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樋川 智洋; 宝徳 忍; 熊谷 友多; 阿部 侑馬*; 小山 幹一*; 深谷 洋行; 津幡 靖宏; 伴 康俊; 木田 孝; 長谷川 聡*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 63(8), p.969 - 975, 2026/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)核燃料再処理における安全性評価のため、放射線分解によって生成される水素の温度依存性を調査した。放射線分解で生成される水素は可燃性であり、換気のない閉鎖空間で蓄積されると危険性が高まる。本研究では、実際の使用済み核燃料由来の溶液を用いて水素生成を評価した。従来のプルトニウム硝酸溶液を用いた研究と比較し、照射後の燃料組成を反映したより現実的な条件下での水素生成量を検討している。複数の温度における水素のG値を測定し、PHITSシミュレーションを用いて
線、
線、
線の線量寄与を評価した。その結果、高濃度硝酸および溶解した金属イオンによるラジカル捕捉効果により水素生成量が減少し、温度依存性は小さいことが確認された。撹拌条件下では、温度上昇に伴うG値の緩やかな減少傾向が見られ、これはパラジウム種による水素消費と関連している可能性がある。
高橋 直生*; 坂巻 竜也*; 服部 高典; 舟越 賢一*; 有馬 寛*; 佐野 亜沙美; 阿部 淳*; 鈴木 昭夫*
Scientific Reports (Internet), 16, p.14162_1 - 14162_13, 2026/05
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)液状鉄中の水素含有量を測定するため、その場での高圧・高温中性子回折およびイメージング実験を行った。その結果、3.4GPa、1400Kの条件下で液状鉄には0.17(3)wt.%のHが含まれていることが確認され、これはコア形成過程において、液状鉄がマグマオーシャン内で水素化されることを示唆している。マグマオーシャンの底部に存在する液体鉄の水素含有量について、外核と内核にはそれぞれ0.60-0.72wt.%および0.30-0.44wt.%の水素が含まれていると推定された。これは、マグマオーシャン中の水素質量のそれぞれ70-85倍および1.9-2.7倍に相当する。このことは、外核の密度不足の半分以上を水素が占めている可能性を示唆している。水素に富んだ初期大気と平衡状態にあるマグマオーシャンについて、本研究の結果は、液状鉄が大量の水素をコアへ輸送する上で極めて重要な役割を果たしていることを示している。
O solution熊谷 友多; 日下 良二; 高野 公秀; 渡邉 雅之
Journal of Nuclear Materials, 625, p.156553_1 - 156553_7, 2026/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)U-Zr酸化物固溶体は、重大な原子炉事故時に形成される燃料デブリ中に一般的に含まれる相である。本研究では、放射線分解により生成する主要な酸化剤である過酸化水素に対するU-Zr酸化物固溶体の耐性を研究した。過酸化水素との繰り返し接触により、ウランの溶解は初期に進行するが次第に抑制され、ジルコニウムの溶解はより緩やかに進行した。ラマン分光およびX線回折により、表面の化学変化は限定的であり、ウラニル過酸化物の生成もわずかであった。表面に酸化還元活性サイトが存在するとした反応速度論モデルにより実験結果を再現した。解析の結果は反応活性サイトの表面密度は低いことを示唆した。これらの結果は、U-Zr酸化物固溶体の高い耐久性が保護被膜の形成によるものではなく、表面の酸化還元反応性の低さ自体に起因することを示唆する。
海老原 健一; 山口 正剛; 板倉 充洋
Metallurgical and Materials Transactions A, 57(4), p.1480 - 1489, 2026/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)水素脆化は鉄鋼にとって重要な問題である。以前の数値モデルを改良することで、水素助長ひずみ誘起空孔を含む鉄試料からの水素の熱脱離スペクトルの実験結果を再現することに成功した。改良モデルでは、捕捉されたH原子の数で区別される空孔および空孔クラスターの濃度変数を採用した。この改良により、以前のモデルで必要だった空孔および空孔クラスターの移動に関する仮定が削除された。改良モデルを用いたシミュレーション結果から、元のモデルで計算されたスペクトル中の空孔および空孔クラスターに起因するピーク上のスパイク状の脱離は、仮定によって引き起こされたアーティファクトであることが明らかになった。さらに、水素チャージを伴う変形後の試料には、空孔だけでなく空孔クラスターも存在する可能性があることが示唆された。改良されたモデルは、水素影響下にある空孔および空孔クラスターを研究するための有用な枠組みであると考えられる。
樋川 智洋; 宝徳 忍; 熊谷 友多; 阿部 侑馬*; 小山 幹一*; 深谷 洋行; 伴 康俊; 木田 孝; 長谷川 聡*; 中野 正直*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 63(3), p.322 - 327, 2026/03
被引用回数：2 パーセンタイル：41.98(Nuclear Science & Technology)燃料再処理施設における水素安全に資するため、放射線分解により生成する水素発生に対する温度の影響を調べた。プルトニウム硝酸水溶液の放射線分解による水素発生量を、室温から溶液の沸騰温度までの温度について実験的に取得した。その結果、沸騰条件まで温度を上昇させても有意な水素発生量の上昇は見られなかった。さらに溶液の撹拌が水素生成に与える影響についても検討したところ、室温での静的条件と混合条件の間で水素生成に違いがみられなかった。これらの知見は、溶液の温度上昇や沸騰が水素生成を大幅に増加させないことを示唆しており、重大事故時の水素リスク評価に貢献する。
伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; 川崎 卓郎; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
Scripta Materialia, 273, p.117084_1 - 117084_6, 2026/03
被引用回数：5 パーセンタイル：66.26(Nanoscience & Nanotechnology)The effect of solute hydrogen on stacking fault evolution in austenitic steels remains debated. In this study, the changes in stacking fault probability in the 
111
//loading direction grains family (
) of hydrogen-charged and non-charged Fe-24Cr-19Ni austenitic steels were evaluated using 
neutron diffraction during tensile deformation at 223 and 177 K. When values were plotted against macroscopic strain, hydrogen apparently enhanced stacking fault evolution. However, when identical data were translated into the form of versus stress, the superficial hydrogen-effect on notably disappeared. Rather, deformation temperature played more predominant role - lower temperature led to higher regardless of hydrogen-charging, reflecting the reduction of stacking fault energy with decreasing temperature. These findings demonstrate that hydrogen has a minor effect on stacking fault evolution compared with temperature and applied stress.
Myagmarjav, O.; 野口 弘喜; 田中 伸幸; 上地 優; 杉本 千紘; 石井 克典; 野村 幹弘*; 竹上 弘彰
International Journal of Hydrogen Energy, 198, p.152495_1 - 152495_9, 2026/01
被引用回数：1 パーセンタイル：16.37(Chemistry, Physical)The thermal efficiency of hydrogen production via the thermochemical iodine-sulfur (IS) process can be significantly improved by applying a membrane reactor to the HI decomposition step. A key component in such systems is the hydrogen separation membrane, whose performance is strongly influenced by the properties of its support, consisting of a base -alumina tube and middle -alumina and silica layers. In this study, an innovative rotary coating technique was developed to fabricate middle -alumina layer with a smooth, defect-free surface and controlled thickness along an industrial-scale 400 mm length, an aspect not sufficiently addressed in previous studies. Key process parameters, including rotation speed, coating period, number of coating cycles, and coating solution concentration were systematically investigated. Unlike the conventional dip-coating method, which produced non-uniform layers (ranging from 31 to 56 
m from top to bottom of the support tube) and frequent defects, the rotary method yielded a uniform and thinner layer of 21 m along the full length. The resulting supports also demonstrated superior permeation performance and structural integrity, confirming their suitability for high-efficiency membrane applications in HI decomposition.
寺田 敦彦; Thwe Thwe, A.; 日野 竜太郎*; 原井 康孝*; 佐々木 岳*; 新家谷 英之*; 山下 俊幸*; 米田 次郎*; 岡林 一木*; 坂本 裕之*; et al.
JAEA-Data/Code 2025-012, 151 Pages, 2025/12
JAEA-Data-Code-2025-012.pdf:9.69MB
福島第一原子力発電所事故の経験や、事故から得られた教訓を踏まえ、原子炉のみならず廃止措置、廃棄物管理における水素安全評価・対策に適切に対応するための基盤技術の高度化を図ることを目的として、水素の発生から拡散、燃焼・爆発に至る挙動を予測する解析システムの開発を行った。本システムでは、汎用コード(FLUENT、AUTODYN)を活用し、そこに新規にモジュールやプリ/ポストプロセッサを組み込むことで、一般の実用に堪える解析システムを整備するとともに、より高い汎用性と低コストでの導入が可能なオープンソースコード(OpenFOAM)を活用したシステムの開発を並行して進め、原子力施設の水素防災計画に利用できる形での基盤技術の提供を目指している。これまで、PWR 原子力発電施設を対象に、実用的な観点から考慮すべき現象(火炎伝播加速現象の評価技術、格納容器規模の現象への適用性)に対処するためのシステムの拡充を行った。本報告書は、水素挙動統合解析システムの概要、取り扱い方法及び実機解析事例についてまとめたものである。
中村 勇気*; 小島 良洋*; 山下 拓哉; 下村 健太; 溝上 伸也
Journal of Nuclear Science and Technology, 62(12), p.1226 - 1230, 2025/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)In 2011, at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) accident, it has been reported that several Units of containment vessel had failed, and large quantity of radionuclides had been released into the environment, however, the detail of accident progression with core melt, reactor and containment vessel failure, has still large uncertainties. Especially for the Unit 2 and Unit 3, even they had succeeded in the initial core cooling, at last lost cooling system and fell into severe accident into large release of the fission product into the environment. To clarify these uncertainties in accident scenario, considering the latest information and several insights, the latest accident scenario for Unit 2 and Unit 3 are studied using the severe accident analysis code in this study. It is shown that both Units would result in the thermal stratification in the containment water which encouraged the containment pressure increase at the early phase of the accident. On the other hand, it would be also possible that containment leakage happened to decrease the containment pressure at the later phase of the accident.
2022年度)麻生 智一; 有吉 玄; 武藤 秀生*; 田中 茂人*
JAEA-Technology 2025-005, 51 Pages, 2025/10
JAEA-Technology-2025-005.pdf:2.47MB
J-PARCセンターの低温水素システムは、国内外からの多くのユーザーが利用する物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源において、発生した高エネルギー中性子を中性子散乱実験に適した冷中性子に減速(冷却)するために必要な冷凍設備で、非常に重要な設備の一つである。2008年に初めて中性子利用のためのMLF施設を稼動して以来、低温水素システムも運転と保守を継続的に続けているとともに、関連する技術開発を行っている。本報告書は、近年5年間のこれらの活動をまとめたものである。
坂場 成昭; 大橋 弘史; 佐藤 博之
日本原子力学会誌ATOMO
, 67(10), p.593 - 597, 2025/10
高温ガス炉は高い安全性と多様な熱利用が可能な技術であり、2050年カーボンニュートラル達成に向けて重要な役割が期待される。国内では、カーボンフリー水素の安定供給を目的として実証炉の開発が進められている。原子力機構では、既存のHTTR技術を基盤に、水素製造施設との接続や技術課題の解決を行う。その一環として、HTTRに水素製造施設を接続したHTTR-熱利用試験を実施し、高温ガス炉による水素製造技術の確立を目指す。また、英国などとの国際的な連携を通じて成果を日本の技術開発に還元する。
石井 克典; 小野 正人; 野口 弘喜; 清水 厚志; 野本 恭信; 佐藤 博之; 坂場 成昭
Proceedings of World Hydrogen Technologies Convention 2025 (WHTC 2025) (Internet), p.26 - 28, 2025/10
Hydrogen production using nuclear heat offers a stable and large-scale method for generating carbon-free hydrogen. High temperature gas-cooled reactors are notable for their inherent safety and ability to supply heat. Japan Atomic Energy Agency owes the HTTR (High Temperature Engineering Test Reactor), which successfully ran at a coolant outlet temperature of 950
C. To demonstrate hydrogen production using HTTR heat, JAEA launched a heat application test project. Prior to this, a mock-up test using a single-tube steam reformer heated by electric-powered helium gas was conducted to validate the design and control system. In this study, a 3D CFD model of the reformer was developed and validated using mock-up test data to support scale-up to multi-tube systems. ANSYS Fluent was used to analyze flow, temperature, and hydrogen yield. The Yagi-Wakao correlation was applied to estimate heat transfer, improving temperature prediction and achieving hydrogen yield accuracy within 2%.
demand and HTGR development potential in the industrial complex in Japan野口 弘喜; 石井 克典; 小野 正人; 笠原 清司; 佐藤 博之; 坂場 成昭
Proceedings of World Hydrogen Technologies Convention 2025 (WHTC 2025) (Internet), p.50 - 52, 2025/10
2050年の日本におけるカーボンニュートラル達成に向け、水素は排出削減が困難な分野における化石燃料の代替として期待される。製鉄分野では、コークスによる鉄鉱石の還元を伴う従来の高炉製鋼プロセスに代わるものとして、水素を用いた還元プロセスが開発され、化学工業分野では、中間体であるメタノールを経由し、水素とCOを用いた新規オレフィン製造プロセスが開発された。このMTOプロセスは、COリサイクルを可能とする低炭素技術である。これらの新プロセスには大量の水素が必要となる。原子力エネルギーは大規模低炭素水素製造に適している。高温ガス炉(HTGR)は高温熱を抽出する特徴を持つ原子炉であり、その熱は水素製造に応用可能である。本研究では、2050年における日本の5つの産業クラスターにおける水素需要を予測し、需要を満たすための高温ガス炉(HTGR)導入の可能性を評価した。HTGRの導入は、大規模な水素供給能力を有するため、産業団地の脱炭素化に向けた有望な解決策となり得る。
伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; Mao, W.*; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
波紋, 35(3), p.129 - 133, 2025/08
Recent studies have shown that the addition of hydrogen to SUS310S stainless steel (Fe-24Cr-19Ni, mass%) simultaneously enhances both strength and ductility, indicating a phenomenon contrary to the conventional understanding of hydrogen embrittlement. In this study, we investigated the underlying mechanism through neutron diffraction experiments during tensile deformation using TAKUMI at the MLF of J-PARC. The results revealed that solid-solution strengthening by hydrogen plays the most significant role in improving the mechanical properties. Solute hydrogen atoms distort the lattice to suppress dislocation motion, thereby increasing the strength. The raised stress in the hydrogen charged sample enables the onset of deformation twinning at a smaller strain compared to the non-hydrogen charged sample. Consequently, the twinning-induced plasticity effect contributes more significantly to work hardening and the improvement of uniform elongation due to the solid-solution strengthening by hydrogen. These findings suggest a new pathway for the effective utilization of hydrogen in austenitic steels.
茂木 孝介; 松本 俊慶; 塩津 弘之
Proceedings of 21st International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-21) (Internet), 10 Pages, 2025/08
Since the hydrogen explosion at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants accident in March 2011, hydrogen management during severe accidents at nuclear power plants has attracted attention as an important issue. In order to improve hydrogen management under severe accident conditions, the propagation of flames and the resulting loads on structures need to be predicted accurately. For this reason, the use of computational fluid dynamics methods is expected. Various benchmark experiments have been carried out and turbulence models, turbulent combustion models and chemical reaction models have been discussed, but the uncertainties of each model have not been treated independently. Analysis including uncertainty assessment is necessary to promote efficient research activities through uncertainty-based prioritisation and to reflect the latest findings in best practice guidelines. The aim of this study is to establish a methodology for quantifying the chemical reaction uncertainty in turbulent premixed flame CFD and to perform CFD and uncertainty analyses on existing benchmark experiments.
田中 裕久*; 松村 大樹; 他10名*
International Journal of Hydrogen Energy, 141, p.1088 - 1097, 2025/06
被引用回数：1 パーセンタイル：16.37(Chemistry, Physical)Global efforts are being made to decarbonize the energy sector. Liquefied (cryogenic) hydrogen is suitable for large-scale storage and transportation due to its high storage density, so it is likely to play a fundamental role in the future hydrogen economy. The STACY project, "Towards the Safe Storage and Transport of Cryogenic Hydrogen", is investigating safety aspects of liquid hydrogen in order to overcome potential safety risks. Research is being conducted into passive autocatalytic recombiners using cutting-edge catalyst technology to enable them to be used in conditions where liquid hydrogen escapes, evaporates and forms a cold (50C) explosive gas mixture with the ambient air. To this end, the crystal structure of the catalyst was designed at the atomic level, an actual catalyst was prototyped, and repeated tests were carried out on a laboratory scale and in a large reaction vessel. Progress has been made in developing catalysts that can oxidize hydrogen even at very low temperatures, high expansion, and low-oxygen environments, are resistant to catalyst poisons, and can prevent spontaneous unintended ignition. The tested catalyst technologies use different carrier materials (alumina and ceria) to control the surface state of precious metals and suppress hydrogen ignition through a multilevel configuration.
田中 裕久*; 松村 大樹; 他8名*
International Journal of Hydrogen Energy, 141, p.1317 - 1327, 2025/06
被引用回数：2 パーセンタイル：16.37(Chemistry, Physical)The safe removal, transportation, and long-term storage of fuel debris in the decommissioning of Fukushima Daiichi is the biggest challenge facing Japan. In the nuclear power field, passive autocatalytic recombiners (PARs) have become established as a technology to prevent hydrogen explosions inside the containment vessel. To utilize PAR as a measure to reduce the concentration of hydrogen generated in the fuel debris storage canister, which is currently an issue, it is required to perform in a sealed environment with high doses of radiation, low temperature, and high humidity, and there are many challenges different from conventional PAR. A honeycomb-shaped catalyst based on automotive catalyst technology has been newly designed as a PAR, and research has been conducted to solve unique problems such as high dose radiation, low temperature, high humidity, coexistence of hydrogen and low oxygen, and catalyst poisons. This paper summarizes the challenges of hydrogen generation in a sealed container, the results of research, and a guide to how to use the PAR for fuel debris storage canisters.
hydridosilicate at high pressures; A Bridge to BaSiH
polyhydrideBeyer, D. C.*; Spektor, K.*; Vekilova, O. Y.*; Grins, J.*; Barros Brant Carvalho, P. H.*; Leinbach, L. J.*; Sannemo-Targama, M.*; Bhat, S.*; Baran, V.*; Etter, M.*; et al.
ACS Omega (Internet), 10(15), p.15029 - 15035, 2025/04
被引用回数：4 パーセンタイル：52.00(Chemistry, Multidisciplinary)SiH八面体部位を特徴とするヒドリドケイ酸塩は、水素貯蔵と水素化物イオン伝導に関連する潜在的な性質を持つかなり新しい化合物のクラスである。ここでは、Zintl相水素化物BaSiH
を4GPa以上の圧力でH流体と反応させ、その後常圧まで減圧して得られた新しい代表的なBaSiHについて報告する。SiH
イオンはBa
対イオンによって八面体に配位している。Ba原子とSi原子の配置は理想的なfcc NaCl構造からわずかにずれている。IRとラマンスペクトルからSiHの屈曲と伸縮モードがそれぞれ800-1200と1400-1800cm
の範囲で観測された。BaSiHは95
Cまで熱的に安定であり、それ以上ではBaHとSiに分解する。DFT計算により、直接バンドギャップは2.5eVであることが示された。BaSiHの発見により、ギガパスカル圧力(10GPa以下)のシリサイドの水素化反応からアクセス可能なヒドリドケイ酸塩の化合物クラスが固まった。BaSiHの構造的性質は、超伝導ポリハイドライドBaSiHを予測されるより高い圧力で水素化するための中間体(あるいは前駆体)であることを示唆している。
neutron diffraction study伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; Mao, W.*; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
Acta Materialia, 287, p.120767_1 - 120767_16, 2025/04
被引用回数：27 パーセンタイル：98.50(Materials Science, Multidisciplinary)Incorporating solute hydrogen into Fe-Cr-Ni-based austenitic stainless steels enhances both strength and ductility, providing a promising solution to hydrogen embrittlement by causing solid-solution strengthening and assisting deformation twinning. However, its impacts on the relevant lattice defects evolution (
, dislocations, stacking faults, and twins) during deformation remains unclear. This study compared the tensile deformation behavior in an Fe-24Cr-19Ni (mass%) austenitic steel with 7600 atom ppm hydrogen-charged (H-charged) and without hydrogen-charged (non-charged) using neutron diffraction. Hydrogen effects on the lattice expansion, solid-solution strengthening, stacking fault probability, stacking fault energy, dislocation density, and strain/stress for twin evolution were quantitatively evaluated to link them with the macroscale mechanical properties. The H-charged sample showed improvements in yield stress, flow stress, and uniform elongation, consistent with earlier findings. However, solute hydrogen exhibited minimal influences on the evolution of dislocation and stacking fault. This fact contradicts the previous reports on hydrogen-enhanced dislocation and stacking fault evolutions, the latter of which can be responsible for the enhancement of twinning. The strain for twin evolution was smaller in the H-charged sample compared to the non-charged one. Nevertheless, when evaluated as the onset stress for twin evolution, there was minimal change between the two samples. These findings suggest that the increase in flow stress due to the solid-solution strengthening by hydrogen is a root cause of accelerated deformation twinning at a smaller strain, leading to an enhanced work-hardening rate and improved uniform elongation.
寺田 敦彦; Thwe Thwe, A.; 日野 竜太郎*
JAEA-Review 2024-049, 400 Pages, 2025/03
JAEA-Review-2024-049.pdf:13.94MB
福島第一原子力発電所(1F)事故における水素爆発を鑑みて、原子力技術者が理解しておくべき水素安全技術の先端を示しつつ、原子力技術者に協力すべき燃焼、爆発専門家向けに原子力における水素安全の要点を示し、事故後廃棄物管理までを視野に入れて放射線分解水素に関する情報を加えた「原子力における水素安全対策高度化ハンドブック(第1版)」を2017年に刊行した。その後、水素安全対策の合理的な高度化や水素安全評価のさらなる信頼性の向上に向けて、原子力事故の解析に一般的に用いられている集中定数系(LP)コードを補完するうえで、原子炉格納容器(CV)内での局所的な水素濃度上昇の影響、着火後の火炎伝播加速による安全機器の健全性、水素処理対策の妥当性等をより精緻、かつ定量的に評価できる数値流体力学(CFD)解析への期待が高まっている。これは、さらなる水素挙動や爆発燃焼に対する安全性の向上を図ることが必要とされていることにもよる。そこで、加圧水型原子炉(PWR)を対象に、シビアアクシデント(SA)時の水素拡散から爆発燃焼、それによるCV及びCV内の安全機器への影響評価までを解析するCFDによる水素挙動統合解析システムを構築・整備してきた。ここで得られたSA安全対策、それによる水素安全向上、安全対策を踏まえた水素発生事故に対する安全性評価などについて、LP及びCFD解析の役割や活用例を本「原子力における水素安全対策高度化ハンドブック(第2版)」にまとめた。ハンドブックに記載した実機サイズの解析結果は解析モデル等を既存の代表的な小型、中型、大型試験による照合解析で確認した。
