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Wang, Z.; 松本 俊慶; Duan, G.*; 松永 拓也*
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 414, p.116168_1 - 116168_49, 2023/09
被引用回数：9 パーセンタイル：87.40(Engineering, Multidisciplinary)Recently, consistent meshfree particle methods have been intensively studied. It has been pointed out that numerical inaccuracy or instability could easily occur with incomplete or biased neighbor support. This study proposes a new meshfree particle method called the compact moving particle semi-implicit (CMPS) method to decrease the condition number. In the proposed CMPS, the first-order and second-order derivatives are discretized separately, enhancing the numerical stability significantly. By adopting a small dilation parameter of the compact support, the CMPS can remarkably improve accuracy and reduce computational costs. Formulations for zeroth-order, first-order, and second-order derivatives are derived, and various boundary conditions, e.g., Dirichlet and Neumann, are discussed. In order to better deal with complex free-surface flows using the CMPS, some new numerical techniques, i.e., optimized regularization and reconstructed particle shifting schemes, are also developed. Furthermore, the surface fitting method is extended to address the surface tension. A convergence study is conducted in complex geometry to verify the stability, accuracy, and efficiency of the CMPS. Then, second-order accuracy is confirmed using the Taylor-Green vortex problem. After that, numerical examples concerning various free-surface flows, including square patch, hydrostatic pressure, dam break, droplet oscillation, and droplet coalescence, are calculated to demonstrate the potential of the CMPS.
鶴見 美和*; 榎戸 輝掲*; 一方井 祐子*; Wu, T.*; Wang, D.*; 篠田 太郎*; 中澤 知洋*; 辻 直樹*; Diniz, G.*; 片岡 淳*; et al.
Geophysical Research Letters, 50(13), p.e2023GL103612_1 - e2023GL103612_9, 2023/07
被引用回数：5 パーセンタイル：32.47(Geosciences, Multidisciplinary)Gamma-ray glows are observational evidence of relativistic electron acceleration due to the electric field in thunderclouds. However, it is yet to be understood whether such relativistic electrons contribute to the initiation of lightning discharges. To tackle this question, we started the citizen science "Thundercloud Project," where we map radiation measurements of glows from winter thunderclouds along Japan's sea coast area. We developed and deployed 58 compact gamma-ray monitors at the end of 2021. On 30 December 2021, five monitors simultaneously detected a glow with its radiation distribution horizontally extending for 2 km. The glow terminated coinciding with a lightning flash at 04:08:34 JST, which was recorded by the two radio-band lightning mapping systems, FALMA and DALMA. The initial discharges during the preliminary breakdown started above the glow, that is, in vicinity of the electron acceleration site. This result provides one example of possible connections between electron acceleration and lightning initiation.
; Bandgap narrowing, metallization, and remarkable enhancement of photoelectric activityFang, Y.*; Kong, L.*; Wang, R.*; Zhang, Z.*; Li, Z.*; Wu, Y.*; Bu, K.*; Liu, X.*; Yan, S.*; 服部 高典; et al.
Materials Today Physics (Internet), 34, p.101083_1 - 101083_7, 2023/05
被引用回数：8 パーセンタイル：69.27(Materials Science, Multidisciplinary)層状ファンデルワールスハライドは、外部圧力に対して特に敏感であるため、目的とする性質を持つ構造にチューンすることが可能となる。一方で、圧力に非常に敏感であるという特性は、同時に目的とする機能の実現に有害な相転移や格子歪みを引き起こす可能性があるためその操作は依然として困難である。この研究では、層状RhI結晶が持つ極めて弱い層間結合と高い機能可変性を観察した。5GPaという適度な圧力をかけると圧力誘起相転移が起こり、積層構造に変化が現れた。驚くべきことに、この相転移は、圧力に対してほぼ直線的なバンドギャップ減少という傾向に影響を与えなかった。また、より高い圧力では、1.3eVの赤方偏移というかなり大きな調整幅を伴う金属相が観測された。さらに、RhIのキャリア濃度は30GPaで4桁増加し、光電流は7.8GPaで5桁増加することが確認された。これらの結果は、ファンデルワールスハライドの層状構造という特異な特徴を生かした探索、調整、理解のための新たな機会を創出し、原子レベルの薄さを持つマテリアルバイデザインに基づく将来のデバイスとして有望である。
by monolayer hexagonal boron nitride coating for improved photo- and thermionic-cathodes山口 尚登*; 遊佐 龍之介*; Wang, G.*; Pettes, M. T.*; Liu, F.*; 津田 泰孝; 吉越 章隆; 虻川 匡司*; Moody, N. A.*; 小川 修一*
Applied Physics Letters, 122(14), p.141901_1 - 141901_7, 2023/04
被引用回数：6 パーセンタイル：69.27(Physics, Applied)単層BMをコートしたLaBの仕事関数の低減に関して報告する。hBNでコートされた領域は、非被覆あるいはグラフェンコートされたLaB(100)単結晶領域に比べて仕事関数が低下していることが、光電子顕微鏡(PEEM)および熱電子顕微鏡(TEEM)実験から分かった。グラフェンコートに比べてhBNコートされたLaB(100)では、非常に大きな仕事関数の低下が起きることが、DFT計算から定性的に分かった。計算に酸化層を考慮すると、計算と実験の間の整合性が改善された。放射光XPSによって、我々のLaB表面に酸化層が実在することを確認した。
Li, G.*; Duan, G.*; Liu, X.*; Wang, Z.
Moving Particle Semi-implicit Method; Recent Developments and Applications, 266 Pages, 2023/00
Moving Particle Semi-implicit (MPS) method has experienced decades of research and development since it was firstly proposed in 1996. The advanced numerical models have been developed. As the MPS method is becoming mature and stable, more and more researchers are engaging in its development and applying it to the simulations of complex multicomponent and multiphase flow in engineering. This book provides a comprehensive overview of the advanced numerical models of MPS method, including the improved discretization scheme, stabilization method, boundary condition, multiphase flow and fluid-structure interaction. The applications in the fields of nuclear engineering and ocean engineering are summarized as well. It promotes a deep understanding of the current challenges and the future development directions of the MPS method. This book is a valuable reference resource for the researchers, engineers and postgraduates with an interest in computational fluid dynamics and meshless particle methods.
Wang, Z.; Duan, G.*; 越塚 誠一*; 山路 哲史*
Nuclear Power Plant Design and Analysis Codes, p.439 - 461, 2021/00
The Moving Particle Semi-implicit (MPS) method is one kind of particles methods which are based on Lagrangian approach. It has been developed to analyze complex thermal-hydraulic problems, including those in nuclear engineering. Since meshes are no longer used, large deformation of free surfaces or interfaces can be simulated without the problems of mesh distortion. This approach is effective in solving multiphase fluid dynamics which is subject to complex motion of free surfaces or interfaces. Since its development, MPS method has been extensively utilized for wide range of applications in nuclear engineering. In this chapter, the basic theory of the MPS method is firstly explained. Then, some examples of its application in nuclear engineering, including bubble dynamic, vapor explosion, jet breakup, multiphase flow instability, in-vessel phenomenon, molten spreading, molten core concrete interaction (MCCI) and flooding, are presented.
Wang, Z.; Duan, G.*; 松永 拓也*; 杉山 智之
International Journal of Heat and Mass Transfer, 157, p.119919_1 - 119919_20, 2020/08
被引用回数：23 パーセンタイル：79.31(Thermodynamics)Enforcing accurate and consistent boundary conditions is a difficult issue for particle methods, due to the lack of information outside boundaries. Recently, consistent Neumann boundary condition enforcement is developed for the least squares moving particle semi-implicit method (LSMPS). However, the Robin boundary cannot be straightforwardly considered by that method because no computational variables are defined on the wall boundary. In this paper, a consistent Robin boundary enforcement for heat transfer problem is proposed. Based on the Taylor series expansion, the Robin boundary condition for temperature is converted to the fitting function of internal rather than boundary particles and incorporated into least squares approach for discretization schemes. Arbitrary geometries can be easily treated due to the use of polygons for wall boundary. A convergence study was firstly carried out to verify the consistency. Then, numerical tests of 1-D and 2-D heat conduction problems subjected to mixed boundary conditions were performed for verification, and good agreements with theoretical solutions were observed. Natural convection problems with different boundary conditions in an annulus were carried out for further validations of heat-fluid coupling. Excellent agreements between the present and literature results were demonstrated.
Wu, P.*; Fan, F.-R.*; 萩原 雅人*; 古府 麻衣子; Peng, K.*; 石川 喜久*; Lee, S.*; 本田 孝志*; 米村 雅雄*; 池田 一貴*; et al.
New Journal of Physics (Internet), 22(8), p.083083_1 - 083083_9, 2020/08
被引用回数：13 パーセンタイル：65.69(Physics, Multidisciplinary)熱電材料SnSeは、過去数年間で世界的な関心を呼び、その固有の強い格子非調和性は、その優れた熱電性能の重要な要素と見なされている。一方、SnSeにおける格子非調和性の理解は、特にフォノンダイナミクスがこの動作によってどのように影響を受けるかに関して、依然として不十分である。そのため、中性子全散乱,非弾性中性子散乱,ラマン分光法、および凍結フォノン計算により、Na
Sn
Se
S
の格子力学の包括的な研究を行った。格子非調和性は、対分布関数,非弾性中性子散乱、およびラマン測定によって確かめられた。熱膨張と多重フォノン散乱の影響を分離することにより、後者は高エネルギー光学フォノンモードで非常に重要であることがわかった。フォノンモードの強い温度依存性は、この系の非調和性を示している。さらに、我々のデータは、Sドーピングにより、高エネルギー光学フォノンの線幅が広がることを明らかにした。私たちの研究は、SnSeの熱電性能は、フォノンエンジニアリングを介して格子熱伝導率への高エネルギー光学フォノンモードの寄与を減らすことによってさらに強化できることを示唆する。
Xe ions on proton, deuteron, and carbon targetsSun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.
Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06
被引用回数：7 パーセンタイル：57.01(Physics, Nuclear)理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射によるXeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。
Xu, Z.*; Dai, G.*; Li, Y.*; Yin, Z.*; Rong, Y.*; Tian, L.*; Liu, P.*; Wang, H.*; Xing, L.*; Wei, Y.*; et al.
npj Quantum Materials (Internet), 5(1), p.11_1 - 11_7, 2020/02
被引用回数：4 パーセンタイル：34.39(Materials Science, Multidisciplinary)We use neutron scattering to study Vanadium (hole)-doped LiFe
V
As. In the undoped state, LiFeAs exhibits superconductivity at 
K and transverse incommensurate spin excitations similar to electron overdoped iron pnictides. Upon Vanadium doping to form LiFe
V
, the transverse incommensurate spin excitations in LiFeAs transform into longitudinally elongated ones in a similar fashion to that of potassium (hole)-doped Ba
K
Fe
As but with dramatically enhanced magnetic scattering and elimination of superconductivity. This is different from the suppression of the overall magnetic excitations in hole-doped BaFeAs and the enhancement of superconductivity near optimal hole doping. These results are consistent with density function theory plus dynamic mean field theory calculations, suggesting that Vanadium doping in LiFeAs may induce an enlarged effective magnetic moment 
with a spin crossover ground state arising from the inter-orbital scattering of itinerant electrons.
Pd
and 
Pd
; Competing proton and neutron excitations in neutron-rich palladium nuclides towards the 
shell closure渡邉 寛*; Wang, H. K.*; Lorusso, G.*; 西村 俊二*; Xu, Z. Y.*; 炭竃 聡之*; Orlandi, R.; 他47名*
Physics Letters B, 792, p.263 - 268, 2019/05
被引用回数：6 パーセンタイル：48.12(Astronomy & Astrophysics)The isotopes Pd and Pd, respectively with 79 and 81 neutrons, are key isotopes to understand the evolution of the N=82 shell closure below 
Pd. These nuclei were studied at RIBF (RIKEN). New isomeric states with half-lives of 144(4) ns and 39(6) 
s were assigned spins and parities of (23/2
) and (19/2) in Pd and Pd, respectively. The assignment was carried out based on the results of the 
-ray intensity balance analysis and the measured transition strengths with the aid of a shell-model calculation. The isomoer in Pd was ascribed predominantly to three neutron-hole excitations in the N=50-82 shell. The 19/2 state in Pd is expected to involve the coupling of proton and neutron configurations. The new data will provide important benchmarks for a better understanding of 
-process nucleosynthesis.
single unit-cell FeSe superconductor深谷 有喜; Zhou, G.*; Zheng, F.*; Zhang, P.*; Wang, L.*; Xue, Q.-K.*; 社本 真一
Journal of Physics; Condensed Matter, 31(5), p.055701_1 - 055701_6, 2019/02
被引用回数：6 パーセンタイル：27.64(Physics, Condensed Matter)本研究では、SrTiO
基板上の単層FeSeの構造が上下方向に非対称化していることを報告する。SrTiO基板上の単層FeSeは、鉄系超伝導体において最も高い転移温度(50K以上)を示す。全反射高速陽電子回折(TRHEPD)を用いた構造解析の結果、真空側と界面側のSe-Fe層間隔は異なり、上下方向に非対称な構造であることがわかった。これらの層間隔および結合角の平均値は、圧力下のバルクFeSeにおいて高い転移温度を示す最適値と一致している。したがって、SrTiO基板上の単層FeSeは非対称化することにより高い転移温度を発現するための最適構造を形成したと考えられる。
Wu, P.*; Zhang, B.*; Peng, K. L.*; 萩原 雅之*; 石川 喜久*; 古府 麻衣子; Lee, S. H.*; 組頭 広志*; Hu, C. S.*; Qi, Z. M.*; et al.
Physical Review B, 98(9), p.094305_1 - 094305_7, 2018/09
被引用回数：13 パーセンタイル：50.04(Materials Science, Multidisciplinary)熱電材料であるNaドープしたSnSeについて、ARPES, 中性子回折, 中性子非弾性散乱でその電子構造と格子ダイナミクスを測定した結果を報告する。
PdZhou, H. B.*; Zhou, X. H.*; Zhang, Y. H.*; Zheng, Y.*; Liu, M. L.*; Zhang, N. T.*; Chen, L.*; Wang, S. T.*; Li, G. S.*; Wang, H. X.*; et al.
European Physical Journal A, 47(9), p.107_1 - 107_7, 2011/09
被引用回数：6 パーセンタイル：41.07(Physics, Nuclear)Pd原子核の高スピン状態を、タンデム加速器及び多重線検出装置GEMINI-IIを用いて、インビーム線核分光法で調べた。既知の
バンド, 1/2
[550]バンドをより高スピン状態まで拡張した。発見されたバンド交差は
陽子の整列によるものであると解釈した。Pdの回転バンドの性質を周辺の核、及びcranked shell modelと比較・議論した。
笠原 清司; Hwang, G.*; 中島 隼人; Choi, H.*; 小貫 薫; 野村 幹弘
Journal of Chemical Engineering of Japan, 36(7), p.887 - 899, 2003/07
被引用回数：70 パーセンタイル：88.28(Engineering, Chemical)熱化学的水素製造プロセスであるISプロセスについて熱効率に対する操作条件の影響を評価した。HI濃縮に電気透析(EED)セル,HIの分解反応にメンブレンリアクターを適用した。4つの操作条件(HI分解反応器の転化率,HI蒸留塔の還流比,HI蒸留塔の圧力,及びEEDセル直後のHI濃度)の感度解析を行った。EEDセル直後HI濃度が熱効率に最も大きい影響があり、熱効率が13.3%変動した。他の操作条件の熱効率への影響は2%以下であった。プロセスの非理想性(EEDセルの電気エネルギーロス,熱交換器のロス,及び排熱からの電力回収におけるロス)の影響が評価された。EEDセルのロスによる熱効率の損失は11.4%だった。熱交換器のロスによって熱効率は5.7%減少した。電力回収のロスは6.3%効率を低下させた。装置が改良された後には、最大の熱効率を得るためにEEDセル直後HI濃度のような操作条件を最適化すべきである。EEDセル,熱交換器及び排熱回収を理想的に行った条件の下では、操作条件を最適化したプロセスの熱効率は56.8%であった。
Arifal; Hwang, G.; 小貫 薫
Journal of Membrane Science, 210(1), p.39 - 44, 2002/12
被引用回数：20 パーセンタイル：60.37(Engineering, Chemical)HI溶液の電界電気透析における市販陽イオン交換膜(CMB)のH
選択性を向上させるため、電子線架橋を試みた。照射膜の基本特性(膜抵抗,イオン交換容量,含水率)を測定した結果、イオン交換容量及び含水率は変わらないものの、膜抵抗に有意の減少が認められた。また、HI溶液([HI]=9.5mol/kg)の電解電気透析を、75
,9.6A/dm
の条件で行った結果、照射膜は、未照射膜に比べて、高いH選択性を示すことを確認し、予測した選択性向上の可能性を示した。
Hwang, G.; 小貫 薫
Journal of Membrane Science, 194(2), p.207 - 215, 2001/12
被引用回数：63 パーセンタイル：87.56(Engineering, Chemical)熱化学法ISプロセスの水素発生工程の高効率化を目的として、膜反応器によるヨウ化水素接触分解反応に関する理論的検討を行った。解析にあたり、H及びHIの透過係数は、試作したシリカ膜における実測値を用いた。実測困難なIの透過係数については、H/I選択性が分解率に及ぼす影響を調べて評価した。検討の結果、90%以上のヨウ化水素分解率の得られる条件が存在することを明らかにした。さらに、反応部体積と膜面積との比,無次元長さなどの反応器パラメータと分解率との関係を明らかにし、その結果をもとに膜反応器の設計指針を論じた。
小貫 薫; Hwang, G.; 清水 三郎
Journal of Membrane Science, 175(1), p.171 - 179, 2000/07
市販イオン交換膜CMH及びAPSを用い、HI重量モル濃度8~12mol/kgの範囲で、ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸の電気透析挙動を調べた結果、高濃度溶液にもかかわらず高い対イオン輸率及び低い水透過性が認められ濃縮可能であることが示された。本系では、陰イオン交換膜APSにおいて、水透過の著しい抑制、及び、ヨウ化物イオンの移動と逆方向への中性ヨウ素分子の輸送という2つの特異な現象が生起した。ヨウ化水素酸の濃度勾配の下での拡散透析においても、ヨウ化水素分子の透過と逆方向へのヨウ素の輸送という類似の現象が観察された。なお、これらのヨウ素の輸送はヨウ素濃度の勾配に逆らって進行した。以上の結果に関して、膜へのヨウ素の吸着の観点から考察した。
-HO-HI gaseous mixture using a silica membraneHwang, G.; 小貫 薫; 清水 三郎
AIChE Journal, 46(1), p.92 - 98, 2000/01
被引用回数：38 パーセンタイル：76.98(Engineering, Chemical)熱化学法ISプロセスのヨウ化水素分離反応への適用を目的として、CVD法によりシリカ膜を作製し、H-HO-HI混合ガスからの水素分離特性を評価した。平均孔径10mmの細孔を有する多孔質アルミナ管に、TEOSを原料とするCVD法によりシリカ被覆処理を施して、有効膜長20mm(S膜)及び100mm(L膜)の分離膜を試作した。試作に際して、シリカ蒸着量の制御により細孔閉塞度を制御して、低いHI透過速度及び高いH透過速度を発現させることを試みた。He/N選択性を指標としてシリカ蒸着量を制御した結果、600においてH/N選択性が53,9.2,4.1,135,6.6を示す膜(S1,S2,S3,L1,L2)を得た。300~600におけるH-HO-HI混合ガス分離実験の結果、水素透過速度に対する共存ガスの影響は小さくないこと、また、H/HO及びH/HI分離係数がそれぞれ3及び150以上であることを明らかにした。特に、S3膜は、10
mol/Pa・m・sオーダーの水素透過速度を有し、かつ、450において高いH/HI分離係数(650)を示した。
-HO-HI gaseous mixture using the silica membrance prepared by chemical vapor depositionHwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎; 大矢 晴彦*
J. Membr. Sci., 162(1-2), p.83 - 90, 1999/00
被引用回数：68 パーセンタイル：90.21(Engineering, Chemical)熱化学ISプロセスにおけるHI分解への適用のため、セラミックスを基膜とする水素分離膜を作製した。膜は、100nm(M1)と10nm(M2)の細孔径を有するアルミナ多孔質チューブを基膜として用い、TEOSを反応原料とする化学蒸着法により作製した。He,N,Hの純ガス透過実験は、300~600
Cの範囲で行った。HeとNガスは、細孔が析出するシリカによって閉塞されたため、活性化拡散機構により流れた。作製した膜の600Cにおける水素ガス透過速度は、約6
10
mol/Pa・m・sであった。H/Nの選択性はM1とM2膜でそれぞれ5.2と160を示した。H-HO-HI混合ガス分離実験を300~600C範囲で行った。水素の透過速度は水素単独に用いた場合とほぼ同等であり、HI透過速度は110
mol/Pa・m・s以下であった。450CにおけるH-HO-HI(モル比0.23:0.65:0.12)混合ガスでの膜の水素透過速度は、一日後でも変化しなかった。
