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Dechenaux, B.*; Brovchenko, M.*; 荒木 祥平; 郡司 智; 須山 賢也
Annals of Nuclear Energy, 223, p.111555_1 - 111555_11, 2025/12
The safe retrieval of the fuel debris generated during the Fukushima Daiichi nuclear accident poses a number of challenges, among which an important one is to ensure the criticality safety of the recovery operations. At the heart of the problem lies the intrinsically heterogeneous nature of the problem, and the appearance of complex and disordered media whose neutronic properties are difficult to accurately characterize and reproduce in neutron transport simulations. Typically, a similar, simpler, problem is encountered in the modeling of assemblies with missing fuel rods. In both problems, the availability of experimental facilities capable of validating both the nuclear data and the simulation schemes in heterogeneous configurations is crucial. The modified STACY installation has been specially designed to provide and carry out critical experiments, allowing for highly non-uniform configurations, that will directly support fuel debris recovery operations, but can also be used for other experimental programs. The present work describes a method to consistently and orderly sample non-uniform core configurations in the modified STACY facility, and proposes two critical heterogeneous core configurations. They have the advantage to present a high sensitivity to the water thermal scattering law, whose importance was found to be more significant for more heterogeneous configurations. The proposed experiments will contribute to the exploration and validation of heterogeneous critical systems.
Wang, Q.*; Hu, Q.*; Zhao, C.*; Yang, X.*; Zhang, T.*; Ilavsky, J.*; Kuzmenko, I.*; Ma, B.*; 舘 幸男
International Journal of Coal Geology, 261, p.104093_1 - 104093_15, 2022/09
被引用回数：12 パーセンタイル：70.63(Energy & Fuels)To understanding the spatial heterogeneity of mineral and pore structure variations in fine-grained shale, microscale X-ray fluorescence (micro-XRF) mapping, (ultra-) small-angle X-ray scattering [(U)SAXS] and wide-angle X-ray scattering were applied for two samples from a piece of Eagle Ford Shale in South Texas. Thin section petrography and field emission-scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), total organic carbon, and pyrolysis were also utilized to investigate the potential spatial heterogeneity of pore types, mineral and organic matter compositions for both samples. Overall, the siliceous-carbonate mineral contents in these carbonate-rich Eagle Ford Shale vary between laminations at mm scales. By analyzing six selected sub-samples on each of two samples with X-ray scattering and XRD techniques, nm-sized pores are mainly interparticle ones in the higher calcite regions, where the porosity is also relatively lower, while the lower calcite regions consist of both interparticle and intraparticle pore types with higher porosity. Finally, the micro-XRF and (U)SAXS are combined to generate porosity distribution maps to provide more insights about its heterogeneity related to the laminations and fractures at our observational scales.
Kwon, H.*; Pietrasiak, E.*; 大原 高志; 中尾 朗子*; Chae, B.*; Hwang, C.-C.*; Jung, D.*; Hwang, I.-C.*; Ko, Y. H.*; Kim, K.*; et al.
Inorganic Chemistry, 60(9), p.6403 - 6409, 2021/05
被引用回数：0 パーセンタイル：5.88(Chemistry, Inorganic & Nuclear)The synthesis of sandwich-shaped multinuclear silver complexes with planar penta- and tetranuclear wheel-shaped silver units and a central anion is reported, along with complete spectroscopic and structural characterization. An NMR mechanistic study reveals that silver complexes were formed in the following order: 2Ag 
3Ag
5Ag
4Ag. The central hydroxides in 4Ag and 5Ag exhibit exotic physical properties due to the confined environment inside the complex. The size of these silver wheels can be tuned by changing the central anion or extracting/adding one silver atom. This study provides the facile way to synthesize discrete wheel-shaped multinuclear silver complexes and provides valuable insights into the dynamics of the self-assembly process.
beyond 30 TFogh, E.*; 木原 工*; Toft-Petersen, R.*; Bartkowiak, M.*; 鳴海 康雄*; Prokhnenko, O.*; 三宅 厚志*; 徳永 将史*; 及川 健一; S
rensen, M. K.*; et al.
Physical Review B, 101(2), p.024403_1 - 024403_12, 2020/01
被引用回数：20 パーセンタイル：72.42(Materials Science, Multidisciplinary)Neutron diffraction with static and pulsed magnetic fields is used to directly probe the magnetic structures in LiNiPO up to 25 T and 42 T, respectively. By combining these results with magnetometry and electric polarization measurements under pulsed fields, the magnetic and magnetoelectric phases are investigated up to 56 T applied along the easy 
axis. In addition to the already known transitions at lower fields, three new ones are reported at 37.6, 39.4, and 54 T. Ordering vectors are identified with Q
= (0, 
, 0) in the interval 37.6 - 39.4 T and Q
= (0, 0, 0) in the interval 39.4 - 54 T. A quadratic magnetoelectric effect is discovered in the Q= (0, 0, 0) phase and the field dependence of the induced electric polarization is described using a simple mean-field model. The observed magnetic structure and magnetoelectric tensor elements point to a change in the lattice symmetry in this phase. We speculate on the possible physical mechanism responsible for the magnetoelectric effect in LiNiPO.
O
glass under high pressureBrazhkin, V. V.*; 片山 芳則; Trachenko, K.*; Tsiok, O. B.*; Lyapin, A. G.*; Artacho, E.*; Dove, M.*; Ferlat, G.*; 稲村 泰弘; 齋藤 寛之
Physical Review Letters, 101(3), p.035702_1 - 035702_4, 2008/07
被引用回数：80 パーセンタイル：90.98(Physics, Multidisciplinary)BOガラスの多形が、圧力10GPa,温度範囲300
700KでのX線回折,9GPaまでの体積のその場測定及び第一原理シミュレーションによって調べられた。圧力下でガラスは、5GPa以上でのB-O(O-B)配位数の緩やかな増加を伴う2段階の構造変化を起こした。4配位をとるボロン原子の割合は、10GPa以下では、X線非弾性散乱の結果から推定された割合より小さかったが、古典分子動力学シミュレーションから示唆された割合よりは大きかった。観測された構造変態は静水圧条件における加圧においても減圧においても幅広い圧力範囲で起きた。
Mg; Mapping the transition into the "island of inversion"Terry, J. R.*; Brown, B. A.*; Campbell, C. M.*; Cook, J. M.*; Davies, A. D.*; Dinca, D.-C.*; Gade, A.*; Glasmacher, T.*; Hansen, P. G.*; Sherrill, B. M.*; et al.
Physical Review C, 77(1), p.014316_1 - 014316_12, 2008/01
被引用回数：79 パーセンタイル：95.05(Physics, Nuclear)ミシガン州立大学サイクロトロンにて、中性子過剰核Mgビームからの一粒子ノックアウト反応の断面積を測定した。その結果、
Mgからのノックアウト反応により
Mgの状態が多数観測され、負パリティ状態と考えられている状態を直接生成する断面積が大きいことがわかった。このことは、Mgの基底状態の波動関数に負パリティを持つpf軌道に中性子が励起した状態が相当含まれていないと説明されないことを意味し、モンテカルロ殻模型などが予言する2粒子2空孔励起の描像を強く支持するものである。さらに、この実験結果からスペクトロスコピック因子を引き出し、原子力機構でなされたモンテカルロ殻模型計算と比較したところ、両者の良い一致が得られた。すなわち、この「逆転の島」領域における殻模型の妥当性が示された。
Terry, J. R.*; Basin, D.*; Brown, B. A.*; Campbell, C. M.*; Church, J. A.*; Cook, J. M.*; Davies, A. D.*; Dinca, D.-C.*; Enders, J.*; Gade, A.*; et al.
Physics Letters B, 640(3), p.86 - 90, 2006/09
被引用回数：60 パーセンタイル：92.82(Astronomy & Astrophysics)アメリカ・ミシガン州立大学にある超伝導サイクロトロンを用いて生成された、中性子過剰核
Neの一中性子ノックアウト反応により、
Neの低励起状態を探索した。その結果、885keVの765keVの二つの励起状態が見つかった。中性子数20の魔法数が良いと仮定したsd殻模型計算では、この原子核では中性子分離エネルギーまでに一つしか励起状態がないとされるため、少なくともこれらのうち一つは魔法数を規定する20の殻ギャップを超えて中性子が励起した状態と結論づけられる。原子力機構で行ったモンテカルロ殻模型計算によると、中性子数20の殻ギャップがNe同位体ではかなり縮まるため、1粒子1空孔励起した配位が主である負パリティ状態が1MeV以下の低い励起エネルギーに出現することが予言されている。この実験結果はまさにそのような状態が存在することを示したものであり、Neにおける殻ギャップについて大きな知見を与えた。
Wren, J. C.*; Royen, J.*; Ball, J.*; Glowa, G.*; Rydl, A.*; Poletiko, C.*; Billarand, Y.*; Ewig, F.*; Funke, F.*; Zeh, P.*; et al.
NEA/CSNI/R(2000)6/Vol.1, Vol.2, 174 Pages, 2000/04
The main goal of International Standard Problem (ISP) is to increase confidence in the validity and accuracy of the tools, which were used in assessing the safety of nuclear installations. Moreover, the exercises enable code users to gain experience and demonstrate their competence. The ISP No. 41 exercise, computer code exercise based on a Radioiodine Test Facility (RTF) experiment on iodine behavior in containment under severe accident conditions, is one of such ISP exercises. The codes used by the participants were LIRIC (AECL), MELCOR-I (SNL), IMPAIR (PSI, Siemens, GRS, and JAERI) and IODE (CIEMAT, IPSN and NRIR). This report presents a detailed description of the RTF tests used for the exercise, a brief description of the models/codes used and the modelling process and the description and interpretation of the results.
Ball, J.*; Glowa, G.*; Wren, J.*; Rydl, A.*; Poletiko, C.*; Billarand, Y.*; Ewig, F.*; Funke, F.*; 日高 昭秀; Gauntt, R.*; et al.
NEA/CSNI/R(99)7, p.311 - 325, 1999/00
The ISP No.41 exercise resulted from a recommendation at the fourth iodine chemistry workshop held at PSI, Switzerland in 1996 for an International Standard Problem on iodine behavior models. The test selected for the comparison was a Radio Test Facility experiment. It was conducted in a stainless steel vessel at 25
C and at a dose rate of 1.4 kGy/h
to evaluate the effect of pH on irradiated aqueous solutions containing CsI. This paper discusses the results of ISP 41 exercise, with a primary focus on the evaluation and comparison of calculated results, and what they demonstrate about the aqueous iodine reaction subset within each model. The paper will also discuss the relative importance of mass transfer, surface adsorption and aqueous chemistry, and the sensitivity of each of the models to these phenomena. Finally, it will assess the applicability of the ISP 41 exercise to qualitative validation of the iodine models, and provide recommendations for continuing model evaluation.
山本 卓; 小野田 忍; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 谷口 尚*; 渡邊 賢司*; 小泉 聡*; 梅田 享英*; Jelezko, F.*; et al.
no journal, ,
Nイオン照射で生成した高純度
C濃縮ダイヤモンド中のNV中心について、単一スピンの光学的検出磁気共鳴を測定した。詳細な光学的検出磁気共鳴測定から、Nイオン照射によって
NVとNVが[NV]/[NV] 1の比で生成され、収率(イオン照射量に対する生成したNV中心の割合)は70-100%であることがわかった。スピンコヒーレンス時間は室温で2msと長く、これまで報告されているイオン照射試料の中で最も長いことがわかった。これらの結果は、イオン照射で生成したNVスピンを用いた応用が十分期待できると結論できた。
大島 武; 山本 卓; 小野田 忍; 阿部 浩之; 佐藤 真一郎; Jahnke, K.*; Heller, P.*; Gerstmayr, A.*; H
ussler, A.*; Naydenov, B.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中のマイナスに帯電した窒素-空孔(NV
)中心はスピンを利用した量子計算の観点から注目されている。高純度IIaダイヤモンドに窒素(N)イオンを注入することでNVの形成を試みた。本研究では、長いスピン緩和時間(T)を達成することを目的とし、スピン散乱の原因となる
Cを減少させた高濃度C (99.99%)のダイヤモンドを化学気相法を用いて成長した。Nイオンは、打ち込んだNと試料にもともと残留していたNを区別するため、Nイオンを用い、10MeVのエネルギーでのマイクロビーム照射を行った。Nを打ち込んだ領域を共焦点顕微鏡及びODMR(optically detected magnetic resonance)で評価したところ、N由来のNVとN由来のNVの両者が形成されることが見いだされた。Tを測定した結果、両者のNVとも2msであり、イオン注入を用いて形成したNVのこれまでの報告値より10倍程度長い値であることが判明した。
小松原 彰*; 寺地 徳之*; 堀 匡寛*; 熊谷 国憲*; 田村 崇人*; 大島 武; 小野田 忍; 山本 卓; Muller, C.*; Naydenov, B.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中に発光中心を作製することで、量子計算及び量子通信などに応用することができる。本研究では、ダイヤモンドへシリコン(Si)イオンを格子状に照射することで、シリコン-空孔(Si-V)センターを作製し、SiVセンターの生成収率と位置精度の制御性について検討した。生成収率の測定のため、格子状に照射したSiイオンの数を各格子点あたり、2から1000個で変化させた。共焦点顕微鏡を用いて、SiVセンターの水平方向及び深さ方向の空間分布を測定した。観察の結果、SiVが規則的に格子状に生成されていることがわかった。しかし、1格子点あたり100個の場合、明瞭な格子状パターンを観測することができなかったことから、生成収率が1%以下であることが推定された。
田村 崇人*; 小松原 彰*; 寺地 徳之*; 小野田 忍; 大島 武; Christoph, M.*; Naydenov, B.*; McGuinness, L.*; Jelezko, F.*; 品田 賢宏*; et al.
no journal, ,
量子情報通信において有望な系の一つに挙げられるダイヤモンド中のSiVセンター(シリコンと原子空孔からなる発光センタ)の作製に関する研究を行った。早稲田大学が開発した数十keV級低エネルギー単一イオン注入技術を用いて、狙った位置にSiイオンを1個ずつ注入するとともに、その位置に同時に形成される空孔欠陥を再結合させることで、SiVセンターを作製した。作製したSiVセンターの共焦点顕微鏡像を観察したところ、狙い通り500nm間隔でSiVセンターの規則配列が形成されていることがわかった。さらに、注入イオン数に対する発光センターの生成数を調べた結果、1スポットあたりの注入イオン数が100個の領域においてSiVセンターからの発光が確認され、SiVセンターの生成収率が1%以上であることが明らかとなった。
山本 卓*; Muller, C.*; McGuinness, L.*; 寺地 徳之*; Naydenov, B.*; 小野田 忍; 大島 武; 小泉 聡*; Wrachtrup, J.*; Jelezko, F.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中の負に帯電した窒素空孔欠陥(NV)の電子スピンは、初期化・操作・読み出しを室温大気環境下で行なえるほぼ唯一の固体量子ビットである。量子コンピュータ実現のためには、多量子ビット化が重要である。2つのNVスピン間の磁気的結合や量子もつれが観測されているが、ゲート操作時間に比べて短いスピンコヒーレンス時間のために忠実度の高い量子もつれ生成の実証には至っていない。最近、我々は高純度C濃縮結晶を用いて窒素イオン照射で生成したNVにおいて最長のコヒーレンス時間(2ms)を達成した。本研究では、得られたコヒーレンス時間の長いNVを用い、ナノスケールの距離に隔てられた2つのNV量子ビット間の磁気的結合に取り組んだ。二重電子電子共鳴測定とスピンエコー測定を行うことで、作製した2量子ビットを用いて99.9%以上の高い忠実度のスピン操作できる可能性を示した。
C同位体濃縮ダイヤモンドのホモエピタキシャル合成寺地 徳之*; 山本 卓*; 小泉 聡*; 渡邊 賢司*; 谷口 尚*; 小野田 忍; 大島 武; Naydenov, B.*; Jelezko, F.*; 磯谷 順一*
no journal, ,
本研究では、C炭素同位体比が天然存在比より約3桁高い同位体濃縮メタンガスを用いてダイヤモンド薄膜を合成し、その発光特性を評価した。発光特性の評価には、窒素イオンを照射することで作製した窒素-空孔欠陥(NVセンター)からの発光を利用した。測定の結果、照射領域からはNVセンター固有の発光スペクトルが観測された。NVセンターに加えて、シリコン-空孔欠陥(SiVセンター)が、0.01ppb以下の密度ではあるが、照射領域近傍で観測された。一方、照射領域以外からは余分な発光が検出されることはなく、良質のダイヤモンドホモエピタキシャル膜が作製できたといえる。
山本 卓; 小野田 忍; 大島 武; Naydenov, B.*; Dolde, F.*; Fedder, H.*; Honert, J.*; Jelezko, F.*; Wrachtrup, J.*; 寺地 徳之*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド結晶中の負に帯電した窒素空孔センター(NV)は、室温で動作可能な量子ビットとして最も有力な材料の一つであるが、応用的観点からはNVセンターを効率よく人工的に生成する必要がある。本研究では、イオン照射条件,熱処理条件,試料の品質の違い(欠陥量、おもに窒素濃度)で、NVセンターの生成にどのような影響があるかを系統的に調べた。その結果、NV生成の収率は照射量が多くなると下がる傾向にあり、照射エネルギーが高い方が収率が上がることがわかった。一方、マイクロビームによる局所的照射試料における収率は25%から数百%であり、ブロードビーム照射試料(例えば、照射量
試料では4%)と比較すると収率が飛躍的に改善することがわかった。マイクロビーム照射試料において、収率がそれぞれの試料で異なることから、ダイヤモンド試料基板の質の違いがNV生成に重要な要素であることが示唆される。
郡司 智; 荒木 祥平; Dechenaux, B.*; Brovchenko, M.*; 會澤 栄寿; 関 真和; 新垣 優; 吉川 智輝; 井澤 一彦
no journal, ,
燃料デブリの臨界特性は、含まれる燃料及び水分の量により大きく変わること、非均質で不均一な組成によっても変化することが解析的に明らかとなっている。したがって、燃料デブリの臨界管理ではこの不均一性による増倍率の変化を考慮しておく必要があるとともに、核計算が不均一性を正しく評価できているか確かめる必要がある。本研究では、不均一性が正しく解析出来ているかを臨界実験により検証するため、燃料棒と水穴で構成されるSTACY更新炉の炉心において、中央15
15の領域の構成要素を変えずにその配置のみを規則配列から不均一な配列に変更した際の増倍率変化を臨界水位差で測定することを試みた。事前の核計算(MCNP6、JENDL-4.0u1)によって配置変更による実効増倍率変化(上下)が大きくなる配置(増倍率で約1ドル程度、臨界水位で15cm程度の差異)で臨界実験を実施した結果について、他の計算コード・核データも使用した実験解析の結果とともに示し、核計算の不均一性の評価結果について考察する。
山本 卓; 小野田 忍; 大島 武; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*; 谷口 尚*; 小泉 聡*; 梅田 享英*; 磯谷 順一*; McGuinness, L.*; et al.
no journal, ,
窒素イオン注入と熱処理によって生成した同位体濃縮ダイヤモンド単結晶中の窒素空孔発光中心(NV)のスピン特性を、共焦点顕微鏡による光学的検出磁気共鳴法を用いて詳細に測定した。スピンエコー測定の結果、電子スピンコヒーレンス時間は、イオン照射したNVとしては最長の2ミリ秒、表面付近(15ナノメートルの深さ)でも500マイクロ秒以上と非常に長いことがわかった。これらの結果は、良質な同位体濃縮結晶の結晶性と不純物スピンの低減、及び、熱処理による十分な照射損傷の回復を反映している。また、窒素分子イオン照射による近接するNVペアの作製に成功し、2つのNVスピン間の磁気的結合にも成功した。これらの単一NVのスピン特性は、室温で動作可能なナノマグネトメトリーや量子情報処理への応用が期待できる。
田村 崇人*; 小池 悟大*; 寺地 徳之*; 小野田 忍; McGuinness, L.*; Rogers, L.*; Christoph, M.*; Naydenov, B.*; Wu, E.*; Yan, L.*; et al.
no journal, ,
量子情報通信において重要な要素技術の1つである単一光子源として知られているシリコンと原子空孔からなるSiVセンターの生成収率を調べた。以前の研究で、60keVの低エネルギーSiイオンをスポット状に集束させてダイヤモンドに注入することで、SiVセンターの配列を作製することが可能であることを見出している。本研究では、1スポットあたりの注入イオン数を減らしていき、たった1つのSiVセンターを作製するための最小イオン注入量を求め、SiVセンターの収率を調べた。その結果、60keVの低エネルギーSiイオン注入の場合、SiVセンターが形成される収率が15%であることが分かった。
山本 卓*; Muller, C.*; McGuinness, L.*; 寺地 徳之*; Naydenov, B.*; 小野田 忍; 大島 武; 小泉 聡*; Wrachtrup, J.*; 磯谷 順一*; et al.
no journal, ,
化学気相成長(CVD)法によって作製した高品質ダイヤモンドに、低エネルギーの窒素分子イオン注入によって窒素と欠陥を導入するとともに、炭素イオン照射によって欠陥を追加で導入した。その後、高温熱処理を施すことで、窒素-空孔(NV)量子ビットを作製した。本研究から、単一のNV量子ビットについては36%の高効率で、NV量子ビットのペアについては4%の効率で作製することに成功し、従来よりも高い収率を実現することができた。また、55kHzの磁気双極子結合強さや0.6msを超える長いコヒーレンス時間を有するNV量子ビットのペアを見いだすことができた。以上のように、本研究では、量子コンピュータへの応用に欠かせない長いコヒーレンス時間を持つ2量子ビット化を実現できた。
