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論文

One-dimensional spinon spin currents

廣部 大地*; 佐藤 正寛*; 川股 隆行*; 塩見 雄毅*; 内田 健一*; 井口 亮*; 小池 洋二*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Physics, 13(1), p.30 - 34, 2017/01

 被引用回数:26 パーセンタイル:3.27(Physics, Multidisciplinary)

Quantum spin fluctuation in a low-dimensional or frustrated magnet breaks magnetic ordering while keeping spin correlation. Such fluctuation has been a central topic in magnetism because of its relevance to high-Tc superconductivity and topological states. However, utilizing such spin states has been quite difficult. In a one-dimensional spin-1/2 chain, a particle-like excitation called a spinon is known to be responsible for spin fluctuation in a paramagnetic state. Spinons behave as a Tomonaga-Luttinger liquid at low energy, and the spin system is often called a quantum spin chain. Here we show that a quantum spin chain generates and carries spin current, which is attributed to spinon spin current. This is demonstrated by observing an anisotropic negative spin Seebeck effect along the spin chains in Sr$$_{2}$$CuO$$_{3}$$. The results show that spin current can flow even in an atomic channel owing to long-range spin fluctuation.

論文

Diffusion phenomenon at the interface of Cu-brass under a strong gravitational field

緒方 裕大*; 井口 裕介*; 徳田 誠*; Januszko, K.*; Khandaker, J. I.*; 小野 正雄; 真下 茂*

Journal of Applied Physics, 117(12), p.125902_1 - 125902_6, 2015/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.55(Physics, Applied)

To investigate diffusion phenomenon at the interface between Cu and brass under a strong gravitational field generated by ultracentrifuge apparatus, we performed gravity experiments on samples prepared by electroplating with interfaces normal and parallel to the direction of gravity. For the parallel-mode sample, for which sedimentation cannot occur thorough the interface, the concentration change was significant within the lower gravity region; many pores were observed in this region. Many vacancies arising from crystal strain due to the strong gravitational field moved into the lower gravity region, and enhanced the atoms mobilities. For the two normal-mode samples, which have interface normal to the direction of gravity, the composition gradient of the brass-on- Cu sample was steeper than that for Cu-on-brass. This showed that the atoms of denser Cu diffuse in the direction of gravity, whereas Zn atoms diffuse in the opposite direction by sedimentation. The interdiffusion coefficients became higher in the Cu-on-brass sample, and became lower in the brass-on-Cu sample. This rise may be related to the behavior of the vacancies.

論文

Ultracentrifuge experiment on AgI super-ionic conductor

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; Bagum, R.*; 春木 理恵; 真下 茂*

Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan (Internet), 12(ists29), p.Tq_1 - Tq_3, 2014/04

これまでに固相の固溶系2成分合金や単体金属を遠心処理することで、固相中で元素や同位体組成を傾斜化できることを示した。ここで、2成分のイオン結晶の場合は、化学量論組成を保とうとする性質によって、たとえ遠心処理で分解を起こせたとしても元素組成を傾斜させることは難しいと考えられる。しかしながら、結晶中では自己拡散が起こっているので、元素組成を保ったままで、同位体組成を傾斜させることはできると考えられる。そこで我々は、遠心処理によって2成分のイオン結晶中で生じる同位体効果を調べるために、超イオン伝導体の$$alpha$$-AgIに関する超遠心実験を計画した。この超イオン伝導体$$alpha$$-AgIは、真性イオン結晶でありAgイオンの自己拡散が顕著であるため、この実験に最適である。研究の第一段階として、分解が生じない温度条件と遠心加速度条件の組み合わせを探る実験を行った。結果として、最大遠心加速度61万G、最高試料温度350$$^{circ}$$C、最大実験時間24時間の条件の組み合わせであれば、分解の起こらない実験が可能であることを確かめた。

論文

Examination of Japanese mass-produced Nb$$_3$$Sn conductors for ITER toroidal field coils

名原 啓博; 布谷 嘉彦; 礒野 高明; 濱田 一弥; 高橋 良和; 松井 邦浩; 辺見 努; 河野 勝己; 小泉 徳潔; 海老澤 昇; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4804804_1 - 4804804_4, 2012/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:32.31(Engineering, Electrical & Electronic)

ITER TFコイル用Nb$$_3$$Sn導体のうち、原子力機構は日本の国内実施機関として415mの導体を9本、760mの導体を24本調達する。調達の第一段階として、TF導体の製作能力を確認するため、長さ4mの導体を2本組合せてサンプルを製作し、SULTAN装置を使って試験した。その結果、各導体の最小の分流開始温度$$T_{cs}$$は6.22Kと6.02Kであり、設計値(5.7K)を満たすことを確認した。そこで原子力機構はTF導体の量産を開始し、まず100mの導体と415mの導体を製作した。第二段階として、量産プロセスの適切性を確認するため、これら2本の導体からそれぞれ4mの導体を切り出し、SULTAN装置で試験した。その結果、各導体の最小の$$T_{cs}$$は6.16Kと5.80Kであり、設計値を上回ったことで、量産プロセスが適切であることを実証した。

論文

Separation in $$varepsilon$$-phase of BiPb alloy under mega-gravity

岡安 悟; 小野 正雄; 西尾 太一郎*; 井口 祐介*; 真下 茂*

Defect and Diffusion Forum, 323-325, p.545 - 548, 2012/04

 パーセンタイル:100

超重力場下の処理では固体中でも原子の沈降が生じる。その結果、BiPb合金の$$varepsilon$$相において部分的な溶融結晶化が発生する。完全結晶であるBi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$のhcp相と部分的に欠陥の入ったBi$$_{3}$$Pb$$_{7-delta}$$のhcp相でのわずかな密度の違いが超重力場下では大きく拡大される。そしてその結果$$varepsilon$$相が分離を起こす。分離した相ではそれぞれの超伝導特性が異なる。

論文

Deformation twinning of Bi-Sb solid alloy formed under a strong gravitational field

井口 裕介*; 真下 茂*; 小野 正雄; 岡安 悟

Philosophical Magazine Letters, 90(7), p.513 - 518, 2010/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.77(Materials Science, Multidisciplinary)

Bi-Sb合金に関する超重力場実験を実施し、実験後の試料断面の光学観察及び電子線後方散乱回折により結晶状態を調べた。重力が大きな領域では結晶の微細化が見られ、結晶の微細化が観察されなかった重力が弱い領域では配向角がおおよそ90$$^{circ}$$の変形双晶が見られた。この変形双晶部位の厚さは、通常の変形双晶と比べて大きく、重力場の大きさに比例して大きくなっていることがわかった。また、実験温度条件240$$^{circ}$$C,遠心処理10時間の場合、結晶の微細化が生じる重力場のしきい値は、おおよそ17万Gであることがわかった。

論文

A New method for isotope ratio measurement of uranium in trace amount by thermal ionization mass spectrometry; The Continuous heating method

鈴木 大輔; 國分 陽子; 桜井 聡; Lee, C. G.; 間柄 正明; 井口 一成*; 木村 貴海

International Journal of Mass Spectrometry, 294(1), p.23 - 27, 2010/06

 被引用回数:29 パーセンタイル:12.83(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

サブピコグラムから数十ピコグラムのウランの同位体比を精確に測定するために、表面電離型質量分析装置による新しい同位体比測定法、「連続昇温法」を開発した。本法は、試料が蒸発している間すべてのシグナルを測定するが、その中で高いシグナルのみを同位体比算出に利用する。それに加えて、測定条件及び同位体比算出法を標準化することにより、試料量や測定者の経験によらず、高い再現性で分析できる。さらに、質量分別効果の正確な補正も可能である。同位体標準試料の$$^{235}$$U/$$^{238}$$U比を、本法及びこれまで使われていた従来法、トータルエバポレーション法で測定したところ、試料量が多い場合は、3つの手法の測定結果に差は見られないが、サブピコグラムの試料を測定した場合、本法の測定結果が最も精確であった。本法は、極微量の試料の同位体比測定法として、さまざまな分野でその適用が期待される。

論文

Development of special rotor for centrifugal separation of isotopes in solid pure metals

小野 正雄; 末吉 正典*; 岡安 悟; Hao, T.; 江坂 文孝; 大澤 崇人; 井口 裕介*; 真下 茂

Review of Scientific Instruments, 80(8), p.083908_1 - 083908_6, 2009/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:77.13(Instruments & Instrumentation)

新しい着想を試すために、気相ではなく固相状態で同位体遠心分離を行うための2つの沈降槽を有したロータの開発を行った。この着想は、固体中の構成原子の沈降現象を基本原理としている。インジウムを用いた性能確認試験では、ロータは、97000回転/分もの回転速度でも、外部の試料供給装置から射出供給した試料を回転の安定性を損なうことなくすべて受け止めることができ、さらに、固体状態でも、ロータ内の沈降槽間を非常に強い遠心加速度場の影響で生じる塑性変形流動によって試料が移動することを確認した。また、試料の同位体比を二次イオン質量分析器(SIMS)を用いて評価したところ、設計にて意図した通りの同位体分離が起きていることを確認した。

論文

Isotope fractionation due to sedimentation of atoms in centrifuged indium-lead alloy

小野 正雄; 井口 裕介*; 岡安 悟; 江坂 文孝; 小林 桂*; Hao, T.; Bagum, R.*; 大澤 崇人; 藤井 貴美夫; 中村 栄三*; et al.

Defect and Diffusion Forum, 289-292, p.63 - 68, 2009/04

原子スケールで連続的に組成が傾斜した傾斜構造を持つ超重力場実験後のIn-Pb合金(出発状態:In:Pb=80:20at%,実験条件:81万G,100時間,150$$^{circ}$$C(固体状態))について同位体存在比の変動を調べた。分析には二次イオン質量分析器(SIMS)を用いた。構成元素であるPbの場合、質量数の差が2となる$$^{206}$$Pbと$$^{208}$$Pbに着目すると、同位体存在比$$^{206}$$Pb/$$^{208}$$Pbが重力方向に連続的に1.5%減少し、質量数の差が1となる$$^{207}$$Pbと$$^{208}$$Pbに着目すると、同位体存在比$$^{207}$$Pb/$$^{208}$$Pbが同じく重力方向に連続的に0.8%減少していることがわかった。また、$$^{206}$$Pb/$$^{208}$$Pbと$$^{207}$$Pb/$$^{208}$$Pbの3同位体プロットから、質量差のみに依存した同位体比の変動が起こり、重い$$^{206}$$Pbが重力方向に増加し、軽い$$^{206}$$Pbが重力と反対方向に増加したことがわかった。この結果から、超重力場は合金中の相互拡散に影響を及ぼすだけでなく、自己拡散にも影響を及ぼすことを、質量差に依存した同位体分別効果という形で確認することができた。

論文

Sedimentation of impurity atoms in InSb semiconductor under a strong gravitational field

井口 裕介*; 小野 正雄; 岡安 悟; 真下 茂

Defect and Diffusion Forum, 289-292, p.319 - 322, 2009/04

これまでに、合金や化合物に100万Gレベルの超重力場を加えることで、構成原子の沈降現象を誘起し、原子スケールの傾斜構造の形成に成功してきた。本研究では、超重力場下の半導体中での不純物原子の沈降について調べた。試料はGeを物理蒸着(PVD)したInSb単結晶ウエハーとし、超重力場実験条件は、最大遠心加速度59万G,超重力場実験としては比較的高温の400$$^{circ}$$Cの試料温度にて、60時間とした。超重力場処理したGeの侵入深さが、地上重力場下で同一温度で熱処理した場合に比べ数倍深くなっていることがわかった。

論文

Formation of amorphous graded structure in Bi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$ intermetallic compounds under strong gravitational field

真下 茂; 井口 裕介*; Bagum, R.*; 佐野 智一*; 竹田 晋吾*; 木村 滋*; 坂田 修身*; 小野 正雄; 岡安 悟; 鶴井 隆雄*; et al.

Defect and Diffusion Forum, 289-292, p.357 - 360, 2009/04

単相で均一なBi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$金属間化合物を、102万G,130$$^{circ}$$C,100時間の実験条件にて超重力処理したところ、目視でも確認できる特異なナノ構造を持つ4つの層状構造が形成された。重力が最も小さい領域となる4番目の層では、純Biの析出が見られ、2,3番目の層では、Pbの組成が重力方向に増加する組成傾斜構造が形成されていた。2層目では、アモルファス相が含まれていることを示唆する非常にブロードなピークを持つX線回折パターンが確認された。

論文

Strong-gravity effect on twinned Y$$_{1}$$Ba$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-x}$$ single crystal

Bagum, R.*; 岡安 悟; 井口 裕介*; 小野 正雄; 真下 茂

Defect and Diffusion Forum, 289-292, p.517 - 521, 2009/04

双晶を含むY$$_{1}$$Ba$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-x}$$単結晶に対して融点よりも十分に低い温度にて超重力場実験を行った。38万G, 250$$^{circ}$$Cにて超重力処理した試料に、原子の沈降に起因するものと思われる微妙に組成が異なる2層構造が確認された。重力が大きい側の層では、Y123相が消滅してX線回折パターンに不明なピークが出現し、重力の弱い側の層はY123相が保たれていることがわかった。400$$^{circ}$$Cにおける実験では試料全体で分解が生じたことがわかった。これらの実験温度は高温超伝導体Y$$_{1}$$Ba$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-x}$$単結晶の酸素アニールに用いられる温度域であり、通常は分解しにくい温度であるため、超重力場の印可により、酸素が超重力場によって移動し、欠損しより低い温度で分解が始まったものと考えられる。

論文

Mass-dependent isotopic fractionation of a solid tin under a strong gravitational field

大澤 崇人; 小野 正雄; 江坂 文孝; 岡安 悟; 井口 祐介*; Hao, T.; 間柄 正明; 真下 茂

EPL; A Letters Journal Exploring the Frontiers of Physics, 85(6), p.64001_1 - 64001_5, 2009/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:57.4(Physics, Multidisciplinary)

純スズを1$$times$$10$$^{6}$$g 220$$^{circ}$$C 100時間, 0.40$$times$$10$$^{6}$$g 220-230$$^{circ}$$C 24時間, 0.25$$times$$10$$^{6}$$g 220$$^{circ}$$C 24時間の3つの条件で遠心分離を行い、それぞれの試料の同位体組成を二次イオン質量分析計で測定した。1.02$$times$$10$$^{6}$$g試料の$$^{116}$$Sn/$$^{120}$$Snと$$^{124}$$Sn/$$^{120}$$Sn比は初期値から2.6%もの大きな変動が確認された。$$^{116}$$Sn/$$^{120}$$Snと$$^{124}$$Sn/$$^{120}$$Snの二次元プロットは、強重力場下の固体スズの同位体変動は同位体の質量のみに依存していることを示していた。

論文

Isotope fluctuation in indium-lead alloy induced by solid centrifugation

小野 正雄; 井口 裕介*; 岡安 悟; 江坂 文孝; 小林 桂*; Hao, T.; Bagum, R.*; 大澤 崇人; 藤井 貴美夫; 中村 栄三*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(Suppl.6), p.108 - 110, 2008/09

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

In-Pb合金について超重力場実験を行い、原子スケールの傾斜構造を実現した(81万G,100時間,150$$^{circ}$$C(固体状態))。この試料について同位体存在比の変動を調べた。分析には二次イオン質量分析器(SIMS)を用いた。構成元素であるPbについては、同位体存在比$$^{208}$$Pb/$$^{206}$$Pbが重力方向に連続的に1.2%増加する傾向を示していた。また、In-Pbについても同様に同位体存在比$$^{115}$$In/$$^{113}$$Inが重力方向に連続的に約1.2%増加する傾向を示していた。同位体変動は1.2%程度と小さいものの、出発試料中の同位体存在比が$$^{208}$$Pb/$$^{206}$$Pbで0.1%、$$^{115}$$In/$$^{113}$$Inで0.2%以内の変動に収まっていることから、固体状態での遠心処理によって、合金中にて同位体の沈降現象が起こったことが確認された。

論文

Isotope separation by condensed matter centrifugation; Sedimentation of isotope atoms in Se

真下 茂; 小野 正雄; Huang, X.*; 井口 裕介*; 岡安 悟; 小林 桂*; 中村 栄三*

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(Suppl.6), p.105 - 107, 2008/09

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

液体状態(300$$^{circ}$$C)や固体状態(190$$^{circ}$$C)にて70$$sim$$90万Gの超重力場処理を施したSe単体試料中で、$$^{82}$$Se/$$^{76}$$Seの同位体比でそれぞれ数%レベルの同位体変動を引き起こした。この結果は凝縮物質中の自己拡散を介して置換型溶質原子の沈降が起こったことを表している。また、凝縮状態での同位体遠心分離という新しい同位体分離法としての応用の可能性を示唆している。

論文

Ultracentrifuge experiment on an Mg-Cd order-disorder alloy

小野 正雄; 井口 裕介*; Bagum, R.*; 藤井 貴美夫; 岡安 悟; 江坂 文孝; 真下 茂*

AIP Conference Proceedings 973, p.476 - 481, 2008/03

遠心加速度場下における液体中のマクロ粒子やブラウン粒子の沈降に関する研究は数多くなされ、さまざまな分野に利用されている。数十万G以上の非常に強い遠心加速度場(以下、超重力場)では、前述の液体中のマクロ粒子やブラウン粒子の沈降だけでなく、固体中の構成原子(置換型原子)の沈降が可能になる。本研究グループでは、超重力場下での物質研究を行うために100万Gレベルの超重力場を高温で長時間発生することのできる超遠心機を製作し、超重力場下の合金や化合物等の原子の沈降や分子・結晶化学の研究を進め、これまでに幾つかの低融点合金にて固体中での原子の沈降を実現している。Mg-Cd系は規則不規則変態を起こす固溶系合金である。このMg-Cd合金(50:50at%)について超重力場実験を行った。実験条件は重力加速度は61万G、試料温度は融点以下の400$$^{circ}$$C(100$$^{circ}$$Cまで冷却後に遠心処理を終了)、実験時間は60時間であった。回収試料にはCd濃度が重力方向に増加する傾斜構造が形成されていた。また、XRDパターンには出発状態とは異なる回折ピークが見られることがわかった。現在詳しく調べている。

論文

Formation of multi-layer structures in Bi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$ intermetallic compounds under an ultra-high gravitational field

真下 茂; 井口 裕介*; Bagum, R.*; 佐野 智一*; 坂田 修身*; 小野 正雄; 岡安 悟

AIP Conference Proceedings 973, p.502 - 505, 2008/03

超重力場下では固体中でさえも原子の沈降が起こり、多成分系の凝縮物質では傾斜組成材料や非平衡相が形成される。われわれはこれまでに、Bi-Sb系やIn-Pb系等の固溶系において構成原子の沈降を実現している。本研究では、0.7mm厚の金属間化合物Bi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$試料に関して超重力場実験を行った。実験後の試料には、微視的な構造に差異がある、目視でも確認できる4つの層状構造が形成されていた。最も重力場の弱い側となる層にはBi相の析出が見られた。中間の2層では組成の傾斜が見られ、XRDパターンより構造が異なっていることがわかった。このような多層構造による材料物性の特異性の発現(例えば特異な超伝導性など)が期待できる。

論文

Gravity-induced diffusion of isotope atoms in monoatomic solid Se

真下 茂; 小野 正雄; Huang, X. S.*; 井口 裕介*; 岡安 悟; 小林 桂*; 中村 栄三*

Europhysics Letters, 81(5), p.56002_1 - 56002_4, 2008/03

超重力場下の固体状態の単体元素金属Seにおいて、同位体の沈降現象を確認した。81万G,試料温度190$$^{circ}$$Cにて超重力処理した試料では、微細化した結晶,成長した結晶,羽状の結晶が重力方向に対して平行に出現している層状の結晶状態が得られていた。結晶成長が見られた領域では0.8%以上の$$^{82}$$Se/$$^{76}$$Seの同位体比の変化が見られていることがわかった。前述の結果は置換型の自己拡散をする構成原子が重力によって沈降したことを表しており、同位体分離や不純物組成や結晶状態の制御等への応用の可能性を示唆している。

論文

日本原子力研究開発機構における核不拡散のための環境中の放射性核種にかかわる研究開発

臼田 重和; 篠原 伸夫; 桜井 聡; 間柄 正明; 宮本 ユタカ; 江坂 文孝; 安田 健一郎; 國分 陽子; 平山 文夫; Lee, C. G.; et al.

KEK Proceedings 2007-16, p.13 - 22, 2008/02

日本原子力研究開発機構(原子力機構: 2005年発足)では、その前身である日本原子力研究所及び核燃料サイクル開発機構の時代から、おもに原子力施設から環境に漏れる放射線や放射性物質を管理・監視,その影響を評価する目的で、環境放射能にかかわる幅広い研究開発が行われてきた。ここでは、核兵器を廃絶し、原子力の平和利用を推進するため、1990年代の半ばから計画された保障措置にかかわる極微量環境試料分析と包括的核実験禁止条約(CTBT)にかかわる超高感度放射性核種監視に焦点を絞り、核不拡散を目的とした環境放射能に関連する原子力機構の研究開発を紹介する。さらに、開発した技術の応用と今後の展望についても触れる。

論文

Sedimentation of isotope atoms in monatomic liquid Se

真下 茂; 小野 正雄; Huang, X. S.*; 井口 裕介*; 岡安 悟; 小林 桂*; 中村 栄三*

Applied Physics Letters, 91(23), p.231917_1 - 231917_3, 2007/12

 被引用回数:16 パーセンタイル:40.46(Physics, Applied)

超重力場下の単体元素金属において、同位体の沈降現象を確認した。試料温度300$$^{circ}$$C,重力加速度70万$$sim$$90万Gの超重力場実験後の試料では$$^{82}$$Se/$$^{76}$$Seの同位体比で3.5%の傾斜が実現されていた。回収試料断面の光学顕微鏡写真観察において、羽状の結晶組織が観察された。実験によって得られた同位体存在比の傾斜は、原子間の相互作用がないとした、理想状態のシミュレーション結果と比べて2倍大きな値であり、非理想系であることが示唆された。前述の結果は置換型の自己拡散をする構成原子が重力によって沈降したことを表しており、同位体分離や結晶制御,大質量星内での物質動力学などといった応用が考えられる。

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