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Rizaal, M.; 中島 邦久; 斉藤 拓巳*; 逢坂 正彦; 岡本 孝司*
ACS Omega (Internet), 7(33), p.29326 - 29336, 2022/08
被引用回数：3 パーセンタイル：27.64(Chemistry, Multidisciplinary)Here we report an investigation of the gas-solid reaction between cesium hydroxide (CsOH) and siliceous (calcium silicate) thermal insulation at high temperature, which was postulated as the origin for the formation mechanism of cesium-bearing material emitted from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. A developed reaction furnace consisting of two heating compartments was used to study the reaction at temperatures of 873, 973, and 1073 K. Under the influence of hydrogen-steam atmospheric conditions (H
/HO = 0.2), the reaction between cesium hydroxide vapor and solid thermal insulation was confirmed to occur at temperatures of 973 and 1073 K with the formation of dicalcium silicate (CaSiO
) and cesium aluminum silicate (CsAlSiO). Water-dissolution analyses of the reaction products have demonstrated their stability, in particular, the CsAlSiO. Constituents similarity of the field-observed cesium-bearing materials near the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants with CsAlSiO suggests for the first time that gaseous reaction between CsOH with calcium silicate thermal insulation could be one of the original formation mechanisms of the cesium-bearing materials.
Rizaal, M.; 中島 邦久; 斉藤 拓巳*; 逢坂 正彦; 岡本 孝司*
Journal of Nuclear Science and Technology, 57(9), p.1062 - 1073, 2020/09
被引用回数：8 パーセンタイル：70.65(Nuclear Science & Technology)福島第一原子力発電所2号機においてペデスタル内よりもペデスタル外で線量が高くなっている現象が見つかっている。この線量の上昇については、原子炉格納容器内の配管に使用されている保温材(ケイ酸カルシウム)がガス状あるいは粒子状となって沈着したセシウム(Cs)と化学反応を起こして固着するとともに破損してペデスタル外に堆積することで線量が上昇した可能性があると考えている。そこで、本研究では、化学反応の有無を調べるため、反応温度等を調べることのできる熱重量示差熱分析装置(TG-DTA)を用いて、水素-水蒸気含有雰囲気下、最高1100
Cまで温度を上昇させて、主なセシウム化合物の一つである水酸化セシウムと保温材との混合物に対して分析を行った。その結果、575-730Cの範囲で反応が起こり、試験後試料のX線回折パターンや元素分析機能付き走査型電子顕微鏡(SEM/EDS)による試料表面の元素分布の結果から、保温材の構成物質であるケイ素(Si)に加え、不純物として含まれるアルミニウム(Al)と安定な化合物(CsAlSiO)を形成することが分かった。したがって、ペデスタル外で見つかった高線量の原因として、保温材が関係する可能性があることが分かった。
Rizaal, M.; 斉藤 拓巳*; 岡本 孝司*; Erkan, N.*; 中島 邦久; 逢坂 正彦
Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00563_1 - 19-00563_10, 2020/06
福島第一原子力発電所2号機において、一次冷却系の断熱材に使用されているケイ酸カルシウムへのセシウム(Cs)の吸着がペデスタル領域の高線量に影響している可能性が指摘されている。本研究では、高温でのCs吸着挙動評価の前段階として、室温でCsをケイ酸カルシウムに吸着させる試験を行った。吸着速度の解析の結果、基本的な吸着機構は化学吸着であることが示唆された。また、等温における吸着量のCs濃度依存性の評価により、単分子層の形成の後に多分子層が形成することが示唆された。
小林 大志*; 中嶋 翔梧*; 元川 竜平; 松村 大樹; 斉藤 拓巳*; 佐々木 隆之*
Langmuir, 35(24), p.7995 - 8006, 2019/06
被引用回数：5 パーセンタイル：22.07(Chemistry, Multidisciplinary)We report the hierarchical structure of zirconium hydroxide after aging at different temperatures to elucidate the factors governing zirconium solubility in aqueous solutions. Zirconium hydroxide solid phases after aging at 25, 40, 60, and 90C under acidic to alkaline conditions were investigated using extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and wide- and small-angle X-ray scattering (WAXS and SAXS) techniques to reveal the bulk and surface structures of the solid phases from the nanoscale to submicroscale. After aging at 25 C, the fundamental building unit of the solid phase was a zirconium hydroxide tetramer. The tetramers formed primary particles approximately 3 nm in size, which in turn formed aggregates hundreds of nanometers in size. This hierarchical structure was found to be stable up to 60 C under acidic and neutral conditions and up to 40 C under alkaline conditions. After aging at 90 C under acidic conditions and at 60 and 90 C under alkaline conditions, the WAXS and EXAFS measurements suggested the crystallization of the solid phase. The transformation of the solid-phase structure by temperature was discussed in relation to the solubility product to understand the solubility-limiting solid phase. The solubility of zirconium hydroxide after aging at different temperatures was governed not only by the size of the primary particles, but also by their surface configuration.
Strasser, P.*; 阿部 充志*; 青木 正治*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 勝彦*; et al.
EPJ Web of Conferences, 198, p.00003_1 - 00003_8, 2019/01
被引用回数：13 パーセンタイル：98.93(Quantum Science & Technology)High precision measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium is a stringent tool for testing bound-state quantum electrodynamics (QED) theory, determining fundamental constants of the muon magnetic moment and mass, and searches for new physics. Muonium is the most suitable system to test QED because both theoretical and experimental values can be precisely determined. Previous measurements were performed decades ago at LAMPF with uncertainties mostly dominated by statistical errors. At the J-PARC Muon Science Facility (MUSE), the MuSEUM collaboration is planning complementary measurements of muonium HFS both at zero and high magnetic field. The new high-intensity muon beam that will soon be available at H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation for high-field measurements, and the latest results at zero field are presented.
Se
Lee, C. H.*; 西田 篤弘*; 長谷川 巧*; 西当 弘隆*; 國岡 春乃*; 河村 聖子; 中村 充孝; 中島 健次; 水口 佳一*
Applied Physics Letters, 112(2), p.023903_1 - 023903_4, 2018/01
被引用回数：28 パーセンタイル：77.56(Physics, Applied)LaOBiSSeの低エネルギーフォノンを中性子非弾性散乱によって調べた。主にBi原子の振動に関連すると思われる分散のないフラットなフォノンが、比較的低いエネルギー
meVに観測された。このフォノンは、S原子よりも原子質量の大きいSeをドープし格子が膨張することによってソフト化する。同時に、Seドープにより格子熱伝導率が減少する。これらの結果は、LaOBiSSeが籠状構造を持たないにもかかわらず、Bi原子のラットリングが籠状化合物のラットリングのようにフォノンを散乱しうるということを示唆しており、それが熱電特性を向上させるのに寄与していると考えられる。
中嶋 薫*; 北山 巧*; 林 宏明*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; Bouffard, S.*; 木村 健二*
Scientific Reports (Internet), 5, p.13363_1 - 13363_8, 2015/08
被引用回数：5 パーセンタイル：40.93(Multidisciplinary Sciences)Irradiation of materials with either swift heavy ions or slow highly charged ions leads to ultrafast heating on a timescale of several picosecond in a region of several nanometer. This ultrafast local heating result in formation of nanostructures, which provide a number of potential applications in nanotechnologies. These nanostructures are believed to be formed when the local temperature rises beyond the melting or boiling point of the material. Conventional techniques, however, are not applicable to measure temperature in such a localized region in a short time period. Here, we propose a novel method for tracing temperature in a nanometer region in a picosecond time period by utilizing desorption of gold nanoparticles around the ion impact position. The feasibility is examined by comparing with the temperature evolution predicted by a theoretical model.
impacts北山 巧*; 中嶋 薫*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; 磯田 正二*; 木村 健二*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.183 - 186, 2015/07
被引用回数：2 パーセンタイル：17.52(Instruments & Instrumentation)According to an inelastic-thermal-spike (i-TS) model, which is regarded as the most promising among several models proposed to explain the formation of an ion track, a part of the energy deposited to electrons in a solid by a swift heavy ion is gradually transferred to target atoms via electron-phonon coupling. The temperature of target atoms rises along the ion path and consequently an ion track is formed when the temperature exceeds the melting point. Therefore, the temperature of target atoms along the ion path is regarded as a key parameter for the i-TS model; however, such a spatiotemporally-localized temperature is difficult to measure because the processes involved occur in a very short period (
10
s) and in a very localized area. In this study, the temperature of target atoms along the ion path is estimated experimentally with transmission-electron-microscope (TEM) observation of desorption of Au nanoclusters (the melting point 
1300 K) on an amorphous Si
N thin film under 1.1-MeV C-ion irradiation to the fluence of 5
10
ions/cm
. TEM images show that Au nanoclusters, deposited at the areal density of 1.1610
particles/cm, disappear in a surface area with a diameter of 20 nm around each ion track, whose diameter is 4 nm, after irradiation. This indicates that the temperature at the film surface rises locally to at least 1300 K by the ion bombardment.
榎枝 幹男; 谷川 尚; 廣瀬 貴規; 中島 基樹; 佐藤 聡; 落合 謙太郎; 今野 力; 河村 繕範; 林 巧; 山西 敏彦; et al.
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1131 - 1136, 2014/10
被引用回数：21 パーセンタイル：83.89(Nuclear Science & Technology)我が国の原型炉ブランケット開発の最重要ステップとして、水冷却固体増殖テストブランケット・モジュール(TBM)の開発が進められている。TBM試験と原型炉ブランケット開発のために、モジュール製作技術開発、増殖増倍材ペブル製作技術、トリチウム生成率評価試験と構造設計が行われている。実機構造材F82Hを用いた製作技術開発は、F82Hの工学物性値の評価結果に基づいて実施され、実規模のモジュールの第一壁,側壁,増殖材充填容器、の製作に成功するとともに、第一壁と側壁の接合、厚さ90mmの後壁の実規模モックアップの製作に成功した。モジュール筐体モックアップの製作を検討している。また、トリチウム生産のために必要な技術として、高温での耐久性に優れた先進増殖・増倍材ペブル製作技術の開発を進めた。また、核融合中性子研究施設(FNS)を用いたトリチウム生成回収試験による、トリチウム生産技術開発についても進展した。本報告ではこれらのTBM開発の最新の成果を報告する。
押川 巧*; 船越 義彦*; 今岡 宏志*; 吉川 耕平*; 真有 康孝*; 井口 将秀; 櫻井 武尊; 中平 昌隆; 小泉 徳潔; 中嶋 秀夫
Proceedings of 19th International Forgemasters Meeting (IFM 2014), p.254 - 259, 2014/09
ITERは核融合発電を検証するために建設が進められている実験炉である。日本が調達責任を有しているトロイダル磁場コイル(TFC)は、高さ約17m、幅約9mのD型形状の溶接鋼構造体であり、重要なITER構成部品の一つである。ITERの運転温度である4Kにおいて、TFCの超伝導部に生じる電磁力を支えるためにTFC容器は強化型オーステナイト系ステンレス鋼を使用する。また、高剛性を実現するために600mmを超える板厚を有し、かつ複雑な三次元形状を呈している部材もある。鍛造後の機械加工量を最小化するために、最終形状に極力近づけた仕上げ形状に鍛造する必要がある。しかし、このような鍛造プロセスを適用して極厚複雑形状部材を製造した実績はないため、二種類の極厚複雑形状材料の実規模試作を行い、自由鍛造による製造プロセスの検証、超音波探傷試験,冶金試験,常温及び4Kでの機械特性試験を実施した。その結果、自由鍛造プロセスを用いた鍛造によって最終形状に近い鍛造仕上げ形状を実現できること、及びこれらの材料がITER要求値を上回る材料特性を有していることを確認した。
ions observed using high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy中嶋 薫*; 森田 陽亮*; 北山 巧*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 辻本 将彦*; 磯田 正二*; 藤居 義和*; 木村 健二*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.117 - 121, 2014/08
被引用回数：7 パーセンタイル：48.18(Instruments & Instrumentation)Our previous observation that an impact of sub-MeV C ion makes an ion track in a thin amorphous silicon nitride (a-SiN) film suggests emission of thousands of atoms from the cylindrical region. Sputtering yields of a-SiN films by C ions were evaluated in order to confirm this observation. A-SiN films deposited on Si(001) were irradiated with 540-keV C ions at fluences from 2.510
to 110
ions/cm. The compositional depth profiles of the irradiated samples were measured with high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy, and the sputtering yields were estimated at 3900 
500 N atoms/ion and 1500 1000 Si atoms/ion. The sputtering yield of N was two orders of magnitude larger than the elastic sputtering yield by the SRIM code or than the measured electronic sputtering yield of a-SiN by 50-MeV Cu ions previously reported. Such a large sputtering yield cannot be explained either by the elastic sputtering or by the electronic sputtering. However, an estimation of the synergistic effect based on the inelastic thermal spike model roughly explains the observed large sputtering yield, indicating that the synergistic effect of the nuclear and electronic stopping powers plays an important role.
河村 拓己*; 伊藤 啓; 堺 公明; 中島 正義; 藤原 孝治; 大島 宏之
日本原子力学会和文論文誌, 7(3), p.297 - 307, 2008/09
高レベル放射性廃棄物のガラス固化過程において、廃棄物中から発生する白金族元素粒子は溶融ガラスと混合されてガラス固化溶融炉中で流動する。効率的な溶融炉運転を行うためには溶融炉内での白金族元素粒子挙動を調査する必要があるが、高放射性の実機溶融炉の内部を観察・測定するのは困難であり、十分な調査が行われていない。本論文では、溶融炉内の粒子挙動を解析できる手法について述べる。溶融ガラスの流動,電位場及び粒子分布は相互作用しているため、これらの物理現象を組合せた数値解析手法を開発し、溶融炉内の挙動を高精度に解析することを目指した。10バッチ(各バッチは溶融,炉底加熱及び流下運転から成る)分の溶融炉内非定常粒子挙動を解析した結果、モックアップ試験と同様に白金族元素粒子の効率的な抜出しが可能であることが示された。以上の結果より、数値解析手法によってガラス固化溶融炉中白金族元素粒子の非定常挙動を評価できる見通しを得た。
岩永 宏平; 山根 剛; 西原 健司; 岡嶋 成晃; 関本 博*; 朝岡 卓見*
Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11) (CD-ROM), 10 Pages, 2003/04
未臨界体系での動的手法による負の反応度測定実験において、未臨界度
と中性子源強度Sを同時に決定できる逆動特性法のデータ処理手順の適用性について検討を行った。ここでは、FCAにおいて、未臨界体系(k=0.998)に反応度を約$-5.5投入した。このときの炉出力時系列データに対して、6つのデータ処理手順に基づいて、,Sを求め、相互比較を行った。その結果、最も計数率の高い検出器の場合、手法間においては2%以内、Sは0.6%以内で一致する。一方、最も計数率の低い検出器では、手法間でが最大で4%、Sは最大で7%の相違があった。この原因は、未臨界度が深くなると、検出器の計数率が低下し、係数のゆらぎが正規分布からずれることになると考えられる。特に、未臨界の高速炉体系では計数率が大幅に減少するため、$-6程度の反応度投入でも、従来のデータ処理手順に適否があることが判明し、十分計数率を与える検出器の選定が重要であることが示された。
入舩 徹男*; 黒田 幸治*; 西山 宣正*; 井上 徹*; 船守 展正*; 内田 雄幸*; 八木 健彦*; 内海 渉; 宮島 延吉*; 藤野 清志*; et al.
Geophysical Monograph 101 (Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature), p.1 - 8, 1998/00
従来のWCアンビルに代わる材料として焼結ダイヤモンドが注目されている。シリコン系のバインダーを用いたADC焼結ダイヤモンドは、X線吸収が少ないため、放射光実験に適していると考えられる。本ADCアンビルを用いて、2段式マルチアンビル装置での加圧実験を行い、放射光と組み合わせての能力を試験した。
星野 克道; 森 雅博; 山本 巧; 玉井 広史; 荘司 昭朗; 三浦 幸俊; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 川島 寿人; et al.
Radio Frequency Power in Plasmas; AIP Conf. Proceedings 289, p.149 - 156, 1994/00
JFT-2MトカマクでのECH(電子サイクロトロン加熱)によるディスラプション抑制実験に関する招待講演である。プラズマ小半径の70%の位置を局所的に加熱するとディスラプションが防げることを見い出した。この加熱の無い場合には、モードの周波数が小さくなりディスラプションに至るが、局所加熱を行なうとモードの周波数が上がりディスラプションが抑制されている。磁気島の回転周波数に合わせていろいろなタイミングで上記局所加熱を行なった結果、上記位置は磁気島位置に対応し、磁気島の局所加熱がディスラプション抑制の主因であることを見出した。
=3 disruption by electron cyclotron heating in the JFT-2M tokamak星野 克道; 森 雅博; 山本 巧; 玉井 広史; 荘司 昭朗; 三浦 幸俊; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 川島 寿人; et al.
Physical Review Letters, 69(15), p.2208 - 2211, 1992/10
被引用回数：71 パーセンタイル：89.99(Physics, Multidisciplinary)JFT-2Mトカマクでパワー70~80kWの電子サイクロトロン加熱により、安全係数q=3で出現するMHDディスラプションが抑制・回避されることが見出された。抑制は、電子サイクロトロン共鳴層がq=2位置付近の幅1cm程度の領域にあるときにのみ起きることが特徴である。観測されたこの狭い抑制領域は、磁気島の加熱が抑制に効くことを示唆している。さらに、この領域の加熱は、密度限界で起きるディスラプションの抑制にも有効であることが見出された。
三浦 幸俊; 相川 裕史; 星野 克道; 河西 敏; 河上 知秀; 川島 寿人; 前田 彦祐; 松田 俊明; 森 雅博; 小田島 和男; et al.
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1990, Vol.1, p.325 - 333, 1991/00
JFT-2Mにおいて観測される閉込め改善モード(H-mode,Improved L-mode,Counter NB injection Pellet with H-mode)は、その実現に異なる手段を用いているが、密度分布から2つの改善モードに大別できる。1つはプラズマ周辺に急峻な密度および温度分布を持つH-modeであり、他はプラズマ中心から急な密度分布を持つ改善モードである。L/H遷移の研究から、H-modeプラズマは、プラズマ周辺ポロイダルラーマー半径程度に-150V/cmの径電場が形成されていること、およびプラズマ周辺イオンの速度分布関数が、H
/D光の減少より先に起こっていることを明らかにした。Ergodic Magnetic Limiterの実験で、H-modeの不純物の増大をおさえた、定常なH-modeを実現でき、その運転領域を明らかにし、H-modeの制御性を示すことができた。
山本 巧; 上杉 喜彦; 川島 寿人; 星野 克道; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 近藤 貴; 前田 彦祐; 松田 俊明; et al.
Physical Review Letters, 63(11), p.1148 - 1151, 1989/09
被引用回数：18 パーセンタイル：75.62(Physics, Multidisciplinary)電子サイクロトロン加熱されたプラズマ中に、位相制御型4ループ列アンテナによって、速波を励起した時、速波と電子の有効な結合を観測した。この結合は、電子サイクロトロン放射を増加し、ループ電圧を降下させた。これらの結果は、ループアンテナ間の位相差及び電子密度に依存した。V
/V
~3、及びf
/f
(0)~0.38の条件下で20%の速波の吸収効率が得られた。これらの実験結果は、電子のランダウ減衰による理論的予測とよく一致した。
星野 克道; 山本 巧; 川島 寿人; 鈴木 紀男; 上杉 喜彦; 森 雅博; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 松田 俊明; et al.
Physical Review Letters, 63(7), p.770 - 773, 1989/08
被引用回数：24 パーセンタイル：80.14(Physics, Multidisciplinary)電子サイクロトロン波の周辺加熱のみによりJFT-2MトカマクでHモードが生成した。追加熱パワーのしきい値は120kWと低く、これはJFT-2Mで観測された最小のパワーである。これらの実験事実は、プラズマ中心部の追加加熱パワー無しにHモードが生成されることをはっきりと示し、また、Hモードの機構は、プラズマ周辺部の電子温度上昇に密接に関連していることを示している。
星野 克道; 山本 巧; 川島 寿人; 鈴木 紀男; 上杉 喜彦; 相川 裕史; 河西 敏; 河上 知秀; 松田 俊明; 三浦 幸俊; et al.
JAERI-M 89-038, 7 Pages, 1989/03
電子サイクロトロン加熱(ECH)のみによるJFT-2Mプラズマの周辺加熱でHモード生成を観測した。Hモード遷移のパワーのしきい値は120kWと低く、これはJFT-2Mトカマクで観測された最低のしきい値である。このようなプラズマの周辺加熱のみで、中心部の追加熱パワー無しにこのような低いパワーでHモード遷移が起きることは驚嘆に値する。これらの事実は、Hモードの機構はプラズマのごく周辺部(セパラトリクス近傍)に関係していることを明白に示すものである。
