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論文

Uniaxial strain dependence of the critical current of DI-BSCCO tapes

長村 光造*; 町屋 修太郎*; Hampshire, D. P.*; 土屋 佳則*; 菖蒲 敬久; 梶原 堅太郎*; 長部 吾郎*; 山崎 浩平*; 山田 雄一*; 藤上 純*

Superconductor Science and Technology, 27(8), p.085005_1 - 085005_11, 2014/08

 被引用回数:19 パーセンタイル:23.79(Physics, Applied)

In order to explain the effect of uniaxial strain on the critical current of DI-BSCCO-Bi2223 tapes, we employed a springboard sample holder that can smoothly and continuously apply both tensile and compressive strains to tape samples. Over a narrow tensile strain region, the critical current in the tapes decreased linearly with increasing strain and returned reversibly with decreasing strain. In this paper, we clearly characterize the reversible range terminated by both compressive and tensile strains, in which filaments do not fracture. Our analysis of the compressive regime beyond the relaxation strain suggests that although BSCCO filament fracture is the primary factor that leads to a decrease in critical current, the critical current in those regions of filaments that are not fractured increases linearly and reversibly with decreasing applied strain at compressive strains well beyond the reversible region for the tape.

論文

Electrode properties of Li$$_{2}$$MnO$$_{3}$$ (${it C}$2/${it m}$) for a lithium-battery cathode in several charge-discharge potential ranges

中尾 靖宏*; 小澤 清*; 藤井 宏樹*; 茂筑 高士*; 岩井 秀夫*; 土屋 佳則*; 井川 直樹

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(2), p.229 - 233, 2013/12

リチウムイオン電池用正極材Li$$_{2}$$MnO$$_{3}$$(空間群;${it C}$2/${it m}$)を共沈法によって作製し、2.0-4.6, 2.0-4.8及び2.0-5.0V領域における充放電サイクル特性を解析した。すべての測定領域において、充放電サイクルを重ねることで電気化学キャパシティは徐々に増加するが、その増加傾向は電圧域に依存した。すなわち、2.0-4.6Vの電圧域では、放電能は1サイクルでの12.5mAh$$^{-1}$$から99サイクルでの22.5mAh$$^{-1}$$程度の増加に対し、2.0-5.0Vの電圧域では、20.0から110.2mAh$$^{-1}$$へと大幅に増加した。中性子回折実験の結果、2.0-5.0Vの電圧域における放電能の大幅な増加は、充放電サイクルを重ねるにしたがって、斜方面体相が発生するためであることを見いだした。

論文

Magnetic and nonmagnetic impurity effect on magnetic orderings of the isosceles-triangular-lattice antiferromagnet CuMnO$$_2$$

寺田 典樹*; 土屋 佳則*; 北澤 英明*; 目時 直人

Journal of the Korean Physical Society, 62(12), p.1905 - 1909, 2013/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.38(Physics, Multidisciplinary)

フラストレート三角格子反強磁性体CuMnO$$_2$$の不純物効果を中性子回折によって研究した。磁性不純物の場合、Q = (-1/2 1/2 0)となるが、非磁性不純物の場合、Q = (-1/2 1/2 1/2)となり、これはCuMnO$$_2$$と同じである。両者の比較により,それぞれの不純物の役割について考察する。

論文

Local strain and its influence on mechanical-electromagnetic properties of twisted and untwisted ITER Nb$$_{3}$$Sn strands

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士; 菖蒲 敬久; 佐藤 真直*; 辺見 努; 布谷 嘉彦; 落合 庄治郎*

Superconductor Science and Technology, 25(5), p.054010_1 - 054010_9, 2012/05

 被引用回数:13 パーセンタイル:41.18(Physics, Applied)

It is important to evaluate the local strain exerted on superconducting filaments in Nb$$_{3}$$Sn strands, because it influences both superconducting and mechanical properties, in particular for the ITER project. The local strain in the twisted and untwisted Nb$$_{3}$$Sn strands was directly measured at room temperature as well as at low temperatures by means of quantum beam techniques. The interrelation between the force-free strain and the intrinsic strain showing a maximum critical current was considered on the basis of the present experimental data as well as the recent theory. The thermal strains along both directions parallel and transverse to the strand axis were numerically evaluated. The force-free strain along the axial direction is deduced to be distributed among grains with different crystal orientation with respect to the axial direction. It is suggested that this fact affects the definition of intrinsic strain.

論文

Electrochemical characteristics of layered Li$$_{1.95}$$Mn$$_{0.9}$$Co$$_{0.15}$$O$$_{3}$$ (${it C}$2/${it m}$) as a lithium-battery cathode

小澤 清*; 中尾 靖宏*; 茂筑 高士*; Cheng, Z.*; Wang, L.*; 岩井 秀夫*; 土屋 佳則*; 藤井 宏樹*; 井川 直樹

Journal of the Electrochemical Society, 159(3), p.A300 - A304, 2012/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:56.98(Electrochemistry)

リチウムイオン2次電池正極材Li$$_{1.95}$$Mn$$_{0.9}$$Co$$_{0.15}$$O$$_{3}$$を共沈法によって作製し、その電気化学的特性を解析した。中性子回折実験及びRietveld解析によって求めた本材料の結晶構造は、空間群${it C}$2/${it m}$のLi$$_{2}$$MnO$$_{3}$$型と同定できた。本材料の充放電サイクル特性は、電流密度が30mAhg$$^{-1}$$の場合は、2.0-4.8Vの電圧域で最初からの11サイクルまでに放電能が46.3から196.5mAhg$$^{-1}$$へと増加し、その後23から58サイクルでは175.5mAhg$$^{-1}$$を保持していた。サイクリックボルタモグラム及びX線光電子分光実験の結果から、本材料では最初の10サイクル程度でMnの還元反応が活性化されていることが明らかとなった。

論文

Magnetic correlations and the influence of atomic disorder in frustrated isosceles triangular lattice antiferromagnet CuMnO$$_2$$

寺田 典樹*; 土屋 佳則*; 北澤 英明*; 長壁 豊隆; 目時 直人; 井川 直樹; 大山 研司*

Physical Review B, 84(6), p.064432_1 - 064432_8, 2011/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:47.8(Materials Science, Multidisciplinary)

三角格子反強磁性体CuMnO$$_2$$の磁気相関を研究した。$$T$$$$_{rm N}$$以上で磁気励起は2次元(2D)短距離相関によって特徴づけられる。$$T$$$$_{rm N}$$以下で$$d_{z^ 2}$$軌道にほぼ平行なコリニアー構造に磁気秩序することを確認した。$$c$$軸方向の積層構造は原子の乱れを導入することで反強磁性から強磁性体に変化する。われわれは第二最近接の層間相互作用が積層構造に重要な役割をすることを発見した。$$T$$$$_{rm N}$$以下の磁気励起は三次元長距離磁気秩序に伴う集団励起によって特徴付けられる6meVのエネルギーギャップを持つスピン波励起と、比熱で示されるスピン液体のような二次元励起が観察された。

論文

Neutron diffraction measurements of internal strain in Nb$$_{3}$$Sn cable-in-conduit conductors

辺見 努; Harjo, S.; 伊藤 崇芳; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 相澤 一也; 鈴木 裕士; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 21(3), p.2028 - 2031, 2011/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.02(Engineering, Electrical & Electronic)

熱処理温度923Kから運転温度5KまでのNb$$_{3}$$Sn素線とステンレス鋼の熱膨張率の違いによって導体内には残留歪が生じる。Nb$$_{3}$$Sn素線の超伝導特性は残留歪の状態によって大きく変化するため、その特性を評価するためには残留歪の状態を把握する必要がある。しかし、複雑な構造とジャケット材の内側に素線が配置されているため、導体内の素線の歪を直接測定した研究はこれまでない。一方、J-PARCで2008年から運転が開始された工学材料回折装置「匠」は中性子回折を用いて歪として相対精度0.02%で測定することが可能である。本研究では、匠による中性子回折をITER TF導体の残留歪の測定に適用した。中性子回折では格子面間隔の変化により導体内の各相の歪を決定することが可能である。これにより、素線の残留歪の発生機構及び歪状態と超伝導性能の関係を明らかにすることが可能となった。

論文

Stress/strain effects on industrial superconducting composites

伊藤 崇芳; Harjo, S.; 長村 光造*; 辺見 努; 淡路 智*; 町屋 修太郎*; 小黒 英俊*; 西島 元*; 高橋 弘紀*; 松井 邦浩; et al.

Materials Science Forum, 681, p.209 - 214, 2011/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:35.97

The construction of the engineering materials diffractometer TAKUMI at J-PARC has been finished at the end of March 2009, and user programs have been started since January 2009. We proposed a project research with the title of "Stress/strain effects on industrial superconducting composites", and have carried out several preliminary experiments at TAKUMI. This project research aims to clarify internal strains behaviors in industrial superconducting materials generated due to their processes and/or during uses, and to understand the relation between the internal strains and their superconducting properties. Our interests are in developments of superconducting (Nb$$_3$$Sn, Nb$$_3$$Al, etc.) strands and HTC tapes, and in developments of superconducting (ITER and LHC) cables (composing many superconducting strands or tapes and other stabilizing and/or strengthening materials). In this opportunity, we will report our project research status more details.

論文

中性子を用いた液体ロケット再生冷却燃焼器の非破壊検査

升岡 正*; 佐藤 正喜*; 森谷 信一*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士; 飯倉 寛; 松林 政仁

日本航空宇宙学会論文集, 58(680), p.254 - 260, 2010/09

液体燃料ロケットエンジンの再生冷却ロケット燃焼器は、燃焼ガスと液体水素等冷却材との間で大きな温度差に曝される。これが熱応力を誘発し、繰り返し燃焼試験によりひずみは燃焼壁内部に蓄積される。燃焼器の寿命は一般的にこのようなひずみと変形に相関しているので、燃焼壁のひずみと変形を評価することは重要である。高精度の燃焼器寿命評価手法を構築するためには実データによる検証が必要となるが、燃焼器内壁に発生するひずみ及び変形量といったデータに乏しいのが現状である。よって、解析検証用データ取得のための非破壊検査手法を確立することが高精度の燃焼器寿命評価手法を確立するために重要である。本研究では繰り返し燃焼試験を行った燃焼器について、解析結果の検証に利用可能な実験データの取得方法を確立することを目的に、中性子回折法による残留ひずみ計測及び中性子ラジオグラフィによる燃焼器撮像を試みた。

論文

Force free strain exerted on a YBCO layer at 77 K in surround Cu stabilized YBCO coated conductors

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士

Superconductor Science and Technology, 23(4), p.045020_1 - 045020_7, 2010/04

 被引用回数:21 パーセンタイル:28.8(Physics, Applied)

幅4mmのCu安定化YBCO被覆導体テープを用いて、YBCO被覆導体の臨界電流に対する応力ひずみの影響を評価した。中性子回折を用いて、YBCO層に作用する内部ひずみを77Kという低温環境において決定した。初期の圧縮ひずみは引張荷重作用下で減少し、YBCO層における内部応力がゼロとなるforce-free strain(A$$_{rm ff}$$)で引張成分に変化した。A$$_{rm ff}$$は77Kで0.19-0.21%であった。一方、77Kで単軸引張荷重下における臨界電流を測定した結果、そのひずみ依存性は特徴的な挙動を示すとともに、臨界電流は0.035%で極大を示した。これは上記A$$_{rm ff}$$の値とは大きく異なっており、最大臨界電流の得られるひずみはA$$_{rm ff}$$とは相関を有しないことが明らかとなった。

論文

Development of a cryogenic load frame for a neutron diffractometer

土屋 佳則*; 鈴木 裕士; 梅野 高裕*; 町屋 修太郎*; 長村 光造*

Measurement Science and Technology, 21(2), p.025904_1 - 025904_4, 2010/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:29.71(Engineering, Multidisciplinary)

複合超電導線材の臨界ひずみに対する応力/ひずみの影響を解明するためには、極低温負荷中におけるひずみ測定による検討が必要とされている。そこで、極低温負荷中の格子ひずみの変化を測定することを目的として、中性子回折実験用の低温引張試験機を開発した。最低温度は4.8K,負荷容量は10kNである。開発した低温引張試験機を用いて、SUS316及びYBCO coated conductorの低温引張試験を実施し、中性子回折法によりそれぞれの格子ひずみの変化を測定した。これにより、広範の温度域における負荷応力/ひずみと格子ひずみの関係を明らかにした。

報告書

極低温機器用異材接合技術の開発,2; 銅合金と純チタン及び極低温用ステンレス鋼のHIP接合

斎藤 滋; 大内 伸夫; 深谷 清*; 石山 新太郎; 土屋 佳則; 中嶋 秀夫

JAERI-Tech 2003-027, 63 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-027.pdf:19.84MB

超伝導加速器や核融合炉等の超伝導コイル及びその周辺には、複数の異材継ぎ手が必要である。核融合炉の場合、超伝導コイルジャケットの候補材の一つに純チタンが挙げられている。純チタンは超伝導コイル焼成時の酸素濃度管理が比較的楽であるほか、熱収縮率,非磁性,耐食性,加工性などの面でも優れているためである。また、コイルの接続部には電気抵抗が小さい銅合金が使われ、支持構造材には極低温用のステンレス鋼が使用される。そのため機器の製作にはこれらの材料の接合技術の開発が不可欠であり、原研では熱間等方加圧(Hot Isostatic Pressing ; HIP)法による接合技術の開発に着手した。HIP法は接合強度や寸法精度に優れ、立体面や大型機器の接合も可能である。本研究ではHIP法による銅合金と純チタン及び極低温用ステンレス鋼(JJ-1)の接合試験を行い、組織観察や引張り,曲げ試験等により最適なHIP条件の選定と接合強度の評価を行った。

論文

Crystal distortion and magnetic structure of $$gamma$$-MnPt alloys

堀 富栄*; 土屋 佳則; 白石 洗*; 石井 慶信; 北條 喜一

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S743 - S745, 2002/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:81.22(Materials Science, Multidisciplinary)

$$gamma$$-MnPt合金の結晶変位(歪み)と磁気感受性に関してX線及び中性子散乱解析手法を用いて調べた。その結果、8at.%Pt合金は、各軸の単位長さa=3.807,b=3.748,c=3.685$AA $を有する面心斜方晶構造を示し、10Kでnon-collinear非磁性構造を持つことがわかった。また、450Kでc/a$$<$$1構造を持った斜方晶に構造変化し、ニール温度近傍の510K最終的に立方晶に変化することを明らかにした。さらに、12at.%Pt合金は、10Kでc/a$$>$$1で$$mu$$=2.58$$mu_{B}$$/Mn特性を有する面心正方晶構造を示し、325Kで立方晶に変化することを明らかにした。

報告書

極低温機器用異材接合技術の開発,1; 純チタンと極低温用ステンレスのHIP接合

斎藤 滋; 大内 伸夫; 石山 新太郎; 土屋 佳則*; 中嶋 秀夫; 深谷 清*

JAERI-Tech 2002-048, 68 Pages, 2002/05

JAERI-Tech-2002-048.pdf:7.86MB

超伝導加速器や核融合炉の超伝導コイルなどの極低温機器には、目的に応じてさまざまな材料が使用されるため、複数の異材継ぎ手が必要とされる。核融合炉の超伝導コイルの場合、純チタンと極低温用ステンレスの継ぎ手が必要であるが、溶接による接合は困難である。従って、新しい接合技術の開発が必要であり、原研では熱間等方加圧(Hot Isostatic Pressing; HIP)法による接合技術の開発に着手した。HIP法は接合強度や寸法精度に優れ、立体面や大型機器の接合も可能である。本研究ではHIP法による純チタンと4種類の極低温用ステンレスの接合試験を行い、組織観察や曲げ・引張り試験等による最適HIP条件の選定を行った。さらに4K及び室温における接合強度と熱サイクル試験による接合の健全性の評価を行った。

論文

Evaluation of critial current performance of 13 T-46 kA steel-jacketed Nb$$_{3}$$Al conductor

小泉 徳潔; 東 克典*; 土屋 佳則; 松井 邦浩; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 西島 元; 布谷 嘉彦; 安藤 俊就; 礒野 高明; et al.

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.1 - 5, 2001/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

13T-46kAステンレスコンジット導体Nb$$_{3}$$Alを開発し、その臨界電流性能を評価した。Nb$$_{3}$$Alは強度が高いために、ステンレスコンジットを使用しても、そこにかかる歪は0.4%以下と評価できる。これによる臨界電流の劣化度は10%と小さい。実験では、サンプル製作の都合上、Nb$$_{3}$$Alに熱歪がかからなかった。本サンプルの臨界電流値には劣化がなく、実際のコイルの導体でも、この測定値より10%程度低い臨界電流値となる。よって、臨界電流値は100kAと予想され、十分な裕度がある。

論文

First test results for the ITER central solenoid model coil

加藤 崇; 辻 博史; 安藤 俊就; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 河野 勝己; 押切 雅幸*; et al.

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.59 - 70, 2001/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:26.28

ITER中心ソレノイド・モデル・コイルは、1992年より設計・製作を開始し、1999年に完成した。2000年2月末に原研に建設されたコイル試験装置への据え付けが終了し、3月より第1回のコイル実験が開始され、8月末に終了した。本実験により、コイルの定格性能である磁場13Tを達成したとともに、コイルに課せられた設計性能が十分に満足されていることを実証することができた。本論文は、上記実験結果につき、直流通電、急速励磁通電、1万回サイクル試験結果としてまとめる。また、性能評価として、分流開始温度特性、安定性特性、クエンチ特性についても言及する。

論文

ステンレス鋼製コンジットを使用したニオブアルミ導体の臨界電流性能評価

小泉 徳潔; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 土屋 佳則; 松井 邦浩; 布谷 嘉彦; 安藤 俊就; 檜山 忠雄; 加藤 崇; 礒野 高明; et al.

低温工学, 36(8), p.478 - 485, 2001/08

ITER-EDAの一環として、ステンレス鋼製コンジットを使用したNb$$_{3}$$Al導体を開発した。本導体の臨界電流性能を短尺の導体サンプルを用いて評価した。その結果、本導体が予想どおりの臨界電流性能を満足することが確認できた。また、本導体の臨界電流値は、運転条件である13T,4.5Kで90kA以上であることがわかり、定格電流値46kAに対して十分な裕度をもつことも確認できた。ただし、本導体の熱処理(Nb$$_{3}$$Al生成のため)後に大きな熱応力が残留することも見いだした。

論文

CSモデル・コイル実験結果; 機械特性

杉本 誠; 中嶋 秀夫; 土屋 佳則; 久保 博篤*; CSモデル・コイル実験グループ

低温工学, 36(6), p.336 - 343, 2001/06

ITER-EDAにおける主要R&DであるCSモデル・コイルの第一回目の通電試験が2000年8月に成功裏に終了した。通電試験は同年4月から開始し、定格13T-46kAに直流及びパルス通電で達した。CSモデル・コイル並びにCSインサート・コイルの機械的特性について記述した。コイルの通電中のひずみ測定結果を論じるとともに、有限要素法による解析結果と比較しその妥当性を論じた。またCSインサート・コイルで実施した1万回のくり返し試験において、その機械的特性に変化はなかった。あわせて、未経験領域での通電において、スパイク状の温度上昇を観測した。電圧信号との同期からこれは機械的じょう乱によるものと思われる。これによる発熱量を考察した。

論文

Neutron diffraction experience at RESA for engineering-aided application

土屋 佳則; 菊地 賢司; 皆川 宣明; 森井 幸生; 加藤 崇; 中嶋 秀夫; 辻 博史

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.520 - 522, 2001/05

加工により材料に加えられるひずみ、応力の見積もりは製品設計に重要であり、それに対する中性子回折測定が工業的に期待されている。本研究では中性子回折法の工業的応用として、加工履歴を持つ超伝導コイルコンジット材の中性子回折残留応力測定結果をもとに、内部残留ひずみ、応力の中から特定の加工により発生した成分を抽出し評価した。また、有限要素法との比較により、中性子回折法が単に内部残留応力状態の観測だけではなく、加工が材料に及ぼす影響評価のために有効であることが示された。

論文

Progress of the ITER central solenoid model coil programme

辻 博史; 奥野 清*; Thome, R.*; Salpietro, E.*; Egorov, S. A.*; Martovetsky, N.*; Ricci, M.*; Zanino, R.*; Zahn, G.*; Martinez, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 41(5), p.645 - 651, 2001/05

 被引用回数:52 パーセンタイル:14.76(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERを構成する3群の超伝導コイルでは、中心ソレノイド・コイルが最も高い磁場13Tを0.4T/s以上の速度で急速励起するパルス動作が要求される点で、最も技術的難度の高いコイルである。そこで中心ソレノイド・コイル工学設計の妥当性を確認し、併せてコイルの製作技術を開発する目的で、中心ソレノイド・モデル・コイルの開発が進められてきた。約8年をかけて完成したモデル・コイルの実験がこの程、国際共同作業として原研で実施され、技術開発目標をすべて満足する実験成果と貴重な技術データが得られた。

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