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論文

Local structure investigations of accumulated damage in irradiated MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$

吉岡 聰*; 鶴田 幸之介*; 山本 知一*; 安田 和弘*; 松村 晶*; 杉山 武晴*; 大場 洋次郎; 石川 法人; 小林 英一*; 奥平 幸司*

Journal of the American Ceramic Society, 103(8), p.4654 - 4663, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Ceramics)

高速重イオン照射によりMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$スピネルに形成された損傷組織をX線吸収端近傍構造解析(XANES)とX線小角散乱法(SAXS)を用いて調べた。照射量が増加するとSAXSとXANESの両方で変化が見られた。SAXSでは、照射部に直径5nmの円柱状のイオントラックが観測された。XANESの結果は、四面体位置と八面体位置の間でカチオンの無秩序化が生じていることを示すものであった。さらに、XANESスペクトルの定量的な解析により、高照射量ではカチオンが八面体位置を優先的に占有することがわかった。

論文

X-ray absorption near edge structure and first-principles spectral investigations of cationic disorder in MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$ induced by swift heavy ions

吉岡 聰*; 鶴田 幸之介*; 山本 知一*; 安田 和弘*; 松村 晶*; 石川 法人; 小林 英一*

Physical Chemistry Chemical Physics, 20(7), p.4962 - 4969, 2018/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.62(Chemistry, Physical)

MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$中のカチオン(Mg, Al)は、通常は秩序だったサイトに配置されている。Mgは四面体位置、Alは八面体位置にある。しかし、スピネルに高速重イオンを照射すると、スピネル中のカチオンの配置が無秩序になることが予想される。カチオン配置の秩序度の変化を、放射光を利用したエックス線吸収端近傍構造の測定により評価した。その結果得られた実験データを、第一原理計算の結果と比較することによって、以下のことが分かった。照射に伴うMgの配置の変化とAlの配置の変化が整合しており、MgがAlサイトに、AlがMgサイトに乗り移る無秩序化が進んでいることが分かった。高照射量(1$$times$$10$$^{13}$$ ions/cm$$^{2}$$)では、完全な配置の無秩序化が達成されることがわかった。

論文

Plasmonic cyclohexane-sensing by sputter-deposited Au nanoparticle array on SiO$$_{2}$$

川口 和弘*; 山本 春也; 吉川 正人; 高廣 克己*

Thin Solid Films, 562, p.648 - 652, 2014/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:75.11(Materials Science, Multidisciplinary)

シクロヘキサンに代表される有機ハイドライドは、水素を可逆的に放出・吸蔵できることから水素の貯蔵・輸送媒体として有望視されている。しかし、揮発した有機ハイドライドは、可燃性ガスであることから、漏洩した有機ハイドライドを安全に検知するセンサーの開発が課題の一つとなっている。本研究では、配列した金ナノ粒子で発現する表面プラズモン共鳴吸収特性が表面吸着物により変化する現象を利用した有機ハイドライド検知材料の開発を目的に、スパッタリング法を用いて石英基板上に基板温度、蒸着量をパラメータに金ナノ粒子を形成し、シクロヘキサンに対するプラズモン共鳴吸収特性を調べた。その結果、成膜時の基板温度: 300$$^{circ}$$C、蒸着量: 4.4$$times$$10$$^{16}$$atoms/cm$$^{2}$$で形成した金ナノ粒子がシクロヘキサンに対して高い検知性能を示し、室温で爆発限界(1.3vol%)以下の0.5vol%の検知が可能であることを見出した。

論文

Atomic structure of ion tracks in Ceria

高木 聖也*; 安田 和弘*; 山本 知一*; 松村 晶*; 石川 法人

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 326, p.140 - 144, 2014/05

 被引用回数:29 パーセンタイル:3.91(Instruments & Instrumentation)

透過型電子顕微鏡を利用した観察技術を駆使して、高エネルギー重イオン(200MeV Xe)を照射したCeO$$_{2}$$に形成された柱状欠陥集合体(イオントラック)の原子配列構造を詳細に調べた。高分解能Z(原子番号)コントラスト像(HAADF像)の観察結果によると、イオントラック内部のCe副格子の結晶構造は照射後も保持されていること、ただし、Ce副格子に起因する信号強度が減少している4-5nm径の領域が形成されていることが分かった。さらに、環状明視野(ABF)法による観察結果によると、O副格子の方がCe副格子よりも顕著に乱れていること、O副格子が乱れている4nm径領域が形成されていることが分かった。

論文

Preparation of tungsten carbide nanoparticles by ion implantation and electrochemical etching

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.149 - 152, 2013/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

本研究では、イオン注入と電気化学エッチングを組合せて、グラッシーカーボン基板上に炭化タングステン(WC)のナノ微粒子を作製した。実験では、100keV W$$^+$$をグラッシーカーボン基板に照射して注入試料を作製した後、水酸化ナトリウム水溶液中で注入試料の表面をアノード酸化によりエッチングした。試料の分析にはX線光電子分光(XPS), ラザフォード後方散乱分析(RBS), 透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた。XPS, RBSの結果から、試料中でWCが形成されていたことと、電気化学エッチングによってその高濃度導入面が表面に露出したことが確認できた。断面TEMによって直径約10nmのナノ微粒子が表層に存在している様子が観察された。

論文

Defect formation and accumulation in CeO$$_{2}$$ irradiated with swift heavy ions

安田 和弘*; 江藤 基稀*; 澤田 憲一*; 山本 知一*; 安永 和史*; 松村 晶*; 石川 法人

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.185 - 190, 2013/11

 被引用回数:23 パーセンタイル:8.04(Instruments & Instrumentation)

核燃料模擬物質CeO$$_{2}$$において、高エネルギー核分裂片による照射損傷形態を詳細に調べるために、210MeV Xeイオンの照射量を系統的に変えた試料をそれぞれ透過型電子顕微鏡で観察した。その結果、イオンの軌跡から動径方向に半径8.4nmの範囲で、既に形成されていたイオントラックが消滅すること(照射アニーリング)が分かった。したがって、CeO$$_{2}$$中の高エネルギーイオンの通過によって、イオントラックの形成および転位ループの形成が引き起こされるだけでなく、照射アニーリングの効果も存在することが初めて示された。イオンの影響領域が、繰り返し重畳する1$$times$$10$$^{20}$$ions/m$$^{2}$$の高照射量領域では、転位ループ(ドットコントラスト)や転位線も観察されることが分かった。この高照射量領域になると、高密度の転位蓄積が転位壁を形成したことに起因すると考えられる微小結晶粒の形成も観察された。

論文

Nanoparticle formation by tungsten ion implantation in glassy carbon

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(1), p.81 - 84, 2013/03

本研究では、タングステンイオンを未研磨のグラッシーカーボン基板に注入することによって、ナノ微粒子を作製した。注入イオンのエネルギーは100keV、フルエンスは$$2.4times10^{16}$$から$$1.8times10^{17}$$ions/cm$$^2$$の範囲であった。試料の分析にはX線光電子分光,ラザフォード後方散乱分析,回転ディスク電極法による対流ボルタンメトリー,電界放出型電子顕微鏡を用いた。顕著なスパッタリング効果によって、注入イオン分布が変化するとともに、基板内へ導入可能なタングステン量は約$$6times10^{16}$$ions/cm$$^2$$が上限であった。形成された微粒子はタングステンカーバイドであり、その直径は10nm程度で面内に一様に分布していた。

論文

Experimental study for the proposal of design measures against cover gas entrainment and vortex cavitation with 1/11th scale reactor upper sodium plenum model of Japan Sodium-cooled Fast Reactor

吉田 和弘*; 坂田 英之*; 佐郷 ひろみ*; 白石 直*; 大山 一弘*; 萩原 裕之*; 山野 秀将; 山本 智彦

Proceedings of 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-8) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2012/12

液中渦キャビテーションを防止するために、UIS付きラジアルスリットによる上部プレナムにおける非対称流動の緩和するため、燃料交換時のみ使用する燃料交換器の代わりにダミープラグと名付けられた円柱構造を設置した。本研究では、液中渦キャビテーション防止のため、上部プレナム内流動の改善を目的として、UISスリットの縁の延長と隔離板を考案した。

論文

Well-ordered arranging of Ag nanoparticles in SiO$$_{2}$$/Si by ion implantation

高廣 克己*; 水口 友貴*; 川口 和弘; 一色 俊之*; 西尾 弘司*; 笹瀬 雅人*; 山本 春也; 西山 文隆*

Applied Surface Science, 258(19), p.7322 - 7326, 2012/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.13(Chemistry, Physical)

SiO$$_{2}$$等の誘電体中に埋め込まれた銀(Ag)等の金属ナノ粒子は、非線形な誘電特性を示すことから非線形光学素子への応用が期待されている。本研究では、イオン注入法を用いてSi基板を熱酸化して形成したSiO$$_{2}$$層(300nm)注入にAgイオン注入(加速電圧:350keV、照射量:0.37-1.2$$times$$10$$^{17}$$ ions/cm$$^{2}$$)を行い、透過電子顕微鏡法,ラザフォード後方散乱法等を用いて、注入後の試料の構造評価を行った。その結果、注入Agイオンの投影飛程に相当する深さ近傍に直径25-40nmの銀ナノ粒子が、SiO$$_{2}$$/Si界面には直径数nmの銀ナノ粒子が、それぞれ規則的に配列して形成されることがわかった。さらに、X線光電子分光,X線回折の測定結果から、これらのAgナノ粒子は、酸化及び硫化に対して耐性があり1.5年以上その構造が保たれることがわかった。

論文

Accumulation of radiation damage and disordering in MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$ under swift heavy ion irradiation

安田 和弘*; 山本 知一*; 江藤 基稀*; 川副 慎治*; 松村 晶*; 石川 法人

International Journal of Materials Research, 102(9), p.1082 - 1088, 2011/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.82(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

原子炉照射環境において優れた耐照射損傷性を示すスピネル結晶について、高い耐照射損傷性のメカニズムを原子レベルで解明することを目的として、高速重イオン照射に伴うMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$スピネルの照射損傷を、高分解能透過型電子顕微鏡法及び高角度分解電子チャネリングX線分光法を駆使して精密に調べた。その結果、イオンの通過する軌跡に沿って形成される損傷領域は、中心部分にNaCl型結晶構造に相転移した領域(直径約1nm)、その周辺部にMgとAlの原子サイト間移動が起きている乱れ領域(直径約10-12nm)の多重構造で構成されることが明らかになった。

論文

Blueshift and narrowing of localized surface plasmon resonance of silver nanoparticles exposed to plasma

川口 和弘; 齋藤 正裕*; 高廣 克己*; 山本 春也; 吉川 正人

Plasmonics, 6(3), p.535 - 539, 2011/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:73.68(Chemistry, Physical)

銀ナノ粒子の表面にガス分子が吸着し粒子近傍の誘電率が変化すると、銀ナノ粒子の局在型表面プラズモン共鳴(LSPR)によって生じる可視光領域の吸収ピークが変化する。この現象を漏洩ガスの光学的検知に応用し、ガスセンサーを作製しようとする試みが行われているが、センサー材料として応用するには、安定したLSPRを発現する銀ナノ粒子を再現性よく作製する技術が必要となる。このため銀ナノ粒子を着床させた透明基板を試料とし、作製手法と得られる吸収ピークの強度や位置との関連性が研究されているが、理論値と異なることが多く、その原因はよくわかっていない。筆者らは、銀ナノ粒子作製時に表面に付着するさまざまな付着物がその原因であると推定し、作製した銀ナノ粒子に表面洗浄法として知られているプラズマ処理を行い、吸収ピークの位置や強度の変化を調べた。その結果、プラズマ処理後吸収ピークの幅が狭くなり短波長側へとシフトして理論値に近づく傾向が認められた。さらに、プラズマ処理で銀ナノ粒子表面の炭素系付着物が減少することがラマン散乱分析からわかり、吸収ピークの実験値と理論値の違いは、銀ナノ粒子表面の炭素系付着物に影響することが示唆された。

論文

1 MV holding and beam optics in a multi-aperture multi-grid accelerator for ITER NBI

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 小島 有志; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; Hemsworth, R. S.*; 水野 貴敏*; 武本 純平; 田中 政信*; 田中 豊*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

原子力機構の多孔多段加速器では、ITERの中性粒子入射装置に必要な1MeV, 200A/m$$^{2}$$の負イオンビーム加速を目指している。耐電圧試験では、加速器の耐電圧は理想的な電極の耐電圧の半分程度であることがわかった。複雑な構造を有する電極や電極支持部の局所的な電界集中が問題であると考え、電極間ギャップを延長し、電極支持部の端部の曲率を大きくして電界集中を抑えた。その結果、真空耐電圧が改善し、1MVで4000秒の電圧保持を達成した。ビーム加速でも、従来の796keV, 0.32A (140A/m$$^{2}$$)から879keV, 0.36A (157A/m$$^{2}$$)に大きく進展した。一方、ビーム加速試験では、磁場とビーム間の空間電荷反発によりビームが曲げられて電極に衝突し、ビームエネルギー・電流減少の原因となっていた。3次元ビーム解析において、このビームの偏向量を明らかにして孔ずれと電界補正板を用いたビーム偏向補正方法を設計し、加速器試験でこの補正法が有効に機能することを確認した。

論文

Oxygen reduction activity of N-doped carbon-based films prepared by pulsed laser deposition

箱田 照幸; 山本 春也; 川口 和弘; 八巻 徹也; 小林 知洋*; 吉川 正人

Applied Surface Science, 257(5), p.1556 - 1561, 2010/12

 被引用回数:12 パーセンタイル:47.01(Chemistry, Physical)

固体高分子形燃料電池の実用化にあたって克服しなければならない問題の一つに白金触媒の使用量の低減があり、特にカソードにおける酸素還元反応を促進する白金代替触媒の開発が重要課題の一つとなっている。これまでに、コバルトフタロシアニンを含む熱硬化性樹脂を焼成することにより調製した炭素材料が白金と同等の酸素還元活性を発現することが報告されていることから、本研究では、焼成過程を必要としない、パルスレーザー蒸着法を用いて窒素ドープ炭素材料を作製するとともに、その酸素還元活性を調べた。その結果、蒸着中の基板温度の上昇に伴い酸素還元活性が向上して、最大の600$$^{circ}$$Cで0.66V(vs. NHV)の酸還元電位を有する試料の作製に成功した。また、作製試料の構造評価の結果、この酸素還元活性がグラファイト構造内のピリジン結合などに起因することを明らかにした。

報告書

ITER中性粒子入射装置用直流-1MV電源回路の過渡解析

山本 昌則; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 武本 純平; 山下 泰郎*; 井上 多加志

JAEA-Technology 2010-029, 60 Pages, 2010/08

JAEA-Technology-2010-029.pdf:10.49MB

ITER用中性粒子入射装置電源は、エネルギー1MeVで電流40Aの負イオンビームを加速するための-1MV超高電圧直流電源システムである。原子力機構はITER国内機関(JADA)として、-1MV超高電圧発生部,冷却水絶縁供給用高電位デッキ2, -1MV絶縁トランス,電力トランスミッションライン,サージ抑制機器,現地での電源試験のための機器等、主要な超高電圧機器の調達を担当する。中性粒子入射装置を安定に動作させるためには、イオン源加速部で発生する放電破壊時に電源から加速部へ流入するサージエネルギーを抑制し、加速部が放電破壊によって損傷されることを防ぐことが必要である。このために、電源回路にはサージ抑制機能が必要となる。ITER中性粒子入射装置電源のサージ特性について、最新のITERサイト機器配置等の諸条件を考慮した等価回路を作成し、回路解析コードEMTDCを用いてサージ抑制機器の最適化設計を行った。その結果、放電破壊の際のイオン源加速部への流入エネルギーをITERの要求値50J以下に対して25J程度に抑制できることを確認した。これによって、ITER用NBI電源における要求性能を満足するサージ抑制機能の実現の見通しを得た。

論文

A Model for electrical fast transient analyses of the ITER NBI power supplies and the MAMuG accelerator

Bigi, M.*; De Lorenzi, A.*; Grando, L.*; 渡邊 和弘; 山本 昌則

Fusion Engineering and Design, 84(2-6), p.446 - 450, 2009/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:38(Nuclear Science & Technology)

ITER NBIでは、ビーム加速のために-1MVの超高圧加速電源が必要であり、その電源は負荷である加速器での放電破壊の際に負荷を保護する機能が重要である。本論文では、これらの短絡サージの回路解析を行うための等価回路について、複雑なインダクタンス成分や静電容量成分を有限要素法を用いた解析で求め、実体に即した等価回路を構築した。これによってサージ抑制等に関する回路定数の最適化が可能になった。

論文

Design of a -1 MV dc UHV power supply for ITER NBI

渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.

Nuclear Fusion, 49(5), p.055022_1 - 055022_5, 2009/05

 被引用回数:20 パーセンタイル:33.86(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER中性粒子入射装置には-1MVの直流電源システムが必要であり、日本とEUが分担して製作する計画である。原子力機構は、日本国内機関としてITER中性粒子入射装置電源システムのうち、-1MVの直流超高圧発生部,伝送系, -1MV絶縁変圧器,サージ抑制装置などの超高電圧の主要な機器を分担する。これまでに、これら機器の設計を行った。インバータ電源の周波数については、回路定数から150Hzが適切な値であることを示し、採用された。直流超高圧の絶縁については、長時間の電界分布の変化を考慮し、その主要な機器の設計を行った。サージ抑制機能についても、回路解析を行い、サージブロッカによるエネルギー吸収素子や抵抗素子を適用することにより、負荷である加速器への流入エネルギーを20ジュール程度以下に抑制できることを確認した。

報告書

NBI用大電力イオン源プラズマ生成部の製作

大楽 正幸; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 坂本 慶司; 花田 磨砂也; 秋野 昇; 池田 佳隆; 山本 巧*

JAEA-Technology 2008-091, 23 Pages, 2009/03

JAEA-Technology-2008-091.pdf:5.82MB

核融合実験炉の中性粒子入射装置(NBI)用イオン源の大電力長パルス化に向けた技術開発の一環として、NBI用大電力イオン源プラズマ生成部の設計,製作を実施した。イオン加速部と組合せた最終的なNBI用イオン源としての出力性能目標は、120keV, 65A, 200秒以上の重水素正イオンビームの生成である。この大電流イオンビームを引出すため、本プラズマ生成部は約100kWの大パワーアーク放電で生成したプラズマを長時間安定に維持可能で、かつ、大面積ビーム引出し領域(最大12$$times$$46cm$$^{2}$$)に対応できる構造とした。本プラズマ生成部の設計にあたっては、高密度で一様なプラズマ生成のために特に重要な磁場配位と電子軌道についてシミュレーションを行い、磁石配置とフィラメント陰極構造を決定した。また、高真空保持や長パルス運転に向けた十分な冷却性能の確保など、高性能プラズマ生成と整合を取ることに留意し、大容積プラズマ源(内寸: 幅25cm$$times$$長さ59cm$$times$$高さ31cm)の製作を完了した。

論文

-1 MV DC UHV power supply for ITER NBI

渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 7 Pages, 2008/10

ITER中性粒子入射装置の電源システムにおける日本の調達分担は、-1MV発生部,伝送部系,-1MV絶縁変圧器など超高圧の主要機器である。これらの1MV超高圧電源機器の設計開発について報告する。本NBI電源は、これまでにない超高圧に加えて負荷がイオン源加速器であるため負荷短絡が頻発するという特殊性を持つ。ビームを安定に加速するためには、まず超高圧電源の絶縁を確実に行うことが必要であり変圧器や伝送系の絶縁設計によって機器構造を決定した。さらに、負荷短絡時の加速器保護のためのサージ抑制機能についてサージブロックコアと接地側抵抗素子の併用による新たなサージ抑制方式を提案し、流入エネルギーを抑制する回路構成とした。これら、調達に向けての主要な技術課題を検討し機能仕様を作成した。

論文

Crystal nucleation behavior caused by annealing of SiC irradiated with Ne at liquid nitrogen temperature or at 573K

相原 純; 北條 喜一; 古野 茂実*; 北條 智博; 沢 和弘; 山本 博之; 本橋 嘉信*

Materials Transactions, 48(7), p.1896 - 1900, 2007/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

炭化珪素(SiC)のTEM試料を30keVN$$^{+}$$で1.9又は2.3$$times$$10$$^{20}$$Ne$$^{+}$$/m$$^{2}$$まで573K又は98Kで照射して非晶質化させた後、1273Kで30分焼鈍した。2.3$$times$$10$$^{20}$$Ne$$^{+}$$/m$$^{2}$$まで照射した試料においてはどちらの照射温度でも焼鈍後結晶核生成及び再結晶化に伴うバブル粗大化が観察された。核生成した結晶のデバイ・シェラーリングは母相のネットパターンによく重なったが、$$beta$$-SiCの(200)に相当するリングは観察されなかった。本実験の範囲では結晶核生成の照射温度依存性は見られなかった。

論文

Radiation effects on MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$-yttria stabilized ZrO$$_{2}$$ composite material irradiated with Ne$$^{+}$$ ions at high temperatures

北條 智博*; 山本 博之; 相原 純; 古野 茂実*; 沢 和弘; 佐久間 隆*; 北條 喜一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 250(1-2), p.123 - 127, 2006/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.53(Instruments & Instrumentation)

スピネル及び安定化ジルコニアは原子炉材料として優れた特性が期待されている。従来までのわれわれの研究によって、60keV, Xe$$^{+}$$照射によりスピネルの非晶質化が観測される一方、安定化ジルコニアについては非晶質化が認められないことを明らかにした。本研究ではスピネル-安定化ジルコニア複合材料における欠陥生成過程について透過型電子顕微鏡を用いたイオン照射中のその場観察を行った。30keV, Ne$$^{+}$$を923, 1473Kにおいて毎秒5$$times$$10$$^{13}$$ions/cm$$^{2}$$照射した結果、923Kでは欠陥クラスター及びバブルがジルコニア粒内に均一に生成することが観測された。一方1473Kではバブルの生成のみが観測され、照射量の増加に伴い特にスピネル粒内でバブル径が顕著に増大することを明らかにした。

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