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論文

Measurement of displacement cross-section for structural materials in High-Power Proton Accelerator Facility

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.499 - 501, 2018/06

核変換システム等のハドロン加速器施設では、ビーム出力の上昇に伴いターゲット材料に対する損傷の評価が重要となる。加速器施設で用いられているターゲット材料等の損傷は、原子あたりの弾き出し損傷(DPA)が広く用いられており、カスケードモデルに基づく計算で得られた弾き出し損傷断面積に粒子束を乗ずることで評価されている。DPAによる損傷評価は広く一般的に用いられているものの、20MeV以上のエネルギー範囲における陽子に対する損傷断面積の実験データは数点しかなく十分でない。最近の研究において、タングステンの弾き出し損傷断面積が計算モデル間で約8倍異なることが報告されており、ターゲット材料の損傷評価のためには弾き出し損傷断面積の実験データ取得が重要となる。そこで、我々はJ-PARC加速器施設の3GeVシンクロトロン加速器施設を用い、弾き出し損傷断面積の測定実験を開始した。弾き出し損傷断面積は、冷凍機(GM冷凍機)で極低温(4K)に冷却された試料に陽子ビームを照射し、照射に伴う抵抗率の変化により得ることができる。本発表では、銅に3GeV陽子を入射する場合の弾き出し損傷断面積の測定結果を速報として報告する。

報告書

J-PARC核変換実験施設・ADSターゲット試験施設における鉛ビスマス漏洩事象時の影響評価

岩元 大樹; 前川 藤夫; 松田 洋樹; 明午 伸一郎

JAEA-Technology 2017-029, 39 Pages, 2018/01

JAEA-Technology-2017-029.pdf:2.68MB

J-PARC核変換実験施設のADSターゲット試験施設において、250kW出力ビーム運転時に ターゲットとして使用される鉛ビスマスが鉛ビスマス循環系から漏洩し、放射性物質が排気筒か ら外部へ放出された場合の事業所境界における公衆が受ける被ばく線量について、様々な保守的 仮定を想定しながら評価した。その結果、事業所境界における被ばく量は約660$$mu$$Svであり、その大部分は鉛ビスマスから核破砕生成物として発生する水銀, 希ガスおよびヨウ素による寄与であることがわかった。保守的な事象想定にもかかわらず、被ばく量の合計は一般公衆が受ける年間被ばく量よりも低い値であり、本施設が放射性物質の漏洩に対して十分な安全裕度を持つことが示された。

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

Impact of PHITS spallation models on the neutronics design of an accelerator-driven system

岩元 大樹; 西原 健司; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 松田 規宏; 佐藤 達彦; 原田 正英; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1585 - 1594, 2016/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:10.94(Nuclear Science & Technology)

The impact of different spallation models and parametrisations of nucleon-nucleus interactions in PHITS on nuclear characteristics of an accelerator-driven system (ADS) is investigated. Cut-off neutrons below 20 MeV calculated by a current default option of the spallation model (i.e., Li${`e}$ge Intranuclear Cascade (INC) model version 4.6, INCL4.6) are found to be 14% less than those by the old spallation model (it i.e. Bertini INC model). This decrease increases the proton beam current that drives the 800-MW thermal power, and impacts various ADS parameters, including material damage, nuclear heating of the proton beam window (PBW), and the inventory of spallation products. To validate these options based on the ADS neutronics design, we conduct benchmark calculations of the total and nonelastic cross sections, thick target neutron yields, and activation reaction rate distributions. The results suggest that Pearlstein-Niita systematics, which is a default option of the nucleon-nucleus interaction parametrisation, would be best option and that the Bertini INC is better suited for cut-off neutrons than INCL4.6. However, because of the difficulty in making a definite conclusion on the spallation models, we conclude that relatively large uncertainty in the cut-off neutrons, which is the difference between the two spallation models (i.e. 14%), should be considered.

論文

Strong suppression of the spin hall effect in the spin glass state

新見 康洋*; 木俣 基*; 大森 康智*; Gu, B.; Ziman, T.*; 前川 禎通; Fert, A.*; 大谷 義近*

Physical Review Letters, 115(19), p.196602_1 - 196602_5, 2015/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:43.76(Physics, Multidisciplinary)

We have measured spin Hall effects in spin glass metals, CuMnBi alloys, with the spin absorption method in the lateral spin valve structure. Far above the spin glass temperature $$T_{g}$$ where the magnetic moments of Mn impurities are randomly frozen, the spin Hall angle of a CuMnBi ternary alloy is as large as that of a CuBi binary alloy. Surprisingly, however, it starts to decrease at about 4$$T_{g}$$ and becomes as little as 7 times smaller at 0.5$$T_{g}$$. A similar tendency was also observed in anomalous Hall effects in the ternary alloys. We propose an explanation in terms of a simple model considering the relative dynamics between the localized moment and the conduction electron spin.

論文

Fabrication of hard-coated optical absorbers with microstructured surfaces using etched ion tracks; Toward broadband ultra-low reflectance

雨宮 邦招*; 越川 博; 八巻 徹也; 前川 康成; 蔀 洋司*; 沼田 孝之*; 木下 健一*; 田辺 稔*; 福田 大治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 356-357, p.154 - 159, 2015/08

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

広帯域波長の極低反射率材料は光エネルギー管理の分野で様々な応用が期待できるが、極低反射率を持つ素材は、機械的に壊れやすいことが問題であった。そこで本研究では、CR-39基板上へのイオントラックエッチング、その後のダイヤモンドライクカーボンコートによる微細加工技術により、新しい硬質表面光吸収体を開発した。この新規光吸収層についてスペクトルの反射率を評価したところ、400-1400nmの波長域で2%と低い反射率を示した。機械特性の評価では、エアブローやテープ剥離試験による影響がなく、機械的に硬いことが確認された。

論文

Hierarchical structure-property relationships in graft-type fluorinated polymer electrolyte membranes using small- and ultrasmall-angle X-ray scattering analysis

Tran Duy, T.*; 澤田 真一; 長谷川 伸; 吉村 公男; 大場 洋次郎*; 大沼 正人*; 勝村 庸介*; 前川 康成

Macromolecules, 47(7), p.2373 - 2383, 2014/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:35.38(Polymer Science)

X線小角及び超小角散乱解析を用いて、ポリエチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)基材を用いたグラフト型電解質膜(ETFE-PEM)の階層構造を検討した。イオン交換容量(IEC)2.4mmol/g以下のETFE-PEMは、ラメラ結晶の周りに相間距離21.8-29.1nmの導電性のグラフト領域、相間距離218-320nmと903-1124nmの結晶配向領域を有していた。IECが2.7mmol/g以上では、相間距離225-256nmの結晶ネットワーク領域からなる新しい相が形成され、IEC2.4-2.7mmol/gの間で、相転移現象が起こることを見出した。以上の結果により、高IECのETFE-PEMの高いプロトン伝導度は、結晶領域の周り存在する連結したイオンチャンネルに由来し、高い機械強度は残存するラメラ結晶と結晶粒に由来するとの結論を得た。

論文

Effect of salt-containing filter paper attached to osmotic membrane

佐野 健二*; 山田 有紗*; 松井 明洋*; 辻 秀之*; 長谷川 伸; 澤田 真一; 前川 康成

Desalination, 324, p.34 - 36, 2013/09

 パーセンタイル:100(Engineering, Chemical)

逆浸透(RO)膜を用いた海水淡水化(脱塩)プロセスのエネルギーコスト削減には、脱塩プロセスにおけるRO膜への加圧エネルギー量の低減が必須である。そこで、電解質である高分子塩をグラフト鎖として導入した膜をRO膜と組合せた複合膜を用いることで、高分子塩の浸透圧による脱塩プロセスの加圧エネルギーの低減を試みた。脱塩処理速度の観点から、水透過速度の高いろ紙を基材に用いた。放射線グラフト重合法を用いてアクリル酸を導入したグラフト化ろ紙をRO膜と組合せた複合膜の水透過量のグラフト率依存性を調べたところ、グラフト率2.4%の複合膜で透過量が11%増加すること、及び、グラフト率を10%まで増加させるとろ紙の目詰まりにより透過量が減少することを見いだした。本実験では、高分子塩を含むグラフト鎖を複合膜中に導入することで、高分子塩の浸透圧により複合膜を介した水の透過量が増大していることから、本複合膜を用いたシステムにより従来のRO膜単体を用いた脱塩プロセスよりも加圧エネルギーが低減できることが示された。

報告書

土中水分観測手法としての光ファイバー計測技術の開発(共同研究)

小松 満*; 西垣 誠*; 瀬尾 昭治*; 平田 洋一*; 竹延 千良*; 田岸 宏孝*; 國丸 貴紀; 前川 恵輔; 山本 陽一; 戸井田 克*; et al.

JAEA-Research 2012-001, 77 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-001.pdf:4.85MB

本研究は、地下水流動解析の上部境界条件として必要となる地下水涵養量を土壌に浸透した水分量から求める手法に着目し、その算定手法の体系化と現場で安定して長期間計測可能なシステムの構築を目的として実施した。計測システムの開発においては、多点かつ長距離に渡る計測が可能な光ファイバーの歪計測原理を、サクションによる圧力計測,土中湿度計測,吸水膨張材を適用した体積含水率計測の3方式に適用する場合についてそれぞれ検討した。さらに、浅層における降水の土中への浸透量を直接的に計測する手法として、現地水分量の計測結果から直接浸透量を算定する手法と、不飽和透水係数の値から浸透量を推定する手法について現地に計測機器を設置してその有効性を確認した。

論文

The Spin Hall effect as a probe of nonlinear spin fluctuations

Wei, D. H.*; 新見 康洋*; Gu, B.; Ziman, T.*; 前川 禎通; 大谷 義近*

Nature Communications (Internet), 3, p.1058_1 - 1058_5, 2012/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:25.17(Multidisciplinary Sciences)

The spin Hall effect (SHE) and its inverse have key roles in spintronic devices as they allow conversion of charge currents to and from spin currents. The conversion efficiency strongly depends on material details, such as the electronic band structure and the nature of impurities. Here we show an anomaly in the inverse SHE in weak ferromagnetic NiPd alloys near their Curie temperatures with a shape independent of material details, such as Ni concentrations. By extending Kondo's model for the anomalous Hall effect (AHE), we explain the observed anomaly as originating from the second-order nonlinear spin fluctuation of Ni moments. This brings to light an essential symmetry difference between the SHE and the AHE, which reflects the first-order nonlinear fluctuations of local moments. Our finding opens up a new application of the SHE, by which a minuscule magnetic moment can be detected.

報告書

J-PARC MLF使用済放射化機器保管計画検討結果

木下 秀孝; 涌井 隆; 松井 寛樹; 前川 藤夫; 春日井 好己; 羽賀 勝洋; 勅使河原 誠; 明午 伸一郎; 関 正和; 坂元 眞一; et al.

JAEA-Technology 2011-040, 154 Pages, 2012/03

JAEA-Technology-2011-040.pdf:8.08MB

物質・生命科学実験施設(MLF)で発生する放射化機器については、高度に放射化しているものが多く、簡易な保管設備では保管できない。これまで、MLFの放射化物を対象として、原子力科学研究所内施設を利用した保管についての検討を行ってきたが、具体的な実施計画等の立案には至っていない。本報告では、MLFで発生する機器の概要や保管計画検討の経緯,現状での放射化機器発生予定,保管予定施設の状況についてまとめた。放射化機器の発生予定と保管予定施設(ホットラボ)の計画を照らし合わせた結果、双方の計画には隔たりがあることがわかった。また、ホットラボにおいて、現在の建物の状態や保管設備として利用するために必要な改修に関してコスト評価を行った結果、ホットラボを利用することに新規施設の建設と比較して優位性を見いだせないと結論できた。このため、新規施設建設に向けた検討を早急に行うこととした。

報告書

東日本大地震のJ-PARC中性子源ステーションに対する影響

酒井 健二; 坂元 眞一; 木下 秀孝; 関 正和; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; 直江 崇; 春日井 好己; 達本 衡輝; et al.

JAEA-Technology 2011-039, 121 Pages, 2012/03

JAEA-Technology-2011-039.pdf:10.87MB

本報告では、東日本大震災の発生時におけるJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源ステーションの挙動,被害,復旧状況を調査し、本ステーションの緊急事態に対する安全設計について検証する。大震災発生時、MLFでは、幾つかの機器で大きな揺れを検知した後、外部電源が喪失し、全循環システムが自動停止した。水素は設計通り屋外に放出され、機器異常による水銀,水素,放射性ガスの漏えいも生じなかった。一方、激しい揺れは、遮蔽体ブロックのずれ、建屋周辺の地盤沈下による外部供給配管の破断を引き起こした。この配管破断による圧縮空気の圧力低下は、水銀ターゲット台車固定装置などに影響を及ぼしたが、主要機器の大きな破損までは至らなかった。これらの結果は、本ステーションの緊急事態に対する安全設計の妥当性を実証できたとともに、幾つかの改善点も見いだされた。

論文

Influence of Great East Japan Earthquake on neutron target station in J-PARC

酒井 健二; 二川 正敏; 高田 弘; 坂元 眞一; 前川 藤夫; 木下 秀孝; 関 正和; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; et al.

Proceedings of 20th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-20) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2012/03

本報告では、東日本大震災の発生時におけるJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源ステーションの挙動、被害状況を調査する。大震災発生時、MLFでは幾つかの機器で大きな揺れを検知した後、外部電源が喪失し、全循環システムが自動停止した。水素は設計通り屋外に放出され、機器異常による水銀, 水素, 放射性ガスの漏えいも生じなかった。一方、激しい揺れは遮蔽体ブロックのずれ、建屋周辺の地盤沈下による外部供給配管の破断を引き起こした。この配管破断による圧縮空気の喪失は、圧空シリンダーを用いた固定装置や空気操作弁などに影響を及ぼしたが、主要機器の大きな破損までは至らなかった。これらの結果は、本ステーションの緊急事態に対する安全設計の妥当性を実証した。

論文

Polarization-analyzed resonant inelastic X-ray scattering of the orbital excitations in KCuF$$_3$$

石井 賢司; 石原 純夫*; 村上 洋一*; 池内 和彦*; 葛下 かおり*; 稲見 俊哉; 大和田 謙二; 吉田 雅洋; Jarrige, I.; 多々見 央*; et al.

Physical Review B, 83(24), p.241101_1 - 241101_4, 2011/06

 被引用回数:18 パーセンタイル:30.21(Materials Science, Multidisciplinary)

We report a Cu $$K$$-edge resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) study of orbital excitations in KCuF$$_3$$. By performing the polarization analysis of the scattered photons, we disclose that the excitation between the $$e_g$$ orbitals and the excitations from $$t_{2g}$$ to $$e_g$$ exhibit distinct polarization dependence. The polarization dependence of the respective excitations is interpreted based on a phenomenological consideration of the symmetry of the RIXS process that yields a necessary condition for observing the excitations. In addition, we show that the orbital excitations are dispersionless within our experimental resolution.

論文

Identification of erythroid progenitors induced by erythropoietic activity in ${it Xenopus laevis}$

小坂 菜美*; 須貝 龍久*; 永澤 和道*; 谷崎 祐太*; 目黒 瑞枝; 會沢 洋一*; 前川 峻*; 安達 基泰; 黒木 良太; 加藤 尚志

Journal of Experimental Biology, 214(6), p.921 - 927, 2011/03

 被引用回数:19 パーセンタイル:27.37(Biology)

酸素は、動物が生きていくうえで必須である。赤血球は、組織への酸素の運搬を担っている。本研究では、カエルの赤血球前駆細胞を検出できるコロニーアッセイを確立することで、組換え型xlEPOが赤血球コロニー形成を誘導させることと、貧血における血中の赤血球造血活性を増加させることを示した。以上の結果は、エリスエポエチンを介した赤血球造血活性が両生類に存在し、赤血球数の制御が脊椎動物間で変化していることを示している。

論文

Temperature dependence of the electronic structure of Sr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$ studied by resonant inelastic X-ray scattering

吉田 雅洋; 石井 賢司; 池内 和彦*; Jarrige, I.; 村上 洋一*; 水木 純一郎; 筒井 健二; 遠山 貴己*; 前川 禎通*; 工藤 一貴*; et al.

Physica C, 470(Suppl.1), p.S145 - S146, 2010/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.14(Physics, Applied)

Sr$$_{14-x}$$Ca$$_x$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$ (SCCO), which is composed of two-leg ladders and edge-sharing chains, is the first superconducting cuprate without CuO$$_2$$ planes. By substituting Ca for Sr, holes are transferred from the chains to the ladders. It was recently shown that charge ordering (CO) along the leg direction in the ladder occurs at $$x=0$$ and the periodicity is five times the unit length along the c axis. In order to investigate the electronic excitations associated with the CO, we carried out resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) experiments for SCCO ($$x=0,6$$). Cu-$$K$$ RIXS can directly probe the momentum-dependent electronic excitations related to the Cu site, which are resonantly enhanced by tuning the incident photon energy to the Cu $$K$$-edge. We measured the q dependence of the intraband excitations, which is associated with the dynamics of doped holes in the Zhang-Rice singlet band. The intensity is enhanced at the momentum $${bf q}=(q_{rm rung},q_{rm leg})=(0,2pi/5)$$ corresponding to the periodicity of the CO in $$x=0$$, while the temperature dependence of the enhancement is different for $$x=0$$ and $$x=6$$. We discuss the relationship between our experimental results and the occurrence of the CO.

論文

Momentum-resolved charge excitations in high-$$T$$$$_{rm c}$$ cuprates studied by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; Hoesch, M.*; 稲見 俊哉; 葛下 かおり*; 大和田 謙二; 坪田 雅己; 村上 洋一; 水木 純一郎; 遠藤 康夫; 筒井 健二*; et al.

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69(12), p.3118 - 3124, 2008/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:78.44(Chemistry, Multidisciplinary)

Resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) in the hard X-ray regime is a new spectroscopic technique to measure electronic excitations utilizing brilliant synchrotron radiation. It has the great advantage that the momentum dependence can be measured unlike conventional optical methods. As inelastic neutron scattering gives spin or lattice dynamics, inelastic X-ray scattering can be a tool to measure charge dynamics in solids through the coupling of photon to the charge of the electron. Here, I would like to present our RIXS studies on high-$$T_c$$ cuprates and related materials which were performed in close collaboration with theorists. In doped Mott insulators, an interband excitation across the Mott gap and an intraband excitation below the gap are observed in the low energy region of RIXS spectra. Momentum and carrier-doping dependence of the excitations will be discussed.

論文

Microbubble formation at a nozzle in liquid mercury

Bucheeri, A.; 粉川 広行; 直江 崇; 二川 正敏; 羽賀 勝洋; 前川 克廣*

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(6), p.525 - 531, 2008/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.3(Nuclear Science & Technology)

J-PARCに設置される水銀を核破砕標的に用いたパルス中性子源では、パルス陽子線入射によって発生する水銀中の圧力波がキャビテーションを誘発し、標的容器健全性を低下させるとして問題視されている。この圧力波を抑制するための方策の一つとして、水銀中へ微小気泡を注入することを検討している。圧力波の抑制効果は注入する気泡径,気泡率に依存する。水銀中における微小気泡生成技術を構築するために、水銀中における気泡生成挙動を把握することが重要である。本報告では、計算流体力学シミュレーションにより水銀中の生成気泡挙動を評価した。さらに、静止水銀中において微小ノズルからの気泡生成を高輝度X線により可視化し、シミュレーションとの比較を行った。その結果、静止下では水銀の高い表面張力により気泡はノズル外周に沿って成長し気泡径は大きくなること、流動下では表面張力の影響が小さくなることを明らかにした。

報告書

Analyses of benchmark problems for the shielding design of high intensity proton accelerator facilities

松田 規宏; 岩元 洋介; 原田 正英; 勅使河原 誠; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 小栗 朋美*; 中野 秀生*; 中尾 徳晶*; 中根 佳弘; et al.

JAEA-Technology 2008-030, 150 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-030.pdf:20.67MB

大強度陽子加速器施設J-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)の放射線遮蔽設計及び許認可申請における安全解析においては、数種類の高エネルギー粒子輸送計算コードが用いられている。そこで、これらの計算コードについて精度評価を行うため、おもに実験に基づいた、厚いターゲットからの中性子生成量,ビームダンプ体系,遮蔽体深層透過及びストリーミングといった遮蔽ベンチマーク問題を作成し、解析を行った。その結果、各計算コードによる結果が、全体としてファクター2以内の精度で実験値を再現することを示した。

論文

Ion species dependence of the implantation-induced defects in ZnO studied by a slow positron beam

Chen, Z. Q.*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 楢本 洋

Physica Status Solidi (C), 4(10), p.3646 - 3649, 2007/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:37.6

酸化亜鉛に対してボロン,酸素,アルミ,リンイオンを4E+15/cm$$^{2}$$注入し、生成した格子欠陥の熱回復挙動を陽電子ビームを用いて調べた。イオン注入後、イオン種に無関係にSパラメータの増加が観測された。しかし、空孔クラスターの回復挙動はイオン種に大きく依存することが明らかになった。酸素イオン注入の場合空孔クラスターは700$$^{circ}$$Cの熱処理で完全に消失した。酸素より軽い質量のボロン注入では、空孔クラスターはマイクロボイドに成長し900$$^{circ}$$Cで消失した。アルミイオン注入の場合はさらに大きな寸法のマイクロボイドの成長が見られたが、同様に900$$^{circ}$$Cでそれらは消失した。リンイオン注入の場合は、空孔集合体化は抑制される一方で、それらは1100$$^{circ}$$Cまで安定に存在することが明らかになった。

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