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論文

Polaronic nature of a muonium-related paramagnetic center in SrTiO$$_3$$

伊藤 孝; 髭本 亘; 幸田 章宏*; 下村 浩一郎*

Applied Physics Letters, 115(19), p.192103_1 - 192103_4, 2019/11

The hyperfine features and thermal stability of a muonium (Mu)-related paramagnetic center were investigated in the SrTiO$$_3$$ perovskite titanate via muon spin rotation spectroscopy. The hyperfine coupling tensor of the paramagnetic center was found to have prominent dipolar characteristics, indicating that the electron spin density is dominantly distributed on a Ti site to form a small polaron near an ionized Mu$$^+$$ donor. Based on a hydrogen-Mu analogy, interstitial hydrogen is also expected to form such a polaronic center in the dilute doping limit. The small activation energy of 30(3) meV found for the thermal dissociation of the Mu$$^+$$-polaron complex suggests that the strain energy required to distort the lattice is comparable to the electronic energy gained by localizing the electron.

論文

Neutron scattering study of yttrium iron garnet

社本 真一; 伊藤 孝; 大西 弘明; 山内 宏樹; 稲村 泰弘; 松浦 直人*; 赤津 光洋*; 樹神 克明; 中尾 朗子*; 茂吉 武人*; et al.

Physical Review B, 97(5), p.054429_1 - 054429_9, 2018/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

イットリウム鉄ガーネットの核および磁気構造と全マグノン分散を中性子散乱により調べた。低エネルギーの分散は強磁性マグノンで期待されるように14meVまで2次関数の分散を示した。$$q$$積分した動的磁化率$$chi$$"($$E$$)の虚部は低エネルギーで平方根のエネルギー依存性を示した。$$chi$$"($$E$$)から絶対値でマグノン状態密度を求めた。その値は理論的に予想されるマグノン分散でひとつのカラリティーモードに対応する。

論文

Development of under sodium viewer for next generation sodium-cooled fast reactors

相澤 康介; 近澤 佳隆; 荒 邦章; 由井 正弘*; 植本 洋平*; 黒川 正秋*; 平松 貴志*

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2017/06

ナトリウム冷却高速炉では、不透明なナトリウム中の検査が重要な課題の一つである。世界各国の機関において、長距離から障害物の有無を検出する目的とした水平USV(ナトリウム中可視化す装置)、短距離または中距離から可視化を目的とした画像化USVが開発されてきた。本研究では、約1mの距離から画像化を目的としたUSVを開発した。本研究では、受信センサとして、ダイアフラムの振動を光学的に検知するシステムを採用した。本研究では、主に受信センサ及び送信センサの感度向上を目指し、かつ改良した受信センサ及び送信センサを用いた水中画像化試験を実施した。試験の結果、改良センサを用いることで従来より高解像度の画像を得られることを明らかになった。

論文

Characterization of rare earth elements (REEs) associated with suspended particles in deep granitic groundwater and their post-closure behavior from a simulated underground facility

岩月 輝希; 宗本 隆志*; 久保田 満*; 林田 一貴; 加藤 利弘*

Applied Geochemistry, 82, p.134 - 145, 2017/05

AA2017-0090.pdf:2.35MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:78.91(Geochemistry & Geophysics)

瑞浪超深地層研究所において、地下水及び懸濁態粒子に含まれる希土類元素の挙動について研究を行った。その結果、地下水中の希土類元素の10$$sim$$60%が懸濁粒子に付着して存在することが確認された。希土類元素が付着する懸濁粒子は主に炭酸塩コロイドであり、一般的な地下水は炭酸塩鉱物に対して飽和平衡状態にあることから、炭酸塩コロイドの起源は炭酸塩鉱物と推察された。また、坑道閉鎖環境においては、地下水中の溶存態及びコロイド態の希土類元素濃度が、周辺の地下水に比べて有意に低下することが確認された。熱力学計算により地下水に溶存する希土類元素は主に炭酸錯体と推測され、坑道壁面のセメント吹付上に炭酸塩コロイドとともに吸着・共沈していると考えられた。以上の事から、地下施設におけるセメント材料の使用は、希土類元素の移動し難い環境を形成すると考えられる。

報告書

超深地層研究所計画における地下水の地球化学に関する調査研究; 瑞浪層群・土岐花崗岩の地下水の地球化学特性データ集(2015年度)

林田 一貴; 加藤 利弘; 宗本 隆志; 青才 大介*; 乾 道春*; 久保田 満; 岩月 輝希

JAEA-Data/Code 2017-008, 52 Pages, 2017/03

JAEA-Data-Code-2017-008.pdf:3.84MB

日本原子力研究開発機構は岐阜県瑞浪市で進めている超深地層研究所計画において、研究坑道の掘削・維持管理が周辺の地下水の地球化学特性に与える影響の把握を目的とした調査研究を行っている。本データ集は、超深地層研究所計画において、2015年度に実施した地下水の採水調査によって得られた地球化学データを取りまとめたものである。データの追跡性を確保するため、試料採取場所、試料採取時間、採取方法および分析方法などを示し、あわせてデータの品質管理方法について示した。

論文

Excited configurations of hydrogen in the BaTiO$$_{3-x}$$H$$_x$$ perovskite lattice associated with hydrogen exchange and transport

伊藤 孝; 幸田 章宏*; 下村 浩一郎*; 髭本 亘; 松崎 禎市郎*; 小林 洋治*; 陰山 洋*

Physical Review B, 95(2), p.020301_1 - 020301_5, 2017/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.33(Materials Science, Multidisciplinary)

Excited configurations of hydrogen in the oxyhydride BaTiO$$_{3-x}$$H$$_x$$ ($$x=0.1-0.5$$), which are considered to be involved in its hydrogen transport and exchange processes, were investigated by $$mu^+$$SR spectroscopy using muonium (Mu) as a pseudoisotope of hydrogen. Muons implanted into BaTiO$$_{3-x}$$H$$_x$$ were mainly found in two metastable states. One was assigned to a highly mobile interstitial protonic state, which is commonly observed in perovskite oxides. The other was found to form an entangled two spin-$$frac{1}{2}$$ system with the nuclear spin of an H$$^-$$ ion at the anion site. The structure of the (H,Mu) complex agrees well with that of a neutralized center containing two H$$^-$$ ions at a doubly charged oxygen vacancy, which was predicted to form in SrTiO$$_{3-delta}$$ by a computational study. Above 100 K, interstitial Mu$$^+$$ diffusion and retrapping to a deep defect were observed, which could be a rate-limiting step of macroscopic Mu/H transport in BaTiO$$_{3-x}$$H$$_x$$.

論文

Volume-wise destruction of the antiferromagnetic Mott insulating state through quantum tuning

Frandsen, B. A.*; Liu, L.*; Cheung, S. C.*; Guguchia, Z.*; Khasanov, R.*; Morenzoni, E.*; Munsie, T. J. S.*; Hallas, A. M.*; Wilson, M. N.*; Cai, Y.*; et al.

Nature Communications (Internet), 7, p.12519_1 - 12519_8, 2016/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:40.56(Multidisciplinary Sciences)

RENiO$$_3$$ (RE = rare-earth element) and V$$_2$$O$$_3$$ are archetypal Mott insulator systems. When tuned by chemical substitution (RENiO$$_3$$) or pressure (V$$_2$$O$$_3$$), they exhibit a quantum phase transition (QPT) between an antiferromagnetic Mott insulating state and a paramagnetic metallic state. Because novel physics often appears near a Mott QPT, the details of this transition, such as whether it is first or second order, are important. Here, we demonstrate through muon spin relaxation/rotation experiments that the QPT in RENiO$$_3$$ and V$$_2$$O$$_3$$ is first order: the magnetically ordered volume fraction decreases to zero at the QPT, resulting in a broad region of intrinsic phase separation, while the ordered magnetic moment retains its full value until it is suddenly destroyed at the QPT. These findings bring to light a surprising universality of the pressure-driven Mott transition, revealing the importance of phase separation and calling for further investigation into the nature of quantum fluctuations underlying the transition.

報告書

超深地層研究所計画における地下水の地球化学に関する調査研究; 瑞浪層群・土岐花崗岩の地下水の地球化学特性データ集(2014年度)

林田 一貴; 宗本 隆志; 青才 大介*; 乾 道春*; 岩月 輝希

JAEA-Data/Code 2016-001, 64 Pages, 2016/06

JAEA-Data-Code-2016-001.pdf:3.19MB

日本原子力研究開発機構は岐阜県瑞浪市で進めている超深地層研究所計画において、研究坑道の掘削・維持管理が周辺の地下水の地球化学特性に与える影響の把握を目的とした調査研究を行っている。本データ集は、超深地層研究所計画において、2014年度に実施した地下水の採水調査によって得られた地球化学データを取りまとめたものである。データの追跡性を確保するため、試料採取場所、試料採取時間、採取方法および分析方法などを示し、あわせてデータの品質管理方法について示した。

論文

平成28年度技術士試験「原子力・放射線部門」対策講座; 平成27年度技術士二次試験「原子力・放射線部門」; そのポイントを探る$$sim$$全体解説、必須科目及び選択科目の設問と解説

高橋 直樹; 芳中 一行; 原田 晃男; 山中 淳至; 上野 隆; 栗原 良一; 鈴木 惣十; 高松 操; 前田 茂貴; 井関 淳; et al.

日本原子力学会ホームページ(インターネット), 64 Pages, 2016/00

本資料は、平成28年度技術士試験(原子力・放射線部門)の受験を志す者への学習支援を目的とし、平成27年度技術士試験(原子力・放射線部門)の出題傾向分析や学習方法等についての全体解説、必須科目の解答と解説及び選択科目の模範解答や解答作成にあたってのポイント解説を行うものである。なお、本資料は技術士制度の普及と技術士育成を目的とした日本原子力学会から日本技術士会(原子力・放射線部会)への依頼に基づき、原子力機構所属の技術士及び社内外の各分野における専門家により作成を行ったものである。

論文

Rare earth elements (REE) in deep groundwater from granite and fracture-filling calcite in the Tono area, central Japan; Prediction of REE fractionation in paleo- to present-day groundwater

宗本 隆志; 大森 一秋*; 岩月 輝希

Chemical Geology, 417, p.58 - 67, 2015/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.01(Geochemistry & Geophysics)

水-鉱物反応は地球表層環境における物質移動特性に影響を及ぼす重要な地球科学プロセスである。特に、希土類元素(YREE: La-Lu, Y)の鉱物中への分配挙動は環境条件の変化にしたがって、YREE存在度パターンとして保存されるため、地球科学プロセスを把握するための指標として利用されてきた。本研究では深部花崗岩中の地下水と二次鉱物を対象に地下水の水質条件の変化に伴うYREEの分配挙動の変化について明らかとし、現在から過去までの地下水中の希土類元素の分配挙動の予測を行った。

報告書

超深地層研究所計画,年度報告書; 2014年度

濱 克宏; 見掛 信一郎; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 桑原 和道; 上野 哲朗; 大貫 賢二*; 別府 伸治; 尾上 博則; 竹内 竜史; et al.

JAEA-Review 2015-024, 122 Pages, 2015/11

JAEA-Review-2015-024.pdf:80.64MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2014年度は、2014年2月における深度500mステージの研究坑道の掘削工事の完了に伴い、超深地層研究所計画における深度500mまでの第2段階の調査研究を一旦終了し、これまで実施してきた各種モニタリングを含め、物質移動試験や再冠水試験等の第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2014年度に実施した調査研究、施設建設、共同研究等の成果を取りまとめたものである。

論文

22A beam production of the uniform negative ions in the JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 畑山 明聖*; 柴田 崇統*; 山本 崇史*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; et al.

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.616 - 619, 2015/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:28.02(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAのプラズマ加熱および電流駆動装置として利用する世界最大の負イオン源では、要求値となる22Aの大電流負イオンビームの100秒生成を目指している。そのためには、40cm$$times$$110cm(全1000穴)のビーム引出面積から生成されるビームの一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの親粒子である水素原子および水素イオンをより一様に生成するために、磁場分布・高速電子分布計算結果および実験結果に基づいて、従来の横磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造に改良した。これにより、全プラズマ電極に対する一様な領域は、従来よりも1.5倍まで改良し、この一様な領域からJT-60SAの要求値を満たす22Aのビーム生成を可能にした。このときのビーム電流密度は210A/m$$^{2}$$であり、これはITERの負イオン源にて要求される200A/m$$^{2}$$をも満たすビーム生成に成功した。

論文

Online monitoring of negative muon beam profiles at J-PARC MUSE using a gated image intensifier

伊藤 孝; 髭本 亘; 二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036014_1 - 036014_5, 2015/09

We report on negative muon beam imaging at J-PARC MUSE using a newly-developed online muon beam profile monitor. A beam spot of a 3.8-MeV pulsed negative muon beam was clearly visualized in a few minutes. Decay electron background was significantly reduced owing to high-speed gating capability of a gated image intensifier installed in the muon beam profile monitor. A 3D map of negative muon intensity distribution was obtained at around the beam exit in the D2 experimental area, using a movable feature of this instrument.

論文

Tuning of ultra-slow muon transport system

足立 泰平*; 池戸 豊*; 西山 樟生*; 薮内 敦*; 長友 傑*; Strasser, P.*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 小嶋 健児*; 牧村 俊助*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036017_1 - 036017_4, 2015/09

We report on the tuning of the ultra-slow muon beam line at J-PARC MUSE using Li impurities in a tungsten muonium production target in place of positive muons. Li ions were evaporated from the tungsten target by heating it up to 2000K and were transported in the ultra-slow muon beam line. The Li ion beam was monitored by micro channel plates installed at several points in the beam line. The Li beam was successfully transported to the end of the beam line after optimization of beam line parameters.

論文

Perturbation on hyperfine-enhanced $$^{141}$$Pr nuclear spin dynamics associated with antiferroquadrupolar order in PrV$$_2$$Al$$_{20}$$

伊藤 孝; 髭本 亘; 酒井 明人*; 中辻 知*; 辻本 真規*

Physical Review B, 92(12), p.125151_1 - 125151_5, 2015/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:90.95(Materials Science, Multidisciplinary)

The nature of multipolar order and hyperfine-enhanced (HE) $$^{141}$$Pr nuclear spin dynamics in PrV$$_2$$Al$$_{20}$$ was investigated using the muon spin relaxation technique. No explicit sign of time-reversal symmetry breaking was found below the multipolar order temperature $$T_Qsim 0.6$$K in a zero applied field as anticipated on the basis of the antiferroquadrupolar (AFQ) order picture proposed by Sakai and Nakatsuji [J. Phys. Soc. Jpn. ${bf 80}$, 063701 (2011)]. Further evidence of the nonmagnetic ground state was obtained from the observation of HE $$^{141}$$Pr nuclear spin fluctuations in the MHz scale. A marked increase in the muon spin-lattice relaxation rate (1/$$T_{rm 1,mu}$$) was observed below 1K with decreasing temperature, which was attributed to the perturbation on the HE $$^{141}$$Pr nuclear spin dynamics associated with the development of AFQ correlations.

論文

Photoelectron diffraction from laser-aligned molecules with X-ray free-electron laser pulses

中嶋 享*; 寺本 高啓*; 赤木 浩; 藤川 高志*; 間嶋 拓也*; 峰本 紳一郎*; 小川 奏*; 酒井 広文*; 富樫 格*; 登野 健介*; et al.

Scientific Reports (Internet), 5, p.14065_1 - 14065_11, 2015/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:14.25(Multidisciplinary Sciences)

X線自由電子レーザーを利用することで、レーザーによって整列したI$$_{2}$$分子からのX線光電子回折(XPD)パターンを観測した。X線自由電子レーザーの偏光方向に整列したI$$_{2}$$分子のXPDは我々の理論計算とよく一致した。さらに、実験で得られるXPDを分子構造決定に利用する際の適応基準を提案した。

報告書

Irradiation test with silicon ingot for NTD-Si irradiation technology

竹本 紀之; Romanova, N.*; 木村 伸明; Gizatulin, S.*; 斎藤 隆; Martyushov, A.*; Nakipov, D.*; 土谷 邦彦; Chakrov, P.*

JAEA-Technology 2015-021, 32 Pages, 2015/08

JAEA-Technology-2015-021.pdf:3.15MB

日本原子力研究開発機構・照射試験炉センターでは、産業利用拡大の観点からJMTRを活用した中性子核変換ドーピング(Neutron Transmutation Doping: NTD)法によるシリコン半導体製造を検討している。この検討の一環として、カザフスタン共和国核物理研究所(INP)との原子力科学分野における研究開発協力のための実施取決め(試験研究炉に関する原子力技術)のもとで、INPが有するWWR-K炉を用いたシリコンインゴット試料の照射試験を行うこととした。まず、シリコン回転装置を製作してWWR-K炉に設置するとともに、シリコンインゴット試料の照射位置における中性子照射場の評価を行うため、フルエンスモニタを用いた予備照射試験を行った。次に、予備照射試験結果に基づき、2本のシリコンインゴット試料の照射試験を行うとともに、照射後の試料の抵抗率等を測定し、試験研究炉を用いた高品位シリコン半導体製造の商用生産への適用性について評価を行った。

論文

Hydrochemical disturbances measured in groundwater during the construction and operation of a large-scale underground facility in deep crystalline rock in Japan

岩月 輝希; 萩原 大樹; 大森 一秋; 宗本 隆志; 尾上 博則

Environmental Earth Sciences, 74(4), p.3041 - 3057, 2015/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:24.01(Environmental Sciences)

岐阜県瑞浪市の超深地層研究所において、深度500mまでの坑道掘削及び維持管理時の地下水の水理・化学変化の観測を行った。その結果、水位低下や深部地下水の湧昇に伴う地下水の水質変化とそのプロセスを把握することができた。また、観測結果から大規模地下施設を結晶質岩に建設する時の留意点を整理することができた。

論文

Nondestructive elemental depth-profiling analysis by muonic X-ray measurement

二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 長友 傑*; 髭本 亘; 伊藤 孝; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 鈴木 栄男*; et al.

Analytical Chemistry, 87(9), p.4597 - 4600, 2015/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:58.47(Chemistry, Analytical)

Elemental analysis of materials is fundamentally important to science and technology. Many elemental analysis methods have been developed, but three-dimensional nondestructive elemental analysis of bulk materials has remained elusive. Recently, we developed a nondestructive depth-profiling elemental analysis method after a decade of research. This new method utilizes a new type of probe; a negative muon particle and high-energy muonic X-rays emitted after the muon stops in a material. We performed elemental depth profiling on an old Japanese gold coin (Tempo-Koban) using a low-momentum negative muon beam and successfully determined that the Au concentration in the coin gradually decreased with depth over a micrometer length scale.

論文

マルチプローブを用いた安定化ジルコニアのアニールによる結晶、局所構造への影響の研究

伊藤 孝憲*; 森 昌史*; 犬飼 学*; 仁谷 浩明*; 山本 孝*; 宮永 崇史*; 井川 直樹; 北村 尚斗*; 石田 直哉*; 井手本 康*

Photon Factory News, 33(1), p.18 - 24, 2015/05

固体酸化物型燃料電池の電解質に用いられる安定化ジルコニアにおいて、長時間アニールによる結晶構造、局所構造への影響をマルチプローブ(放射光, 中性子, 第一原理計算)によって考察した。放射光X線,中性子回折を用いたリートベルト解析、最大エントロピー法解析の結果から、アニールすることで、周期的構造が秩序的となる場合と無秩序的になる場合があることが分かった。一方、X線吸収スペクトルと第一原理計算によると、アニールによってZrO$$_{8}$$が歪むことが確認された。これらの結果から、アニールによる導電率の低下は周期的構造が関係していると考えられる。

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