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論文

JENDL/ImPACT-2018; A New nuclear data library for innovative studies on transmutation of long-lived fission products

国枝 賢; 古立 直也; 湊 太志; 岩本 信之; 岩本 修; 中山 梓介; 江幡 修一郎*; 吉田 亨*; 西原 健司; 渡辺 幸信*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(12), p.1073 - 1091, 2019/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:53.3(Nuclear Science & Technology)

長寿命核分裂生成核種(LLFP)の核変換技術確立に向けた革新的研究開発に資することを目的とし、新たな核データライブラリJENDL/ImPACT-2018を開発した。開発した核データライブラリは主要なLLFPである$$^{79}$$Se, $$^{93}$$Zr, $$^{107}$$Pd, $$^{135}$$Csおよび周辺核種(計163核種)に対する中性子及び陽子入射の評価済核反応断面積がエネルギー200MeVを上限として格納されている。断面積の評価においては核反応モデルコードCCONEを用いると共に、測定データの乏しい核種やエネルギー領域の断面積を根拠を持って推定するために微視的な核構造理論を積極的に活用した。また、近年RIBF/RIKENにおいて逆運動学を用いて測定された測定データに基づいて主要な核反応モデルパラメータを最適化した。得られたデータは従来手法により求められた既存の核データライブラリJENDL-4.0/HEやTENDL-2017に比べて、安定核種に対する測定データをよく再現することを確認した。

論文

Ion hydration and association in an aqueous calcium chloride solution in the GPa range

山口 敏男*; 西野 雅晃*; 吉田 亨次*; 匠 正治*; 永田 潔文*; 服部 高典

European Journal of Inorganic Chemistry, 2019(8), p.1170 - 1177, 2019/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:47.41(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

2mol dm$$^{-3}$$ CaCl$$_2$$重水水溶液の中性子回折測定を常温常圧および常温1GPaで行った。イオン水和と会合および水溶液を原子レベルで明らかにするためS(Q)を経験ポテンシャル構造精密化(EPSR)モデリングにより解析した。2つの圧力において、Ca$$^{2+}$$イオンはCa-O距離2.44${AA}$、Ca-D距離3.70${AA}$で7つの水分子により囲まれており、陽イオンの水和に圧力は影響しないことを示している。一方でCl$$^{-}$$イオンは圧力に対し劇的な変化を示し、加圧によりCl-O距離の3.18${AA}$から3.15${AA}$の減少を伴い、Cl$$^{-}$$イオンへの酸素の配位数は7から14に変化した。しかしながらここで、Cl$$^{-}$$イオン周りの水素の配位数は、Cl-D距離が2.22から2.18${AA}$へ減少しつつも、6$$sim$$6.7とあまり変わらなかった。また溶媒の水の圧力変化は大きく、O-O距離は2.79${AA}$から2.85${AA}$に減少し、酸素原子の配位数は4.7から10.3に増大する。一方、水素原子は、加圧によらずO-D距離1.74${AA}$、配位数も1.2のままであった。これらのことは、O$$cdots$$D結合が加圧により大きく曲がることを示している。この水素結合の変化が、Cl$$^{-}$$イオンまわりの酸素の配位数の大きな増大を引き起こしたものと思われる。

論文

Thermal behavior, structure, dynamic properties of aqueous glycine solutions confined in mesoporous silica MCM-41 investigated by X-ray diffraction and quasi-elastic neutron scattering

吉田 亨次*; 井上 拓也*; 鳥越 基克*; 山田 武*; 柴田 薫; 山口 敏男*

Journal of Chemical Physics, 149(12), p.124502_1 - 124502_10, 2018/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.28(Chemistry, Physical)

異なる幾つかの、グリシン濃度, pH、および充填率(=グリシン溶液の質量/MCM-41の乾燥質量))をパラメーターとして、メソポーラスシリカ(MCM-41)に閉じ込められたグリシン水溶液の示差走査熱量測定、X線回折および準弾性中性子散乱(QENS)を305-180Kの温度範囲で実施して、グリシン水溶液の熱的挙動, 構造、および動的特性に対する閉じ込め効果を検討した。

論文

Monte Carlo shell model studies with massively parallel supercomputers

清水 則孝*; 阿部 喬*; 本間 道雄*; 大塚 孝治*; 富樫 智章*; 角田 佑介*; 宇都野 穣; 吉田 亨*

Physica Scripta, 92(6), p.063001_1 - 063001_19, 2017/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:23.35(Physics, Multidisciplinary)

モンテカルロ殻模型の手法およびその応用について概説する。モンテカルロ殻模型は、効率的に多体基底を生成することによって、従来の直接対角化では計算不可能だった物理系に対する殻模型計算を目指した手法である。このレビュー論文では、モンテカルロ殻模型のここ10年以内の発展をまとめた。手法面では、エネルギー分散を用いた外挿による厳密解の推定法や共役勾配法の導入による効率的な基底生成など、数値計算面では、より効率的な並列化や計算機の実効性能を高める数値計算アルゴリズムなどについて概説する。最近の応用としては、非常に大きな模型空間が必要な第一原理計算および中性子過剰なニッケル領域とジルコニウム領域の計算結果を紹介する。後者の中性子過剰核領域では、変形共存に興味が集まっているが、モンテカルロ殻模型では、変形の分布を解析するT-plotと呼ぶ新しい手法を開発することによって、これらの原子核の変形を直感的に理解することが可能となった。この手法は、軽い原子核のクラスター状態を調べるのにも有用である。

論文

Impurity effects in the microscopic elastic properties of polycrystalline Mg-Zn-Y alloys with a synchronised long-period stacking ordered phase

細川 伸也*; 木村 耕治*; 山崎 倫昭*; 河村 能人*; 吉田 亨次*; 乾 雅祝*; 筒井 智嗣*; Baron, A. Q. R.*; 川北 至信; 伊藤 晋一*

Journal of Alloys and Compounds, 695, p.426 - 432, 2017/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.31(Chemistry, Physical)

Inelastic X-ray scattering (IXS) was performed on polycrystalline Mg$$_{97}$$Zn$$_1$$Y$$_2$$ and Mg$$_{85}$$Zn$$_6$$Y$$_9$$ alloys with synchronized long-period stacking ordered (LPSO) phase for investigating the impurity effects in the microscopic elastic properties. Inelastic neutron scattering (INS) was also carried out on the former alloy. LA modes were clearly observed in the IXS spectra of both the LPSO alloys, while TA modes can mainly be detected in the second Brillouin zone. Broader inelastic signals and larger quasielastic peaks are characteristic due to the phonon scattering by the Zn/Y impurities. Only the TA excitation energies increase by adding the impurities, which indicates a harder stiffness of the bond angles relating to the L1$$_2$$-type clusters in the LPSO alloys. New dispersion-less excitation modes are observed at about 10 meV by adding the Zn/Y impurities. By comparing with the INS data, the contributions of the impurities to these excitations are discussed using differences in the scattering cross-sections between neutrons and X-rays.

論文

Science from the initial operation of HRC

伊藤 晋一*; 横尾 哲也*; 益田 隆嗣*; 吉澤 英樹*; 左右田 稔*; 池田 陽一*; 井深 壮史*; 川名 大地*; 佐藤 卓*; 南部 雄亮*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.034001_1 - 034001_6, 2015/09

Since the installation of the High Resolution Chopper Spectrometer, HRC, experiments using the HRC are being conducted to observe the dynamics in wide range of physics. Scientific results during the period since the initial construction are summarized.

論文

Nature of isomerism in exotic sulfur isotopes

宇都野 穣; 清水 則孝*; 大塚 孝治*; 吉田 亨*; 角田 佑介*

Physical Review Letters, 114(3), p.032501_1 - 032501_5, 2015/01

AA2014-0621.pdf:0.23MB

 被引用回数:21 パーセンタイル:16.55(Physics, Multidisciplinary)

通常の偶偶核では、$$0^+_1$$, $$2^+_1$$, $$4^+_1cdots$$状態が強い$$E2$$遷移で結ばれていることがよく知られている。最近、中性子過剰核$$^{44}$$Sの$$4^+_1$$状態が観測され、$$4^+_1$$から$$2^+_1$$への$$E2$$遷移が非常に抑制されているという新しい現象が見つかった。この論文では、その起源を理論的に解明した結果を報告する。この強く抑制された$$E2$$遷移は殻模型計算によって得られるが、殻模型の多体波動関数は非常に複雑なため、$$E2$$遷移の抑制が起こる起源がこれまで理解されてこなかった。ここでは、角運動量射影後の変分法によって物体固定座標系における多体波動関数を得るという新規な手法を導入した。その波動関数を解析した結果、$$0^+_1$$, $$2^+_1$$では$$K$$量子数(物体固定座標系における角運動量の第3軸成分)が0となる通常の回転状態が主であるのに対し、$$4^+$$については$$K=4$$が主の状態が$$K=0$$が主の状態よりも低いエネルギーに出現し、それによって$$E2$$遷移が抑制されることがわかった。この解釈は$$^{43}$$Sの励起スペクトルも説明可能なことから妥当性が高い。これは、$$K$$核異性体の一種であり、これまで発見されたもので最も軽い核で出現するものである。

論文

Structure of water from ambient to 4 GPa revealed by energy-dispersive X-ray diffraction combined with empirical potential structure refinement modeling

山口 敏男*; 藤村 恒児*; 内 和哉*; 吉田 亨次*; 片山 芳則

Journal of Molecular Liquids, 176, p.44 - 51, 2012/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:54.11(Chemistry, Physical)

実験室のX線回折計を用いた水のエネルギー分散型X線回折測定を、298K/30MPa, 473K/30MPa and 573K/30MPaの熱力学条件下で行った。対分布関数,配位数,3次元空間密度関数の温度圧力変化から水素結合の特徴を明らかにするために、これらのX線構造因子と、過去にシンクロトロンX線を用いて298K/1GPa, 473K/0.35GPa and 486K/4GPaで測定されたものに対して、経験ポテンシャル構造精密化(EPSR)によるモデル化を適用した。圧力や温度によって、どの程度、水素結合ネットワークが影響を受けるか明らかになった。

論文

Thermal-hydraulic calculation for simplified fuel assembly of super fast reactor using two-fluid model analysis code ACE-3D

中塚 亨; 三澤 丈治; 吉田 啓之; 高瀬 和之

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR 2009) (CD-ROM), 5 Pages, 2012/00

本研究では、三次元二流体モデル解析コードACE-3Dを用いて超臨界圧軽水冷却高速炉(スーパー高速炉)の燃料集合体を簡易模擬した体系で熱流動特性の解析を行った。解析対象は、19本バンドル集合体であり、(1):チャンネルボックスに接するサブチャンネル、(2):(1)に接するサブチャンネル、(3):(1),(2)の内側に位置するサブチャンネルの3種を含む。本解析によって得られた最高被覆管温度は、設計基準を満たすことが確認された。

論文

New-generation of Monte Carlo shell model for the K computer era

清水 則孝*; 阿部 喬*; 角田 佑介*; 宇都野 穣; 吉田 亨*; 水崎 高浩*; 本間 道雄*; 大塚 孝治*

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2012(1), p.01A205_1 - 01A205_27, 2012/00

AA2012-0119.pdf:1.74MB

 被引用回数:85 パーセンタイル:4.51(Physics, Multidisciplinary)

モンテカルロ殻模型は、1990年代後半に提案され数多くの成果を挙げてきたが、近年、新しい方法論及び計算手法を導入し、「京」のようなスーパーコンピュータに適した手法となるとともに、従来のモンテカルロ殻模型では到達できなかった、より計算が困難な物理系へも適用可能となった。方法論に関しては、エネルギー分散を利用した外挿法を導入することによって、エネルギー固有値を非常に精度よく計算することが可能となった。また、数値計算アルゴリズムをより効率的なものに置き換え、並列計算手法を改良したことによって、高い計算効率を得られるようになった。その結果、第一原理的殻模型計算や中性子過剰ニッケル領域など、従来の手法では困難だった計算も可能となり、それらの計算結果の例も示した。

論文

Numerical analysis on thermal-hydraulics of supercritical water flowing in a tight-lattice fuel bundle

中塚 亨; 三澤 丈治; 吉田 啓之; 高瀬 和之

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.143 - 146, 2011/10

冷却材に超臨界圧水を用いたスーパー高速炉の実現性を評価するため、スーパー高速炉の稠密燃料集合体を簡略模擬した19本稠密燃料バンドル内超臨界圧水の伝熱流動解析を行った。超臨界圧領域に拡張した三次元二流体モデル解析コードACE-3Dを用い、定格運転条件と等しい質量速度,入口エンタルピーを解析条件として与えた。燃料集合体断面の局所出力分布は均一、軸方向には核計算より得られた中心付近で出力が最大となる出力分布を与えた。流路内にハニカム形状の構造物を配置し、グリッドスペーサの影響を考慮した。その結果、現行軽水炉と同様、燃料集合体周辺部と比較して中心部の温度が高くなり、最高被覆管表面温度(MCST)は、中心燃料棒上部のギャップ部に面する領域で生じた。その値は燃料棒健全性の判断基準である650$$^{circ}$$C以下を満足し、燃料集合体の実現性を確認することができた。スペーサを考慮することにより、燃料集合体内の冷却材温度分布の均一化や、それに伴う燃料棒表面温度の低下が明らかとなった。スペーサの形状や配置の最適化により、MCSTをさらに下げることが可能と思われる。

論文

Super fast reactor R&D projects in Japan, 4; Numerical estimation of thermal-hydraulic characteristics of supercritical fluids in tight-lattice bundles by three-dimensional two-fluid model analysis code ACE-3D

中塚 亨; 三澤 丈治; 吉田 啓之; 高瀬 和之

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/05

超臨界圧水冷却炉の伝熱流動特性を解析するために、原子力機構では軽水炉の二相流解析用に開発した三次元二流体モデルコードACE-3Dの改良を行っている。超臨界圧流体を用いた伝熱試験結果をもとに改良したACE-3Dを使って、超臨界圧領域での予測性能を評価した。その結果、表面温度の予測値は測定値と一致することを確認した。超臨界圧軽水冷却高速炉(スーパー高速炉)の稠密格子燃料バンドルの伝熱流動特性を評価するため、改良ACE-3Dを使って19本バンドルで簡易模擬した燃料集合体を解析した。その結果、被覆管表面最高温度628$$^{circ}$$Cは中心燃料棒の出口近傍で生じ、燃料と被覆管の健全性を評価する判断基準である被覆管表面最高温度650$$^{circ}$$C以下を満たすことがわかった。

論文

Assessment of applicability of two-fluid model code ACE-3D to heat transfer test of supercritical water flowing in an annular channel

中塚 亨; 江里 幸一郎; 三澤 丈治; 関 洋治; 吉田 啓之; 大楽 正幸; 鈴木 哲; 榎枝 幹男; 高瀬 和之

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(12), p.1118 - 1123, 2010/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.27(Nuclear Science & Technology)

超臨界圧水冷却炉の熱設計を効率的に行うためには、燃料集合体内の熱流動を評価することが重要である。原子力機構では、元来軽水炉内の二相流を対象として開発してきた三次元二流体モデル解析コードACE-3Dを改良し、超臨界領域での水の物性値を扱えるようにした。本報では、コードの予測性能評価のため、原子力機構で実施した単一模擬燃料棒まわりの垂直環状流路を流れる超臨界圧水伝熱試験の解析を行った。その結果、ACE-3Dコードは超臨界水冷却炉の燃料集合体を模擬した燃料棒の表面温度予測に適用可能であることが示された。

論文

Numerical analysis on thermal-hydraulics of supercritical water flowing in a tight-lattice fuel bundle

中塚 亨; 三澤 丈治; 吉田 啓之; 高瀬 和之

Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 4 Pages, 2010/10

冷却材に超臨界圧水を用いたスーパー高速炉の実現性を評価するため、スーパー高速炉の稠密燃料集合体を簡略模擬した19本稠密燃料バンドル内超臨界圧水の伝熱流動解析を行った。超臨界圧領域に拡張した三次元二流体モデル解析コードACE-3Dを用い、定格運転条件と等しい質量速度,入口エンタルピーを解析条件として与えた。燃料集合体断面の局所出力分布は均一、軸方向には核計算より得られた中心付近で出力が最大となる出力分布を与えた。流路内にハニカム形状の構造物を配置し、グリッドスペーサの影響を考慮した。その結果、現行軽水炉と同様、燃料集合体周辺部と比較して中心部の温度が高くなり、最高被覆管表面温度(MCST)は、中心燃料棒上部のギャップ部に面する領域で生じた。その値は燃料棒健全性の判断基準である650$$^{circ}$$C以下を満足し、燃料集合体の実現性を確認することができた。スペーサを考慮することにより、燃料集合体内の温度分布の均一化や、それに伴う燃料棒表面温度の低下が明らかとなったが、本解析では、MCSTはスペーサがない場合と同様であった。スペーサの形状や配置の最適化により、MCSTをさらに下げることが可能と思われる。

論文

超臨界圧軽水冷却炉熱設計のための乱流熱伝達率予測手法の開発

中塚 亨; 三澤 丈治; 吉田 啓之; 高瀬 和之

日本混相流学会年会講演会2010講演論文集, p.348 - 349, 2010/07

原子力機構では、超臨界圧軽水冷却炉の炉心熱設計精度の向上を目的として、ラージ・エディ・シミュレーションによる超臨界圧流体の乱流熱伝達率予測手法を開発している。本報では、九州大学で実施した超臨界圧フレオンを用いた円管内熱伝達試験データをもとに実験解析を行った結果について報告する。本研究の結果、超臨界圧流体の場合には、主流に比べて壁面近傍での物性値依存性が大きく、それが乱流構造に影響して、伝熱劣化の要因の一つになっていることが予測された。開発した手法により、超臨界圧流体の乱流熱伝達率の予測に目途が得られた。

論文

改良TRAC-BF1コードによる直管型蒸気発生器の流動安定性評価手法の開発

中塚 亨; Liu, W.; 吉田 啓之; 高瀬 和之

第15回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.279 - 280, 2010/06

原子力機構では、TRAC-BF1をもとにFBRの直管型蒸気発生器の熱水力安定性を評価する手法を開発している。本報では、直管型蒸気発生器をVESSELコンポーネント及び並列複数チャンネルにより模擬するため、TRAC-BF1コードにNa物性値ルーチンを組み込むとともに、三次元VESSELコンポーネントに対して、単一のコンポーネントで一次側と二次側を表現するため、同一コンポーネント内で異なる流体を取り扱えるように改良した結果について報告する。直管型蒸気発生器を簡易的に模擬した体系で、過渡的に一次側と二次側の入口温度を変化させた解析を実施した結果、一次側と二次側でエネルギーバランスが保たれており、一次側がNaの場合においても、水の場合と同様に伝熱計算が行えることが示され、改良したTRAC-BF1コードが当初の計画通りに正常に機能すること、並びに解析した結果が妥当であることを確認した。

論文

TRAC-BF1コードによる直管型蒸気発生器の流動安定性に関する予備検討

中塚 亨; Liu, W.; 吉田 啓之; 高瀬 和之

日本機械学会熱工学コンファレンス2009講演論文集, p.269 - 270, 2009/11

次世代高速増殖炉の直管型蒸気発生器(直管型SG)等の熱工学的成立性評価においては、伝熱管内を流れる水-蒸気二相流の挙動、特に高圧下における複数並行流路の流動安定性を高精度で予測できる熱設計手法の確立が重要である。そこで、システム解析コードTRAC-BF1をもとに、原子力機器等の熱水力不安定性に関する予測手法の開発を行っている。本報では、予測手法開発の一環として、直管型SGをVESSELコンポーネント及び並列複数チャンネルにより模擬するためにTRAC-BF1コードの改良を行い、解析モデルを構築した結果について述べる。本研究の結果、単一のVESSELコンポーネントを一次側と二次側に分割することによって計算を支障なく実行できることを確認した。今後は、一次側ナトリウムの物性値を評価できるようにコードを改良し、実際の試験条件を模擬した解析を実施するとともに、試験結果との比較を通して予測結果の妥当性を評価する考えである。

論文

Numerical simulations on turbulent heat transfer characteristics of supercritical pressure fluids

中塚 亨; 高瀬 和之; 吉田 啓之; 三澤 丈治

Proceedings of 2009 ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE 2009) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/11

超臨界圧軽水炉の熱設計を行ううえで、超臨界圧流体の伝熱劣化現象を正確に把握できる熱設計手法の整備が必要である。しかしながら、乱流条件下における伝熱劣化現象の詳細なメカニズムが解明されていないため、熱設計で使用される乱流モデルの適用性について十分な検討は行われていない。そこで、超臨界圧軽水炉の炉心熱設計精度向上に資することを目的として、伝熱劣化現象を予測できる乱流熱伝達率予測手法の開発・整備を目指し、標準型2方程式モデル,低レイノルズ数型2方程式モデル,レイノルズ応力モデル,ラージ・エディ・シミュレーションの4つの乱流モデルに対して、それぞれの予測精度を評価した。その結果、ラージ・エディ・シミュレーションによる解析が超臨界圧軽水炉における伝熱劣化現象を高い精度で予測できる可能性を示すことがわかった。

論文

LESモデルの伝熱劣化現象適用性についての検討

中塚 亨; 吉田 啓之; 高瀬 和之

日本機械学会2009年度年次大会講演論文集, Vol.3, p.141 - 142, 2009/09

超臨界圧軽水炉の熱設計を行ううえでは、冷却材である超臨界圧水の伝熱劣化現象を正確に把握できる熱設計ツールの整備が必要であるが、伝熱劣化現象のメカニズムは未だに十分には解明されていない。本研究では、超臨界圧軽水炉の炉心熱設計精度向上に資することを目的として、伝熱劣化現象を予測できる乱流熱伝達率予測手法開発を目指し、乱流モデルについて予備的に検討した。その結果、LESによる解析が伝熱劣化現象を高い精度で予測できる可能性が最も高いと判断できる結果を得た。

論文

Numerical simulation on thermal-hydraulic characteristics in fuel assemblies of supercritical water cooled reactors using two-fluid model analysis code ACE-3D

中塚 亨; 三澤 丈治; 吉田 啓之; 高瀬 和之

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.1690 - 1693, 2009/09

超臨界圧軽水炉の燃料集合体内の熱流動特性を把握するため、原子力機構では三次元二流体モデル解析コードACE-3Dの機能の拡張を行っている。この一環として、本研究では、超臨界圧軽水冷却高速炉(スーパー高速炉)の燃料集合体について熱流動特性の解析を行った。解析対象は、燃料集合体を簡略模擬した19本バンドル集合体であり、(1)チャンネルボックスに接するサブチャンネル,(2) (1)に接するサブチャンネル,(3) (1),(2)の内側に位置するサブチャンネルの3種を含む。チャンネルボックスの影響と、燃料棒表面温度の周方向依存性について得られた結果を示す。

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