Optimized phase-field modeling using a modified conservative Allen-Cahn equation for two-phase flows

杉原 健太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 山下 晋

JAEA-Research 2023-006, 47 Pages, 2023/10

JAEA-Research-2023-006.pdf:3.28MB

本報告書では、気液二相流シミュレーションのためのフェーズフィールドモデルに基づく新しい界面捕獲法を提案する。従来のフェーズフィールドモデルでは、界面補正強度パラメータは計算領域内の最大流速から決定されていたが、界面補正は空間全体に一様に適用されているため、補正を必要としない位置にも適用されていた。新手法では、フェーズフィールド変数あるいはフェーズフィールドモデルの強度に空間分布を持つように拡張し、局所的な流速場に応じた最適なパラメータを設定できるようにした。また、界面移流試験や気泡上昇計算の誤差解析を用いた系統的なパラメータスキャンに基づき、最適なフェーズフィールドパラメータを導出する手法を提案する。気液二相流のベンチマークテストを通じて、提案モデルを検証し、提案モデルが従来のフェーズフィールドモデルよりも高精度であることを示す。

マルチフェーズフィールド法を用いた気液二相流解析

杉原 健太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 山下 晋

第36回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2022/12

本報告ではConservative Allen-Cahn型のMulti-Phase Field(MPF)法をベースに、個別の相の保存性も保証する保存型MPF法を提案し、2次元の界面移流計算による保存性検証テストを実施し保存できていることを確認した。保存型MPF法を水平に配置された2つの気泡上昇計算に適用し、Duineveldらの実験における気泡の反発現象をZhangらの計算の1/50の解像度で再現可能であることが分かった。

気液二相流問題におけるフェーズフィールド変数の最適化

杉原 健太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 山下 晋

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 27, 5 Pages, 2022/06

フェーズ・フィールド法は気液界面の追跡手法として様々な多相流問題に適用され、成功を収めている。しかしながら、フェーズ・フィールド法の精度は、問題に応じて経験的に調整されたハイパーパラメータに依存する。フェーズ・フィールド法は移流項の数値粘性と拡散・逆拡散項による界面修正のバランスによってシャープな界面を維持する。この点に着目し、界面移流の基本的な誤差解析を行うことによって非経験的に最適なハイパーパラメータを決定する手法を提案する。

日本-IAEA合同原子力エネルギーマネジメントスクールの概要; 2016年

山口 美佳; 日高 昭秀; 生田 優子; 村上 健太*; 富田 明*; 広瀬 大也*; 渡邉 正則*; 上田 欽一*; 生井澤 賢*; 小野瀬 貴利*; et al.

JAEA-Review 2017-002, 60 Pages, 2017/03

JAEA-Review-2017-002.pdf:9.41MB

IAEAは、将来原子力エネルギー計画を運営管理するリーダーとなる人材の育成を目的とした原子力エネルギーマネジメントスクールを2010年より世界各国で開催している。原子力機構は、日本原子力人材育成ネットワークの事務局として、同ネットワークに参加している東京大学、日本原子力産業協会及び原子力国際協力センターとともに、2012年よりIAEAと共催という運営形態で上記スクールを日本で継続的に開催している。2016年は、IAEAの専門家を講師とした講義とともに、日本開催の特徴を生かしつつ、日本人専門家の協力を得て、福島第一原子力発電所事故の教訓、日本の原子力分野における経験・技術の紹介などを含む独自性のある講義を提供した。施設見学では、多様な原子力関連施設の見学を福井県及び神戸市で実施した。本スクールの開催を通して、我が国の若手人材の国際化および新規原子力導入国等の人材育成へ貢献することができ、また、我が国とIAEAとの協力関係の促進に資することができた。加えて、関係機関が一体となって協力し合い開催することにより、国内の原子力人材育成ネットワークの協力関係を強化することができた。

Proton-exchange mechanism of specific Cs adsorption lattice defect sites of Prussian blue filled with coordination and crystallization water molecules

石崎 学*; 秋葉 沙依*; 大谷 麻子*; 星 祐二*; 小野 健太*; 松葉 茉優*; 富樫 貴成*; 金井塚 勝彦*; 坂本 政臣*; 高橋 顕*; et al.

Dalton Transactions, 42(45), p.16049 - 16055, 2013/12

https://doi.org/10.1039/c3dt51637g

福島第一原子力発電所の事故を受けて、プルシアンブルー(PB)をベースにした高性能セシウム(Cs)吸着剤を開発するために、PBへのCsイオンの吸着の基本メカニズムを明らかにした。Csイオン吸着能に関して2種類のPBナノ粒子を比較したところ、4Feと3[Fe(CN)]から合成された典型的なPB-1では、市販のPB-2よりも効率的に吸着することを明らかにした。この違いが、PB上に形成される欠陥の数で決まることを突き止めることができた。

Decrease of charge collection due to displacement damage by rays in a 6H-SiC diode

小野田 忍; 大島 武; 平尾 敏雄; 三島 健太; 菱木 繁臣; 岩本 直也; 児島 一聡*; 河野 勝泰*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 54(6), p.1953 - 1960, 2007/12

https://doi.org/10.1109/TNS.2007.910203

In order to investigate the influence of displacement damage or change collection in Sic diode, the charge generated in 6H-SiC np diodes by 15 MeV O ions was measured using the TIBIC (Transient Ion Beam Induced Current) system before and after -ray irradiations. The measured CCE (Collected Charge Efficiency) and the diffusion length reduce with increasing the equivalent displacement damage dose which is estimated using Non Ionizing Energy Loss (NIEL). It was found that the degradation of the diffusion length for p-type 6H-SiC is proportional to the square of the displacement damage dose, and this relationship is the same as that reported for n-type SiC and p-type GaAs.

Heavy-ion induced current through an oxide layer

高橋 芳浩*; 大木 隆弘*; 長澤 賢治*; 中嶋 康人*; 川鍋 龍*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 三島 健太; 河野 勝康*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 260(1), p.309 - 313, 2007/07

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2007.02.010

Si基板上にAlゲートp-MOSFETを作製し、TIARAの重イオンマイクロビームシステムを使用して重イオン照射を行い、照射誘起過渡電流の測定を行った。その結果、ゲート端子における過渡電流は、照射中負のゲート電圧を印加した状態でのみ観測されることがわかった。また、ソース・ドレイン電極を接地(基板と同電位)してゲート領域に重イオンを照射した場合、ピーク値の異なる正・負の電流が観測され、その積分値は照射後100ns程度でほぼ0となることがわかった。本誘起電流が伝導電流によるものであれば、正方向の電流のみが観測されることが予想される。よって本測定結果より、酸化膜を介した照射誘起電流は、変位電流に由来すると帰結できる。また測定結果は、酸化膜を完全絶縁体と仮定した計算により再現できることが確認できた。

Transient currents generated by heavy ions with hundreds of MeV

小野田 忍; 平尾 敏雄; Laird, J. S.*; 三島 健太; 河野 勝泰*; 伊藤 久義

IEEE Transactions on Nuclear Science, 53(6), p.3731 - 3737, 2006/12

https://doi.org/10.1109/TNS.2006.885384

宇宙環境に存在する数十MeV数百GeVの高エネルギー重イオンが半導体素子に誘起するシングルイベント(SE)効果の発生機構を調べるためには、微細な高エネルギーイオンビームを半導体素子の任意の領域に照射する技術が必要となる。そのため、百MeV級の重イオンのビーム径を絞って任意の位置に照射し、その際発生するSE過渡電流の強度をマッピングすることができるTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)システムを開発し、数十から数百mの感受領域を持つ半導体素子に対してTIBICイメージを実測した。その結果、エネルギーが高くなるに従いSE過渡電流の波高が高くなることがわかった。重イオンが半導体中に誘起する電子・正孔分布(プラズマトラック)の計算を実施し、シノプシス製TCAD10を用いてデバイスシミュレーションした結果、エネルギーが高くなるほどプラズマ密度が低くなり、また、低密度であるほどプラズマ中のキャリア拡散が速くなるため、キャリアが高速で収集されSE過渡電流の波高が高くなることが明らかとなった。

ナトリウム冷却FBR用熱電発電システムに関する研究; 熱電素子およびシステム化技術の開発に関する研究

鈴木 亮輔*; 田邊 健太郎*; 近藤 恒幾*; 小野 勝敏*; 戸田 信一; 笠川 勇介; 玉山 清志; 桶谷 和浩*

JNC TY4400 2003-004, 214 Pages, 2003/08

JNC-TY4400-2003-004.pdf:19.93MB

既存の原子力発電所から排出される未利用の熱エネルギーを再利用することは、近年の環境負荷低減やプラント高効率化の観点から重要になってきている。特に、高温システムの代表例であるナトリウム冷却FBRでは避けて通れない課題であることは間違いない。熱電発電システムは、これまで宇宙、軍事等の特殊用途において実用化され、その信頼性、保守性等に実績を持ち、最近では一般産業においても省エネの観点から見直されてきている。本研究では、熱電発電システムをナトリウム冷却FBRに適用して排熱回収する場合の技術的可能性について見直すことを目的としている。すなわち、基礎となる熱電変換素子の開発、モジュール化技術の開発並びに基礎実験装置と小型試験装置による確認実験を行い、モジュール熱電変換効率の評価さらにはシステム熱電変換効率評価のための基礎資料とする。

重イオン照射で半導体中に誘起した電荷の伝播挙動の解明

三島 健太; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 阿部 浩之; 伊藤 久義; 河野 勝泰*

no journal, , 

人工衛星に搭載されている半導体は、宇宙環境に存在する放射線に曝されることによって、その電気特性が劣化するトータルドーズ効果(TID: Total Ionizing Dose effect)や論理情報が反転するシングルイベント効果(SEE: Single Event Effect)等の影響を受ける。SEE耐性を備えた半導体を開発するために、その発生機構を究明し、発生予測モデルを構築することが求められている。本稿では、SEE発生の引き金となるイオン誘起電荷の伝播挙動の解明をするため、シリコンpinダイオードに重イオンを照射したときに発生するシングルイベント過渡電流(SETC: Single Event Transient Current)の測定とTCADシミュレータを用いた理論解析を行った。その結果、実測されたSETCから見積もった収集電荷量は、理論解析より求めた理想的な発生電荷量より約二割少ないことが見いだされた。電子-正孔対のオージェ再結合を考慮したモデルを導入することで実験結果のシミュレーションを試みたが、一致には至らなかった。したがって、高エネルギー重イオン照射の場合、従来のオージェ再結合以外に新たな効果を導入する必要があるといえる。