2018 Fiscal Year Annual Research Report
量子論に基づいたマルチスケール計算化学による原子炉冷却系腐食再汚染抑止の基盤研究
| Project/Area Number |
17H03516
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
畠山 望 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (50312666)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 名誉教授 (50093076)
宮本 直人 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60400462)
三浦 隆治 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (00570897)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 防災 / 原子力エネルギー / シミュレーション工学 / 触媒・化学プロセス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
(1)アノード分極曲線シミュレータの開発と応用
ステンレス鋼へと適用を進めてきたアノード分極曲線シミュレータについて，炭素鋼に対応するための開発研究を行った．アノード電流密度の表式は，還元体の拡散を律速として，バトラーボルマー式に基づいて導出される．これに代入する各金属のイオン濃度は，アノード電極における各反応式に対してそれぞれ反応速度を設定し，時間発展偏微分方程式系として解くことにより得られる．この際，見かけの固液界面に垂直な一次元の分布を考え，酸化被膜領域については孔食による細孔構造の効果を取り入れることによって，実測をよく再現する時間発展アノード分極曲線を計算することがができる．本年度は，新たな再汚染抑止技術であるニッケル被膜を表面に形成した炭素鋼に対して，これを適用することに成功した．
(2)メソスケール孔食腐食シミュレータの開発と応用
昨年度に引き続き，キネティックモンテカルロ(KMC)法を採用したメソスケールの孔食腐食シミュレータの開発を進めた．分子レベルで解析するには空間・時間スケールが大きすぎるという困難を克服し，(1)のシミュレータに不可欠な界面における酸化被膜領域の細孔構造を解析している．KMC法は，統計力学と確率過程論を基礎として，多くの事象を含む多体系の時間発展を解析する手段である．これをニッケル被膜形成炭素鋼の表面被膜構造に適用し，結果を(1)に反映した．
(3)貴金属を含む大規模電気化学反応ダイナミクス解析
貴金属ナノ粒子を被覆する影響を取り入れるためには，これによる腐食再汚染抑制メカニズムを分子レベルから理論的に解明するためのシミュレーションが必要になる．BWRにおける280℃程度の有限温度下での量子分子動力学法を行うには，UA-QCMDシミュレータが非常に有効である．ニッケル被膜形成炭素鋼における貴金属ナノ粒子の被覆効果について解析を行った．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り，ニッケル被覆炭素鋼に対応するアノード分極曲線シミュレータの開発と応用研究を推進し，実際に原子炉条件における炭素鋼腐食の実測結果と比較しうるシミュレーション精度が得られた．また，次年度に予定していた炭素鋼におけるナノ粒子の素材検討をすでに開始しており，量子分子動力学法による検討が進んでいる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまで並行して実施してきた，(1)アノード分極曲線シミュレータの開発と応用，(2)メソスケール孔食腐食シミュレータの開発と応用，(3)貴金属を含む大規模電気化学反応ダイナミクス解析について，当初の研究計画通りに(1)と(2)のシミュレータ開発が完了したので，今後は主に(3)の解析を進め，その結果を用いた(1)と(2)の応用シミュレーションを実施する．
(1)におけるアノード電流密度の表式は，還元体の拡散を律速として，バトラーボルマー式に基づいて導出される．これに代入する各金属のイオン濃度は，アノード電極における各反応式を時間発展偏微分方程式系として解くことにより得られる．この際，酸化被膜の孔食による細孔効果を取り入れることで，実測をよく再現する時間発展アノード分極曲線を計算できる．不定比の複合酸化物の反応式を立てて解くように拡張することでステンレス鋼やニッケル被覆炭素鋼に適用できたので，(2)と(3)の結果を反映させた応用計算を行う．
(2)では，分子レベルよりも大きな空間・時間スケールを解析できるキネティックモンテカルロ(KMC)法を採用して，(1)のシミュレータに不可欠な界面における酸化被膜領域の細孔構造を解析する．KMC法は，統計力学と確率過程論を基礎として，多くの事象を含む多体系の時間発展を解析する手段である．それぞれの事象に対して，それが生じる頻度すなわち遷移確率を設定し，乱数を用いてその頻度に従う時間発展を計算する．この計算結果を(1)に反映する．
(3)では，BWRにおける280℃程度の有限温度下での量子分子動力学法を行うために非常に有効な，超高速化量子分子動力学法(UA-QCMD)シミュレータを利用する．今後，各種金属あるいは酸化物ナノ粒子による被覆の影響をUA-QCMDで解析し，これによる腐食再汚染抑制メカニズムを分子レベルから理論的に解明する．
|
-
-
[Journal Article] Validation of Wearable Kinematic GNSS Receiver for Cross-Country Skiing2019
Author(s)
Naoto Miyamoto, Masaki Takeda, Thomas Stoggle, Olli Ohtonen, Vesa Linnamo, Tatsuo Morimoto, Ryuji Miura, Nozomu Hatakeyama, Akira Miyamoto, Masanori Hariyama, Stefan Lindinger
-
Journal Title
8th International Congress on Science and Skiing (ICSS 2019)
Volume: －
Pages: －
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Validation of Wearable Kinematic GNSS Receiver for Cross-Country Skiing2019
Author(s)
Naoto Miyamoto, Masaki Takeda, Thomas Stoggle, Olli Ohtonen, Vesa Linnamo, Tatsuo Morimoto, Ryuji Miura, Nozomu Hatakeyama, Akira Miyamoto, Masanori Hariyama, Stefan Lindinger
Organizer
8th International Congress on Science and Skiing (ICSS 2019)
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
