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論文

Correlations for the specific heat capacity of (UPu $_{1-x}$ ) $_{1-y}$ GdO $_{2-z}$ derived from molecular dynamics

Galvin, C. O. T.*; 町田昌彦; 中村博樹; Andersson, D. A.*; Cooper, M. W. D.*

Journal of Nuclear Materials, 572, p.154028_1 - 154028_8, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.154028

被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Materials Science, Multidisciplinary)

UOは多くの原子炉で使用される主要燃料で、運転開始時に炉心の出力分布を平準化するためにGdOを燃焼吸収体として加えるのが一般的である。本研究では、分子動力学シミュレーションにより、酸素空孔形成とU $^{4+}$ からU $^{5+}$ への酸化という二つの電荷保存機構を介して、カチオンサイトにGd $^{3+}$ をドープしたPuO, UO, (U,Pu)O MOxについて比熱の計算を行った。PuOとUOの比熱は、1800K以上の高温で明確なピークを示し、他の研究とよく一致することが示された。Gd $^{3+}$ を加えたところ、ピークの高さはそれぞれの成分のものより低下した。さらに、(UPu $_{1-x}$ ) $_{1-y}$ GdO $_{2-z}$ の比熱に対して解析的なフィット式を作成し、分子動力学データと比較することにより、この式を検証した。

論文

Machine learning molecular dynamics simulations toward exploration of high-temperature properties of nuclear fuel materials; Case study of thorium dioxide

小林恵太; 奥村雅彦; 中村博樹; 板倉充洋; 町田昌彦; Cooper, M. W. D.*

Scientific Reports (Internet), 12(1), p.9808_1 - 9808_11, 2022/06

https://doi.org/10.1038/s41598-022-13869-9

被引用回数：9 パーセンタイル：71.37(Multidisciplinary Sciences)

核燃料の一つであるトリウム酸化物に対し、機械学習分子動力学法を用い、その高温物性を調査した。様々な交換汎関数により第一原理計算を実施し、ニューラルネットによりその結果を学習することにより機械学習力場を構築した。特にSCANと呼ばれる交換汎関数を用いた第一原理計算結果を学習することにより得られた機械学習力場は、ラムダ転移温度や融点を含め、比較可能な実験データの多くに対し高精度な結果を示した。

論文

EXILL; A High-efficiency, high-resolution setup for -spectroscopy at an intense cold neutron beam facility

Jentschel, M.*; Blanc, A.*; de France, G.*; Kster, U.*; Leoni, S.*; Mutti, P.*; Simpson, G.*; Soldner, T.*; Ur, C.*; Urban, W.*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 12(11), p.P11003_1 - P11003_33, 2017/11

https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/11/P11003

被引用回数：38 パーセンタイル：84.92(Instruments & Instrumentation)

A highly efficient array of high-purity germanium (HPGe) detectors was developed and operated at the cold neutron beam facility PF1B of the Institut Laue-Langevin (ILL) to carry out nuclear structure studies, via measurements of -rays following neutron-induced capture and fission reactions. The setup consisted of a collimation system producing a pencil beam with a thermal capture equivalent flux of about 10ns $^{-1}$ cm $^{-2}$ at the target position and negligible neutron halo. The target was surrounded by an array of eight to ten anti-Compton shielded EXOGAM Clover detectors, four to six anti-Compton shielded large coaxial GASP detectors and two standard Clover detectors. For a part of the campaign the array was combined with 16 LaBr $_{3}$ :(Ce) detectors from the FATIMA collaboration.

論文

Free boundary equilibrium in 3D tokamaks with toroidal rotation

Cooper, W. A.*; Brunetti, D.*; Faustin, J. M.*; Graves, J. P.*; Pfefferl, D.*; Raghunathan, M.*; Sauter, O.*; Tran, T. M.*; Chapman, I. T.*; Ham, C. J.*; et al.

Nuclear Fusion, 55(6), p.063032_1 - 063032_8, 2015/05

https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/6/063032

被引用回数：2 パーセンタイル：9.03(Physics, Fluids & Plasmas)

入れ子の磁気面を持つ一流体三次元MHD平衡にトロイダル回転を適切に考慮するモデルを開発した。このモデルは軸対称系における回転を考慮したMHD平衡を厳密に再現できる。このモデルは三次元的な変化の大きい領域でプラズマ回転のシアが無視できる場合に適用可能である。MAST装置におけるヘリカルコアを持つ平衡において、回転の影響は磁場構造に対しては小さいが圧力分布は大きく変化させることを示した。この圧力の変化は磁気軸付近の圧力の減少であり、回転によってさらなる3次元的な変化を引き起こすものではなかった。また、粒子軌道追跡コードVENUSを用いて3次元トカマクプラズマ中の高エネルギー粒子閉じ込めを調べた。プラズマがトロイダル回転をしている場合、粒子軌道はこの回転が作り出す静電ポテンシャルの影響を受ける。さらに、平衡の3次元性はオーム則に現れる座標に依存した項の影響を受け、これが高エネルギー粒子閉じ込めに大きな影響を与えることを示した。

論文

An Approximate single fluid 3-dimensional magnetohydrodynamic equilibrium model with toroidal flow

Cooper, W. A.*; Hirshman, S. P.*; Chapman, I. T.*; Brunetti, D.*; Faustin, J. M.*; Graves, J. P.*; Pfefferl, D.*; Raghunathan, M.*; Sauter, O.*; Tran, T. M.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(9), p.094004_1 - 094004_8, 2014/09

https://doi.org/10.1088/0741-3335/56/9/094004

被引用回数：4 パーセンタイル：20.57(Physics, Fluids & Plasmas)

論文

Approach for efficient linear MHD analysis without spectrum pollution in tokamaks

相羽信行; Cooper, W.*; Gruber, R.*

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 36F, p.P2.045_1 - P2.045_4, 2012/00

http://ocs.ciemat.es/EPSICPP2012PAP/pdf/P2.045.pdf

線形MHD安定性を数値解析する際に問題となる数値不安定性の発生を抑えることに成功した新たな高精度数値解析手法を開発した。この数値不安定性の抑制に関する議論は30年ほど前に精力的に議論され、その不安定性を引き起こす要因についてはほぼ特定されていたが、本研究では同手法を用いた数値解析を行うとしばしば数値不安定性が発生してしまうことが確認された。この原因について解析的及び数値的に調べた結果、従来の解析手法で用いている数値積分法が不適切であるために数値不安定性を抑えきれていないことを明らかにした。この問題を解決するために、数値積分法を改善した新たな数値解析法を開発し、同手法を数値コードに実装して改めて解析を行った結果、数値不安定性を完全に抑制できることを確認した。また、プラズマ回転を考慮した場合でも、同様の数値解析手法により数値不安定性の発生は抑えられることを解析的に確認した。

口頭

Impact of plasma rotation on linear MHD physics in tokamaks; Theory and numerical applications

相羽信行; 白石淳也; 廣田真; Cooper, W.*; Gruber, R.*

no journal, ,

トロイダル方向の回転だけでなくポロイダル方向の回転も考慮することでドップラーシフトの効果が変化し、これまで理論・数値的に解釈が困難であったエッジローカライズモードの性質がトロイダル回転の向きによって異なるという実験観測結果を定性的に再現できることを明らかにした。また、プラズマ回転の影響を考慮することで、負磁気シアプラズマにおいては回転の影響で一度安定化された抵抗性壁モード(RWM)が再不安定化されうることを数値的に明らかにするとともに、この再不安定化の原因が安定化されたRWMと安定な理想MHDモードの結合による可能性が高いことを示した。なお、このような再不安定化は正磁気シアプラズマでは見られなかった。さらに、RWMの安定性に対するプラズマ回転の影響をより詳細に解析することを可能にする新たな数値接続法によるMHD安定性解析手法を開発し、同手法を利用した解析の一例として、プラズマ中のどの領域における回転がRWM安定性に最も影響を与えるかについて評価した。

口頭

スペクトル汚染を抑制した線形MHD数値解析手法

相羽信行; Cooper, W. A.*; Gruber, R.*

no journal, ,

線形MHD安定性を数値解析する際に問題となる数値不安定性の発生を抑えることに成功した新たな高精度数値解析手法を開発した。この数値不安定性の抑制に関する議論は30年ほど前に精力的に議論され、その不安定性を引き起こす要因については特定されていたが、本研究では同手法を用いた数値解析を行うとしばしば数値不安定性が発生してしまうことが確認された。この原因について解析的及び数値的に調べた結果、従来の解析手法で用いている数値積分法が不適切であるために数値不安定性を抑えきれていないことを明らかにした。この問題を解決するために、数値積分法を改善した新たな解析法を開発し、同手法を数値コードに実装して改めて数値解析を行った結果、数値不安定性を完全に抑制できることを確認した。また、プラズマ回転を考慮した場合でも、同様の数値解析手法により数値不安定性の発生は抑えられることを解析的に確認した。