWRの運転条件(圧力16MPa、温度325$$^{circ}$$C)でも無冷却で使用可能な小型プローブを開発した。ここでは、ROSA-IV/LSTF実験装置での使用/改良に基づく経験をまとめた。特に、高温の蒸気/水雰囲気での光学窓(サファイア)の腐食、高温での光ファイバーと金属製保護管との延び差吸収のためのスライド機構、鮮明な画像を得るための照明等の問題点をまとめ、併せて実験で得られたLOCA実験時の二相流観察例を紹介する。

論文

Post-dryout heat transfer of steam-water two-phase flow in rod bundle under high-pressure and low-flow conditions

熊丸 博滋; 久木田 豊

ANS Proc. 1991 National Heat Transfer Conf., Vol. 5, p.22 - 29, 1991/00

圧力:3~12MPa、質量流束:20~410kg/m$$^{2}$$s、入口クオリティ:0.4~0.9の条件下で、ロッドバンドル内での水-蒸気二相流のドライアウト後の熱伝達実験を行った。最初に、本ドライアウト後熱伝達実験データを、噴霧流域に対するいくつかの熱伝達相関式及び最近の理論モデルと比較した。しかし、相関式及びモデルは実験データをよく予測しなかった。従って、次に、ドライアウト点での液滴エントレインメントについての簡単な考察に基づき、実験データを蒸気流冷却に対するいくつかの熱伝達相関式と比較した。比較の結果、Dittus-Boelterあるいは、Heineman相関式などの蒸気流冷却に対する熱伝達相関式は、噴霧流域に対する相関式より、むしろ本実験データをよく予測することが明らかになった。

論文

Fiber-optics video probes for observation of high-pressure two-phase flow

中村 秀夫; 村田 秀男; 伊藤 秀雄; 安濃田 良成; 熊丸 博滋; 久木田 豊

ANS Proc. 1991 National Heat Transfer Conf., Vol. 5, p.175 - 180, 1991/00

高温高圧条件下での蒸気/水二相流の可視観察は、多くの工業、特に相変化や相分離/混合が複雑に関与した現象を扱う分野で大変必要とされている。従来、空冷を施した大型のビデオプローブが使用されてきたが、プローブの冷却とプローブ自身の流路閉鎖性により、測定対象の二相流に乱れを与える場合があった。原研では、プローブが流れに与える影響を低減する為、照明、観察共に石英系光ファイバーを用い、加圧水型原子炉の運転条件(~16MPa,~325$$^{circ}$$C)下でも無冷却で使用可能な小型ビデオプローブを開発した。ここでは、本プローブを、ROSA-IV/LSTF実験装置で使用/改良した経験をまとめた。特に、高温蒸気/水雰囲気中でのサファイア光学窓の腐食、高温条件下での光ファイバーと金属製保護管との延び差吸収の為のスライド機構、鮮明な画像を得る為の照明等の問題点をまとめ、あわせて実験で得られた二相流の観察例を紹介する。

論文

Slug to annular flow transition during boiloff in a rod bundle under high-pressure conditions

刑部 真弘; 小泉 安郎; 与能本 泰介; 熊丸 博滋; 田坂 完二

Nucl.Eng.Des., 98, p.69 - 76, 1986/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:41.55(Nuclear Science & Technology)

定常二相流試験装置を使った高圧でのボイルオフ実験を広いバンドル出力の範囲で行なった結果、2つのボイルオフパターンが観測できた。一方は、低バンドル出力でのボイルオフパターンで、おのおののロッドのドライアウト点が、あるバンドル高さ位置で生じた。これは、ドライアウト点が、平坦な気液二相流混合物レベルで決まるためと考えられた。他方は、高バンドル出力でのボイルオフパターンで、ドライアウト点はロッドにより高さ方向に大きく散らばり、明確な気液二相流混合物のレベルは観測できなかった。これは、ドライアウト点の下で、Slug流からAnnular流への遷移が生じているためと考えられた。さらに本研究では、Slug流からAnnular流への遷移予測モデルを提案した。このモデルでは、隣り合うロッド上の液膜の相互干渉がなくなったとき、初めてAnnular流が存在できると考えた。このモデルはTPTF実験結果をよく説明した。

論文

Investigation of uncovered-bundle heat transfer under high-pressure boil-off conditions

熊丸 博滋; 小泉 安郎; 与能本 泰介; 刑部 真弘; 田坂 完二

Nucl.Eng.Des., 96, p.81 - 94, 1986/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:41.55(Nuclear Science & Technology)

高圧ボイルオフ条件下での露出したバンドル形状炉心の熱伝達実験が、圧力3~12MPa、熱流速3.3~18W/cm$$^{2}$$、蒸気レイノルズ数10000~62000の範囲内で行われた。バンドル出力に応じて、高出力ボイルオフ、低出力ボイルオフの2つのパターンが存在した。既存の蒸気冷却熱伝達相関式は低出力ボイルオフ実験データとほぼ一致したが、高出力ボイルオフ実験データをかなり過大評価した。高出力ボイルオフでは低出力ボイルオフに較べて、フロス領域における間けつ的液滴冷却効果を考慮した新しい実験相関式を、本実験データを用いて作成した。本相関式は、低出力ボイルオフ実験データのみでなく高出力ボイルオフ実験データともほぼ一致した。

報告書

NSRR高温高圧ループの開発

丹沢 貞光; 菊池 隆; 藤城 俊夫

JAERI-M 83-039, 118 Pages, 1983/03

JAERI-M-83-039.pdf:3.07MB

本報告書は、NSRR(Nuclear Safety Research Reactor)実験用に製作した高温高圧ループについて、設計、製作および特性試験結果に関してまとめたものである。高温高圧ループは、実際の軽水動力炉の運転条件を模擬した高温高圧流動条件下における燃料破損実験に使用するためのである。本ループについては、炉外および炉内において特性試験を行なった結果、高温高圧流動条件下のインパイル実験装置に必要な性能の確認ができ、製作目的全般にわたって所定の成果が得られた。

口頭

超高圧中性子回折装置の建設と高温高圧下中性子回折実験の実現

服部 高典; 佐野 亜沙美; 有馬 寛*

no journal, , 

超高圧中性子回折装置PLANETは、J-PARC物質・生命科学実験施設のBL11に建設された世界初の高温高圧実験専用の中性子分光器である。地球深部の鉱物中の水、水酸基が地球の物性に及ぼす影響を調べるために建設された。高温高圧発生に優れたマルチアンビル型高圧発生装置「圧姫」を擁し、約16万気圧1000$$^{circ}$$C下の中性子回折実験が行えるようになっている。その最大の特徴は、上記の極端条件下での中性子回折実験が行えることに加え、高圧実験ではとかく不可避とみなされがちな高圧試料セルからのBragg Peakの混入を完全に防ぎ、高温高圧下でも大変きれいな回折パターンを得ることができる点である。このような特徴から高温高圧下でも、正確な結晶構造解析や、非晶質・液体の構造解析ができるようになっている。本発表では、装置の建設の歴史(失敗談)とともに、確認された装置性能、最近得られた成果、将来の発展に関して発表する。

口頭

パリエジンバラプレス及びクランプセルを用いた高圧非弾性散乱実験

服部 高典; 中村 充孝; 飯田 一樹*; 河村 聖子; 佐野 亜沙美; 町田 真一*

no journal, , 

圧力は、物質中の原子間の距離を縮め、原子間相互作用を直接的に変えるため、物質の状態(構造や物性)を大きく変化させることができる。その応答は、物性の発現機構を理解するためのよい手掛かりとなる。非弾性散乱は物質のDynamicsを調べるのに有効であるが、高圧下での実験は、三重苦(非弾性散乱は弱い、高圧試料は小さい、中性子線源は弱い)のために、これまでほとんど行われてこなかった。一方、強い中性子源であるJ-PARC MLFと、S/Nの高い分光器群(BL01,14)を用いれば、高圧下での非弾性散乱実験が可能であると思われる。そこで今回、パリエジンバラプレスおよびクランプセルの2種のプレスを用いた以下のfeasibilityテストを行ったので、その結果を紹介する。

口頭

J-PARC超高圧中性子回折装置PLANETの現状

服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 舟越 賢一*; 有馬 寛*

no journal, , 

J-PARCは2008年の稼働から10年、また超高圧中性子回折装置PLANETは一般利用から5年を迎えた。2013年のビームラインの完成以降、まだ見ぬ高圧中性子の地平を切り開くべく、装置・技術の開発を続けてきた。本講演では、最近の進展と現在の状況を紹介する。

口頭

J-PARC超高圧中性子回折装置PLANETの最近の進展と現状

服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 舟越 賢一*; 有馬 寛*

no journal, , 

日本初となる高圧専用ビームラインPLANETは、運用開始から5年を迎えた。本講演では、その後の進展を紹介する。測定可能PT領域の拡大:PLANETでは、広い温度圧力範囲で実験できるようになっている。6軸プレスを用いた実験では、焼嵌めによるアンビル強度の増大および黒鉛ヒーターのTiC+Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ヒーターへの代替により、14GPa, 1800Kでの実験が可能となった。パリエジンバラプレス(PEプレス)を用いた実験では、アンビル先端を2.5mmまで小さくすることにより、約30GPaでの実験ができるようになった。測定データの品質向上:PEプレス使用時に、加圧によるピークブロードニングを防ぐために試料は液体圧媒体とともに加圧される。しかし、10GPa以上の圧力では、それらが固化し、ブロードニングを避けられなかった。これを解決するため、100$$^{circ}$$Cまで加熱できるシステムを製作し、固化圧を20GPaまで拡大し、約20GPaまでの範囲でシャープな回折パターンを得られるようになった。新しい測定手法の確立:高温高圧下の巨視的情報を得るため、中性子カメラを用いたラジオグラフィーを試みた。小型の中性子カメラ(Minipix)を用いることで、試料近傍にカメラを設置することができ、高分解能(約200ミクロン)の画像が得られるようになった。

口頭

BL11「PLANET」の現状と利用成果

服部 高典

no journal, , 

超高圧中性子回折装置PLANETは、J-PARCのMLFに建設された高圧実験専用の粉末回折ビームラインである。その最大の特徴は、一軸あたり500トンの加圧能力を持つ6軸型マルチアンビルプレス(圧姫)を用い、高圧高温下(10万気圧、2000K)における物質の状態を中性子回折と中性子イメージングによりその場観察できる点である。また、見込み幅1.5mmないし3.0mmのラジアルコリメーターを装備しており、試料周りの物質(ヒーターや圧力媒体)のシグナルの混入のないクリーンな回折パターンが得られるようになっている。そのため、高圧下でも精度の高い結晶や、液体・非晶質の解析が可能となっている。また、圧姫を小型プレスと交換することで低温も含めた広い圧力領域での高圧実験が可能となっている。本講演では、PLANETで得られた最近の成果を紹介する。

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