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廃炉環境国際共同研究センター; 東京工業大学*
JAEA-Review 2024-022, 59 Pages, 2024/09
JAEA-Review-2024-022.pdf:4.27MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「マイクロ・ナノテクノロジーを利用したアルファ微粒子の溶解・凝集分散に及ぼすナノ界面現象の探求」の令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。安全で合理的な燃料デブリ取出しを進めるためには、デブリ加工時に発生するアルファ微粒子の溶解や変性挙動の把握は不可欠であることに鑑み、本研究は、金属酸化物ナノ粒子の凝集、溶解、変性挙動を熱力学的・速度論的に解明し得るマイクロ・ナノデバイスを創出すると共に、数理科学と組み合わせることで、アルファ微粒子の溶解・凝集・変性プロセスのメカニズム解明と反応モデル化を実現することを目的としている。具体的には、(1)ナノ粒子溶解特性評価、(2)溶解ダイナミクス分析、(3)凝集ダイナミクス分析、(4)表面微構造解析、(5)数理科学的モデリングの5項目を日本側・英国側で分担し、互いに有機的に連携しながら推し進める。令和4年度には、マイクロ限外ろ過分離法を用いて金属酸化物ナノ粒子(TiO
、CeO、ZrO、ZnO)の溶解特性を調べ、これら金属酸化物ナノ粒子と反応溶媒(純水、硝酸、HO)との組み合わせによって、個々のナノ粒子の変性挙動は異なっており、特に、HO処理がナノ粒子の変性と溶解の促進を引き起こすことを見出した。また、金属酸化物ナノ粒子と反応溶媒との衝突反応を観測できるマイクロデバイスを創出し、観察画像の輝度変化からナノ粒子の凝集速度を求めることに成功した。
Eljamal, R.*; Maamoun, I.; Bensaida, K.*; Yilmaz, G.*; 杉原 裕司*; Eljamal, O.*
Renewable and Sustainable Energy Reviews, 158, p.112192_1 - 112192_13, 2022/04
被引用回数：40 パーセンタイル：93.63(Green & Sustainable Science & Technology)In response to the low efficiency of the anaerobic digestion (AD) process in generating methane gas, we apply for the first time the use of coated/ Fe
with Mg(OH) to enhance the production rate of methane gas from the degradation of waste sludge. A series of batch tests investigated several operations factors followed by a semi-continuous operation system examined the long-term production of methane gas in the presence of the coated/ Fe were performed. The coating ratio of Mg(OH)/Fe and the dosage of coated/Fe were optimized to acquire the highest production rate of methane as 0.5% and 25 mg/gVS, respectively. Under these optimum conditions, the methane production increased by 46.6% in the batch tests and 120% in the semi-continuous operation system compared to the control reactor. The results revealed that both Fe and Mg(OH) did not significantly improve the production of methane when each one was used alone at different dosages, and the improved methane production originated from the synergetic effect of combining these two materials. The crucial role of Mg(OH) coating layer was associated with the controlled reactivity release of Fe, which was indicated by the slow release of ferrous and ferric ions in the bioreactors. Furthermore, the addition of coated/Fe stimulated bacterial growth, increased methane content, and maintained the pH within the optimum range in the bioreactors. The dosing time of coated/Fe was investigated during the four stages of AD process, and the best dosing time was found in the methanogenic stage (on Day 4). Overall, based on the experimental and predicted methane production, the coated/Fe has a great potential for the practical applications of AD.
伊丹 俊夫*; 斉藤 淳一; 荒 邦章
Metals, 5(3), p.1212 - 1240, 2015/09
被引用回数：2 パーセンタイル：3.38(Materials Science, Multidisciplinary)新しい種類の分散液体は、電子顕微鏡観察により決めたチタンナノ粒子(10nm)を液状ナトリウム中に分散することによって開発された。体積分率は、分析されたチタン濃度(2%)からチタンとナトリウムの密度の0.0088であると見積もられた。この分散液体(チタンナノ粒子を含む液体ナトリウム)の多くの顕著な特徴は、少量のチタンナノ粒子にもかかわらず、原子量のための理想溶液からの3.9%の負の偏差、17%の表面張力の増加、11%の水との反応熱量の減少、そして、水と酸素との化学的反応性の抑制である。水への反応熱の低下はLSnanopの過剰な凝集エネルギーの存在に起因すると思われる。過剰な凝集エネルギーは遮蔽効果に特に重点を置いて、簡単な理論的な分析に基づいて議論した。反応の抑制は、水に対する反応熱の低下や過剰な凝集エネルギー、表面張力、チタン酸化物のプラグとしての役割、LSnanopの表面の負の吸着及び浸透に関連して議論された。
nanoparticles by pulsed laser ablation; Ambient pressure dependence of crystallization松原 正和*; 八巻 徹也; 伊藤 久義; 阿部 弘亨*; 浅井 圭介*
Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 42(5A), p.L479 - L481, 2003/05
KrFエキシマーレーザーを用いたアブレーションによってTiOナノ微粒子を作製した。全圧1Torr以上に保ったOとAr混合ガス(O:Ar=5:5)中でアブレーションすると、低次酸化物などの不純物の混合がなく、ルチル, アナターゼの両相から成るTiOの形成が確認された。ルチル/アナターゼ結晶相の重量分率は、O/Arガスの圧力によって制御可能であった。得られたナノ微粒子は球状であり、その粒径もガス圧に依存して10-14nmであった。
中川 太一; 松枝 誠; 寺島 元基; 高貝 慶隆*
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所の廃炉作業において、燃料デブリ性状の把握は重要であるが、直接性状を確認することは困難である。炉内滞留水中には燃料デブリ由来の微粒子が存在する。しかし、炉内滞留水中の微粒子は、濃度が低く、前濃縮が必要である。フィルター濾過や遠心分離では、微粒子が凝集体を形成してしまう。これらの課題を解決するために熱感応性界面活性剤による相分離現象を利用した曇点抽出法を使用した。
鈴木 怜花*; 中川 太一; 松枝 誠; 寺島 元基; 高瀬 つぎ子*; 高貝 慶隆*
no journal, ,
界面活性剤を利用した無機イオンや有機物等の抽出・濃縮に関する研究が古くから行われてきた。近年、両性イオン界面活性剤の温度依存相分離現象を用いたナノ粒子の抽出・濃縮の研究が金や銀ナノ粒子に関して行われている。しかし、一般的な金属材料の成分である金属酸化物や金属炭化物のコロイドについて抽出・濃縮は報告されていない。本研究では、両性イオン界面活性剤の温度依存相分離現象を利用したそれらのコロイド粒子の抽出や濃縮を検討し、その抽出メカニズムをナノ粒子の表面電位から検証したので報告する。
中川 太一; 鈴木 怜花*; 松枝 誠; 高瀬 つぎ子*; 寺島 元基; 高貝 慶隆*
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業において、燃料デブリ性状の把握は重要であるが、性状を直接確認することは困難である。そこで汚染水中の微粒子に着目した。汚染水中の微粒子は、粒子濃度が低いため、前濃縮が必要となるがフィルター濾過や遠心分離では、微粒子が凝集体を形成してしまい、粒径や形態が変化してしまう。これらの課題を解決するために、本研究では、金や銀微粒子の濃縮・抽出報告がある、熱感応性界面活性剤の相転移温度(曇点)を利用した曇点抽出法を使用した。今回、燃料被覆材として使用されるジルコニウムの曇点抽出法による抽出及びゼータ電位の影響を明らかにしたので報告する。
) removal from aqueous solutions by mono-, bi-, and tri-metallic iron nanoparticles; A Comparative studyMaamoun, I.; 徳永 紘平; Falyouna, O.*; Eljamal, O.*; 田中 万也
no journal, ,
Recently, the rapid development of nuclear power technologies and the continuous energy demand around the world exhibited massive amounts of contaminated water with radionuclides. The exposure to TcVII-contaminated water can be harmful to human health, causing toxic effects and organs damage when ingested. Therefore, TcO removal from aqueous solutions can be challenging, in terms of fast and efficient immobilization. Correspondingly, perrhenate (ReO) was considered as perrhenate (TcO) surrogate to ease the radioactivity-related complications, owing to the physiochemical similarities between Tc and rhenium (Re). In this study, nickel (Ni) andzirconium (Zr) were considered in the preparation of bi- and tri-metallic Fe0 nanoparticles, as they both showed the highest ReO removal performance comparing with other metals. The effect of reaction conditions on ReO removal was investigated, including mass ratio of iron to the doped metal, material dosage, and initial pH. Results showed enhanced ReO removal rate when using bi-metallic Ni-Fe0 (mass ratio 2.5) and Zr/Fe0 (mass ratio 20) comparing with Fe0. The difference in ReO removal using mono-, bi-, and tri-metallic was not clear at high material dosage, such as 2.0 and 1.0 g/L. Nevertheless, comparing lower dosage (0.5 g/L)of bi- and tri-metallic to 1.0 g/L mono-metallic Fe0 dosage exhibited a clear superiority of tri-metallic Zr-Ni/Fe0 to other materials; where 0.5 g/L of the material could efficiently achieve around 98% ReO removal within just 10 min reaction time (1.8 times higher than 1.0 g/L Fe0). The significant enhancement in ReO removal rate by tri-metallic Fe0 nanoparticles can be attributed to the induced rate of electron transfer from iron core through the mixed Zr-Nideposits on Fe0 surface.
中川 太一; 鈴木 怜花*; 松枝 誠; 寺島 元基; 堀田 拓摩; 岡 壽崇; 北辻 章浩; 高貝 慶隆*
no journal, ,
微粒子状の放射性核種は、環境中での動態に影響を及ぼす可能性がある。しかし、環境水中の微粒子は濃度が非常に低いため、分析装置で計測・評価するためには、前濃縮が必要であるが、一般的なフィルターろ過や遠心分離では、濃縮時の凝集により粒径や形態が変化してしまう。近年、相分離現象を利用する金属酸化物微粒子の抽出・分離が報告されている。その中でも、フッ素系界面活性剤の相分離現象を利用した均一液液抽出法は、高い濃縮倍率が報告されているが、金属酸化物微粒子に対する応用例は少なかった。本研究では、代表的な放射性微粒子としてUOに対するフッ素系界面活性剤による均一液液抽出法の抽出挙動を調査するとともに、環境水への適応を検討した。
