| 研究課題/領域番号 |
21K14560
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分31010:原子力工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
宍戸 博紀 東北大学, 工学研究科, 助教 (90827792)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 溶融塩 / 核変換 / 核分裂生成物 / 電子状態 / 電気化学 / 分子動力学法 / 密度汎関数理論 / Flinabe / 分離変換技術 / 熱重量分析 / 機械学習 / 酸化還元電位 / 化学ポテンシャル / 溶解度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、液体核変換ターゲットの創製に向けて、溶融塩溶媒(LiF-BeF2)と添加した核分裂生成物(FP)元素が及ぼしあう相互作用を解明し，化学的安定性と物性を評価するための方法論の確立を目指す。溶融塩溶媒中におけるFP元素の電子状態計算、ならびに電気化学測定から，溶媒中で安定して存在するFP化合物とその決定因子を解明するとともに，溶媒元素からFP元素に作用する原子間ポテンシャルを構築し，数値解析による溶融塩の諸物性評価手法を確立する．
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| 研究成果の概要 |
研究代表者が提案する溶融塩を用いた被照射体（ターゲット）の開発に向けて、長寿命核分裂生成物と溶融塩溶媒間の相互作用を解明し、化学的安定性や物性を評価する方法論の確立が必要である。本研究では分子動力学法に基づき、溶媒とするフッ化物溶融塩と長寿命核分裂生成物による系の物性ならびに酸化還元電位を評価した。高粘度が問題となるBeF2溶融塩に対し、添加した核分裂生成物元素が混合塩の粘度形成へ及ぼす影響を明らかにした。溶融塩中における核分裂生成物の酸化還元電位について第一原理計算による予測を試み、精度には課題が残されるものの評価できる可能性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
三元系混合塩LiF-NaF-BeF2の物性を数値解析により予測可能であることを示した。これら物性の中でも特に実験測定が困難である熱伝導率に対し、当該混合塩の熱伝導率はカチオンの電荷の非対称性のため既存のスケーリング則からは外れることを示した。また、ZrF4のような共有結合性の強いフッ化物はBeと同様にFイオンと強く結びつくため、BeF2に対する粘度低減の寄与が小さいことを明らかとした。LiFのようなイオン結合性が強いフッ化物が粘度低減の効果は大きく、長寿命核分裂生成物の中ではCsFが粘度低減に寄与する可能性が示唆される。本知見は溶融塩核変換ターゲットの材料設計において指針を与えるものである。
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