リアルタイムで見えた!3000℃の世界で起こる物質の変化~SPring-8が照らす原子の動き、安全性の高い燃料や新規材料の開発へ~

2026-01-26 日本原子力研究開発機構,福井大学,東京科学大学,量子科学技術研究開発機構

日本原子力研究開発機構(原子力機構)などの研究チームは、大型放射光施設SPring-8を用いて、3000℃を超える超高温環境下で物質が溶け、反応し、再び固まる過程を原子レベルでリアルタイム観察できる新技術を開発した。新たに構築した分析システムでは、X線回折(XRD)とX線吸収微細構造(XAFS)を同時に高速測定でき、燃料や被覆管材料が変性する瞬間を直接捉えることが可能となった。模擬核燃料を用いた実験では、約1500℃以上での酸化物の構造変化や元素間反応をその場観察することに成功し、従来は推測に頼っていた燃料溶融時の反応機構を明確にした。本技術は、原子力燃料の安全性向上に加え、航空宇宙や鉄鋼分野における超高温耐性材料の開発にも貢献が期待される。

リアルタイムで見えた!3000℃の世界で起こる物質の変化~SPring-8が照らす原子の動き、安全性の高い燃料や新規材料の開発へ~
高温環境での実験をリアルタイムに分析できる装置の概念図

<関連情報>

超高温金属酸化物のその場迅速X線吸収微細構造とX線回折システムの組み合わせ Combined in situ quick X-ray absorption fine structure and X-ray diffraction systems for ultra-high temperature metal oxides

Hajime Tanida,Tohru Kobayashi,Tsuyoshi Yaita,Masaaki Kobata,Tatsuo Fukuda,Ayumi Itoh,Kenji Konashi,Yuji Arita
Bulletin of the Chemical Society of Japan  Published:16 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/bulcsj/uoaf088

Abstract

Structural analysis using synchrotron radiation, such as X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption fine structure (XAFS), is an effective means of investigating physical properties of materials at high temperatures in order to experimentally clarify their physical properties. However, accurate temperature measurements above 2,800 K are difficult, complicating the assessment of structural changes in materials. This study addresses these issues by employing a newly developed furnace capable of reaching 2,800 K and performing in situ rapid XAFS and XRD measurements. These advances will improve our understanding of metal oxides at melting points and provide valuable insights into their behavior under extreme conditions.

2000原子力放射線一般
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