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武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*; Chiu, I.-H.; 二宮 和彦*; 新井 利彦*; 大西 光延*; 反保 元伸*; 下村 浩一郎*; et al.
Analytical Chemistry, 98(24), p.17618 - 17626, 2026/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Analytical)Quantitative and non-destructive detection of metallic lithium (Li) deposition on Li-ion battery anodes is crucial for understanding degradation mechanisms and ensuring operational safety. Muonic X-ray spectroscopy (muXRS) is highly sensitive to light elements such as Li and enables probing of bulk materials; however, its application to practical devices has been limited by the lack of spatially resolved detection. In this study, we present an imaging system that extends muXRS by integrating a large-area silicon double-sided strip detector with a 3D-printed tungsten parallel-hole collimator. Using Li plate samples, we demonstrate quantitative two-dimensional imaging of metallic Li surface density with a spatial resolution of 5 mm. An image-processing method was developed to suppress crosstalk from carbon muonic X-rays and to correct beam non-uniformity, enabling reliable quantification. The system achieves a 1-sigma detection sensitivity of approximately 2.5 ug/mm
, sufficient to detect localized Li accumulation. This approach extends muXRS from bulk-averaged analysis to spatially resolved measurement and provides a non-destructive tool for battery diagnostics.
河部 友三郎*; 佐野 吉彦*; 桑原 不二朗*; 上澤 伸一郎; 吉田 啓之
第63回日本伝熱シンポジウム講演論文集(インターネット), 1 Pages, 2026/05
東京電力福島第一原子力発電所の原子炉格納容器(PCV)内に存在する燃料デブリの熱挙動を推定するため、多孔質体モデルを追加したJUPITERコードによる解析手法の開発が進められている。しかしながら、多孔質体の内部構造に応じたモデルおよびそのパラメータの選定が、シミュレーション結果に大きく影響することが明らかとなっており、これらを適切に選定する手法の確立が求められている。本研究では、多孔質体の一形態である粒子充填層に着目し、その流動特性を記述するモデル定数の算出手法について検討を行った。特に、粒径比や充填構造が不均一な粒子充填層に関する系統的な知見は限られており、構造差を考慮した包括的な整理は十分になされていないことから、本研究では数値シミュレーションを用いて、粒径比や充填構造が異なる粒子充填層の透過率、Forchheimer係数について評価した。得られた結果に基づき粒子充填層の構造特性に応じてこれらのパラメータを適切に算出する手法を提案するとともに,多孔質体内の流動解析モデルの精度向上を確認した。
Mohamad, A. B.; Chen, J.*; 井岡 郁夫*; 鈴木 恵理子; 近藤 啓悦; 阿部 陽介; 山下 真一郎; 大久保 成彰; 根本 義之; 岡田 裕史*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 625, p.156513_1 - 156513_9, 2026/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)Ion irradiation was carried out on Cr coating Zry cladding to investigate their microstructure evolution and mechanical properties. The sample was irradiated at reactor normal operation conditions. Microstructural observation and mechanical testing of non-irradiated samples and irradiated samples were performed to understand irradiation damage to the Cr-coated Zry cladding. Results of High Resolution Transmission Electron Microscopy and chemical analysis revealed Fe enrichment at the Cr coating and Zr substrate interface of irradiated samples due to irradiation enhanced diffusion or irradiation induced mixing. Irradiation led to the formation of Fe enrichment at the Cr Zr interface approximately 15nm. Moreover, hardening of the Cr coating and Zr substrate regions was observed in the irradiated sample.
出井 竜美; 菅沼 和明; 藤来 洸裕; 鈴木 勝夫; 鈴木 博*; 仲田 守浩*; 細川 英洸*; 小野瀬 勇一郎*; 渡辺 泰広; 篠崎 信一; et al.
JAEA-Technology 2026-003, 27 Pages, 2026/03
JAEA-Technology-2026-003.pdf:1.3MB
加速器冷却水設備配管系統は異なる金属で構成されることも多いため電蝕が不可避である。本試験では、まず無酸素銅と炭素鋼の間で電蝕が起こること、またこれまで使用されてきた防錆剤ではその電蝕の抑制ができないことを確認した。次に新たに導入した防錆剤による電蝕の抑制を確認した。また新しい防錆剤に変更することにより、補給水の節水および防錆剤コスト削減が実現できた。
' phase precipitation in FeCrAl alloys山下 真一郎; 阿部 陽介; 大久保 成彰; 鵜飼 重治; 佐々木 泰祐*
QST-M-56; QST Takasaki Annual Report 2024, P. 28, 2026/02
This study continues our investigation of FeCrAl alloys, promising candidates for accident-tolerant fuel cladding materials, aiming to clarify the precipitation behavior of the embrittlement phase (' phase) and to contribute to the development of a predictive model. In FY2024, the irradiation dose was increased from the previously achieved 0.3 dpa, and data up to 0.64 dpa (partially 1.44 dpa) were obtained. This enabled the development of an ' phase precipitation map using chemical composition, damage rate, and damage dose as parameters. Multiple regression analysis quantitatively demonstrated that a decrease in damage rate, along with increases in Cr concentration and damage dose, tends to increase precipitation volume fraction. Notably, Al addition was found to suppresses ' phase precipitation, providing important insights for alloy design.
渡邊 隆広; 木田 福香; 奈良 郁子; 山崎 慎一*; 土屋 範芳*
JAEA-Testing 2025-006, 52 Pages, 2025/12
JAEA-Testing-2025-006.pdf:6.72MB
東濃地科学センター土岐地球年代学研究所では、高レベル放射性廃棄物等の地層処分技術に関する研究開発の一環として地質環境の長期安定性に関する研究を実施している。特に年代測定技術開発グループでは、最終処分事業や国の安全規制に必要となる科学的知見や調査・評価技術を提供するため、機器分析装置などを用いた放射年代測定や鍵層の高分解能同定法などによる編年技術(年代測定技術の開発)及び化学分析技術の高度化に関する研究を実施している。一般に将来の自然現象に伴う地質環境の変化の予測とその評価は、過去の自然現象に関する記録や現在の環境の状況に関する調査結果に基づき行われる。岩石、堆積物、土壌等の地質試料に含まれる臭素(Br)、ヨウ素(I)等のハロゲン元素からは、過去の海水準の変動や津波・高潮による陸域への海水浸入に関する情報が得られるため、過去に発生した自然現象を明らかにする上で重要な基礎データの一つとなる。年代測定技術開発グループでは、粉末ペレットを用いて地質試料のBr及びI濃度を測定するため走査型波長分散蛍光エックス線分析装置(リガク製ZSX Primus II)による分析手法を検討した。本稿では試料調製手法も含めて地質試料中のBr及びIの分析作業手順を記載する。
柴田 基樹*; 竹中 幹人*; 元川 竜平; 熊田 高之; 上田 祐生; 宮崎 司*; 中西 洋平*; 阿部 淳*; 岩瀬 裕希*; 柴山 充弘*; et al.
Polymer, 340, p.129203_1 - 129203_7, 2025/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Polymer Science)The development of effective plastic degradation methods is crucial to address environmental pollution. Hydrothermal liquefaction using near-critical water is a promising technology, but the fundamental dissolution and decomposition mechanisms remain poorly understood. This study investigates the thermodynamics of a polystyrene (PS)/water system under near-critical conditions to elucidate this mechanism. We performed in situ small-angle neutron scattering (SANS) to observe the swelling of PS particles in deuterated water (D
O) at various temperatures under pressures of 10 MPa and 25 MPa. By applying the 
(FHS) theory to the swelling data, We quantitatively determined the Flory-Huggins interaction parameter as a function of temperature and pressure by applying the FHS theory to the swelling data. Based on these results, we constructed a phase diagram of the PS/DO system. The diagram reveals that miscibility increases with increasing pressure. This work provides a thermodynamical properties of water solutions of polymers under near-critical conditions for optimizing industrial hydrothermal recycling processes.
Liu, Y.*; 大谷 将士*; 宮尾 智章*; 中沢 雄河*; 柴田 崇統*; 南茂 今朝雄*; Fang, Z.*; 二ツ川 健太*; 福井 佑治*; 溝端 仁志*; et al.
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.855 - 857, 2025/11
The Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) has achieved stable 1 MW operation on its neutron target and is advancing toward higher power levels of 1.5 MW to support high-power MR operations and a second target station. This progression presents challenges, including increased intra-beam stripping (IBSt) of negative hydrogen ions, chop leakage from higher beam currents and emittance, low-energy beam loss due to halo formation, frontend fluctuations affecting beam transmission, and RF phase and amplitude fluctuations. To address these issues, a redesigned lattice mitigates IBSt, a new MEBT1 improves chopping and collimation, and machine learning-based compensation schemes manage frontend and RF fluctuations. Additionally, longitudinal and transverse matching schemes enhance beam quality, validated through benchmarked longitudinal measurements. Results from studies at 50 mA and 60 mA beam currents demonstrate significant progress in overcoming these challenges.
渡邊 隆広; 木田 福香; 山崎 慎一*; 山岸 裕幸*; 落合 伸也*; 松中 哲也*; 奈良 郁子; 土屋 範芳*
分析化学, 74(10-11), p.611 - 619, 2025/10
堆積物等の地質試料中の臭素及びヨウ素濃度は、過去の海水準の変化、津波や高潮による陸域への海水の浸入など、種々の自然現象を理解するための重要な情報となる。しかし、地質試料に適用可能な標準試料が少ないことから、これまで蛍光エックス線分析装置(XRF)を用いた研究成果の報告例は限られていた。本研究では、標準試料の候補を新たに探索・選択することで東濃地科学センターにおける波長分散型XRFでの臭素及びヨウ素の濃度測定に必要な補正式を作成することができた。今回は地質試料の臭素濃度の範囲に概ね合致する約100mg/kgまで、ヨウ素濃度では約50mg/kgまでの補正式を作成することに成功した。
Mohamad, A. B.; 山下 真一郎; 根本 義之; 阿部 陽介; Pham, V. H.; 井岡 郁夫; 相馬 康孝; 石島 暖大; 佐藤 智徳; Rizaal, M.; et al.
Proceedings of TopFuel 2025; Nuclear Reactor Fuel Performance Conference (Internet), 8 Pages, 2025/10
In parallel with the Advanced Technology Fuel (ATF) development program in Japan, Japan Atomic Energy Agency has established an R&D program on the ATF to provide more scientific support to the ATF fuel vendors in Japan. Based on the identified phenomenological issues, the R&D program covers the issues mainly on the light water reactors conditions such as normal operation, loss of coolant accident, beyond design basis accident, and severe accident. The R&D program such as irradiation test, corrosion test, LOCA test, and etc. are proposed. By acquiring the data from the experiment, the final goal is to implement the experimental data and model into the simulation code in order to predict the fuel performance behaviour at high burn-up. In 2024 TOPFUEL, the introduction of the R&D has been presented. In 2025, the update on the Cr-coated research to simulate normal operation and accident conditions will be given. For example, tests are currently underway to understand the in-reactor environment, such as ion irradiation, gamma irradiation and proton irradiation tests. In addition, a loss-of-coolant accident is being simulated for accident conditions, and the chemical effects of fission products on the cladding are being studied.
渡邉 拓*; 前島 結衣*; 上田 祐生; 元川 竜平; 高畠 愛*; 武田 真一*; 不動寺 浩*; 岸川 圭希*; 桑折 道済*
Langmuir, 41(34), p.22762 - 22773, 2025/09
被引用回数：3 パーセンタイル：56.50(Chemistry, Multidisciplinary)メラニン粒子の集合構造、つまりメラニンポリドーパミン(PDA)層で被覆されたコロイド粒子は、鮮やかな構造色を作り出す。PDA層の厚さは粒子の配列や光学特性に影響を与えるが、その根本的なメカニズムについては議論が続いている。我々は、PDAの水膨潤特性が、溶液中でのこれらの粒子の分散と凝集を支配する重要な要因であることを実証した。乾燥状態と湿潤状態の詳細な比較から、PDA層は水分子を容易に吸収し、厚い層では著しい膨潤を引き起こすことが明らかになった。PDA層の膨潤は、粒子が水中で分散したままか、部分的に凝集したままかを決定し、最終的には水が蒸発した後の乾燥状態での粒子配列を制御した。これらの知見は、コロイド粒子の自己組織化に関する洞察を提供し、周期的な粒子秩序を調整する戦略を提供する。この特徴は、光学技術やセンシング技術における様々な応用にとって極めて重要である。
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 墨田 岳大*; 池田 瑞*; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 南 喬博*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*
Applied Radiation and Isotopes, 222, p.111845_1 - 111845_7, 2025/08
被引用回数：2 パーセンタイル：46.18(Chemistry, Inorganic & Nuclear)Boron neutron capture therapy (BNCT) is a neutron-based cancer treatment requiring a real-time 
B dose monitor to optimize effectiveness. We report the use of a cadmium telluride double-sided strip detector (CdTe-DSD), which has a full width at half maximum energy resolution of 7.3 keV at 511 keV and a spatial resolution of 250 
m for accurate boron imaging. Using the CdTe-DSD with a pinhole collimator, our experiment at Japan Research Reactor No. 3 (JRR-3) evaluated the B distribution in a solid sample containing a 0.3 mg B concentration during neutron exposure. Although measurement of the B signal was significantly affected by background gamma rays from 113 Cd, we successfully obtained a circular projection image with a diameter of 11.5 mm, revealing the precise location of B, with a counting rate of 0.115 cps and a signal-to-noise ratio of approximately 25.7 %. The results demonstrate the capability of the CdTe-DSD to enhance BNCT by providing high-fidelity insights into the B distribution within the sample.
高見 一総*; 五味 唯美*; 安田 隆一*; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 神田 浩樹*; 福田 光宏*; 橋本 昌宜*
IEEE Transactions on Nuclear Science, 72(8), p.2622 - 2628, 2025/08
被引用回数：3 パーセンタイル：70.03(Engineering, Electrical & Electronic)地上環境での中性子起因ソフトエラーは半導体デバイスの信頼性問題を引き起こす。我々のこれまでの研究で、シミュレーションと単一中性子照射を用いて地上環境のSERを推定する新たな手法を開発した。本手法の妥当性は設計ルール65nmのPlanar型SRAMについて検証されたが、デバイスの微細化や新たな製造プロセスのデバイスが増加しているため、より新しいプロセスのデバイスに関しても適用可能か検証する必要がある。そこで本研究では、設計ルール12nmのFinFET SRAMおよび28nmのPlaner型SRAMに対する本評価手法の適用可能性を検証した。その結果、本手法で推定したSERはRCNPの白色中性子照射で得たSERと28%以内の一致を示すことを明らかにした。
五味 唯美*; 高見 一総*; 水野 るり恵*; 新倉 潤*; 安田 隆一*; Deng, Y.*; 川瀬 頌一郎*; 渡辺 幸信*; 安部 晋一郎; Liao, W.*; et al.
IEEE Transactions on Nuclear Science, 72(8), p.2751 - 2762, 2025/08
被引用回数：2 パーセンタイル：70.03(Engineering, Electrical & Electronic)地上環境でのミューオン起因ソフトエラーは増加の傾向にあるが、その研究は十分には行われていない。本研究では、我々は4つのタイプの設計ルール12nmのFinFET SRAMへのミューオン照射試験を行った。その結果、負ミューオン起因SEU断面積のピーク値は、2フィンタイプの方が1フィンタイプのよりも高いことを明らかにした。一方で、正ミューオン起因SEU断面積に関しては、2フィンタイプの方が拡散容量が大きいため、1フィンタイプの方がSEU断面積が高いこともわかった。また、モンテカルロシミュレーションの結果、単一有感領域モデルでは正負ミューオンのSEU断面積を矛盾なく再現できないことも判明した。
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 高橋 忠幸*; 桂川 美穂*; 渡辺 伸*; 久保 謙哉*; 齋藤 努*; 水本 和美*; et al.
npj Heritage Science (Internet), 13, p.154_1 - 154_9, 2025/05
被引用回数：1 パーセンタイル：79.56(Humanities, Multidisciplinary)Cultural heritage artifacts often display complex, multi-layered structures. Therefore, an in situ noninvasive method is required for determining the elemental distribution of such materials. We present a nondestructive 3D elemental analysis approach for an Edo-period ceramic crucible using muonic X-ray measurements. The system employs four CdTe semiconductor imaging detectors to acquire 2D elemental distributions at 12 measurement angles, and 3D images were reconstructed based on computed tomography. We adjusted muon energy to penetrate the metallic layer covering the crucible bottom and analyze the interior of the crucible. Silicon(Si) and oxygen(O) signals were successfully identified, and these signals, originating from highly abundant silica (SiO) within the crucible matrix, confirmed the ceramic composition. These findings demonstrated the capability of muonic X-ray imaging in achieving depth-resolved analysis by controlling the observation position of an object. The presented method is broadly valuable for the cultural heritage study.
粟飯原 はるか; 渡部 創; 北脇 慎一; 神谷 裕一*
Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 7, p.175 - 181, 2025/03
Many kinds of radioactive liquid wastes have been generated and accumulated in nuclear research facilities, and disposal or treatment procedures have not been established for those wastes due to their complicated compositions. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) is developing technologies for the treatment of radioactive liquid waste containing various chemical species through joint research project with several organizations named as STRAD (Systematic Treatment of RAdioactive liquid wastes for Decommissioning). Chemical processing facility (CPF) in JAEA was selected as a model case, and fundamental studies have been conducted for treatments of the liquid wastes accumulated in the CPF. Decomposition of the ammonium ions (NH
) in advance with formation of explosive ammonium nitrate is one of promising treatments of the analytical liquid wastes. We have been focusing on catalytic ozonation of NH as a suitable method for the decomposition under mild conditions with small secondary waste. Detail reaction mechanism has not been revealed yet. In this study, concentration of each component was parametrically changed and the reaction mechanism was investigated. Test solutions containing NH, Co
and Cl
with various concentrations were prepared, and the ozone oxidation experiments were conducted at 333 K. The oxidation reaction of NH proceeds even under low Cl concentration, it is suggested that once chloramine are formed, thus the chlorine was released by decomposition. The above catalytic ozonation was applied to the genuine radioactive liquid waste stored at CPF, and concentration of NH in the waste solutions was successfully reduced. This experience would contribute to treatment of radioactive liquid wastes in other facilities.
阿部 陽介; 都留 智仁; 藤田 洋平*; 大友 政秀*; 佐々木 泰祐*; 山下 真一郎; 大久保 成彰; 鵜飼 重治
Journal of Nuclear Materials, 606, p.155606_1 - 155606_12, 2025/02
被引用回数：6 パーセンタイル：95.35(Materials Science, Multidisciplinary)軽水炉の事故耐性燃料被覆管用として開発中の酸化物分散強化型Fe-Cr-Al合金では、Crリッチ析出物(
相)に起因する脆化挙動の解明と予測が課題となっている。我々は、熱時効によるFe-Cr-Alモデル合金における相の形成に対するAl添加の影響を調査した。ビッカース硬さ試験と過去の研究のデータベースを用いて作成した機械学習モデルにより、低Al添加合金では相の形成が促進され、高Al添加合金では抑制されることが示された。第一原理計算では、Cr-Al-空孔複合体はCr-Cr対よりも安定であり、相の核生成時にAl原子を取り込むことがエネルギー的に有利である可能性があることが示された。一方、Al-Al対の形成は非常に不安定である。Al添加量が少ない場合には、相の界面付近でのAl-Al対の形成は回避できる。しかし、Al添加量が多量の場合には、Al-Al対の形成が避けられなくなり、相の不安定化につながることが示唆された。
大西 貴士; 小山 真一*; 横山 佳祐; 森下 一喜; 渡部 雅; 前田 茂貴; 矢野 康英; 大木 繁夫
Nuclear Engineering and Design, 432, p.113755_1 - 113755_17, 2025/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)The burning of minor actinide (MA) elements, such as neptunium (Np) and americium (Am), in fast reactors (FRs) has been proposed to reduce the volume of high-level radioactive waste. Evaluation of the transmutation behavior of Am for a wide spectral range from thermal to fast neutrons requires experimental validation based on the irradiation of Am targets with well-known isotopic compositions. Four samples each of two types of Am targets, Am-241 oxide and Am-243 oxide, were prepared and irradiated in the experimental fast reactor Joyo under fast neutron flux. Additionally, a ninth sample consisting of Am-241 oxide contained in a MgO pellet was prepared and irradiated in the JMTR under thermal neutron flux. All irradiated samples were analyzed by a radiochemical method. Indexes of the transmutation behavior such as the transmutation ratio, the ratio between burnup and accumulation of an actinide could be evaluated based on the analytical results.
能崎 幸雄*; 介川 裕章*; 渡邉 紳一*; 柚木 清司*; 洞口 泰輔*; 中山 颯人*; 山野井 一人*; Wen, Z.*; He, C.*; Song, J.*; et al.
Science and Technology of Advanced Materials, 26(1), p.2428153_1 - 2428153_39, 2025/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)We present a novel method for generating spin currents using the gyromagnetic effect, a phenomenon discovered over a century ago. This effect, crucial for understanding the origins of magnetism, enables the coupling between various macroscopic rotational motions and electron spins. While higher rotational speeds intensify the effect, conventional mechanical rotations, typically, below 10,000 RPM, produce negligible results comparable to geomagnetic fluctuations, limiting applied research. Our studies demonstrate that spin current generation comparable to that of rare metals can be achieved through atomic rotations induced by GHz- range surface acoustic waves and the rotational motion of conduction electrons in metallic thin films with nanoscale gradient modulation of electrical conductivity. These effects, termed the acoustic gyromagnetic effect and the current-vorticity gyromagnetic effect, are significant in different contexts.
小川 達彦; 平田 悠歩; 松谷 悠佑; 甲斐 健師; 佐藤 達彦; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 古田 琢哉; 安部 晋一郎; 松田 規宏; et al.
EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 10, p.13_1 - 13_8, 2024/11
放射線挙動解析コードPHITSは、モンテカルロ法に基づいてほぼ全ての放射線の挙動を解析することができる放射線挙動解析計算コードである。その最新版であるPHITS version 3.34の、飛跡構造解析機能に焦点を置いて説明する。飛跡構造解析とは、荷電粒子が物質中を運動する挙動を計算する手法の一つで、個々の原子反応を識別することにより原子スケールでの追跡を可能にするものである。従来の飛跡構造解析モデルは生体を模擬する水だけにしか適用できず、遺伝子への放射線損傷を解析するツールとして使われてきた飛跡構造解析であるが、PHITSにおいてはPHITS-ETS、PHITS-ETS for Si、PHITS-KURBUC、ETSART、ITSARという飛跡構造解析モデルが補い合うことにより、生体の放射線影響だけでなく、半導体や材料物質など任意物質に対する適用が可能になっている。実際にこれらのモデルを使って、放射線によるDNA損傷予測、半導体のキャリア生成エネルギー計算、DPAの空間配置予測など、新しい解析研究も発表されており、飛跡構造解析を基礎とするボトムアップ型の放射線影響研究の推進に重要な役割を果たすことが期待できる。
