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高松 邦吉; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*
Annals of Nuclear Energy, 122, p.201 - 206, 2018/12
パーセンタイル：100(Nuclear Science & Technology)輻射及び自然対流による受動的安全性を持つ革新的な原子炉圧力容器冷却設備(RCCS)を提案した。このRCCSは、連続した2つの閉空間(RPV周囲にある圧力容器室、大気と熱交換を行う冷却室)から構成される。また、RPVからの放出熱を、できるだけ輻射を用いて効率的に除去するため、今までに無い新しい形状を採用している。さらに、作動流体及び最終ヒートシンクとして空気を用いることで、崩壊熱除去を行う際、それら作動流体及びヒートシンクを失う可能性が大幅に低減される。本研究では、熱伝導を利用したRCCSの除熱能力の向上を目指した結果、除熱できる熱流束が2倍となり、RCCSの高さを半分に、または熱出力を2倍にすることが可能となった。
細見 成祐*; 明石 知泰*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 高松 邦吉
Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11
受動的安全性を備えた新しい炉容器冷却システム(RCCS)を提案する。RCCSは連続した2つの閉じた領域から構成される。1つは原子炉圧力容器(RPV)を囲む領域、もう1つは大気と熱交換をする冷却領域である。新しいRCCSはRPVから発生した熱を輻射や自然対流によって除去する。最終的なヒートシンクは大気であるため、電気的または機械的に駆動する機器は不要である。RCCSの性能を理解するためにスケールモデルを使用して実験を開始した。ヒーター壁と冷却壁に異なる放射率を設定し、3つの実験を実施した。ヒーターから放出された総熱出力および壁面温度分布に関するデータが得られた。モンテカルロ法を使ってヒーターから放出された総熱出力に対する放射の寄与を評価した。ヒーター壁を黒く塗った場合、総熱出力に対する放射の寄与は約60%まで増加できた。つまり、実機においてRPVの壁面の放射率を高くすることは有効である。同時に、冷却領域の壁面の放射率も高くすれば、大気への放射を増加できるだけでなく、RCCS内の対流熱伝達も促進できることがわかった。
加藤 正嗣*; 船越 寛司*; Liu, X.*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 神山 健司
Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11
Computational fluid dynamics based on particle-based simulations with a fully Lagrangian approach is a powerful tool to understand thermal-hydraulic behaviors of multi-component, multi-phase flows involved in disrupted nuclear core during severe accidents. In this study, a validation study of 3D particle-based simulation using the finite volume particle method was performed for mixing flow behavior of two liquid phases with different densities in a pool. Fundamental experiments using water and silicon oil were also carried out for the present validation. An enhanced multi-phase scheme was introduced to provide accurate and stable calculations of multi-phase flows characterized by high density ratios. The simulation results of the experiments were given to demonstrate validity of the present simulation method and enhanced performance for simulations of mixing and separation behaviors of liquid-liquid two-phase flows in the pool.
守田 幸路*; 小川 竜聖*; 時岡 大海*; Liu, X.*; Liu, W.*; 神山 健司
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-12) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2018/10
EAGLE炉内ID1試験は日本原子力研究開発機構によって実施され、FAIDUSと称される内部ダクト付き燃料集合体からの早期燃料流出を模擬したものである。試験で生じた早期ダクト破損は、燃料とスティールから構成される溶融プールからの高い熱流束によるものと解釈されている。試験後の分析からは、壁面に燃料クラストが形成されない状況において、高い熱伝導度を有するプール中の溶融スティールによって溶融プールからダクトへの伝熱が効果的に促進されたことが示唆されている。本研究では、多成分多相流の粒子法に基づいた完全ラグランジェ法を用いて溶融プールからダクト壁への熱伝達機構を分析した。プール中の溶融スティールと燃料の混合と分離挙動およびこれらの挙動がプールからダクトへの伝熱に与える影響を調べるため、燃料ピンの崩壊、溶融プールの形成およびダクト壁の破損に至る一連の挙動を模擬した。現在の2次元粒子法シミュレーションでは、10MW/m
を超える壁面への大きな熱負荷は、核発熱を伴う液体燃料が壁面へ直接接触することによるものであることが示された。
Phan, L. H. S.*; 大原 陽平*; 河田 凌*; Liu, X.*; Liu, W.*; 守田 幸路*; Guo, L.*; 神山 健司; 田上 浩孝
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-12) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2018/10
燃料デブリベッドの自己平坦化挙動は、ナトリウム冷却高速炉(SFR)での炉心崩壊事故(CDA)の安全評価における主要現象の1つである。SIMMERコードはSFRのCDA解析のために開発され、安全評価のみならずCDA時の主要な伝熱流動現象の数値解析に適切に適用されてきた。しかしながら、SIMMERの流体モデルは、個々の粒子特性のみならず、粒子間の強い相互作用を表現することは困難である。この問題を解決するため、SIMMERの多流体モデルと粒子に対する個別要素法(DEM)とを結合させた新しい手法を開発し、多相流における流体と粒子との相互作用および粒子挙動を適切に評価することを試みてきた。本研究では、DEMと結合したSIMMERコードの多流体モデルを検証するため、円筒状の粒子ベッドにガスを吹き込んだ自己平坦化試験シリーズの数値シミュレーションを行った。さらに検証を進める必要があるが、シミュレーション結果と試験結果とは適切に一致し、デブリベッドの自己平坦化を評価する手法としての潜在的な可能性を示した。DEMと結合したSIMMERコードは、SFRで粒子ベッドに関する安全評価のための次世代の計算手法として期待される。
Tang, C.*; Song, Q.*; Chang, C.-Z.*; Xu, Y.*; 大沼 悠一; 松尾 衛*; Liu, Y.*; Yuan, W.*; Yao, Y.*; Moodera, J. S.*; et al.
Science Advances (Internet), 4(6), p.eaas8660_1 - eaas8660_6, 2018/06
This work demonstrates markedly modified spin dynamics of magnetic insulator (MI) by the spin momentum-locked Dirac surface states of the adjacent topological insulator (TI). As the Bi concentration 
is systematically tuned in 5-nm-thick (Bi
Sb
)
Te
TI films, the weight of the surface relative to bulk states peaks at = 0.32 when the chemical potential approaches the Dirac point. At this concentration, the Gilbert damping constant of the precessing magnetization in 10-nm-thick YFe
O
MI films in the MI/TI heterostructures is enhanced by an order of magnitude, the largest among all concentrations. In addition, the MI acquires additional strong magnetic anisotropy that favors the in-plane orientation with similar Bi concentration dependence. These extraordinary effects of the Dirac surface states distinguish TI from other materials such as heavy metals in modulating spin dynamics of the neighboring magnetic layer.
Chadwick, M. B.*; Capote, R.*; Trkov, A.*; Herman, M. W.*; Brown, D. A.*; Hale, G. M.*; Kahler, A. C.*; Talou, P.*; Plompen, A. J.*; Schillebeeckx, P.*; et al.
Nuclear Data Sheets, 148, p.189 - 213, 2018/02
被引用回数：8 パーセンタイル：4(Physics, Nuclear)CIELO国際協力では、原子力施設の臨界性に大きな影響を与える重要核種(
U, 
U, 
Pu, 
Fe, 
O, 
H)の中性子断面積データの精度を改善し、これまで矛盾していると考えられた点を解消することを目的として研究が行われた。多くの研究機関が参加したこのパイロットプロジェクトは、IAEAの支援も受けて、OECD/NEAの評価国際協力ワーキングパーティ(WPEC)のSubgroup 40として組織された。本CIELOプロジェクトは、新たな実験研究や理論研究を行う動機付けとなり、測定データを正確に反映し臨界性の積分テストに優れた新たな一連の評価済みライブラリとして結実した。本報告書は、これまでの研究成果と、本国際協力の次の段階の計画概要をまとめたものである。
Li, Z.*; He, T.*; 松村 大樹; Miao, S.*; Wu, A.*; Liu, L.*; Wu, G.*; Chen, P.*
ACS Catalysis, 7(10), p.6762 - 6769, 2017/10
We report herein that the single-atom alloy (SAA) made of atomically dispersed Pt on the surface of Ni particles (Pt is surrounded by Ni atoms) exhibits improved catalytic activity on the hydrolytic dehydrogenation of ammonia-borane, a promising hydrogen storage method for onboard applications. Specifically, an addition of 160 ppm of Pt leads to ca. 3-fold activity improvement in comparison to that of pristine Ni/CNT catalyst. The turnover frequency based on the isolated Pt is 12000 mol
mol
min, which is about 21 times the value of the best Pt-based catalyst ever reported. Our simulation results indicate that the high activity achieved stems from the synergistic effect between Pt and Ni, where the negatively charged Pt (Pt
) and positively charged Ni (Ni
) in the Pt-Ni alloy are prone to interact with H and OH of HO molecules, respectively, leading to an energetically favorable reaction pathway.
Zr(
)
Zr cross section from the surrogate ratio method and its effect on 
-process nucleosynthesisYan, S. Q.*; Li, Z. H.*; Wang, Y. B.*; 西尾 勝久; Lugaro, M.*; Karakas, A. I.*; 牧井 宏之; Mohr, P.*; Su, J.*; Li, Y. J.*; et al.
Astrophysical Journal, 848(2), p.98_1 - 98_8, 2017/10
パーセンタイル：100(Astronomy & Astrophysics)The Zr()Zr reaction cross section is crucial in the modelling of -process nucleosynthesis in asymptotic giant branch stars because it controls the operation of the branching point at the unstable Zr and the subsequent production of Zr. We have carried out the measurement of the 
Zr(
O,O) and 
Zr(O,O) reactions and obtained the 
-decay probability ratio of 
Zr
and Zr to determine the Zr()Zr reaction cross sections with the surrogate ratio method. We tested our deduced maxwellian-averaged cross section in stellar models with masses between 2 and 6 
and metallicities 0.014 and 0.03. The largest changes - up 80 % variations in Zr - are seen in the models of 3-4 , where the 
Ne neutron source is mildly activated. The new rate can still provide a match to data from meteoritic stardust silicon carbide grains, provided the maximum mass of the parent stars is below 4 , for a metallicity of 0.03.
=28 and 
=50; Spectroscopy of 
ZnShand, C. M.*; Podoly
k, Zs.*; G
rska, M.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Nowacki, F.*; Otsuka, T.*; Sieja, K.*; Tostevin, J. A.*; Tsunoda, T.*; et al.
Physics Letters B, 773, p.492 - 497, 2017/10
被引用回数：8 パーセンタイル：14.67(Astronomy & Astrophysics)Low-lying states in neutron-rich 
Zn nuclei were measured for the first time via in-beam -ray spectroscopy at RIKEN. These include the 4
to 2 in 
Zn and the 2 to 0 and 4 to 2 in 
Zn. The reduced E(
) energies and increased E(4
)/E(2) ratios at =52,54 compared to 
Zn attest that the magicity is confined just on the neutron number =50 only. The levels observed in Zn suggest the onset of deformation towards heavier Zn isotopes. The data were compared to state-of-the-art shell model calculations.
Wang, C.*; Daiwei, Y.*; Liu, X.*; Chen, R.*; Du, X.*; Hu, B.*; Wang, L.*; 飯田 一樹*; 蒲沢 和也*; 脇本 秀一; et al.
Physical Review B, 96(8), p.085111_1 - 085111_5, 2017/08
被引用回数：2 パーセンタイル：66.33(Materials Science, Multidisciplinary)This paper presents a systematic study of spin and lattice dynamics in the quasi-one-dimensional spiral magnet CuBr
, using Raman scattering in conjunction with infrared and neutron spectroscopy. Along with the development of spin correlations upon cooling, we observe a rich set of broad Raman bands at energies that correspond to phonon-dispersion energies near the one-dimensional magnetic wave vector. The low-energy bands further exhibit a distinct intensity maximum at the spiral magnetic ordering temperature.
NHPbILi, B.; 川北 至信; Liu, Y.*; Wang, M.*; 松浦 直人*; 柴田 薫; 河村 聖子; 山田 武*; Lin, S.*; 中島 健次; et al.
Nature Communications (Internet), 8, p.16086_1 - 16086_9, 2017/06
被引用回数：24 パーセンタイル：5.65(Multidisciplinary Sciences)Perovskite CHNHPbI exhibits outstanding photovoltaic performances, but the understanding of the atomic motions remains inadequate even though they take a fundamental role in transport properties. Here, we present a complete atomic dynamic picture consisting of molecular jumping rotational modes and phonons, which is established by carrying out high-resolution time-of-flight quasi-elastic and inelastic neutron scattering measurements in a wide energy window ranging from 0.0036 to 54 meV on a large single crystal sample, respectively. The ultrafast orientational disorder of molecular dipoles, activated at approximately 165 K, acts as an additional scattering source for optical phonons as well as for charge carriers. It is revealed that acoustic phonons dominate the thermal transport, rather than optical phonons due to sub-picosecond lifetimes. These microscopic insights provide a solid standing point, on which perovskite solar cells can be understood more accurately and their performances are perhaps further optimized.
KrFlavigny, F.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Delaroche, J.-P.*; Girod, M.*; Libert, J.*; Rodriguez, T. R.*; Authelet, G.*; Baba, H.*; Calvet, D.*; et al.
Physical Review Letters, 118(24), p.242501_1 - 242501_6, 2017/06
被引用回数：14 パーセンタイル：9.07(Physics, Multidisciplinary)The first -ray spectroscopy of very neutron rich Kr isotopes was carried out at the RIBF at RIKEN Nishina center. Excited states in these isotopes were populated via (p,2p) reactions using radioactive 
Rb beams accelerated to 220 MeV/nucleon. The new data show a significant increase in deformation beyond N=60, as well as competing configurations (shape-coexistence) at low energy. The data were compared with beyond-mean-field calculations which predict level energies in good agreement with observation, and suggest oblate-prolate shape coexistence.
decay of unbound neutron-hole states in 
SnVaquero, V.*; Jungclaus, A.*; Doornenbal, P.*; Wimmer, K.*; Gargano, A.*; Tostevin, J. A.*; Chen, S.*; Ncher, E.*; Sahin, E.*; 志賀 慶明*; et al.
Physical Review Letters, 118(20), p.202502_1 - 202502_5, 2017/05
被引用回数：8 パーセンタイル：18.97(Physics, Multidisciplinary)Excited states in Sn were populated following one-neutron knockout reaction from an unstable 
Sn beam at the RIBF laboratory in RIKEN. In addition to the already known rays, additional strength was observed for the first time in the excitation-energy range 3.5-5.5 MeV. Since the neutron separation energy of Sn is low, this observation provides direct evidence for the radioactive decay of neutron-unbound states in this nucleus. The ability of decay to compete with neutron emission was attributed to a mismatch between the wave functions of the initial and final states in the neutron emission case. These findings suggest that in the region south-east of 
Sn, nuclear structure effects play a significant role in the decay of unbound states, which are instead usually ignored in the evaluation of neutron-emission probabilities in astrophysical simulations.
Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Rodriguez, T. R.*; Authelet, G.*; Baba, H.*; Calvet, D.*; Ch
teau, F.*; Corsi, A.*; Delbart, A.*; et al.
Physical Review C, 95(4), p.041302_1 - 041302_6, 2017/04
被引用回数：11 パーセンタイル：8.11(Physics, Nuclear)Neutron-rich isotopes of selenium, 
Se, where studied via in beam -ray spectroscopy after nucleon removal reactions at RIBF in RIKEN. The low-energy excitations of these nuclei were investigated using - coincidences, and the first and second excited 2 states were found at remarkably low energies. The analysis and comparison with self-consistent beyond-mean field calculations suggest that both shape coexistence and triaxiality are needed to describe these isotopes.
NeLiu, H. N.*; Lee, J.*; Doornenbal, P.*; Scheit, H.*; 武内 聡*; 青井 考*; Li, K. A.*; 松下 昌史*; Steppenbeck, D.*; Wang, H.*; et al.
Physics Letters B, 767, p.58 - 62, 2017/04
被引用回数：7 パーセンタイル：18.72(Astronomy & Astrophysics)理化学研究所のRIBFにて、中性子過剰核Neビームを生成し、それを用いた
C(Ne, 
Ne+)
陽子ノックアウト反応にてNeの励起状態を調べた。また、運動量分布も調べることにより、生成された状態のスピン・パリティを推定した。得られた励起準位の構造は、中性子数20が魔法数であると仮定したものとは大きく異なり、この原子核で侵入者配位(殻ギャップを超えて励起した状態)が基底状態および低励起状態が支配的となっていることがわかった。
殻と
殻の下半分の軌道を取り入れた大規模殻模型計算はこうした準位構造の性質自体は再現するものの、より定量的な一致を得るには殻を完全に取り入れた計算が必要であることがわかった。
TAs (
= Co,Ni)Tam, D. M.*; Song, Y.*; Man, H.*; Cheung, S. C.*; Yin, Z.*; Lu, X.*; Wang, W.*; Frandsen, B. A.*; Liu, L.*; Gong, Z.*; et al.
Physical Review B, 95(6), p.060505_1 - 060505_6, 2017/02
被引用回数：8 パーセンタイル：25.41(Materials Science, Multidisciplinary)We use neutron diffraction and muon spin relaxation to study the effect of in-plane uniaxial pressure on the antiferromagnetic (AF) orthorhombic phase in BaFeTAs and its Co- and Ni-substituted members near optimal superconductivity. In the low-temperature AF ordered state, uniaxial pressure necessary to detwin the orthorhombic crystals also increases the magnetic ordered moment, reaching an 11% increase under 40 MPa for BaFe
Co
As, and a 15% increase for BaFe
Ni
As. We also observe an increase of the AF ordering temperature (
) of about 0.25 K/MPa in all compounds, consistent with density functional theory calculations that reveal better Fermi surface nesting for itinerant electrons under uniaxial pressure. The doping dependence of the magnetic ordered moment is captured by combining dynamical mean field theory with density functional theory, suggesting that the pressure-induced moment increase near optimal superconductivity is closely related to quantum fluctuations and the nearby electronic nematic phase.
ZrPaul, N.*; Corsi, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Authelet, G.*; Baba, H.*; Bally, B.*; Bender, M.*; Calvet, D.*; Chteau, F.*; et al.
Physical Review Letters, 118(3), p.032501_1 - 032501_7, 2017/01
被引用回数：14 パーセンタイル：9.07(Physics, Multidisciplinary)The first measurement of rays emitted by the very neutron rich nuclei 
Mo (Z=42) and Zr (Z=40) was carried out at the RIBF facility at RIKEN. These data shine light on the postulated N=70 harmonic oscillator shell. If the spin-orbit splitting which gives rise to the N=82 shell gap is reduced in very neutron-rich nuclei, the harmonic oscillator gap at N=70 should open instead. However, both the measured energy of the first excited state Mo and Zr, respectively 235(7) keV and 185(11) keV, and their E(4)/E(2) ratio, indicate that these nuclei are good rotors, and exclude the shell stabilization scenario at Z=40 and N=70. These results were compared to state-of-the-art density functional theoretical calculations using Gogny and Skyrme effective interactions.
上澤 伸一郎; Liu, W.; Jiao, L.; 永武 拓; 高瀬 和之; 柴田 光彦; 吉田 啓之
日本原子力学会和文論文誌, 15(4), p.183 - 191, 2016/12
東京電力福島第一原子力発電所事故において、炉心の冷却のために海水が注入された。炉心が海水に晒されたことはこれまで経験がなく、海水注入による冷却材の物性値の変化や海水塩の析出が炉心の冷却能力へ与えた影響についての理解が求められる。また、現在の炉内状況把握のため、海水の伝熱流動評価モデルの作成が必要不可欠である。本論文では、非沸騰条件における二重管流路内の温度計測と流速分布計測を実施し、人工海水の伝熱流動特性について、純水やNaCl溶液との比較検証を行い、海水の伝熱流動評価モデルの作成を試みた。その結果、本実験においては、レイノルズ数2300[-]以上の強制対流域では、純水のみならず、人工海水やNaCl溶液においてもその伝熱流動特性はDittus-Boelterの式で示せることが確認されたとともに、加熱二重管内の流速分布においても作動流体に対する違いは見られなかった。自然対流が混じる共存対流の乱流域においても、人工海水やNaCl溶液のヌッセルト数は、純水と同様にグラスホフ数やプラントル数、レイノルズ数の無次元数で整理できた。このように、海水の物性値を考慮すれば、海水単相流の伝熱流動特性は、純水と同様の既存の伝熱流動評価モデルで評価できることが明らかにされた。
佐甲 博之; 原田 寛之; 坂口 貴男*; 中條 達也*; 江角 晋一*; 郡司 卓*; 長谷川 勝一; Hwang, S.; 市川 裕大; 今井 憲一; et al.
Nuclear Physics A, 956, p.850 - 853, 2016/12
被引用回数：7 パーセンタイル：26.65(Physics, Nuclear)We are designing a large acceptance heavy-ion spectrometer at J-PARC based on a Toroidal magnet to measure hadrons, lepton pairs, and event-by-event fluctuations. We are also designing a closed geometry spectrometer to measure hypernuclei to study weak decays and magnetic moments. In this presentation, the preliminary version of the designed acceleration scheme, as well as the spectrometers and their expected performance and physics results are presented.
