2019 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
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17H03516
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| Research Institution | Tohoku University |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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，今年度は主に(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した．
(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った．
(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)に反映させた．
(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した．金属や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調べた．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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