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論文

Determination of atomistic deformation of tricalcium silicate paste with high-volume fly ash

Jee, H.*; Im, S.*; 兼松 学*; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 小山 拓*; 町田 晃彦*; Bae, S.*

Journal of the American Ceramic Society, 103(12), p.7188 - 7201, 2020/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Ceramics)

We examined the influence of incorporating high-volume fly ash (FA) on the atomic structure and deformation behavior of calcium silicate hydrates (C-S-H) in tricalcium silicate (C$$_{3}$$H) paste upon exposure to external forces. Atomic structural changes and strains under compressive load were assessed using synchrotron in situ high-energy X-ray scattering-based atomic pair distribution function (PDF) analysis. Three different strain types, namely macroscopic strains, measured by a gauge attached to the specimen, strain in reciprocal space, (Bragg peak shifts), and strain in real space (PDF peak shift), were compared. All monitored and calculated strains for C$$_{3}$$H-FA (50 wt.% FA) paste were compared with those of pure C$$_{3}$$H paste. In the range of $$r$$ $$<$$ 10 ${AA}$, PDF analysis showed that C$$_{3}$$H-FA had a similar atomic structure to synthetic C-S-H followed by pure C$$_{3}$$H paste. The atomic strain of C$$_{3}$$H-FA in real space ($$r$$ $$<$$ 20 ${AA}$) was smaller than that of C$$_{3}$$H under compression, which suggests that the incompressibility of C-S-H on an atomistic scale is enhanced by fly ash incorporation. This may be caused by increased silicate polymerization of C-S-H due to the additional silicate provided by the fly ash.

論文

Analysis of atomistic structural deformation characteristics of calcium silicate hydrate in 53-year-old tricalcium silicate paste using atomic pair distribution function

Bae, S.*; Jee, H.*; Suh, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡; Geng, G.*; et al.

Construction and Building Materials, 237, p.117714_1 - 117714_10, 2020/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Construction & Building Technology)

Although the atomistic structure and the deformation characteristics of calcium silicate hydrates (C-S-H) are of primary interest in cement chemistry, they have not been fully investigated. In this study, pair distribution function (PDF) analysis was conducted on a 53-year-old fully hydrated tricalcium silicate (C$$_{3}$$S) paste using in situ synchrotron high-energy X-ray scattering to probe the atomic structural deformation of C-S-H under external loading. The results were compared with those from our previous PDF study of a 131-day-old C$$_{3}$$S paste in order to elucidate the effect of aging on the mechanical characteristics of C-S-H. Three different strains measured by the strain gauge, by the lattice shifts (d-spacing) in the reciprocal space, and by the shift of the interatomic distance (r) in the real space were compared. In the range of r $$<$$ 20 ${AA}$, where most of the information was derived from C-S-H, the 53-year-old C$$_{3}$$S paste had a higher overall elastic modulus (18.3 GPa) and better resistance to compressive stress than the 131-day-old C$$_{3}$$S paste (elastic modulus: 8.3 GPa). Moreover, it was found that the macroscopic strains of the 53-year-old C$$_{3}$$S paste were presumably induced by mechanical deformation such as microcracks at the macroscale. The results provide experimental evidence for the atomistic and mesoscale mechanical behavior of C-S-H in the early and late ages.

論文

Beam commissioning of muon beamline using negative hydrogen ions generated by ultraviolet light

中沢 雄河*; Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 河村 成肇*; 北村 遼; Kim, B.*; Ko, H. S.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 937, p.164 - 167, 2019/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:58.8(Instruments & Instrumentation)

再加速された熱ミューオンビームを用いたミューオンの異常磁気モーメント及び電気双極子モーメント精密測定実験用のミューオンリニアックを開発中である。このリニアックのためのUV光駆動の負水素イオン源を開発した。ミューオン加速実験の前にこのイオン源を用いたビームラインの調整を行った。加速ミューオンの分別に必要な偏向電磁石の磁場強度を負水素ビームを用いて確認することができた。このイオン源はミューオンビームラインのコミッショニングに広く用いることができる。

論文

Development of a microchannel plate based beam profile monitor for a re-accelerated muon beam

Kim, B.*; Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 河村 成肇*; 北村 遼*; Ko, H. S.*; 近藤 恭弘; 三部 勉*; 大谷 将士*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 899, p.22 - 27, 2018/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:29.78(Instruments & Instrumentation)

ミューオン異常磁気能率/電気双極子モーメントの高精度測定のための、横運動量の小さな低運動量ミューオンビーム用のマイクロチャンネルプレートを用いたビームプロファイルモニタを開発した。このプロファイルモニタで、4MeVまでのミューオンを測定できる。このプロファイルモニタの性能評価を、J-PARCのミューオンビームと紫外光源を用いて行った。その結果、10$$^4$$までのミューオンを飽和することなく測定可能であり、位置分解能が0.3mmであることが実証された。また、ミューオンビーム中のバックグランドとなる崩壊陽電子を、MCPの出力の違いから区別可能であることも実証した。

論文

First muon acceleration using a radio-frequency accelerator

Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 長谷川 和男; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 石田 勝彦*; 河村 成肇*; et al.

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 21(5), p.050101_1 - 050101_6, 2018/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:15.06(Physics, Nuclear)

ミューオンがRF加速器によって初めて加速された。正ミューオンと電子の束縛状態である負ミューオニウムをアルミ標的中での電子獲得反応によって生成し、静電加速器により初期加速する。それを高周波四重極加速空洞(RFQ)によって89keVまで加速した。加速された負ミューオニウムは、偏向電磁石による運動量の測定と飛行時間により同定された。このコンパクトなミューオン加速器は、素粒子物理や物性物理などのミューオン加速器の様々な応用への第一歩である。

論文

Pair distribution function analysis of nanostructural deformation of calcium silicate hydrate under compressive stress

Bae, S.*; Jee, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士

Journal of the American Ceramic Society, 101(1), p.408 - 418, 2018/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:41.07(Materials Science, Ceramics)

ケイ酸カルシウム水和物(CSH)に関する原子レベルの構造や変形機構には不明な点が多い。本研究では、X線散乱法に基づく原子対相関関数(PDF)により、ケイ酸三カルシウム(C$$_{3}$$S)ペースト中に存在するCSH相のナノ構造変形挙動を評価した。単軸圧縮負荷を受けるC$$_{3}$$Sペーストの変形を、ひずみゲージ,ブラッグピークシフト, PDFから求められるマクロからミクロな変形より評価した。PDF解析により、0-20${AA}$の範囲ではCSH相の影響が支配的であること、その一方で、20${AA}$を超える範囲では、他の結晶相の影響が支配的であることが明らかとなった。CSHの変形に支配的である20${AA}$以下の範囲では、塑性変形を示すステージI(0-10MPa)と、弾性変形を示すステージIIの2つの変形過程に分けられることが分かった。その一方で、20${AA}$以上の範囲では、水酸化カルシウムに似た変形を示した。10MPa以下では、層間水やゲル水の移動に伴い、CSHの高密度化を生じたと考えられるが、除荷後には、その移動した水がCSH中に戻ることにより、変形が回復している可能性がある。

報告書

Proceedings of 7th KAERI-JAEA Information Exchange Meeting on HTGR and Nuclear Hydrogen Technology; November 5th-6th, 2015, JAEA Oarai Research and Development Center, Oarai, Japan

稲葉 良知; Lee, T.*; 植田 祥平; 笠原 清司; 本多 友貴; Lee, H.*; Kim, E.*; Cho, M.*; Bae, K.*; 坂場 成昭

JAEA-Review 2015-043, 96 Pages, 2016/03

JAEA-Review-2015-043.pdf:79.27MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、韓国原子力研究所(KAERI)と「韓国原子力研究所と日本原子力研究開発機構との間の原子力平和利用分野における研究協力実施取決め」を締結し、高温ガス炉と原子力水素技術の開発に関する研究協力計画の下で、高温ガス炉と熱化学法ISプロセスによる水素製造技術開発を効率的に進めるために、両者による情報交換会議を2015年11月5日$$sim$$6日に大洗研究開発センターにおいて実施した。会議は公開情報に基づき、双方の研究者により、日本及び韓国における高温ガス炉開発及び原子力水素研究開発の現状と将来計画が議論された。本報は、本会議における論文集である。

論文

Nanostructural deformation analysis of calcium silicate hydrate in Portland cement paste by atomic pair distribution function

鈴木 裕士; Bae, S.*; 兼松 学*

Advances in Materials Science and Engineering, 2016, p.8936084_1 - 8936084_6, 2016/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

圧縮負荷におけるポートランドセメント硬化体(PC硬化体)のカルシウムシリケート化合物(CSH)のナノ構造の変形挙動を、シンクロトロン放射光により測定した原子対相関関数(PDF)により評価することに成功した。PC硬化体のPDFは、CSH粒子のサイズに一致する2.0nm以下の短距離構造に特異な変形挙動を示した。一方で、それ以上の長距離構造では、ブラッグ回折のピークシフトから得られた水酸化カルシウム相(CH)の変形挙動にほぼ一致した。CSHの圧縮変形挙動は粒状材料の変形挙動に類似しており、CSH粒子間のすべりと密度の変化に起因した3つの変形段階に分けることができた。このように、PDFを応用することにより、PC硬化体のCSHナノ構造の変形機構を理解できる可能性のあることを示した。

論文

Application of neutron stress measurement to reinforced concrete structure

鈴木 裕士; 楠 浩一*; 兼松 学*; 田才 晃*; 畠中 雄一*; 土屋 直子*; Bae, S.*; 白石 聖*; 櫻井 園子*; 川崎 卓郎; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031006_1 - 031006_6, 2015/09

鉄筋とコンクリート間の付着抵抗は、コンクリート構造物の一体性を確保する上で重要なパラメータであり、コンクリートに埋設された鉄筋のひずみ分布を測定することにより評価される。本研究では、飛行時間中性子回折法を用いて、コンクリート内部の鉄筋に発生する応力・ひずみ分布測定を試みた。その結果、コンクリートのひび割れ発生や鉄筋腐食に伴う付着劣化の様子を捉えることにも成功するなど、コンクリートに埋設された鉄筋の応力測定技術として、中性子回折法が有効な手段になり得ることを示した。

論文

Dynamics of multiple flux tubes in sawtoothing KSTAR plasmas heated by electron cyclotron waves, 2; Theoretical and numerical analysis

Bierwage, A.; Yun, G. S.*; Choe, G. H.*; Nam, Y.*; Lee, W.*; Park, H. K.*; Bae, Y.-S.*

Nuclear Fusion, 55(1), p.013016_1 - 013016_17, 2015/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:79.47(Physics, Fluids & Plasmas)

The dynamics of multiple flux tubes in the core of a sawtoothing tokamak plasma are studied numerically. This is motivated by observations of long-lived hot spots in the ECE images of KSTAR plasmas with ECH. Using a empirical source term in a reduced set of MHD equations, it is shown that flux tubes with helicity h=1 are easily produced and survive for the observed time intervals only if the safety factor q is close to unity and the magnetic shear is small. It is shown that under these conditions the spatial localization of ECH may allow it to actively induce the formation of the tubes. Using simulations, we examine how the flux tubes merge and annihilate, and how their dynamics depend on the strength of the drive. We conclude that flux tubes play an important role for the dynamic competition between sources and sinks of thermal and magnetic energy during the sawtooth ramp phase. The development of self-consistent simulation models is motivated and directions for experiments are given.

論文

Characteristics of global energy confinement in KSTAR L- and H-mode plasmas

Kim, H.-S.*; Jeon, Y. M.*; Na, Y.-S.*; Ghim, Y.-C.*; Ahn, J.-W.*; Yoon, S. W.*; Bak, J. G.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; Joung, M.*; et al.

Nuclear Fusion, 54(8), p.083012_1 - 083012_11, 2014/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.91(Physics, Fluids & Plasmas)

KSTARのLモードおよびHモードプラズマにおいてエネルギー閉じ込め特性を定量的に評価し、多変数回帰解析を行い多装置スケーリング則と比較した。解析したKSTARプラズマのエネルギー閉じ込め時間はLモードで0.04-0.16秒、Hモードで0.06-0.19秒の範囲にある。多変数回帰解析によると、閉じ込め時間は多装置スケーリング則と比較して損失パワーに関しては同程度の、プラズマ電流に関してはわずかに強い依存性が見られた。一方で、非円形度に関しては多装置スケーリング則が正の冪乗依存性を示すのに対してKSTARでは負の冪乗依存性を示した(Lモードで-0.68乗、Hモードで-0.76乗)。KSTARでは非円形度の増加と共にダイバータ足位置が移動するため、不純物の混入量が増加して閉じ込めを劣化させているなどの原因が考えられる。

論文

Temperature dependence of thermopower in strongly correlated multiorbital systems

関野 まり*; 岡本 聡*; 小椎八重 航*; 森 道康; 前川 禎通

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.017014_1 - 017014_5, 2014/06

Temperature dependence of thermopower in the multiorbital Hubbard model is studied by using the dynamical mean-field theory with the non-crossing approximation impurity solver. It is found that the Coulomb interaction, the Hund coupling, and the crystal filed splitting bring about non-monotonic temperature dependence of the thermopower, including its sign reversal. The implication of our theoretical results to some materials is discussed.

論文

Possible method to observe the breathing mode of a magnetic domain wall in the Josephson junction

森 道康; 小椎八重 航*; 挽野 真一*; 前川 禎通

Journal of Physics; Condensed Matter, 26(25), p.255702_1 - 255702_5, 2014/06

AA2014-0149.pdf:0.28MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.79(Physics, Condensed Matter)

A magnetic domain wall (DW) behaves as a massive particle with elasticity. Sliding and oscillation of the DW have been observed experimentally, whereas vibration of a width in the DW, "breathing mode", has not been measured so far. We theoretically propose how to observe the breathing mode by the Josephson junction having a ferromagnetic layer between superconducting electrodes. The current-voltage ($$I$$-$$V$$) curve is calculated by an equivalent circuit of the resistively shunted junction model. The breathing mode is identified by stepwise structures in the $$I$$-$$V$$ curve, which appear at the voltages $$V$$=$$n(hbar/2e$$)$$omega$$ with the fundamental constant $$hbar/e$$, integer number $$n$$, and the frequency of the breathing mode $$omega$$.

論文

Wall-conditioning plasmas by ECRF heating in KSTAR

伊丹 潔; Hong, S.-H.*; Bae, Y.-S.*; 松川 誠; Kim, W.-C.*; KSTAR Team*

Journal of Nuclear Materials, 438, p.S930 - S935, 2013/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:32.61(Materials Science, Multidisciplinary)

The plasma experiments to investigate the production of the helium ECWC plasmas and wall cleaning effects were carried out in the campaigns in 2010 and 2011 of KSTAR. Pulses of ECRF heating with fECRF = 110 GHz were injected into the vacuum vessel and the production of the ECWC plasma was measured by the plasma diagnostics. In 2010, the second harmonic of ECRF heating was applied at the position of $$B$$$$_{T}$$ = 1.97 $$T$$. It was found that the ECRF injection vertical to the toroidal field, was essentially important to produce high density plasmas and the uniformity of the plasma is significantly changed by field pattern of $$B$$$$_{H}$$ and $$B$$$$_{V}$$. In 2011, the fundamental ECRF heating was applied at the position of $$B$$$$_{T}$$ = 3.94 $$T$$. It was demonstrated that a reference tokamak discharge successfully started up the plasma current after the wall conditioning by ECRF.

論文

Development of high voltage power supply for the KSTAR 170 GHz ECH and CD system

Jeong, J. H.*; Bae, Y. S.*; Joung, M.*; Kim, H. J.*; Park, S. I.*; Han, W. S.*; Kim, J. S.*; Yang, H. L.*; Kwak, J. G.*; 坂本 慶司; et al.

Fusion Engineering and Design, 88(5), p.380 - 387, 2013/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.75(Nuclear Science & Technology)

A 3.6 MW DC power supply system was developed for the 170 GHz EC H&CD system in KSTAR. It consists of a cathode power supply (CPS), an anode power supply (APS) and a body power supply (BPS). The CPS is capable of supplying a voltage of -66 kV and a current of 55 A to the cathode with respect to the collector using pulse step modulation (PSM). The APS is a voltage divider system consisting of a fixed resistor and zener diode units with the capability of 60 kV stand-off voltage. For high frequency current modulation, the parallel discharge switch is introduced between the cathode and anode. The BPS is a DC power supply with 50 kV/160 mA. The series MOS-FET solid-state switch is used for on/off modulation in the body voltage sychronizing with anode voltage. The parallel discharge switch is also introduced between the body and collector for high frequency RF modulation. This paper describes the key features of the high voltage power supply system as well as the test results.

論文

Probing carbon edge exposure of iron phthalocyanine-based oxygen reduction catalysts by soft X-ray absorption spectroscopy

丹羽 秀治*; 斎藤 信*; 小林 正起*; 原田 慈久*; 尾嶋 正治*; 守屋 彰悟*; 松林 克征*; 難波江 裕太*; 黒木 重樹*; 池田 隆司; et al.

Journal of Power Sources, 223, p.30 - 35, 2013/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:43.7(Chemistry, Physical)

固体高分子形燃料電池用の非白金で、安価で、高性能の炭素正極触媒をデザインするには、酸素還元反応の活性点を明らかにすることが重要である。しかしながら、このような複雑な系においては通常用いられる原子・電子構造プローブにより活性点を直接特定するのは困難である。本研究では、炭素1${it s}$X線吸収分光を用いて鉄フタロシアニンをもとにした触媒の炭素構造を観察し、$$pi^{ast}$$吸収端以下に炭素端の露出を意味する構造を見いだした。またその強度は酸素還元活性とよく相関することがわかった。これらの結果は、炭素1${it s}$X線吸収分光を用いることにより炭素正極触媒における酸素還元活性の評価が端の露出の観点から可能であることを示している。

論文

Theoretical study of resonant inelastic X-ray scattering spectrum in nickelates

筒井 健二; 遠山 貴己*; 小椎八重 航*; 前川 禎通

Journal of Physics; Conference Series, 400(3), p.032105_1 - 032105_4, 2012/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

La$$_{2-x}$$Sr$$_x$$NiO$$_4$$はホール・ドープしたS=1の二次元反強磁性絶縁体であり、銅酸化物高温超伝導体の参照物質として調べられてきている、この物質において、光学伝導度では$$x$$=0の時電荷移動型ギャップが観測され、ホール・ドープによってギャップ内にエネルギー的に広がった吸収スペクトルが現れる。われわれは以前に光学伝導度のギャップ内に現れるスペクトルが、Niサイトにおける高スピン状態から低スピン状態への励起であることを示したが、共鳴非弾性X線散乱においても光学伝導度と同様な励起が現れるかどうかが興味深い。そこで本研究では、光学伝導度の計算と同じく、$$e_g$$軌道の2バンド・ハバード模型に対する数値的厳密対角化法によって、共鳴非弾性X線散乱スペクトルを計算し、その励起の起源を議論する。

論文

Study on the oxygen adsorption property of nitrogen-containing metal-free carbon-based cathode catalysts for oxygen reduction reaction

木内 久雄*; 丹羽 秀治*; 小林 正起*; 原田 慈久*; 尾嶋 正治*; 畳開 真之*; 難波江 裕太*; 黒木 重樹*; 柿本 雅明*; 池田 隆司; et al.

Electrochimica Acta, 82(1), p.291 - 295, 2012/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:65.85(Electrochemistry)

含窒素ポリアミド(PA)と窒素を含まないフェノール樹脂(PhRs)由来の金属を含まない炭素触媒への酸素吸着特性を調べた。電気化学分析及びラマン分光からPA由来の炭素触媒はPhRs由来の物よりもより高い2電子酸素還元活性を示し、またより多くの欠陥を含むことがわかった。${it In-situ}$X線光電子分光からグラファイト状窒素が酸素吸着に寄与しPA由来の触媒ではC=Oが主な成分であることがわかった。これらの実験結果はグラファイト状窒素の近傍に吸着したC=O成分が2電子酸素還元の活性点であることを示唆している。

論文

Towards precise measurement of oscillatory domain wall by ferromagnetic Josephson junction

挽野 真一*; 森 道康; 小椎八重 航*; 前川 禎通

Applied Physics Letters, 100(15), p.152402_1 - 152402_3, 2012/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:78.28(Physics, Applied)

We theoretically propose a principle for precise measurement of oscillatory domain wall (DW) by a ferromagnetic Josephson junction, which is composed of a ferromagnetic wire with DW and two superconducting electrodes. The current-voltage curve exhibits stepwise structures, only when DW oscillates in the ferromagnetic wire. The voltage step appears at ${it V}$ = ${it n}$ ($$hbar$$/2${it e}$) $$omega$$ $$_{DW}$$ with the fundamental constant $$hbar$$/${it e}$, integer number ${it n}$, and the DW frequency $$omega$$$$_{DW}$$. Since ${it V}$ can be determined in the order of 10$$^{-9}$$ accuracy, the oscillatory DW will be measured more precisely than present status by conventional method.

論文

First neutral beam injection experiments on KSTAR tokamak

Jeong, S. H.*; Chang, D. H.*; Kim, T. S.*; In, S. R.*; Lee, K. W.*; Jin, J. T.*; Chang, D. S.*; Oh, B. H.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02B102_1 - 02B102_3, 2012/02

 被引用回数:18 パーセンタイル:30.48(Instruments & Instrumentation)

KSTAR用中性粒子入射装置全体の1/3が2010年に完成し、入射実験を行った。この装置のイオン源は、原子力機構のプラズマ源とKAERIの多孔型加速電極で構成されている。入射実験前にイオン源の特性を調べ、ビーム発散角が0.8度、イオン組成比D$$^{+}$$/D$$_{2}$$$$^{+}$$/D$$_{3}$$$$^{+}$$が75:20:5、アーク効率1.0A/kWと良好な特性を確認した。KSTARへの入射実験では、0.7-1.5MWを70-90keVのエネルギーで入射した。プラズマのLモードからHモードへの遷移を確認でき、D-D反応による中性子発生を観測し、イオン温度とプラズマ閉じ込めエネルギーの上昇を観測した。

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