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論文

Numerical interpretation of thermal desorption spectra of hydrogen from high-carbon ferrite-austenite dual-phase steel

海老原 健一; 関根 大貴*; 崎山 裕嗣*; 高橋 淳*; 高井 健一*; 大村 朋彦*

International Journal of Hydrogen Energy, 48(79), p.30949 - 30962, 2023/09

鉄鋼材料の応力腐食割れの1つである水素脆化を理解するには、鋼材中の水素分布を知る必要があり、それには昇温脱離スペクトルの数値シミュレーションによる解釈が有効である。溶接金属やTRIP鋼において残留オーステナイト(RA)は昇温脱離スペクトルに顕著な影響を与えるが、明確な水素分布についてはこれまでよく知られていない。本研究では、高炭素フェライト-オーステナイト二相鋼の既報の水素昇温脱離スペクトルを、独自にコード化した二次元モデルによって数値シミュレーションし、水素は、その鋼材に含まれる量が少ないときは炭化物表面に、その量が多くなると二相界面に、主にトラップされることを明らかとした。また、界面トラップの水素の脱離ピークの試料厚さ依存性が、従来とは異なる理由で発現することも明らかとなった。

論文

Numerical interpretation of hydrogen thermal desorption spectra for iron with hydrogen-enhanced strain-induced vacancies

海老原 健一; 杉山 優理*; 松本 龍介*; 高井 健一*; 鈴土 知明

Metallurgical and Materials Transactions A, 52(1), p.257 - 269, 2021/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.53(Materials Science, Multidisciplinary)

応力腐食割れの原因の1つと考えられている水素脆化に関し、近年、材料の変形時に水素により過剰生成した空孔が直接の原因と考える水素助長ひずみ誘起空孔モデルが提案されている。しかし、その定量的考察はあまりなされておらず、誘起空孔の挙動の定量的評価が必要である。このことから、本研究では、水素添加と同時にひずみを与えた純鉄の薄膜試料の水素熱脱離スペクトルを、空孔及び空孔クラスターの挙動を考慮したモデルでシミュレーションした。モデルでは、9個の空孔からなる空孔クラスター($$V_9$$)までを考慮し、空孔及び空孔クラスターの水素トラップエネルギーとして、分子静力学で見積もった値を用いた。また、拡散に関するパラメータも原子レベル計算で評価した値を用いた。結果として、モデルは、全体としてスペクトルを再現し、時効処理の温度に対するスペクトルの変化も再現した。一方、実験との2つの特徴的な違いも現れ、その考察から、$$V_2$$及び$$V_3$$の拡散はモデルより遅いこと、また、水素と共にひずみを与える際に、空孔クラスターも生成されることの可能性が見出された。本モデルは、照射で生成した空孔の挙動の考察にも応用可能と考える。

論文

HONTAと硝酸の水和錯体の光電子分光実験

宮崎 康典; 足立 純一*; 益田 遼太郎*; 下條 竜夫*; 星野 正光*

Photon Factory Activity Report 2021 (インターネット), 2 Pages, 2021/00

放射性廃棄物の減容化及び有害度低減の観点から、ガラス固化前の再処理高レベル放射性廃液からマイナーアクチノイド(MA; Am, Cm)を分離回収し、高速炉や加速器駆動システムによって、安定核種や短寿命核種に変換する「分離変換」の研究・技術開発を行っている。MA分離技術では、N,N,N',N', N",N"-hexaoctylnitrilotriacetamide(以降「HONTA」という。)に注目したプロセスを検討しているが、放射線分解に係る課題(e.g.放射線分解生成物の除去や使用済抽出剤の再利用等)が多く残されている。本研究では、硝酸とのコンディショニングによる水和錯体が抽出剤の放射線分解を阻害する効果を明らかにするため、有機相に形成する[(HONTA)(HNO$$_{3}$$)(H$$_{2}$$O)n]の光電子分光実験を行い、スペクトルパターンを取得した。また、量子化学計算で構造最適化したHMNTA + HNO$$_{3}$$の状態密度スペクトルと比較し、分子軌道から、HNO$$_{3}$$付加による影響を考察した。

論文

水素ひずみ誘起空孔を含む焼戻しマルテンサイト鋼の水素昇温脱離曲線のシミュレーションの試み

海老原 健一; 齋藤 圭*; 高井 健一*

「水素脆化の基本要因と特性評価」研究会報告書, p.57 - 61, 2018/09

本発表は、3年間の日本鉄鋼協会における「水素脆化の基本要因と特性評価」研究会で実施した研究に関する最終報告である。水素脆化は応力腐食割れの原因のひとつと考えられているが、その機構はいまだ明確になっていない。近年、水素を添加したマルテンサイト鋼にひずみを付与することで空孔が生成されることが報告され、この現象は水素ひずみ誘起空孔生成と呼ばれ、水素脆化の機構の1つと関係すると考えられている。この空孔生成は昇温脱離分析における脱離ピークの出現によって確認されているが、空孔が昇温時に拡散・消滅するためそのピークの生成過程はあまり明らかでない。本研究では、空孔の拡散、消滅および空孔クラスターの成長、解離を考慮したモデルによる数値シミュレーションによって、空孔の脱離ピークの生成過程を調査検討した。結果として、空孔に関する脱離ピークには単空孔の寄与が大きいことが分かった。

論文

Determination of detrapping and trapping rate constants for hydrogen based on experimental thermal desorption spectra

海老原 健一; 齋藤 圭*; 高井 健一*

Proceedings of 2016 International Hydrogen Conference (IHC 2016); Materials Performance in Hydrogen Environments, p.470 - 477, 2017/00

鉄鋼の水素脆化機構を理解するためには、鋼材中の欠陥における水素トラップ状態を推定する必要あり、水素昇温脱離解析はそのための有効な方法である。しかし、水素昇温脱離解析で得られる昇温脱離スペクトルは、欠陥による水素トラップの情報を含むが、実験条件や水素拡散に影響されるため、数値シミュレーションによる昇温脱離スペクトルの解釈が必要となる。本研究では、数値シミュレーションに必要となる水素のデトラップ及びトラップ速度定数を、焼戻しマルテンサイト鋼の拡散の影響を無視できる程度の厚さの板状試料から得た実験昇温脱離スペクトルから決定し、その速度定数を用いてよりサイズが大きい棒状試料から得たスペクトルの再現を試みた。その結果、得られた速度定数を使ったモデルは、そのスペクトルをうまく再現することができた。この結果から、拡散が無視できる程度の試料の実験スペクトルから得た速度定数は、サイズや形状が異なる試料のスペクトルのシミュレーションでも使えることが分かった。

論文

空孔型欠陥トラップサイトの変化を考慮した水素昇温脱離モデリングの検討

海老原 健一; 齋藤 圭*; 高井 健一*

「水素脆化の基本要因と特性評価研究会中間報告会」シンポジウム予稿集(USB Flash Drive), p.30 - 35, 2016/09

鉄鋼の水素脆化機構を理解するために必要な鉄鋼中の水素トラップ状態を推定するために、昇温脱離解析(TDS)で得られる水素昇温脱離スペクトルが用いられる。近年、水素添加しひずみを与えた焼戻しマルテンサイト鋼における空孔型欠陥の生成が報告されていることから、そのような鋼材の試料における空孔型欠陥が水素トラップ状態への影響を評価するため、空孔型欠陥が温度によって変化する過程を組み入れた昇温脱離モスペクトルの数値モデルについて検討した。結果として、空孔の拡散及び消滅の過程のみを取り入れたモデルは、実験スペクトルの空孔の昇温脱離ピーク付近にピークを再現するが、空孔のピークと転位のピークの間の水素放出を再現できなかった。そして、空孔クラスターの簡易モデルを考慮したところ、空孔ピークと転位ピークの間に水素放出が現れる可能性が見られた。しかし、実験スペクトルの詳細な再現にはいたらなかった。それは、空孔クラスターの簡易モデルによるものと考えられる。

論文

Evaluation of temperature rise caused by AC loss due to plasma disruption in joint of JT-60SA poloidal field coil

中村 一也*; 山本 侑祐*; Suzuki, K.*; 高尾 智明*; 村上 陽之; 夏目 恭平; 吉田 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200704_1 - 4200704_4, 2015/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Engineering, Electrical & Electronic)

The JT-60 Super Advanced (JT-60SA) of Japan Atomic Energy Agency is a fusion experiment device designed to contribute to the early realization of fusion energy by providing support to the operation of ITER. The CS and EF coils are fabricated in Japan. In case of the butt joint for CS, two conductors are pressed onto each side of a copper sheet. As for the lap joint, two conductors are pressed by overlapping them with copper blocks for used EF pancake coils and between the CS and the current feeder. When a time-varying magnetic field is applied to the joints, an AC loss occurs, and temperature margin of the joint decreases due to the AC loss. It is necessary to understand the temperature margin of the joints to protect this coil system from quench. In this study, we fabricated the butt joint and lap joint, and measured the AC losses under the time varying field. Based on these experimental results, we analyzed the temperature rise caused by AC losses of the joints by using FEM under the standard plasma scenario and disruption scenario. The obtained results become fundamental data to estimate the temperature margin of the joints.

論文

Thermal stability of butt joint for CS conductor in JT-60SA

高尾 智明*; 川原 譲*; 中村 一也*; 山本 侑祐*; 谷貝 剛*; 村上 陽之; 吉田 清; 夏目 恭平*; 濱口 真司*; 尾花 哲浩*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 24(3), p.4800804_1 - 4800804_4, 2014/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:21.98(Engineering, Electrical & Electronic)

JT-60SAの中心ソレノイド(CS)は、6つの8層パンケーキコイルと1つの4層パンケーキコイルから構成される。パンケーキコイル間の接続は、プラズマへ供給する磁束を大きくするために、省スペースで設置が可能なITER-EDAのCSモデルコイルで開発された突合せ接続により行われる。本研究ではCS用突合せ接続サンプルを用いて、通電電流値,超臨界圧ヘリウム(SHe)流量, SHe圧力,外部磁場を変化させクエンチ温度(Tq)を測定した。また有限要素法(FEM)解析ソフトCOMSOL Multiphysicsを用いてCS突合せ接続内の温度上昇及び温度分布の数値計算を実施した。これらの試験と解析の結果、CS突合せ接続部はSHe流量が減少しても安定に運転できることがわかった。本論文では、Tq測定試験やFEM解析モデル及びCS接続部のTqとSHe流量の評価結果について報告する。

論文

Long-lived, highly excited neutral hydrogen atom production following oxygen 1s photoexcitation of gas-phase water molecules

Harries, J.; 下條 竜夫*; 本間 健二*; 國分 美希*; Sullivan, J. P.*; Lebech, M.*; 東 善郎*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 44(9), p.095101_1 - 095101_7, 2011/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:44.14(Optics)

We have studied the production of long-lived, highly-excited, neutral hydrogen atom fragments following oxygen 1s inner-shell excitation/ionization of gas-phase water molecules using synchrotron radiation. Striking differences to fragment ion and low-$$n$$ neutral H yields are observed close to threshold. To investigate the decay pathways involved the neutral fragments were also detected in coincidence with H$$^+$$, O$$^{2+}$$, O$$^+$$, and OH$$^+$$ fragments.

論文

Selective vibrational excitation in the resonant Auger decay following core-to-$$pi^*$$ transitions in N$$_2$$O

Travnikova, O.*; C$'e$olin, D.*; Bao, Z.*; B${o}$rve, K. J.*; 田中 隆宏*; 星野 正光*; 加藤 秀樹*; 田中 大*; Harries, J.; 為則 祐介*; et al.

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 181(2-3), p.129 - 134, 2010/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.38(Spectroscopy)

本論文ではN$$_2$$OのN-ターミナル、N-セントラルとOのコアー$$pi^*$$励起に伴うオージェ崩壊後の終状態震度状態分布についてのスタディーを報告する。励起光のエネルギーをみつの共鳴のある領域をスキャンするとベンド:ストレッチの振動分布がかわることを証明する。これがコア励起状態においてRenner-Tellerスプリットによる効果だということが知られているが、非対称ストレッチ励起がおもにN-ターミナルの1s-$$pi^*$$励起後の崩壊に伴うものであることを証明した。この選択性についてはそれぞれの電子状態のポテンシャルエネルギーサーフェスを比較して議論する。

論文

Photoabsorption spectra of CF$$_3$$I and thermally dissociated CF$$_3$$I near the C 1s, I 3d and F 1s ionisation thresholds

田中 隆宏*; 星野 正光*; 加藤 秀樹*; Harries, J.; 為則 雄祐*; 上田 潔*; 田中 大*

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 164(1-3), p.24 - 27, 2008/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:24.57(Spectroscopy)

Cの1s, Iの3d、それからFの1sイオン化端付近のX線励起による全イオン収率及び角度分解イオン収率を紹介し、スペクトルに現れるそれぞれの電子状態を推定する。イオン収率の異方性はC 1s$$rightarrowsigma^*_{C-I}$$の遷移のみに現れ、この遷移の双極子モーメントがC$$_{3v}$$と平行になっていることを示す。CF$$_3$$Iのサンプルを800Kまで加熱し、この条件で測定したスペクトルと室温のスペクトルを比較して初めてCF$$_3$$の内殻励起過程について情報が得られた。

論文

Softening of magnetic excitations leading to pressure-induced quantum phase transition in gapped spin system KCuCl$$_{3}$$

後藤 健治*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久; 上床 美也*; 大沢 明*; 川上 潤*; 田中 秀数*

Journal of the Physical Society of Japan, 76(5), p.053704_1 - 053704_4, 2007/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:57.95(Physics, Multidisciplinary)

スピンギャップ系KCuCl$$_{3}$$における圧力下の磁気励起の中性子非弾性散乱実験を行った。4.7kbarの静水圧下における磁気励起のソフト化が明瞭に観測された。その分散関係の解析により圧力下でダイマー内の相互作用が減少し、ほぼすべてのダイマー間の相互作用が増加することを明らかにした。

論文

Polarized neutron inelastic scattering study of the anisotropic magnetic fluctuations in quasi-one-dimensional ising-like antiferromagnet TlCoCl$$_{3}$$

大沢 明*; 加倉井 和久; 西脇 洋一*; 加藤 徹也*

Journal of the Physical Society of Japan, 75(7), p.074719_1 - 074719_4, 2006/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:41.88(Physics, Multidisciplinary)

擬一次元イジング的反強磁性物質TlCoCl$$_{3}$$の偏極中性子非弾性散乱実験を行い、この系において従来の横揺らぎの成分S$$_{xx}$$(Q,$$omega$$)に加え初めて連続スピン波励起の縦揺らぎS$$_{zz}$$(Q,$$omega$$)の観測に成功した。この実験結果を石村・斯波による純イジング反強磁性鎖の理論結果と比較した。

論文

Pressure-induced magnetic quantum phase transition in gapped spin system KCuCl$$_{3}$$

後藤 健治; 藤澤 真士*; 田中 秀数*; 上床 美也*; 大沢 明*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

Journal of the Physical Society of Japan, 75(6), p.064703_1 - 064703_7, 2006/06

 被引用回数:28 パーセンタイル:75.81(Physics, Multidisciplinary)

3次元的に弱く結合したスピン・ダイマー系KCuCl$$_{3}$$の静水圧下磁化及び中性子回折実験が行われた。前者の実験により圧力の印加とともにダイマー内の相互作用が弱くなり、ダイマー間の相互作用が強くなることが発見された。これによりスピンギャップが減少し、反強磁性基底状態への量子相転移が臨界圧力Pc$$sim$$8.2kbarで起こる。P$$>$$Pcの圧力下で反強磁性磁気秩序構造を中性子回折実験により明らかにした。

論文

Experimental and theoretical elastic cross sections for electron collisions with the C$$_{3}$$H$$_{6}$$ isomers

Makochekanwa, C.*; 加藤 英俊*; 星野 正光*; 田中 大*; 久保 博孝; Bettega, M. H. F.*; Lopes, A. R.*; Lima, M. A. P.*; Ferreira, L. G.*

Journal of Chemical Physics, 124(2), p.024323_1 - 024323_9, 2006/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:48.38(Chemistry, Physical)

構造異性体関係にあるプロペンC$$_{3}$$H$$_{6}$$とシクロプロパンc-C$$_{3}$$H$$_{6}$$の電子衝突断面積について報告する。これら分子の電子衝突断面積は、核融合プラズマ,プロセスプラズマにおいて重要な基礎データである。エネルギー1.5-100eV,散乱角20-120度の領域で電子散乱微分断面積を測定した。一方で、弾性散乱の全断面積,微分断面積及び運動量移行断面積をSchwinger-multichannel法を用いて計算した。プロペンの1.2-2.0eVのエネルギー領域で観測された$$pi$$*形状共鳴がC$$_{2}$$H$$_{4}$$, C$$_{2}$$F$$_{4}$$と類似していることは、これら分子の分子構造における2重結合の効果を示す。60eV以下の衝突エネルギー領域では、プロペンとシクロプロパンの全断面積,微分断面積及び運動量移行断面積のピークのエネルギー,大きさに異性体効果による違いが観測された。

口頭

TlCuCl$$_{3}$$及びKCuCl$$_{3}$$の高圧下における磁化測定と中性子散乱

後藤 健治*; 藤澤 真士*; 大沢 明*; 加倉井 和久; 長壁 豊隆; 上床 美也*; 田中 秀数*

no journal, , 

TlCuCl$$_{3}$$及びKCuCl$$_{3}$$はそれぞれ7.7K及び31Kのギャップエネルギーを持つスピンシングレット基底状態系である。このスピンシングレット基底状態の要因はCu$$_{2}$$Cl$$_{6}$$が形成する反強磁性ダイマーである。この発表では圧力下の磁化測定及び中性子散乱による圧力誘起磁気秩序の研究について報告する。磁化測定からTlCuCl$$_{3}$$及びKCuCl$$_{3}$$がそれぞれ0.42 kbar及び8.2kbarの臨界圧力以上で磁気秩序を示すことを明らかにした。中性子回折実験によりそれぞれの圧力誘起磁気秩序構造が解明され、スピン-格子相関に起因すると思われるスピン方向変移が発見された。

口頭

Longitudinal fluctuation in the spin-wave continuum of ising-like antiferromagnetic chain system TlCoCl$$_{3}$$

加倉井 和久; 大沢 明*; 西脇 洋一*; 加藤 徹也*

no journal, , 

偏極中性子非弾性散乱実験によりイジング的反強磁性鎖TlCoCl$$_{3}$$の従来の横揺らぎの成分S$$_{xx}$$(Q,$$omega$$)に加え連続スピン波励起の縦揺らぎS$$_{zz}$$(Q,$$omega$$)の観測に成功した。この両磁気揺らぎの観測結果を石村・斯波による純イジング反強磁性鎖の理論結果と比較し、議論する。

口頭

中性子散乱によるRbCoBr$$_{3}$$の磁気相転移の研究

西脇 洋一*; 大沢 明*; 加倉井 和久; 中村 統太*; 轟木 義一*; 黒江 晴彦*; 加藤 徹也*

no journal, , 

RbCoBr$$_{3}$$はCoBr$$_{3}$$の鎖状構造がc-面内で三角格子を形成するイージング的異方性を持つスピンフラストレート系物質である。Ts=89.6Kの構造相転移により面内三角格子が歪むために、フラストレーションが部分的に解消され、T$$_{N}$$=37.2Kでフェリ磁性秩序を起こすことが知られていた。今回RbCoBr$$_{3}$$の中性子散乱測定により31KからT$$_{N}$$の温度領域に部分無秩序相が存在することを明らかにした。この磁気部分無秩序相とこの系特有な弱強磁性・強誘電性の発現の相関がマルチフェロイックスの物理として興味深い。

口頭

断層帯における主要及び微量元素の分布と挙動

永田 寛*; 本多 照幸*; 岩月 輝希

no journal, , 

本研究では、北海道の幌延で採取された断層部及び健岩部中の主要及び微量元素を定量し、それらの比較から、断層に伴う天然類似元素(ランタノイド(Ln)及びU, Th)の挙動の評価を行った。その結果、断層部の微量元素分布状態について、軽Ln元素の収着が顕著であることを確認できた。

口頭

Lifetime-resolved H$$^{*}$$ fluorescence following O(1s) excitation/ionisation in gas-phase water molecules

Harries, J.; 下條 竜夫*; Sullivan, J. P.*; 東 善郎*

no journal, , 

本研究では水分子の酸素原子の内殻(1s)電子の軟X線励起・イオン化に伴う分子の解離過程について新しい情報を得た。O1s電子を励起・イオン化させると中性励起状態の水素原子が生成される。生成される状態分布について情報を得ることによって光解離過程ダイナミクスの解明に繋がる。水分子の電子を励起させると内殻穴のH$$_2$$O$$^+$$イオンコアが生成される。このイオンが不安定でオージェ過程が起こる。残るH$$_2$$O$$^{2+}$$イオンが解離して、解離フラグメントの一つが最初に励起された電子をキャプチャーする可能性がある。このフラグメントが H$$^+$$だと中性の水素原子が生成される。本研究では放射光のパルス性を用いて、その中性状態の原子が基底状態に降りるときに出る紫外線蛍光光子を時分割で検出し、励起状態の分布について情報を得ることに成功した。

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