Bound spinon excitations in the spin- anisotropic triangular antiferromagnet CaReOCl

那波 和宏*; 平井 大悟郎*; 古府 麻衣子; 中島 健次; 村崎 遼*; 小金 聖史*; 木俣 基*; 野尻 浩之*; 廣井 善二*; 佐藤 卓*

Physical Review Research (Internet), 2(4), p.043121_1 - 043121_11, 2020/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.043121

=異方的三角格子反強磁性体CaReOClにおいてスピノンに類した磁気励起が存在するかを確かめるべく、中性子非弾性散乱実験を行った。得られた磁気励起は、スピノン束縛対の形成によって解釈できるものであった。また、CsCuClよりもRPA近似による解釈が良く合い、より朝永-ラッティンジャー液体に近い系であると考えられる。

Gamma-ray imaging system for Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant using silicon strip detector

冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 鳥居 建男

Reactor Dosimetry; 16th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-16) (ASTM STP 1608), p.405 - 414, 2018/11

https://doi.org/10.1520/STP160820170070

On March 11, 2011, a massive earthquake occurred in the Tohoku region of Japan, and a large tsunami hit the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F), resulting in a nuclear accident. Despite the years that have passed since the accident, decommissioning remains a concern. Radiation measurement techniques are very important for accelerating the decommissioning and ensuring low radiation exposure to workers. Our gamma-ray imaging system is the detection device for determining the three dimensional radioactive distributions of nuclear fuel debris, measuring high-energy gamma rays (greater than 1 MeV). Silicon semiconductor detectors are among the candidate detectors for radiation measurements in our system because of their radiation-hardness and high counting rate capability. We have been developing a stacked amorphous-silicon (Si)/crystal-Si heterojunction Si strip detector, which has 1-mm-pitch striped electrodes (0.5 mm wide) and 1.2-mm-pitch stacked technology. The detector consists of an Si strip mounted on a thin printed circuit board, front-end readout electronics with a complementary metal oxide semiconductor application specific integrated circuit, and a field programmable gate array. The threshold level of energy deposition of each pulse signal in each channel can be set from the application-specific integrated circuit, and gamma-ray images with energy discrimination can be obtained. The energy threshold level for discrimination of Co gamma rays from Cs gamma rays was investigated experimentally and by means of simulation, and it was found to be about 500 keV. Therefore, our Si strip detector has the required position sensitivity and energy discrimination ability for identifying high-energy gamma-ray source distributions.

Interaction of spin-orbital-lattice degrees of freedom; Vibronic state of the corner-sharing-tetrahedral frustrated spin system HoBaFeO by dynamical Jahn-Teller effect

蒲沢 和也*; 石角 元志*; 河村 聖子; 川北 至信; 加倉井 和久*; 中島 健次; 佐藤 正俊*

Physical Review B, 95(10), p.104413_1 - 104413_7, 2017/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.104413

A powder inelastic neutron-scattering study of HoBaFeO (HBFO) revealed characteristic magnetic excitations associated with geometrical spin frustration. Dispersionless excitations in energy () and wave-vector () space are observed at several discrete energies. Some of them can be attributed to crystal-field excitations of Ho in octahedral symmetry, but the others are explained instead by the vibronic state of the Fe dynamical Jahn-Teller effect with orbit-spin coupling, indicating interaction among the spin, the orbital, and the lattice degree of freedom. The antiferromagnetic HBFO lattice has cubic symmetry, and both Fe and Fe reside on corner-sharing tetrahedra with a number ratio of 3:1. Even though Fe is a Jahn-Teller active ion in tetrahedral symmetry, the system does not exhibit any static lattice distortion to the lowest temperature studied (4 K). The observed excitations can be understood by considering the dynamical interaction among spin-orbital-lattice degrees of freedom, indicating that spin fluctuation due to the frustration effect induces the dynamical Jahn-Teller effect, although in most cases a Jahn-Teller active ion Fe takes the static Jahn-Teller effect in a magnetic oxide system.

Gyrotron development for high-power, long-pulse electron cyclotron heating and current drive at two frequencies in JT-60SA and its extension toward operation at three frequencies

小林 貴之; 森山 伸一; 横倉 賢治; 澤畠 正之; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 星野 克道; et al.

Nuclear Fusion, 55(6), p.063008_1 - 063008_8, 2015/06

https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/6/063008

JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)のため、高出力、長パルス発振を110GHzと138GHzの両方で実現するジャイロトロンを開発した。2周波数で運転可能なジャイロトロンとして、世界で初めて、1MW、100秒間の発振を両周波数で実証した。三極型電子銃を用いてアノード電圧又は電子のピッチファクターの最適化することが、2周波数で高出力と高効率を得るために重要であった。また、本ジャイロトロン内部での損失は、今後の1.5MW以上での発振を想定した場合でも十分に小さいと予測される結果が得られた。さらに、上記2周波数はJT-60SAにおいては第二高調波として入射されるが、基本波として使用可能な82GHzでの発振についても、0.4MWで2秒まで実証した。これらのジャイロトロン開発の成果により、JT-60SAにおけるECH/CD装置の適用可能領域の大幅な拡張に寄与することが期待される。

Study of safety features and accident scenarios in a fusion DEMO reactor

中村 誠; 飛田 健次; Gulden, W.*; 渡邊 和仁*; 染谷 洋二; 谷川 尚; 坂本 宜照; 荒木 隆夫*; 松宮 壽人*; 石井 響子*; et al.

Fusion Engineering and Design, 89(9-10), p.2028 - 2032, 2014/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2014.04.062

福島第一原子力発電所事故を受けて、日本国内の核融合研究コミュニティにおいて、核融合炉の安全性に対する関心が高まっている。そこで幅広いアプローチ原型炉設計活動(BA-DDA)では、核融合炉の安全性研究に着手した。本論文は、BA-DDAで行っている核融合原型炉安全性研究の進展について報告するものである。まず本研究での安全確保の考え方を明確化し、事故時の放射性物質放出に対する敷地境界での公衆被ばく線量の目標値を設定した。次に、核融合原型炉が内包する放射性物質とエネルギーの量の評価を行った。ここでの原型炉は、我が国で開発しているブランケット工学技術(水冷却、固体ペブル増殖ブランケット)に基づくものとする。さらに、マスター・ロジック・ダイアグラム法と機能FMEA法を用いて原型炉で考えられる事故シナリオの分析を行った。分析したシナリオのうち、とりわけ重要な事故事象を選定した。

ミリ波導波管における誘電体ディスクを用いた伝送電力密度分布測定装置の開発

横倉 賢治; 森山 伸一; 小林 貴之; 平内 慎一; 澤畠 正之; 寺門 正之; 日向 淳; 和田 健次; 佐藤 福克; 星野 克道; et al.

JAEA-Technology 2014-002, 64 Pages, 2014/03

JAEA-Technology-2014-002.pdf:6.83MB

導波管内を伝搬する大電力ミリ波が誘電体を透過した時の誘電損失を誘電体の温度上昇として測定し、伝送ミリ波の電力密度空間分布と伝送電力を計測できる装置を開発した。本装置は、伝送電力が1MWにも及ぶ核融合研究用の電子サイクロトロン加熱(ECH)装置での使用を念頭に置いているが、広い分野への応用も考えられる。本装置の基本的概念は、真空コルゲート導波管に損失の小さい数ミリメートルの空間ギャップを設けておき、その空間ギャップへ断熱支持した誘電体ディスクを一時的に挿入し、短パルスのミリ波を透過させた後素早く引抜き(約0.2秒)、その温度分布を赤外線カメラで測定することで、ディスクを透過したミリ波の分布を推定するものである。一方、ディスクの収束平衡温度から全透過損失を見積もり、伝送電力の評価も可能である。計測試験では、整合器ミラーの角度のずれによる不要モードの発生を電力密度分布の変化として捉えることに成功した。この成果は、整合器を真空に保ったままミラーの調整を行う他、運転中のECH装置の伝送系での意図しない不要モードの発生を検出可能とするなど、本装置が有効であることを示すものである。

ナノ粒子塗布による粉塵付着防止

鈴木 道隆*; 吉川 真央*; 飯村 健次*; 佐藤根 大士*; 石井 克典

粉体工学会誌, 50(6), p.405 - 409, 2013/06

https://doi.org/10.4164/sptj.50.405

シリカのナノ粒子を含有した懸濁液に浸すか、又はスピンコート法(サンプルを高速回転させたときに発生する遠心力によりサンプル上に薄膜を形成する方法)を用いて、ガラス基板にシリカナノ粒子を塗布した。ガラス基板の表面が透明なナノ粒子の薄い層で覆われることにより、粉末付着を防止できることが実験的に確認された。粉末と基板の間に作用する付着力を遠心法により測定し、付着力と表面粗さの関係を実験及び理論の観点から検討した結果、付着力は表面粗さが増加するにつれて減少しており、ナノ粒子の塗布による基板表面の粗さのわずかな増加が、粉末付着を低減できる原因であることがわかった。ナノ粒子の塗布は、粉末付着を大変効果的に防ぐことができ、さまざまな分野への応用が期待される。

Dual frequency gyrotron development for JT-60SA

小林 貴之; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.

Proceedings of 37th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2012) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2012/09

JT-60SAに向けて新たに2周波数(110GHz及び138GHz)ジャイロトロンの開発を開始した。空胴共振器の設計において、高出力,長時間運転に重要な、1MW以上の出力、30%以上の効率、1.4kW/cm以下のピーク熱負荷が、両周波数について得られた。さらに、発振した導波管モードのミリ波を空間伝送モードへと変換するモード変換器の設計において、両周波数で高い変換効率(110GHzでは96.8%、138GHzでは98.3%)が得られた。この変換効率は、以前に長パルス運転実績のある110GHzジャイロトロンにおける変換効率(96.5%)より高く、高出力,長時間運転に適した設計結果が得られた。上記設計に基づき、新規ジャイロトロンを製作し、調整運転を2012年6月中旬より開始した。これまでのところ、低めのビーム電流(10A)及びビーム電圧(75kV)で、予定通り約200kWの出力を得て、設計に大きな問題がないことを確認した。

Repetition Rate Multiplication: RRM, an advanced measuring method planed for the backscattering instrument, at the MLF, J-PARC

高橋 伸明; 柴田 薫; 川北 至信; 中島 健次; 稲村 泰弘; 中谷 健; 中川 洋; 藤原 悟; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB007_1 - SB007_4, 2011/12

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB007

A TOF-BSS named has been under construction on BL02 in the MLF of J-PARC. We have estimated expected performances of several candidates under realistic neutron source parameters at MLF. The expected neutron intensity under comparable energy resolutions of the -type is 2.6 times higher than that of the BASIS-type. Consequently, we have chosen the CM with pulse-shaping device for . Pulse-shaping is a good technique from a view point of a variability of resolution. On the other hand, a neutron energy band passing through the pulse-shaping chopper is limited and thus scanning range with one phase of the chopper is narrow. Of course, also can access larger energy transfers by appropriate phasing of the pulse-shaping chopper. In addition, will be able to utilize Repetition Rate Multiplication (RRM). RRM is essentially a way to employ multiple pulse-shaped incident neutron beams to effectively increase neutron counting time to more efficiently measure the inelastic region. In this presentation we will show the chopper sequence and introduce the RRM mode of the forthcoming backscattering spectrometer in detail.

Development of a two-dimensional nuclear-thermal-coupled analysis code for conceptual blanket design of fusion reactors

宇藤 裕康; 飛田 健次; 染谷 洋二; 佐藤 聡; 関 洋治; 高瀬 治彦

Fusion Engineering and Design, 86(9-11), p.2378 - 2381, 2011/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2011.03.069

原型炉のブランケット設計用として、2次元の核計算及び熱計算を連続して行う核熱連成コードDOHEATを開発した。DOHEATは、Sn法に基づく2次元輸送計算コードDOT3.5及びJENDL-3.1をもとにした群定数ライブラリーFUSION-40を用いて輸送計算を行い、得られた中性子及び線スペクトルから2次元化したAPLLE-3を介して、核発熱率やTBR等の物理量を計算する。また、得られた核発熱率及び材料物性データを用いて伝熱解析を行い定常状態における温度分布を算出することが可能である。DOHEATを用いることにより、2次元的に配置された内部構造を正確に模擬できるようになり、これまでの1次元解析から解析精度が向上した。また、描画形式の入力インターフェイスを整備することにより、さまざまなブランケット概念の構築が容易に行えるようになった。従来までの1次元コードと併用することにより、非常に多くの計算回数を要する増殖材及び増倍材等の量の最適化など第一次案の検討及び詳細検討を効率よく行い、より幅広い原型炉ブランケットの概念設計検討を進められると考えられる。