中性子イメージングによる溶融ガラス内白金族粒子挙動の可視化計測

• 研究課題/領域番号: 18K04992
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分31010:原子力工学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 伊藤 大介 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (30630024)
• 研究分担者: 齊藤 泰司 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40283684)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 中性子イメージング / 溶融ガラス / 固液二相流 / 沈降速度 / ストークス則 / 動的観察 / 粒子沈降速度 / 画像処理

研究成果の概要

溶融ガラス内における金属粒子挙動を計測するため、中性子イメージングを用いた可視化手法を構築した。高速度カメラと中性子イメージインテンシファイアを組み合わせたシステムを用いて、ガラス溶融時の中性子透過画像を取得し、溶融過程を可視化した。また、溶融状態のガラスに対して金属球を落下させ、球沈降過程の動的観察を行った。得られた画像から沈降速度を算出し、溶融ガラス中の沈降速度の温度依存特性を調べるとともに、過去の知見との比較によって本手法の有効性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、高レベル放射性廃棄物のガラス固化プロセスの高効率化ために必要な計測手法の開発を行った。本手法を利用することで、溶融ガラスのような1000度を超える超高温流体の可視化計測が可能になり、溶融ガラス内における金属粒子挙動の解明に向けた重要な実験データを提供することができる。また、溶融ガラスのみでなく、溶融金属や溶融塩といった特殊な高温流動場への適用性を有する。