Measurement of double-differential neutron yields for iron, lead, and bismuth induced by 107-MeV protons for research and development of accelerator-driven systems

岩元 大樹; 中野 敬太; 明午 伸一郎; 佐藤 大樹; 岩元 洋介; 杉原 健太*; 西尾 勝久; 石 禎浩*; 上杉 智教*; 栗山 靖敏*; et al.

EPJ Web of Conferences, 284, p.01023_1 - 01023_4, 2023/05

https://doi.org/10.1051/epjconf/202328401023

加速器駆動システム(ADS)の核特性予測精度の向上と京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)におけるADS炉物理実験で用いる中性子源情報の取得を目的として、京都大学の固定磁場強集束(FFAG)加速器を用いた核データ測定実験プログラムを開始した。このプログラムの一環として、鉄,鉛及びビスマスに対する陽子入射二重微分中性子収量(TTNY)及び断面積(DDX)を測定した。測定では、真空チェンバ内に設置された標的試料に107MeVの陽子ビームを照射し、核反応によって標的から発生した粒子の信号を、小型の中性子検出器を用いて検出した。検出信号とFFAGキッカー電磁石の信号の時間差から飛行時間(TOF)を求め、ガンマ線の事象を波形弁別法によって除去して中性子事象をカウントすることで中性子のTOFスペクトルを求めた。得られた中性子のTOFスペクトルから、相対論的運動学によりTTNY及びDDXを求めた。実験で得られたTTNY及びDDXを、モンテカルロ輸送計算コードPHITSによる計算と比較し、PHITSに組み込まれた核反応モデル及び評価済み核データライブラリJENDL-4.0/HEの妥当性を検証するとともに、PHITSによる計算の予測精度を評価した。

Layer-number-independent two-dimensional ferromagnetism in CrTe

Wang, Y.*; 梶原 駿*; 松岡 秀樹*; Saika, B. K.*; 山神 光平*; 竹田 幸治; 和達 大樹*; 石坂 香子*; 岩佐 義宏*; 中野 匡規*

Nano Letters, 22(24), p.9964 - 9971, 2022/12

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03532

In a conventional magnetic material, a long-range magnetic order develops in three dimensions, and reducing a layer number weakens its magnetism. Here we demonstrate anomalous layer-number-independent ferromagnetism down to the two-dimensional (2D) limit in a metastable phase of CrTe. We fabricated CrTe thin films by molecular-beam epitaxy and found that CrTe could host two distinct ferromagnetic phases characterized with different Curie temperatures (). One is the bulk-like high- phase showing room-temperature ferromagnetism, which is consistent with previous studies. The other is the metastable low- phase with 160 K, which exhibits a layer-number-independent down to the 2D limit in marked contrast with the conventional high- phase, demonstrating a purely 2D nature of its ferromagnetism. Such significant differences between two distinct phases could be attributed to a small variation in the doping level, making this material attractive for future ultracompact spintronics applications with potential gate-tunable room-temperature 2D ferromagnetism.

Spin-orbit-induced Ising ferromagnetism at a van der Waals interface

松岡 秀樹*; Barnes, S. E.*; 家田 淳一; 前川 禎通; Bahramy, M. S.*; Saika, B. K.*; 竹田 幸治; 和達 大樹*; Wang, Y.*; 吉田 訓*; et al.

Nano Letters, 21(4), p.1807 - 1814, 2021/02

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04851

Magnetocrystalline anisotropy, a key ingredient for establishing long-range order in a magnetic material down to the two-dimensional (2D) limit, is generally associated with spin-orbit interaction (SOI) involving a finite orbital angular momentum. Here we report strong out-of-plane magnetic anisotropy without orbital angular momentum, emerging at the interface between two different van der Waals (vdW) materials, an archetypal metallic vdW material NbSe possessing Zeeman-type SOI and an isotropic vdW ferromagnet VSe. We found that the Zeeman SOI in NbSe induces robust out-of-plane magnetic anisotropy in VSe down to the 2D limit with a more than 2-fold enhancement of the transition temperature. We propose a simple model that takes into account the energy gain in NbSe in contact with a ferromagnet, which naturally explains our observations. Our results demonstrate a conceptually new magnetic proximity effect at the vdW interface, expanding the horizons of emergent phenomena achievable in vdW heterostructures.

Preheat effect on titanium plate fabricated by sputter-free selective laser melting in vacuum

佐藤 雄二*; 塚本 雅裕*; 菖蒲 敬久; 山下 順広*; 山縣 秀人*; 西 貴哉*; 東野 律子*; 大久保 友政*; 中野 人志*; 阿部 信行*

Applied Physics A, 124(4), p.288_1 - 288_6, 2018/04

https://doi.org/10.1007/s00339-018-1712-4

レーザーコーティングによる高品質な金属膜生成をめざし、本研究ではシンクロトロン放射光実験により、レーザー照射により溶融したチタンの動態を調べた。濡れ性の指標として、レーザ照射中を30keVのシンクロトロンX線により、Ti64ベースプレートとTi球との接触角を測定した。その結果、ベースプレートの温度が上昇すると接触角は低下し、ベースプレートの温度が500Cのときに接触角度は28度まで減少することを確認した。そして予熱をした状態でレーザーコーティングを行うとスパッタリングが少なく、表面粗さも少ない高品質な金属膜の生成に成功したが、この要因として濡れ性の改善が大きく関与していることを明らかにした。

Photonuclear reactions triggered by lightning discharge

榎戸 輝揚*; 和田 有希*; 古田 禄大*; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; 奥田 和史*; 牧島 一夫*; 佐藤 光輝*; 佐藤 陽祐*; 中野 俊男*; et al.

Nature, 551(7681), p.481 - 484, 2017/11

https://doi.org/10.1038/nature24630

Relativistic electrons accelerated by electric fields of lightnings and thunderclouds emit bremsstrahlung rays, which have been detected at ground observations. The energy of the rays is sufficiently high to potentially invoke atmospheric photonuclear reactions N(, n)N, which would produce neutrons and eventually positrons via decay of generated unstable radioactive isotopes, especially N. However, no clear observational evidence for the reaction has been reported to date. Here we report the first detection of neutron and positron signals from lightning with a ground observation. During a thunderstorm on 6 February 2017 in Japan, an intense -ray flash (1 ms) was detected at our monitoring sites. The subsequent initial burst quickly subsided with an exponential decay constant of 40-60 ms, followed by a prolonged line emission at 0.511MeV, lasting for a minute. The observed decay timescale and spectral cutoff at 10 MeV of the initial emission are well explained with de-excitation rays from the nuclei excited by neutron capture. The centre energy of the prolonged line emission corresponds to the electron-positron annihilation, and hence is the conclusive indication of positrons produced after the lightning. Our detection of neutrons and positrons is unequivocal evidence that natural lightning triggers photonuclear reactions.

アジアにおける原子力技術の平和利用のための講師育成事業の概要2014(受託事業)

日高 昭秀; 中野 佳洋; 渡部 陽子; 新井 信義; 澤田 誠; 金井塚 清一*; 加藤木 亜紀; 嶋田 麻由香*; 石川 智美*; 海老根 雅子*; et al.

JAEA-Review 2016-011, 208 Pages, 2016/07

JAEA-Review-2016-011-01.pdf:33.85MB
JAEA-Review-2016-011-02.pdf:27.68MB

原子力機構では、アジアにおける原子力技術の平和利用のための人材育成に貢献するため、文部科学省からの受託事業として、1996年から講師育成事業(ITP)を実施している。ITPは講師育成研修(ITC)、フォローアップ研修(FTC)、原子力技術セミナーからなり、アジア諸国を中心とする国々(現在、11ヵ国)の原子力関係者を我が国に招聘し、放射線利用技術等に関する研修、セミナーを行うことにより、母国において技術指導のできる講師を育成している。また、我が国からアジア諸国への講師派遣を通じて、各国の原子力関係者の技術及び知識の向上を図っている。さらに、作成したニュースレターを広く配布することにより、各国で得られた技術情報等を国内の原子力施設の立地地域等に広く提供している。本報では、これらについて概要を記載すると共に、今後、原子力人材育成事業を効果的に実施するための課題等について報告する。

Design study to increase plutonium conversion ratio of HC-FLWR core

山路 哲史; 中野 佳洋; 内川 貞夫; 大久保 努

Nuclear Technology, 179(3), p.309 - 322, 2012/09

https://doi.org/10.13182/NT12-A14165

HC-FLWRは現行BWRから大きな技術的ギャップを伴わずに、核分裂性プルトニウム(Puf)残存比0.84を達成し、ウラン(U)やプルトニウム(Pu)資源を有効に活用できる。本研究では、L/F移行期における導入効果を高める観点から、現在の軽水炉のU酸化物(UO)燃料やU-Pu混合酸化物(MOX)燃料の技術に立脚して、Puf残存比0.95を達成する新たなHC-FLWR炉心の概念を構築した。炉心のボイド反応度特性悪化の対策として、稠密格子用に提案された、FLWR/MIX集合体の概念を用いた。燃料棒間ギャップ幅を0.20から0.25cmとした準稠密燃料格子でPuf残存比0.89から0.94、平均取出燃焼度53から49GWd/tが得られ、U濃縮度を4.9から6.0wt%に上げると、Puf残存比を0.97まで高めることができる。Puf残存比がそれぞれ0.91と0.94となる代表炉心設計及び、同0.97の代替設計例を得た。これらから、Puf残存比が従来の0.84から向上し、0.95までを達成するHC-FLWRの柔軟性を示した。

Plutonium isotopic composition of high burnup spent fuel discharged from light water reactors

中野 佳洋; 大久保 努

Annals of Nuclear Energy, 38(12), p.2689 - 2697, 2011/12

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2011.08.009

軽水炉から高速増殖炉への移行期における、高速炉燃料組成を評価するため、取出燃焼度70GWd/tの軽水炉使用済燃料中のPu組成と生成量を評価した。日本で進められている次世代軽水炉開発プロジェクトの公開情報を元に、燃料の初期U濃縮度6%,取出燃焼度70GWd/tの高燃焼度BWR(HB-BWR)と高燃焼度PWR(HB-PWR)の計算モデルを構築した。HB-BWRはスペクトルシフト棒(SSR)を使用し、運転サイクル中に炉心スペクトルを変化させる。HB-BWR使用済燃料5年冷却後の核分裂性Pu割合は62%で、取出燃焼度45GWd/tの現行BWRのそれよりも高くなる。また生成されるPu量もHB-BWRの方が現行BWRよりも多い。HB-PWRは、中性子減速の最適化のため、ワイドピッチ1717集合体を使用する。ワイドピッチ採用のために、5年冷却後のHB-PWR使用済燃料中の核分裂性Pu割合は56%と、取出燃焼度49GWd/tの現行PWRよりも低く、またPu生成量も少ない。

Power distribution investigation in the transition phase of the low moderation type MOX fueled LWR from the high conversion core to the breeding core

秋江 拓志; 中野 佳洋; 大久保 努

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 10 Pages, 2011/10

In the transition phase of Innovative Water Reactor for Flexible Fuel Cycle (FLWR) between high conversion (HC) and breeding (BR) type cores, there are two types of assemblies in the same core. Consequently, a region-wise spectrum difference is found which can lead to a large power peaking. For this reason, the power distribution of FLWR in this transition phase was studied by assembly and core calculations. Calculations on few assemblies geometries show large local power peakings can be effectively reduced by considering plutonium enrichment distribution in an assembly. In the whole core calculation, despite the power level mismatch between HC and BR assemblies, overall power distribution flattening is possible by optimizing fuel assemblies loading. The transition from HC to BR type FLWR seems feasible without difficulty.

Early introduction core design for advanced LWR concept of FLWR to recycle Pu or TRU

大久保 努; 中野 佳洋; 内川 貞夫; 深谷 裕司

Revue Gnrale Nuclaire, (6), p.83 - 89, 2010/11

成熟した軽水炉技術に立脚してPuやTRUのリサイクルによって将来の持続的なエネルギー供給に貢献するため、新型軽水炉概念FLWRの提案・検討が行われている。本概念はMOX燃料を用いた稠密炉心を使用し、時系列的な2つのステップで構成されている。第1ステップは、早期導入を実現する高転換型炉概念HC-FLWRであり、軽水炉及びプルサーマル技術からのスムースな連続性の確保を目指したものである。第2ステップは、低減速軽水炉概念RMWRであり、1.0を超える高転換比を実現してPuやTRUの多重リサイクルによって長期的持続的なエネルギー供給に適するものである。重要な点は、この2つの炉心概念では整合性を有する同じ形の燃料集合体を利用する点であり、このことにより、同一の原子炉において前者から後者への移行が将来の燃料サイクル環境の状況に柔軟に対応して行うことが可能である。本論文では、FLWRの早期導入炉心の設計に重点を置きながら、FLWR研究開発における炉心設計の進め方とともに紹介する。