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坂本 哲夫*; 森田 真人*; 金成 啓太*; 富田 英生*; Sonnenschein, V.*; 齊藤 洸介*; 大橋 雅也*; 加藤 弘太郎*; 井口 哲夫*; 河合 利秀*; et al.
Analytical Sciences, 34(11), p.1265 - 1270, 2018/11
被引用回数：8 パーセンタイル：31.98(Chemistry, Analytical)Characterization of radionuclides in Fukushima is important to determine their origins and current state in the environment. Radionuclides exist as fine particles and are mixed with other constituents. A measurement method with both micro-imaging capability and highly selective element detection is necessary to analyze these particles. We developed such an imaging technique using a time-of-flight secondary ion mass spectrometry and wavelength tunable Ti:Sapphire lasers for resonance ionization of target elements without mass interference. This is called resonant laser ionization sputtered neutral mass spectrometry. The instrument has high lateral resolution and higher ionization selectivity using two-step resonance excitation of Cs with two lasers at different wavelengths. Optimization of the wavelength for resonance ionization using a Cs compound was performed, and a real environmental particle containing radioactive Cs was analyzed. Isotope images of three kinds of Cs were successfully obtained without interfere from Ba isotopes for the first time.
直江 崇; 粉川 広行; 二川 正敏; 井田 真人
Journal of Nuclear Science and Technology, 48(6), p.865 - 872, 2011/06
被引用回数：7 パーセンタイル：48.91(Nuclear Science & Technology)J-PARC核破砕中性子源水銀ターゲットでは、高出力化への障壁となっている圧力波励起水銀キャビテーションを抑制するための方策として、水銀中にマイクロバブルを注入することを計画している。本研究では、立ち上がりの早い圧力波に対するマイクロバブル注入の効果を水中放電により実験的に評価した。特に、伝播する圧力波に対するマイクロバブルの影響に着目し、マイクロバブルの半径、及びボイド率による減衰効果を調べた。その結果、半径約50
mをピークとするマイクロバブルにおいて圧力波によって励起される壁面の振動が、ボイド率の増加に従って著しく低減されることを確認した。マイクロバブルによる立ち上がりの早い圧力波の抑制効果について、数値解析によって予測された結果と合致する実験的確証を得た。
羽賀 勝洋; 直江 崇; 粉川 広行; 木下 秀孝; 井田 真人; 二川 正敏; Riemer, B.*; Wendel, M.*; Felde, D.*; Abdou, A.*
Journal of Nuclear Science and Technology, 47(10), p.849 - 852, 2010/10
被引用回数：4 パーセンタイル：30.63(Nuclear Science & Technology)物質・生命科学実験施設の中性子源である水銀ターゲットでは、陽子ビームのパルス入射により引き起こされる圧力波がターゲット壁面にキャビテーション壊食を生じさせることが懸念されている。これを防ぐため水銀中にヘリウムの微細気泡を注入する技術開発の一環として、大型水銀ループを用いた実機ターゲットモデルの水銀流動実験を実施した。気泡サイズと分布は透明なアクリル製上蓋を通して内部の気泡をスチルカメラで撮影し、画像処理により求めた。圧力波を低減させるためには、半径数十mから百m程度の微小気泡を陽子ビーム入射部付近に分布させる必要があるが、水銀流動実験での気泡サイズ分布は気泡半径50mをピーク値として150m以下の領域に存在し、大きな微小気泡はほとんど見られなかった。これは、気泡の浮力により陽子ビーム入射部近傍に到達する気泡サイズが制限されることが原因であることを定性的に示した。また、気泡注入により大きなガス溜まりの生成が見られたが、実機相当の水銀流速では発生しないことを確認した。さらに、ガスレイヤー生成による壁面冷却性能への影響を評価した。
井田 真人
Physics of Fluids, 21(11), p.113302_1 - 113302_13, 2009/12
被引用回数：30 パーセンタイル：73(Mechanics)J-PARC中性子源の開発において、高エネルギー陽子ビームの入射直後に水銀中で発生するキャビテーションが問題となっている。衝撃試験装置を用いたオフビーム実験により、キャビテーションによって発生した多数の気泡が高速の水銀ジェットを噴射し、水銀を囲う中性子源容器の寿命を著しく短縮する可能性が示唆されたのである。本論文では、キャビテーション抑制技術開発への一助とすべく、キャビテーション開始直後の複数気泡の振る舞いを詳細解析した。それにより、気泡核が複数ある場においては、液体中に十分に強い負圧が発生した場合にも、(a)その一部のみが急膨張を起こし、その他はほぼ静止したままの状態に保たれる場合があること、(b)気泡の急膨張が他の気泡の膨張に遮られ、崩壊に転ずる場合があることなどを見いだした。また、(c)多数の気泡核が存在する場合、液体中の負圧が大きく減少する場合があることなども明らかになった。これらの知見は、多数の気泡が発生し相互作用する実際的な場での気泡の複雑な振る舞いを理解するうえで有用になるものである。
井田 真人; 直江 崇; 二川 正敏
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600(2), p.367 - 375, 2009/03
被引用回数：7 パーセンタイル：47.15(Instruments & Instrumentation)核破砕中性子源の開発において、水銀中キャビテーションによる水銀容器の損傷が深刻な問題となっている。水銀へのマイクロバブル注入は、この問題の克服を目指してわれわれが試みている手段の一つであるが、最近の実験によってその有効性が徐々に明らかになりつつある。本論文では、実験結果に表れた幾つかの興味深い現象を説明することを目的に、複数気泡モデルを用いた数値解析を実施した。それにより、マイクロバブル注入による負圧のわずかな減少はキャビテーション気泡の挙動に甚大な影響を与えること、そして、その負圧の変化はマイクロバブルが放射する正の圧力波に起因するものであることを明らかにした。さらに、注入したマイクロバブル自体が損傷を引き起こす可能性について議論し、その崩壊強度がキャビテーション気泡のそれよりもずっと弱いことを示した。
井田 真人
Physical Review E, 79(1), p.016307_1 - 016307_7, 2009/01
被引用回数：34 パーセンタイル：84.02(Physics, Fluids & Plasmas)キャビテーションによって発生した気泡は激しく体積振動し、キャビテーションノイズと呼ばれる強い雑音を発生させる。この論文では、テッポウエビの生態をヒントに、圧力パルスによる気泡間相互作用がノイズ源となり得ることを示した。近年の観察により、テッポウエビがハサミを迅速に閉じる際に小さなキャビテーション気泡が発生し、その気泡が崩壊する際に強いノイズが放射されることが見いだされた。測定されたノイズは多数の正と負の圧力パルスから成るものであるが、単一の気泡を仮定した理論モデルでは負のパルスが再現できないことが明らかになっている。そこでわれわれは複数気泡モデルを用いた解析を行い、気泡の崩壊後に現れる多数のマイクロバブルがノイズ発生の鍵であることを突きとめた。提案したシナリオは次の通りである。崩壊するマイクロバブルは強い正の圧力パルスを放射するが、それが近隣のマイクロバブルを直撃した際に負のパルスとして反射される。この過程は沢山のマイクロバブルの間で繰り返され、それにより複雑なノイズ波形が作られる。本成果はノイズ測定によるキャビテーションのモニタリング技術などに有用となるものである。
井田 真人; 直江 崇; 二川 正敏
日本機械学会第21回計算力学講演会論文集(CD-ROM), p.572 - 573, 2008/11
J-PARC核破砕中性子源の開発において、水銀中で発生するキャビテーションとそれによる水銀容器の損傷が大きな問題となっている。本講演では、キャビテーションの発生を抑制すべく試みている「気泡注入」について、その効果を解析的に議論した結果を紹介する。気泡同士の相互作用までを考慮に入れた解析により、(1)水銀に注入したガス気泡が水銀中の負圧を減少させること,(2)それによりキャビテーションの発生が抑え込まれること,(3)注入した気泡自体は膨張率や最大崩壊速度が小さく、そのため損傷の原因にはなりにくいこと等が明らかになった。
二川 正敏; 粉川 広行; 長谷川 勝一; 直江 崇; 井田 真人; 羽賀 勝洋; 涌井 隆; 田中 伸厚*; 松本 洋一郎*; 池田 裕二郎
Journal of Nuclear Science and Technology, 45(10), p.1041 - 1048, 2008/10
被引用回数：32 パーセンタイル：87.37(Nuclear Science & Technology)高出力パルス中性子源水銀ターゲットに大強度陽子ビームを入射したときに生じる圧力波はキャビテーションを生じ、水銀容器の寿命を著しく低下させる。圧力波を低減するための技術として、微小気泡を水銀中に注入することを試みた。衝撃圧負荷装置を水銀ループに接続させて、流動水銀に微小気泡を注入し、それにより生じる変化を圧力応答及び損傷の観点から調べた。その結果、圧縮衝撃圧に気泡注入による変化は見られないが、損傷が著しく軽減した。この結果について、数値解析を行い考察し、気泡によりキャビテーションの発生が抑えられたことが理解された。
中島 憲宏; 新谷 文将; 西田 明美; 鈴木 喜雄; 井田 真人; 山田 知典; 櫛田 慶幸; Kim, G.; 木野 千晶; 武宮 博
Proceedings of International Symposium on Structures under Earthquake, Impact, and Blast Loading 2008, p.119 - 123, 2008/10
日本は第4のエネルギー消費国といわれているが、その消費資源である石油や天然ガスといった化石燃料資源はほとんど保有しておらず、それらの消費量の多くは輸入に依存しているために、安定したエネルギー供給が一つの問題になっている。一方、温室効果ガス制限のために、省エネルギー化の推進は、重要課題となっている。このような背景において、1966年に始まった日本の商業原子力発電は、今日ではそのエネルギー供給が日本の電気の消費量の約3割を占めるに至っている。日本の土地柄、地震対策は、社会基盤の運用上重要な課題である。その対策確保のために、計算科学的アプローチだけでなく、さまざまなアプローチにより多くの社会基盤の耐震性を検証してきている。本論では、地震対策のための計算科学的アプローチの一つとして、FIESTA(組立構造物のための有限要素解析)による大規模なシミュレーション技術を提案する。本論では、原子力分野で検討すべき衝撃荷重の事例を紹介するとともに、そのシミュレーション課題を議論する。
five-dimensional Vlasov simulation井戸村 泰宏; 井田 真人; 叶野 琢磨; 相羽 信行; 徳田 伸二
Computer Physics Communications, 179(6), p.391 - 403, 2008/09
被引用回数：82 パーセンタイル：95.34(Computer Science, Interdisciplinary Applications)革新的な無散逸保存型差分スキームを用いて新しい保存型グローバルジャイロ運動論的トロイダルfull-5次元ブラゾフシミュレーション(GT5D)を開発した。このスキームは現在のジャイロ運動論における重要な第一原理を満足することによって数値的な安定性を保証し、ロバーストかつ高精度なトカマク微視的乱流のシミュレーションを可能にする。GT5Dの妥当性は帯状流減衰テスト、イオン温度勾配駆動(ITG)モードの線形解析、及び、非線形ITG乱流シミュレーションのグローバルジャイロ運動論的トロイダル
粒子コードとの比較により検証された。この比較では粒子及びメッシュアプローチに基づく二つのジャイロ運動論コードを用いてITG乱流の大域解を定量的に同定した。
篠原 主勲*; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
International Journal for Numerical Methods in Fluids, 58(2), p.119 - 159, 2008/09
被引用回数：3 パーセンタイル：20.2(Computer Science, Interdisciplinary Applications)ストークス流中に置かれた物体が受ける流体抵抗を低減するための随伴変数法を定式化し、幾つかのテスト計算を行った。提案した定式化には、物体表面のメッシュを平滑化する手法や定積条件を保証する手法など、安定で頑健な最適化計算の実現に必須なテクニックが組み入れられている。支配方程式は有限要素法を用いて移動メッシュ上で解かれる。計算負荷や必要メモリが過大になることを避けるため、計算コードはHEC-MWライブラリのデータ圧縮ルーチンや並列化ライブラリを利用して実装された。ここで開発したコードにより、円柱がストークス流から受ける抵抗力を25%減らすことに成功した。
井田 真人; 直江 崇; 二川 正敏
日本流体力学会年会2008拡張要旨集(CD-ROM), 4 Pages, 2008/09
気泡注入がキャビテーション初生に与える効果を明らかにするため、キャビテーション気泡とガス気泡の相互作用について数値的に議論した。われわれは既報において、機械衝撃を受けた水銀中でキャビテーションが発生すること、そしてそれが核破砕中性子源に深刻な損傷を与えるだろうことを示した。本研究では、先在するガス気泡との相互作用までを考慮した複数気泡モデルにより、水銀への気泡注入がキャビテーション気泡の運動をどのように変えるかを議論した。その結果、水銀がキャビテーション気泡より十分に大きいガス気泡を含むときに、ガス気泡から放射される正の圧力波がキャビテーション気泡の急膨張を抑え込むことを見いだした。また、注入したガス気泡それ自身が損傷の原因になる可能性について議論し、ガス気泡の運動はキャビテーション気泡よりずっと穏やかであることを示した。
直江 崇; 井田 真人; 二川 正敏
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 586(3), p.382 - 386, 2008/03
被引用回数：19 パーセンタイル：76.01(Instruments & Instrumentation)液体中にガスマイクロバブルを注入することによるキャビテーション損傷の低減効果を実証するために、機械的に発生させたパルス圧力を用いたキャビテーション損傷実験を行った。実験対象は、核破砕中性子源の標的として用いられる液体水銀であり、静止,流動,流動+マイクロバブル注入の3種の条件下における損傷を比較した。キャビテーション損傷は、水銀静止時と比較して水銀流動により低減された。さらに、流動下でのマイクロバブル注入により顕著な低減効果が確認された。気泡注入条件下で観測されたわずかな負圧値の低下が、キャビテーション損傷の低減のメカニズムを理解する鍵となった。
井戸村 泰宏; 井田 真人; 徳田 伸二
Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 13(1), p.227 - 233, 2008/02
被引用回数：5 パーセンタイル：39.76(Mathematics, Applied)L1及びL2ノルムを保存する有限差分法を用いて新しい保存系ジャイロ運動論的ブラゾフコードを開発した。L2ノルムの保存により数値振動の成長が抑制されるため、本コードは長時間の微視的乱流シミュレーションにおいても数値的に安定でロバーストである。スラブ配位イオン温度勾配駆動乱流シミュレーションにおいて、新しいコードの数値特性を議論し、また、シミュレーション結果を従来の
粒子コードとベンチマークした。
井田 真人; 直江 崇; 二川 正敏
Physical Review E, 76(4), p.046309_1 - 046309_10, 2007/10
被引用回数：70 パーセンタイル：92.2(Physics, Fluids & Plasmas)ガス気泡注入が持つキャビテーション抑制効果を明らかにするため、負圧下でのキャビテーション気泡とガス気泡の挙動を数値的に解析した。われわれの最近の研究により、機械衝撃を受けた水銀中でキャビテーションが発生すること、そしてそれが核破砕中性子源(J-PARC水銀ターゲット)に深刻なダメージを与えるだろうことが明らかになった。本論文でわれわれは、水銀中に先在するガス気泡との相互作用までを考慮した理論モデルにより、水銀中キャビテーション気泡の挙動に関する数値的・理論的検討を行った。この検討により、注入されたガス気泡が放射する正の圧力波が水銀中の負圧を低減し、それによってキャビテーションの発生が抑制されることが明らかになった。この結果はガス気泡注入がキャビテーション損傷を低減する効果を持つことを示すものである。
Vlasov code and its comparison to gyrokinetic particle-in-cell code井戸村 泰宏; 井田 真人; 徳田 伸二; Villard, L.*
Journal of Computational Physics, 226(1), p.244 - 262, 2007/09
被引用回数：32 パーセンタイル：78.83(Computer Science, Interdisciplinary Applications)
及び
ノルムを保存する有限差分オペレータを用いて新しい保存系ジャイロ運動論的ブラゾフコードを開発した。ノルムの保存により数値振動の成長が抑制されるため、コードは数値的に安定であり、長時間シミュレーションにおいてもロバーストである。スラブ配位イオン温度勾配駆動(ITG)乱流シミュレーションにおいて、エネルギー保存及びエントロピーバランス関係式を確認し、従来の PICコードと計算結果のベンチマークを行った。この結果、保存系ブラゾフシミュレーションにおける厳密な粒子保存及び良好なエネルギー保存は長時間の微視的乱流シミュレーションを行ううえで有効であることが示された。PICコードとの比較においては、ブラゾフコード及びPICコードにおける
非線形性の物理的・数値的影響を明らかにした。
井田 真人; 井戸村 泰宏; 徳田 伸二
日本流体力学会年会2007講演論文集(CD-ROM), 5 Pages, 2007/08
3次元流体方程式のための保存型差分法を5次元運動論方程式に拡張し、核融合プラズマ乱流のための新しい数値計算コードを開発した。本コードで用いられる理論モデルはジャイロ運動論的方程式であり、また離散化式は、従属変数のみならずその二乗量をも保存することで知られる森西スキームに基づくものである。ITG乱流を例題としたテストにより、本コードの持つ幾つかの優れた特性が明らかになった。例えば、本コードの全エネルギー保存誤差は既存のコードと比べて1/10以下である。この結果は将来の開放系・衝突系への拡張に道を拓くものである。
井戸村 泰宏; 井田 真人; 徳田 伸二
日本流体力学会年会2007講演論文集(CD-ROM), 4 Pages, 2007/08
ETG(電子温度勾配駆動)乱流はトカマクプラズマにおける電子熱輸送の主要な機構の一つと考えられている。近年のシミュレーション研究によりETG乱流におけるさまざまな乱流構造が明らかになりつつあり、特に、熱輸送を抑制させる効果がある帯状流の形成が注目されている。本講演では、ジャイロ運動論モデルによるETG乱流の第一原理シミュレーションを示し、反転磁気シア磁場配位のシミュレーションで観測された帯状流に関して議論する。ETG乱流における帯状流と惑星大気のロスビー波乱流におけるジェットの類似性から帯状流の自己組織化機構を明らかにする。
井田 真人; 直江 崇; 二川 正敏
Proceedings of 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference (FEDSM 2007) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/07
液体への気泡注入がキャビテーションの発生に与える影響を評価するため、ガス気泡及びキャビテーション気泡のダイナミクスについて数値的に議論した。われわれの最近の研究により、機械衝撃を受けた水銀中でキャビテーションが発生すること、そしてそれがJ-PARC水銀ターゲットの寿命を著しく縮めるであろうことが明らかになった。本論文では、先在ガス気泡有りの場合となしの場合の水銀中でのキャビテーション気泡の挙動について数値解析し、先在するガス気泡がキャビテーションの発生に与える影響について議論した。これより、水銀中にキャビテーション気泡核より十分に大きいガス気泡が先在する場合には、ガス気泡が放射する圧縮波によってキャビテーションの発生が効果的に抑制されることを見いだした。
井田 真人; 直江 崇*; 二川 正敏
Physical Review E, 75(4), p.046304_1 - 046304_7, 2007/04
被引用回数：38 パーセンタイル：82.58(Physics, Fluids & Plasmas)J-PARC水銀ターゲットの開発で重要課題となっている水銀中キャビテーションに関し、機械衝撃によって水銀中に発生したキャビテーション気泡の直接観察と、その実験結果に関する理論的・数値的検討を行った。水銀表面に設置したガラス窓を通し、窓近傍に現れたキャビテーション気泡の成長挙動を高速度カメラによって捕らえた。発生した気泡の成長率について解析を行い、実験値と単一気泡モデルによる解析値の間に不一致が見られること、そして気泡-気泡間及び気泡-壁間の相互作用を考慮した理論モデルによってその不一致の原因を説明できることを示した。また、複数気泡系における気泡成長率を記述する理論式を導き、一定の負圧下での成長率の時間依存性を明らかにした。
