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論文

Characterization of high-temperature nuclear fuel-coolant interactions through X-ray visualization and image processing

Johnson, M.*; Journeau, C.*; 松場 賢一; 江村 優軌; 神山 健司

Annals of Nuclear Energy, 151, p.107881_1 - 107881_13, 2021/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.22(Nuclear Science & Technology)

日本原子力研究開発機構のMELT試験施設では、キログラムスケールの高温溶融ステンレス鋼とナトリウムとの相互作用を可視化するために、高分解能X線イメージングを用いている。本研究では、溶融ジェットの微粒化と急冷の定量的な評価のために、新しい画像処理ソフトウェアSPECTRAを開発した。X線による視野範囲を横切る溶融相の追跡と3次元再構成により、実験後に回収されたデブリの72%を検出することができた。融体と冷却材の界面に固化クラストが存在することが確認され、一方、熱的な微粒化に伴い急速な蒸気膨張が引き起こされた。本研究で観察された溶融ジェットの微粒化は、溶融ジェット内に取り込まれた冷却材が気化し、固化クラストの微粒化に十分な内部過圧を発生させたことで説明できる。この熱的な微粒化によって形成されたデブリは、粗いクラスト状の固化物とより細かい固化物から成る二つのピークを有する粒子径分布を示した。

論文

Activation and control of visible single defects in 4H-, 6H-, and 3C-SiC by oxidation

Lohrmann, A.*; Castelletto, S.*; Klein, J. R.*; 大島 武; Bosi, M.*; Negri, M.*; Lau, D. W. M.*; Gibson, B. C.*; Prawer, S.*; McCallum, J. C.*; et al.

Applied Physics Letters, 108(2), p.021107_1 - 021107_4, 2016/01

 被引用回数:26 パーセンタイル:81.53(Physics, Applied)

Creation and characterisation of single photon emitters near the surface of 4H- and 6H-silicon carbide bulk substrates and 3C-SiC epitaxially grown on silicon substrates were investigated. These single photon emitters can be created and stabilized by thermal annealing in an oxygen atmosphere at temperatures above 550 $$^{circ}$$C. Hydrofluoric acid (HF) treatment is shown to effectively annihilate the emission from defects and to restore an optically clean surface. However, the emission from the defects can be obtained after re-oxidation above 550 $$^{circ}$$C. By measuring using standard confocal microscopy techniques, the excited state lifetimes for the emitters are found to be in the nanosecond regime in all three polytypes, and the emission dipoles are aligned with the lattice.

論文

Atom-photon coupling from nitrogen-vacancy centres embedded in tellurite microspheres

Ruan, Y.*; Gibson, B. C.*; Lau, D. W. M.*; Greentree, A. D.*; Ji, H.*; Ebendorff-Heidepriem, H.*; Johnson, B. C.*; 大島 武; Monro, T. M.*

Scientific Reports (Internet), 5, p.11486_1 - 11486_7, 2015/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:29.28(Multidisciplinary Sciences)

A technique for creating high quality tellurite microspheres with embedded nano-diamonds (NDs) containing nitrogen-vacancy (NV) centers was developed. TZN tellurite glass (TeO$$_{2}$$-ZnO-Na$$_{2}$$O) was fabricated in-house using the melt-quench technique and was formed to be glass fiber with a diameter of 0.16 mm. During this process, NDs with NV centers which were created by electron irradiation at 2 MeV were added into TZN tellurite glass above 690 $$^{circ}$$C. To obtain uniformly dispersed ND solutions, the NDs were processed using strong acid reflux and ultra-sonication before the mixture with TZN tellurite glass. This method can realize very bright fluorescence of the NVs in the NDs at room temperature. It is concluded that this new approach can be applied to a robust way of creating cavities for use in quantum and sensing applications.

論文

Nanodiamond in tellurite glass, 2; Practical nanodiamond-doped fibers

Ruan, Y.*; Ji, H.*; Johnson, B. C.*; 大島 武; Greentree, A. D.*; Gibson, B. C.*; Monro, T. M.*; Ebendorff-Heidepriem, H.*

Optical Materials Express (Internet), 5(1), p.73 - 87, 2015/01

 被引用回数:16 パーセンタイル:72.75(Materials Science, Multidisciplinary)

Tellurite glass fibers with embedded nanodiamond are attractive materials for quantum photonics applications. Reducing the loss of these fibers in the 600-800 nm wavelength range of nanodiamond fluorescence is essential to exploit the unique properties of nanodiamond in the new hybrid material. We reported the origin of loss in nanodiamond-doped glass and impact of glass fabrication conditions, as part I. In this study, we report the fabrication of nanodiamond-doped tellurite fibers with significantly reduced loss in the visible through further understanding of the impact of glass fabrication conditions on the interaction of the glass melt with the embedded nanodiamond. We fabricated nanodiamond with Nitrogen-Vacancy (NV) centers by 2 MeV electron irradiation at 1$$times$$10$$^{18}$$ /cm$$^{2}$$ and subsequent annealing at 800 $$^{circ}$$C. The nanodiamonds with NV centers were added into molten Tellurite glass. Tellurite fibers containing nanodiamond with concentrations up to 0.7 ppm-weight were fabricated, while reducing the loss by more than an order of magnitude down to 10 dB/m at 600-800 nm.

論文

Statistical uncertainties of nondestructive assay for spent nuclear fuel by using nuclear resonance fluorescence

静間 俊行; 早川 岳人; Angell, C.; 羽島 良一; 湊 太志; 須山 賢也; 瀬谷 道夫; Johnson, M.*; McNabb, D.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 737, p.170 - 175, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.75(Instruments & Instrumentation)

大強度単色光源を用いた核共鳴散乱による低濃度アクチナイド核種を含む使用済み核燃料の非破壊分析における統計誤差の評価を行った。ORIGEN2.2-UPJ燃焼コードを用いて使用済み核燃料からの放射強度を計算し、バックグラウンド計数を求めた。また、レーリー散乱,核トムソン散乱,デルブルック散乱からのコヒーレント散乱によるバックグラウンドも考慮した。コヒーレント散乱による$$gamma$$線エネルギーは、共鳴散乱$$gamma$$線のエネルギーと一致するため、第一励起状態への遷移$$gamma$$線を測定する方法を提案する。励起エネルギー2.25, 3.5, and 5MeVにおいて、3から100eV$$cdot$$bの全共鳴散乱断面積を仮定して、共鳴散乱$$gamma$$線測定の統計誤差を見積もった。その結果、毎秒10$$^6$$個の強度をもつ$$gamma$$線ビームを用いて、3.5から5MeVの励起エネルギーにおける全積分断面積30eV$$cdot$$bをもつ共鳴散乱に対して、4000秒の測定時間で2.2から3.2%の統計誤差で、使用済み核燃料中の1%のアクチナイド核種を分析できることがわかった。

論文

Collection of lanthanides and actinides from natural waters with conventional and nanoporous sorbents

Johnson, B. E.*; Santschi, P. H.*; Chuang, C.-Y.*; 乙坂 重嘉; Addleman, R. S.*; Douglas, M.*; Rutledge, R. D.*; Chouyyok, W.*; Davidson, J. D.*; Fryxell, G. E.*; et al.

Environmental Science & Technology, 46(20), p.11251 - 11258, 2012/11

 被引用回数:69 パーセンタイル:89.16(Engineering, Environmental)

新しい多孔質吸着材とこれまでに用いられてきた吸着材について、代表的なランタノイド及びアクチノイドの回収効率を比較検討した。ナノ構造の材料を用いた吸着材は、典型的な吸着材に比べて吸着効率,安定性ともに高い性能を発揮した。3,4-ヒドロキシピリジノンを施した多孔質シリカは、海水,河川水のいずれでも安定して特に優れた性能を示した。これらの新たな吸着材は、天然資源採取、環境修復、化学物質の分離、現場分析等の多くの分野での応用が期待できる。

論文

ENDF/B-VII.1 nuclear data for science and technology; Cross sections, covariances, fission product yields and decay data

Chadwick, M. B.*; Herman, M.*; Oblo$v{z}$insk$'y$, P.*; Dunn, M. E.*; Danon, Y.*; Kahler, A. C.*; Smith, D. L.*; Pritychenko, B.*; Arbanas, G.*; Arcilla, R.*; et al.

Nuclear Data Sheets, 112(12), p.2887 - 2996, 2011/12

 被引用回数:1623 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

原子力科学・技術の利用分野ための評価済み核データライブラリーENDF/B-VII.1を公開した。米国核データ評価委員会が中心となって評価・整備したこの最新ライブラリーは、前バージョン(ENDF/B-VII.0)公開以後に得られた原子核理論や実験に関する知見を反映した中性子断面積,共分散,核分裂収率や崩壊データ等を格納している。ライブラリーの主な更新内容は、核種数の拡大、共分散データの拡充、R行列理論に基づく軽核の共鳴パラメータ評価、中重核やアクチノイドデータの改訂等である。核外輸送コードMCNPによるベンチマーク解析を行った結果、臨界予測性能等のパフォーマンスが向上した。

論文

Plasma boundary and first-wall diagnostics in ITER

Pitcher, C. S.*; Andrew, P.*; Barnsley, R.*; Bertalot, L.*; Counsell, G. G.*; Encheva, A.*; Feder, R. E.*; 波多江 仰紀; Johnson, D. W.*; Kim, J.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 415(Suppl.1), p.S1127 - S1132, 2011/08

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

ITER plasma boundary and first-wall diagnostics are summarized in terms of their physical implementation and physics motivation. The challenge of extracting diagnostic signals while maintaining nuclear shielding is discussed, as well as the problems associated with high levels of erosion and redeposition.

論文

Event structure and double helicity asymmetry in jet production from polarized $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 84(1), p.012006_1 - 012006_18, 2011/07

 被引用回数:25 パーセンタイル:72.31(Astronomy & Astrophysics)

重心エネルギー200GeVでの縦偏極陽子陽子衝突からのジェット生成のイベント構造と二重非対称($$A_{LL}$$)について報告する。光子と荷電粒子がPHENIX実験で測定され、イベント構造がPHYTIAイベント生成コードの結果と比較された。再構成されたジェットの生成率は2次までの摂動QCDの計算で十分再現される。測定された$$A_{LL}$$は、一番低い横運動量で-0.0014$$pm$$0.0037、一番高い横運動量で-0.0181$$pm$$0.0282であった。この$$A_{LL}$$の結果を幾つかの$$Delta G(x)$$の分布を仮定した理論予想と比較する。

論文

Identified charged hadron production in $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

 被引用回数:156 パーセンタイル:99.42(Physics, Nuclear)

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からの$$pi, K, p$$の横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。また$$m_T$$$$x_T$$スケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

論文

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in $$p+p$$ and Au+Au collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.71(Physics, Nuclear)

重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。

論文

Measurement of neutral mesons in $$p$$ + $$p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03

 被引用回数:149 パーセンタイル:98.49(Astronomy & Astrophysics)

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの$$K^0_s$$, $$omega$$, $$eta'$$$$phi$$中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、$$n, T$$、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。

論文

Overview of high priority ITER diagnostic systems status

Walsh, M.*; Andrew, P.*; Barnsley, R.*; Bertalot, L.*; Boivin, R.*; Bora, D.*; Bouhamou, R.*; Ciattaglia, S.*; Costley, A. E.*; Counsell, G.*; et al.

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

The ITER device is currently under construction. To fulfil its mission, it will need a set of measurement systems. These systems will have to be robust and satisfy many requirements hitherto unexplored in Tokamaks. Typically, diagnostics occupy either a removable item called a port plug, or installed inside the machine as an intricate part of the overall construction. Limited space availability has meant that many systems have to be grouped together. Installation of the diagnostic systems has to be closely planned with the overall schedule. This paper will describe some of the challenges and systems that are currently being progressed.

論文

Defining the infrared systems for ITER

Reichle, R.*; Andrew, P.*; Counsell, G.*; Drevon, J.-M.*; Encheva, A.*; Janeschitz, G.*; Johnson, D. W.*; 草間 義紀; Levesy, B.*; Martin, A.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 81(10), p.10E135_1 - 10E135_5, 2010/10

 被引用回数:23 パーセンタイル:71.53(Instruments & Instrumentation)

ITER will have wide angle viewing systems and a divertor thermography diagnostic which shall provide infrared coverage of the divertor and large parts of the first wall surfaces with spatial and temporal resolution adequate for operational purposes and higher resolved details of the divertor and other areas for physics investigations. We propose specifications for each system such that they jointly respond to the requirements. Risk analysis driven priorities for future work concern mirror degradation, interfaces with other diagnostics, radiation damage to refractive optics, reflections and the development of calibration and measurements methods for varying optical and thermal target properties.

論文

Effect of toroidal field ripple on plasma rotation in JET

de Vries, P. C.*; Salmi, A.*; Parail, V.*; Giroud, C.*; Andrew, Y.*; Biewer, T. M.*; Cromb$'e$, K.*; Jenkins, I.*; Johnson, T.*; Kiptily, V.*; et al.

Nuclear Fusion, 48(3), p.035007_1 - 035007_6, 2008/03

 被引用回数:45 パーセンタイル:87.17(Physics, Fluids & Plasmas)

JETにおいてトロイダル磁場リップルがトカマクプラズマの性能に与える影響を調べた結果、トロイダル磁場リップルがプラズマの回転に大きな影響を及ぼすことがわかった。回転速度を熱速度で規格化したマッハ数(M)は、トロイダル磁場リップル強度の関数として減少する。プラズマ中心部のMは、JETの通常の運転におけるリップル率0.08%におけるM=0.4-0.55に対し、0.5%ではM=0.25-0.40、1%ではM=0.1-0.3と減少する。プラズマ電流と同じ方向の中性粒子ビーム入射を用いる通常の実験では、プラズマ電流と同じ方向にプラズマが回転する。しかし、トロイダル磁場リップルが大きい場合($$sim$$1%)、プラズマ中心部ではプラズマ電流と同じ方向に回転するものの、プラズマ周辺部ではプラズマ電流と逆方向に回転することがわかった。

論文

Progress in the ITER physics basis, 7; Diagnostics

Donn$'e$, A. J. H.*; Costley, A. E.*; Barnsley, R.*; Bindslev, H.*; Boivin, R.*; Conway, G.*; Fisher, R.*; Giannella, R.*; Hartfuss, H.*; von Hellermann, M. G.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(6), p.S337 - S384, 2007/06

 被引用回数:291 パーセンタイル:80.7(Physics, Fluids & Plasmas)

「ITER物理基盤」は、その名の通りITERプラズマの物理基盤を与えるために編纂されたレビュー論文であり、Nuclear Fusion誌の特集号として1999年に発刊された。本「ITER物理基盤の進展」は、「ITER物理基盤」発刊以降に得られた研究開発成果を纏めたレビュー論文である。そのうち、第7章は、ITERにおけるプラズマ計測について包括的に取り扱うものである。主な項目は以下の通り。(1)ITERでの計測に対する要求性能,(2)ITERに適用する計測の原理と手法,(3)ITERでの計測の実現のために必要な技術開発項目,(4)ITERトカマク装置への計測機器の統合,(5)「ITER物理基盤」で提起された主要課題の進展状況,(6)ITERにおける計測性能の評価,(7)将来の核融合炉に向けてITERで学習すべき課題。

論文

Effects of ripple-induced ion thermal transport on H-mode plasma performance

L$"o$nnroth, J.-S.*; Parail, V.*; Hyn$"o$nen, V.*; Johnson, T.*; Kiviniemi, T.*; 大山 直幸; Beurskens, M.*; Howell, D.*; Saibene, G.*; de Vries, P.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 49(3), p.273 - 295, 2007/03

 被引用回数:14 パーセンタイル:45.66(Physics, Fluids & Plasmas)

JET/JT-60U比較実験の結果をMHD安定性の観点から説明できるかどうか試みた結果、実験結果を再現することはできなかった。そこで、リップル損失がHモード性能に与える影響について調べた結果、熱化イオンのリップル損失がHモードプラズマの性能に敏感に影響を与えることがわかった。軌道追跡計算の結果、拡散的な輸送は径方向に広範囲に渡るイオン熱拡散係数に影響を与えること、非拡散的な輸送は周辺部に局在していることがわかった。非拡散的な損失に対応するエネルギーのシンク項を導入したシミュレーションコードを用いて、ELM周波数の増加とペデスタル性能の劣化を再現することができた。

論文

Theoretical analysis and predictive modelling of ELMs mitigation by enhanced toroidal ripple and ergodic magnetic field

Parail, V. V.*; Evans, T. E.*; Johnson, T.*; L$"o$nnroth, J.*; 大山 直幸; Saibene, G.*; Sartori, R.*; Salmi, A.*; de Vries, P.*; Becoulet, M.*; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03

現在のトカマクやITERでのELM低減化手法としてトロイダル磁場リップルの増大と外部より供給するセパラトリックス近傍への共鳴磁場摂動(RMP)が検討されている。これらの手法は、異なる物理に基づいて輸送を増加しているが、この増加した輸送がプラズマダイナミクスやELM低減化へ与える影響は補完的、もしくは似たものである。本論文では、リップルやRMPによりもたらされる輸送に関する物理プロセスの理論解析の結果とともに予測モデルについて報告する。現在のトカマク装置での実験結果との比較も行う。

論文

Relativistic many-body calculations of electric-dipole lifetimes, transition rates, and oscillator strengths for ${it n}$=3 states in Al-like ions

Safronova, U. I.*; 左高 正雄; Albritton, J. R.*; Johnson, W. R.*; Safronova, M. S.*

Atomic Data and Nuclear Data Tables, 84(1), p.1 - 83, 2003/05

 被引用回数:38 パーセンタイル:87.16(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

原子番号Z=15から100までのアルミニウム様イオン(電子数13個のイオン)の等電子系列すべてに関するeven-parityの${it 3s3p$^{2}$, 3s$^{2}$3d, 3p$^{2}$3d, 3d$^{2}$3s, 3d$^{3}$}$とodd-parityの${it 3s$^{2}$3p, 3p$^{3}$, 3s3p3d, 3d$^{2}$3p}$間の電気双極子(E1)遷移について遷移確率,振動子強度,寿命,線強度を計算しテーブルと図に表した。計算は${it 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{6}$}$のDirac-Fockポテンシャルから始め中間結合ポテンシャルを求めるために1次の相対論的多体摂動理論(MBPT)を用いた。遷移マトリックス要素を求めるために2次のMBPTを用いた。原子番号Zに対する遷移確率の傾向を示すためにZの関数として3220個の遷移の内220の遷移確率を図に表した。

報告書

Oscillator strength, transition rates and lifetimes for n=3 states in Al-like ions

Safronova, U. I.*; 左高 正雄; Johnson, W. R.*; Safronova, M. S.*

JAERI-Data/Code 2001-022, 60 Pages, 2002/05

JAERI-Data-Code-2001-022.pdf:4.22MB

原子番号z=10~100までの原子のアルミニウム様イオンのn=3のレベル間の可能な遷移についてのデータ集である。遷移確率,振動子強度等について図及び表にまとめた。データはBreit相互作用を含む、相対論的多体摂動法により計算したものである。

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