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論文

Investigating eutectic behavior and material relocation in B$$_{4}$$C-stainless steel composites using the improved MPS method

Ahmed, Z.*; Wu, S.*; Sharma, A.*; Kumar, R.*; 山野 秀将; Pellegrini, M.*; 横山 諒*; 岡本 孝司*

International Journal of Heat and Mass Transfer, 250, p.127343_1 - 127343_17, 2025/11

https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.127343

The study aims to measure boron concentration through the unidirectional diffusion of boron within the stainless steel (SS) layers while evaluating the updated model ability to replicate melt relocation behavior and geometry. In the current MPS simulations, one scenario employed dummy walls as heat sources, while another scenario used SS surface particles as heat sources to avoid interference with the melt flow as it reached the bottom of the specimen.

論文

Impact of microdosimetric modeling on computation of relative biological effectiveness for carbon ion radiotherapy

Hartzell, S.*; Furutani, K. M.*; Parisi, A.*; 佐藤 達彦; 加瀬 優紀*; Deglow, C.*; Friedrich, T.*; Beltran, C. J.*

Radiation (Internet), 5(2), p.21_1 - 21_24, 2025/06

https://doi.org/10.3390/radiation5020021

Microdosimetry is essential in particle therapy for understanding the biological effects of treatments by quantifying energy depositions within microscopic volumes. The calculation of the microdosimetric distributions can be carried out with physical models such as the Kiefer-Chatterjee (KC) track structure function and the Sato analytical microdosimetric function (AMF). Comprehensive comparisons across these physical models are lacking. The AMF is calculated for spherical domains, while the KC is traditionally calculated for a cylindrical domain. This study introduces a novel version of the KC function for spherical domains, allowing a direct comparison with AMF. The influence of each function on the calculation of the relative biological effectiveness (RBE) in carbon ion radiotherapy (CIRT) was evaluated.

論文

Nickel binding with magnetite nanoparticles

Fablet, L.*; P$'e$drot, M.*; Choueikani, F.*; Kieffer, I.*; Proux, O.*; Pierson-Wickmann, A.-C.*; Cagniart, V.*; 蓬田 匠; Marsac, R.*

Environmental Science; Nano, 12(5), p.2815 - 2827, 2025/05

https://doi.org/10.1039/d4en01114g
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)

ニッケル(Ni)は環境中に遍在する微量元素である。Niは酸化鉄ナノ粒子との親和性が高く、土壌や水中から酸化鉄ナノ粒子、特に環境中に普遍的に存在する磁鉄鉱によって除去することができれば、環境浄化のための新たな戦略の1つとなり、その研究の意義は大きい。しかし、磁鉄鉱の化学量論(Fe(II)とFe(III)の比率)を制御することが困難であるため、Niと磁鉄鉱の相互作用は十分に理解されていなかった。そこで本研究では、異なるFe(II)とFe(III)の比率を持つ磁鉄鉱ナノ粒子を用い、吸着実験とX線吸収分光法によって溶液中と嫌気雰囲気下におけるNiと磁鉄鉱の相互作用を調べた。この研究により明らかにされた磁鉄鉱とNiの相互作用は、将来的にNi汚染の環境浄化戦略を立案する上で重要な知見となりうる。

論文

Extending TOPAS with an analytical microdosimetric function; Application and benchmarking with nBio track structure simulations

Hartzell, S.*; Parisi, A.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*; Furutani, K. M.*

Physics in Medicine & Biology, 70(10), p.105010_1 - 105010_19, 2025/05

https://doi.org/10.1088/1361-6560/adcfec
 被引用回数：0

In this study, we presented the implementation of the Analytical Microdosimetric Function (AMF) within the TOPAS Monte Carlo platform as an efficient and accurate surrogate for track structure simulations. The AMF extension demonstrated strong agreement with TOPAS nBio track structure simulations for ions relevant to particle therapy and space applications, while offering significant computational advantages.

論文

Radiation heating effects on B$$_{4}$$C-SS eutectic melting and its relocation behaviour

Ahmed, Z.*; Sharma, A. K.*; Pellegrini, M.*; 山野 秀将; 岡本 孝司*

Arabian Journal for Science and Engineering, 50(5), p.3361 - 3371, 2025/03

https://doi.org/10.1007/s13369-024-09412-9
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)

This study pioneers the use of radiative heating for high-resolution visualisation and quantification of the eutectic melt composition, providing a novel approach to observing the melting and candling phenomena. Key findings include two distinct failure processes: SS cladding detachment forming molten droplets and fragmentation of B$$_{4}$$ pellets, with sintering observed in B$$_{4}$$ powder.

論文

Magnetite stoichiometry (Fe(II)/Fe(III)) controls on trivalent chromium surface speciation

Scaria, J.*; P$'e$drot, M.*; Fablet, L.*; 蓬田 匠; Nguyen, T. T.*; Sivry, Y.*; Catrouillet, C.*; Pradas del Real, A. E.*; Choueikani, F.*; Vantelon, D.*; et al.

Environmental Science & Technology, 59(11), p.5747 - 5755, 2025/03

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c12899
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Engineering, Environmental)

クロム(Cr)とマグネタイトの相互作用メカニズムを理解し予測することは、環境中のCrの物地球化学的挙動を解明し、最適な土壌浄化および水処理戦略を開発する上で特に重要である。最も毒性の高いCr(VI)がCr(III)に還元されて除去されることは広く報告されているが、Cr(III)のマグネタイトへの吸着に関わる正確なメカニズムは解明されていなかった。本研究では、Cr(III)溶液と10nmサイズのマグネタイトの相互作用を調べた。本研究では、pHとマグネタイトの化学量論の双方がCr(III)吸着メカニズムに及ぼす複合的な影響を調べることで、Cr(III)-(hydr)Oxide沈殿の生成が必ずしも溶液からのCr(III)の除去を駆動するプロセスではないことが明らかになった。これらの結果は、環境中のCrの輸送と終着点の予測、およびマグネタイトを用いたCr浄化プロセスの開発に役立つと期待される。

論文

Transport and confinement physics Chapter 2 of the special issue: on the path to tokamak burning plasma operation

Yoshida, M.*; McDermott, R. M.*; Angioni, C.*; Camenen, Y.*; Citrin, J.*; Jakubowski, M.*; Hughes, J. W.*; 井戸村 泰宏; Mantica, P.*; Mariani, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 65(3), p.033001_1 - 033001_132, 2025/02

https://doi.org/10.1088/1741-4326/ad8ced
 被引用回数：4 パーセンタイル：89.66(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER Physics Basis出版以降のITPA輸送・閉じ込め(TC)グループにおけるプラズマ輸送と閉じ込めの物理理解と理論モデル開発の進展を、ITERと燃焼プラズマの予測・制御への貢献に焦点を当ててまとめた。本論文は、過去15年間のITPA TC共同実験/共同活動によって主に導かれた進歩について、一般的かつ合理的な概観を提供するものである。本論文は、ITPA TCグループの科学的な戦略とスコープ、主要な進歩の全体像から始まり、粒子輸送、不純物輸送、イオン・電子乱流熱輸送、運動量輸送、3次元磁場が輸送に与える影響、閉じ込めモード遷移、大域的閉じ込め、簡約化輸送モデルといった各研究分野の進歩を示す。

論文

A Study of the $$phi N$$ correlation function

Abreu, L. M.*; Gubler, P.; Khemchandani, K. P.*; Mart$'i$nez Torres, A.*; 保坂 淳

Physics Letters B, 860, p.139175_1 - 139175_7, 2025/01

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2024.139175
 被引用回数：2 パーセンタイル：58.81(Astronomy & Astrophysics)

The femtoscopic $$phi N$$ correlation function is studied within a hadronic effective Lagrangian approach with coupled channels, based on hidden local symmetry. The results are compared with the data recently reported by the ALICE collaboration. We find that the correlation function has very different features for the $$phi N$$ system in the spin 1/2 and 3/2 configurations, with the spin-averaged combination matching well with the experimental data. A strong attraction, leading to the formation of a $$phi N$$ bound state or a very prominent cusp is found in the spin 3/2 case. The correlation function for spin 1/2, on the other hand, is strongly impacted by the negative parity $$N$$*(1895) nucleon resonance.

論文

LET-based approximation of the microdosimetric kinetic model for proton radiotherapy

Parisi, A.*; Furutani, K. M.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*

Medical Physics, 51(10), p.7589 - 7605, 2024/10

https://doi.org/10.1002/mp.17337
 被引用回数：2 パーセンタイル：53.22(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)

本研究では、陽子線治療における生物学的相対有効性(RBE)モデルの課題に対処するため、LET(線量平均線エネルギー伝達)に基づく近似的なMKM(マイクロドシメトリックキネティックモデル)を開発した。これは、炭素イオン治療で使用されるメカニズムに基づくアプローチを陽子線に適用する試みでる。このLETベースのMKMは、線量平均LETと微生物学的指標の相関を確立し、複数の細胞株に対する生存率のモデリングに成功した。これにより、陽子線治療計画システムで容易に利用可能な物理量に基づくRBEの数学的記述が実現された。

論文

France-Japan collaboration on severe accident studies in sodium-cooled fast reactors, 2; Methodologies and calculations of severe accident phases

曽我部 丞司; 石田 真也; 田上 浩孝; 岡野 靖; 神山 健司; 小野田 雄一; 松場 賢一; 山野 秀将; 久保 重信; 久保田 龍三郎*; et al.

Proceedings of International Conference on Nuclear Fuel Cycle (GLOBAL2024) (Internet), 4 Pages, 2024/10

日仏協力の枠組みにおいて、タンク型ナトリウム冷却高速を対象とした過酷事故の評価手法を定義し、解析評価を実施した。

論文

Comparative evaluation of two analytical functions for the microdosimetry of ions from $$^{1}$$H to $$^{238}$$U

Parisi, A.*; Furutani, K. M.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*

Quantum Beam Science (Internet), 8(3), p.18_1 - 18_16, 2024/09

https://doi.org/10.3390/qubs8030018

The analytical microdosimetric function (AMF) implemented in the Monte Carlo code PHITS is a unique tool that bridges the gap between macro- and microscopic scales of radiation interactions, enabling accurate microdosimetric calculations over macroscopic bodies. This study compares the older and newer AMFs in computing microdosimetric probability distributions, mean values, and the relative biological effectiveness (RBE). The newer AMF was found to offer superior performance, particularly for very heavy ions, producing results that align more closely with published in vitro clonogenic survival experiments. These findings suggest that the updated AMF provides a more reliable tool for microdosimetric calculations and RBE modeling, essential for ion radiation therapy and space radiation protection.

論文

Circular polarization measurement for individual gamma rays in capture reactions with intense pulsed neutrons

遠藤 駿典; 安部 亮太*; 藤岡 宏之*; 猪野 隆*; 岩本 修; 岩本 信之; 河村 しほり*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 小林 龍珠*; et al.

European Physical Journal A, 60(8), p.166_1 - 166_10, 2024/08

https://doi.org/10.1140/epja/s10050-024-01392-6
 被引用回数：2 パーセンタイル：78.45(Physics, Nuclear)

Measurements of $$gamma$$-ray circular polarization emitted from neutron capture reactions provide valuable information for nuclear physics studies. The spin and parity of excited states can be determined by measuring the circular polarization from polarized neutron capture reactions. Furthermore, the $$gamma$$-ray circular polarization in a neutron capture resonance is crucial for studying the enhancement effect of parity nonconservation in compound nuclei. The $$gamma$$-ray circular polarization can be measured using a polarimeter based on magnetic Compton scattering. A polarimeter was constructed, and its performance indicators were evaluated using a circularly polarized $$gamma$$-ray beam. Furthermore, as a demonstration, the $$gamma$$-ray circular polarization was measured in $$^{32}$$S(n,$$gamma$$)$$^{33}$$S reactions with polarized neutrons.

論文

Reevaluation of structures in $$^{70}$$Se from combined conversion-electron and $$gamma$$-ray spectroscopy

Smallcombe, J.; Garnsworthy, A. B.*; Korten, W.*; Singh, P.*; Muir, D.*; Pr$'o$chniak, L.*; Ali, F. A.*; Andreoiu, C.*; Ansari, S.*; Ball, G. C.*; et al.

Physical Review C, 110(2), p.024318_1 - 024318_16, 2024/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.110.024318
 被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Physics, Nuclear)

In the selenium isotopes various shape phenomena are present, in particular the emergence of a dominant oblate deformation in the most neutron-deficient isotopes has been observed. The scenario of shape coexisting oblate and prolate bands has been proposed across the isotopic chain, with the crossing point of such bands being located near $$^{70}$$Se, where no coexistence has yet been identified. To determine the presence or absence of any low-lying $$0^+$$ state in $$^{70}$$Se, confirm the level structure, and interpret the nuclear deformation with theoretical models. A combined internal conversion electron and $$gamma$$-ray spectroscopy study was undertaken with the SPICE and TIGRESS spectrometers at the TRIUMF-ISAC-II facility. Nuclear models were provided by the Generalised Triaxial Rotor Model (GTRM) and the collective Generalised Bohr Hamiltonian (GBH). Despite a comprehensive search, no evidence was found for the existence of a $$0^+$$ state below 2 MeV in $$^{70}$$Se. Significant discrepancies to the previously established positive parity level scheme were found. GBH calculations using UNEDF1 mass parameters were found to reproduce the revised low-lying level structure well. $$^{70}$$Se does not have a well defined axial shape. The 2$$_2^{+}$$ state at 1601 keV resembles a quasi-$$gamma$$ excitation rather than a member of a shape coexisting band; the presence of such a band is all but ruled out.

論文

Study on eutectic melting behavior of control rod materials in severe accidents of sodium-cooled fast reactors, 1; Project overview and progress until 2022

山野 秀将; 高井 俊秀; 江村 優軌; 福山 博之*; 東 英生*; 西 剛史*; 守田 幸路*; 中村 勤也*; Ahmed, Z.*; Pellegrini, M.*

Proceedings of 14th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation, and Safety (NTHOS-14) (Internet), 12 Pages, 2024/08

本発表はプロジェクト全体概要及び2022年度までの進捗概要について報告する。この論文における具体的成果は、初めての固化試験データを取得したことである。

論文

Study on eutectic melting behavior of control rod materials in severe accidents of sodium-cooled fast reactors, 4; Analyzing Eutectic Melting and Relocation Dynamics in B$$_{4}$$C-stainless steel using the Moving Particle Semi-Implicit (MPS) Method

Ahmed, Z.*; Wu, S.*; Pellegrini, M.*; 岡本 孝司*; Sharma, A.*; 山野 秀将

Proceedings of 14th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation, and Safety (NTHOS-14) (Internet), 14 Pages, 2024/08

本解析では、いったん共晶反応が起こると、ステンレス鋼(SS)へボロンが拡散していくことを示す。単価ホウ素(B$$_{4}$$C)とSSの界面で溶融が開始し、融体はSS被覆管を伝って流下する。また、昇温するにつれて、融体内のボロン濃度が上昇することがわかった。炉心内のB$$_{4}$$C侵入の効果を理解するため、更新されたMPS法によって、共晶反応モデルの計算能力がシビアアクシデントを模擬した制御棒の共晶反応及びその後の再配置を効果的に解析できることを示した。

論文

Coulomb spike model of radiation damage in wide band-gap insulators

Costantini, J.-M.*; 小川 達彦

Quantum Beam Science (Internet), 8(3), p.20_1 - 20_16, 2024/08

https://doi.org/10.3390/qubs8030020

本研究では、不導体材料における放射線照射損傷の発生メカニズムを、クーロンスパイク法に基づいて説明する理論を構築した。ほぼ同じ密度(2.65)を持つフッ化リチウムと二酸化ケイ素を標的とし、ほぼ同じLETを持つ核子辺り1MeVのNiイオンとKrイオンを照射した場合について、PHITSの飛跡構造解析機能ITSARTとETS-for-Siを用いて電離の空間分布を計算し、電離(カチオン)の間に生じる静電気エネルギーを推定した。この静電気エネルギーが運動エネルギー、ひいては標的中の熱に変換されると仮定すると、二酸化ケイ素の中では、運動するカチオンの核的衝突によって付与される熱で、結晶の溶融が発生することを説明できた。また、フッ化リチウムではフォノンが付与される熱を受け取るが、それが十分でないため溶融に至らないことを説明できた。実験的な観測によると、二酸化ケイ素でのみ溶融後の冷却によって生じたと思われるアモルファス相が見られることから、本研究の理論解析は実験的事実と符合する妥当なものと判断される。

論文

Study on the difference between B$$_{4}$$C powder and B$$_{4}$$C pellet regarding the eutectic reaction with stainless steel

Hong, Z.*; Ahmed, Z.*; Pellegrini, M.*; 山野 秀将; Erkan, N.*; Sharma, A. K.*; 岡本 孝司*

Progress in Nuclear Energy, 171, p.105160_1 - 105160_13, 2024/06

https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2024.105160
 被引用回数：4 パーセンタイル：93.24(Nuclear Science & Technology)

本研究では、B$$_{4}$$C粉末とステンレス鋼(SS)間との共晶反応はB$$_{4}$$C粉ペレットとSS間とのそれより相当に速いことが分かった。粉末及びペレットに対して導出された反応速度定数は参考文献値によく一致している。また、粉末とペレットの場合の詳細微細構造をSEM/EDSを用いて組成分析を行った。粉末の場合、(Fe,Cr)Bからなる反応層として厚肉層が見られた。一方、ペレットの場合、2つの反応層が見られた。

論文

Eutectic melting and relocation behavior of B$$_{4}$$C pellet-stainless steel under radiative heating

Ahmed, Z.*; Sharma, A. K.*; Pellegrini, M.*; 山野 秀将; 叶野 翔*; 岡本 孝司*

Ceramics International, 50(10), p.17665 - 17680, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.02.256
 被引用回数：2 パーセンタイル：58.08(Materials Science, Ceramics)

本研究では、2つの独特な破損メカニズムを同定した。一つはB$$_{4}$$Cペレットからステンレス鋼が分離した後に溶融液滴が形成する。もう一つはおそらく熱応力によってB$$_{4}$$Cペレットが複数個に破壊される。可視化技術と界面抵抗解析によって共晶温度を正確に捉えた。

論文

A Systematic approach for the adequacy analysis of a set of experimental databases; Application in the framework of the ATRIUM activity

Baccou, J.*; Glantz, T.*; Ghione, A.*; Sargentini, L.*; Fillion, P.*; Damblin, G.*; Sueur, R.*; Iooss, B.*; Fang, J.*; Liu, J.*; et al.

Nuclear Engineering and Design, 421, p.113035_1 - 113035_16, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2024.113035
 被引用回数：6 パーセンタイル：97.32(Nuclear Science & Technology)

In the Best-Estimate Plus Uncertainty (BEPU) framework, the use of best-estimate code requires to go through a Verification, Validation and Uncertainty Quantification process (VVUQ). The relevance of the experimental data in relation to the physical phenomena of interest in the VVUQ process is crucial. Adequacy analysis of selected experimental databases addresses this problem. The outcomes of the analysis can be used to select a subset of relevant experimental data, to encourage designing new experiments or to drop some experiments from a database because of their substantial lack of adequacy. The development of a specific transparent and reproducible approach to analyze the relevance of experimental data for VVUQ still remains open and is the topic of this contribution. In this paper, the concept of adequacy initially introduced in the OECD/NEA SAPIUM (Systematic APproach for model Input Uncertainty quantification Methodology) activity is formalized. It is defined through two key properties, called representativeness and completeness, that allows considering the multifactorial dimension of the adequacy problem. A new systematic approach is then proposed to analyze the adequacy of a set of experimental databases. It relies on the introduction of two sets of criteria to characterize representativeness and completeness and on the use of multi-criteria decision analysis method to perform the analysis. Finally, the approach is applied in the framework of the new OECD/NEA ATRIUM activity which includes a set of practical IUQ exercises in thermal-hydraulics to test the SAPIUM guideline in determining input uncertainties and forward propagating them on an application case. It allows evaluating the adequacy of eight experimental databases coming from the Super Moby-dick, Sozzi-Sutherland and Marviken experiments and identifying the most adequate ones.

論文

Spectroscopy of neutron-rich Fe isotopes populated in the $$^{70}$$Zn+$$^{238}$$U reaction

Benito, J.*; Lenzi, S. M.*; Recchia, F.*; Axiotis, M.*; Aydin, S.*; Bazzacco, D.*; Benzoni, G.*; Orlandi, R.; 他37名*

Acta Physica Polonica B; Proceedings Supplement, 17(3), p.3-A4_1 - 3-A4_7, 2024/04

https://doi.org/10.5506/APhysPolBSupp.17.3-A4
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)

Excited states of neutron-rich $$^{64,66,68}$$Fe isotopes have been studied through a multinucleon transfer reaction of a $$^{70}$$Zn beam on a $$^{238}$$U target at the National Laboratories of Legnaro, Italy. The magnetic spectrometer PRISMA was used to identified the isotopes produced in the reaction, and the CLARA array of Clover Ge detectors to detect their gamma rays. The obtained level scheme were compared with new, state-of-the-art large scale shell model calculations. The large model space used in the calculation, which included the 2d$$_{5/2}$$ orbital, revealed that this orbit is key in order to obtain excellent agreement between the calculations and the experimental data.

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