Visualization of platinum group particle behavior in molten glass using neutron imaging

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04992
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 伊藤 大介 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (30630024)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齊藤 泰司 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40283684)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 中性子イメージング / 溶融ガラス / 粒子沈降速度 / ストークス則 / 画像処理

Outline of Annual Research Achievements

高温溶融ガラス内における金属元素等の固相挙動を中性子イメージングによって可視化・計測するために、本年度はガラス溶融用高温炉の整備を行い、中性子イメージングのための予備実験を行った。高温炉は、特注ポット型炉であり、炉内に設置した4本のSiCヒーターによって最高加熱温度は1500℃に達する。外径50mm、内径40mm、高さ150mmのアルミナ製るつぼに挿入したソーダライムガラスのビーズを徐々に加熱し、1500℃まで温度を上げた際にガラスビーズが溶融していることを目視するとともに、その過程を中性子イメージングによって可視化することで、高温炉内におけるガラスの状況の把握を可能にした。中性子イメージング実験は京都大学研究用原子炉のB-4中性子導管実験室で行った。中性子コンバータとCCDカメラからなる撮像システムを用い、中性子透過画像を取得することができる。また、ガラスビーズからの加熱の場合、溶融後のガラス内部に小さな気泡が残留することが中性子透過画像から観察できた。特に温度が低い場合に顕著であり、粒子沈降実験の際には高温状態で長時間のガス抜きが必要であることが分かった。一方で、高粘性溶融ガラス中における粒子沈降速度の予測のため、濃度を調整したグリセリン水溶液を利用し、金属球の沈降速度を画像解析より求め、粘性係数と沈降速度の関係を調べた。その結果、ストークスの法則から求められる終端速度によって整理することが可能であることが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた、ガラス溶融高温炉の整備、中性子イメージングによる溶融ガラスの可視化、グリセリン水溶液による予備実験を行うことができたため、おおむね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

高温溶融ガラス中における金属球の沈降過程を中性子イメージングによって可視化を行い、流体温度や粒子径の違いによる沈降速度の評価を行う。また、パルス中性子イメージングによる溶融ガラス中の金属核種の判別のために、J-PARCでの実験に向けた準備を行う。

Causes of Carryover

次年度の溶融ガラス実験で使用する金属球の購入を考えていたが、本年度行った予備実験の結果を精査してから詳細を決定することにしたため、次年度使用額が生じた。