A Large modulation of spin pumping using magnetic phase transitions in single crystalline dysprosium

山野井 一人*; 榊原 有理*; 藤本 純治*; 松尾 衛; 能崎 幸雄*

Applied Physics Express, 16(6), p.063004_1 - 063004_6, 2023/06

https://doi.org/10.35848/1882-0786/acde67

We report a large modulation of spin pumping using temperature-induced magnetic phase transitions in c-axis oriented single crystalline dysprosium (Dy). From the temperature variation of the magnetic susceptibility, transitions from paramagnetic (PM) to ferromagnetic (FM) phases via antiferromagnetic (AFM) phase are clearly observed in the Dy. Unlike polycrystalline Dy, the spin pumping of both PM- and AFM-Dy are strongly suppressed owing to the increased non-dissipative backflow of spin current by the long-range spin transport, although two orders of magnitude difference exist between FM- and AFM-phases.

Repeatable photoinduced insulator-to-metal transition in yttrium oxyhydride epitaxial thin films

小松 遊矢*; 清水 亮太*; 佐藤 龍平*; Wilde, M.*; 西尾 和記*; 片瀬 貴義*; 松村 大樹; 齋藤 寛之*; 宮内 雅浩*; Adelman, J. R.*; et al.

Chemistry of Materials, 34(8), p.3616 - 3623, 2022/04

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c03450

Here, we demonstrate such a highly repeatable photoinduced insulator-to-metal transition in yttrium oxyhydride (YOH) epitaxial thin films. The temperature () dependence of the electrical resistivity () of the films transforms from insulating to metallic () under ultraviolet laser illumination. The sample is heated (125 C) under an Ar atmosphere to recover its original insulating state. The films recover their original metallic conductivity when subsequently subjected to ultraviolet laser illumination, showing repeatable photoinduced insulator-to-metal transition. First principles calculations show that the itinerant carriers originate from the variations in the charge states of the hydrogen atoms that occupy octahedral interstitial sites. This study indicates that tuning the site occupancy (octahedral/tetrahedral) of the hydrogen atoms exerts a significant effect on the photoresponse of metal hydrides.

Spectrum collapse of disordered Dirac Landau levels as topological non-Hermitian physics

松下 太樹*; 永井 佑紀; 藤本 聡*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(7), p.074703_1 - 074703_7, 2021/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.074703

物質を特徴付ける新しい方法として、準粒子の寿命に起因した非エルミート有効準粒子ハミルトニアンを用いる方法がある。しかしながら、その非エルミート性に起因する現象がどの物質でどのように現れるかはあまり知られていない。本研究では、ワイル・ディラック半金属と呼ばれる物質群において、これらの物質が高磁場環境下において準粒子スペクトルに非エルミート性を反映した特異な状態が現れることを示した。通常、ハミルトニアンはエルミートであるが、準粒子の有効ハミルトニアンが非エルミートになることによって、例外点と呼ばれる非エルミート行列特有のトポロジカル構造が生じ、その影響によって、高磁場で量子化された準位が潰れることがあることがわかった。このスペクトルの崩壊は角度分解光電子分光などの実験によって観測できることを予言した。本研究により、物質の新しい側面をトポロジーとして見出すことができた。

Blackening of titanium dioxide nanoparticles by atomic hydrogen and the effect of coexistence of water on the blackening

藤本 将秀*; 松本 益明*; 長塚 直樹*; 福谷 克之

RSC Advances (Internet), 11(7), p.4270 - 4275, 2021/01

https://doi.org/10.1039/D0RA09090E

A fast blackening process of titanium dioxide nanoparticles by exposing to atomic hydrogen was studied by estimating the color of the nanoparticles. The whiteness of TiO decreased exponentially with time, which suggests a first-order reaction between atomic H and surface oxygen, whose rate constant is proportional to the ambient pressure of H. The rate constant increases as the temperature of nanoparticles at exposing to atomic hydrogen. The structure and size of nanoparticles were estimated by the X-ray diffraction (XRD), which shows that a part of anatase transferred to rutile and the crystal sizes of both anatase and rutile increased by hydrogenation above 600 K. The blackening of TiO halfway stopped under the condition of the similar partial pressure of water with hydrogen. This suggests the presence of reverse reaction between HO and oxygen vacancy, whose reaction rate constant is proportional to the partial pressure of HO.

Disorder-induced exceptional and hybrid point rings in Weyl/Dirac semimetals

松下 太樹*; 永井 佑紀; 藤本 聡*

Physical Review B, 100(24), p.245205_1 - 245205_9, 2019/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.245205

物質を特徴付ける新しい方法として、準粒子の寿命に起因した非エルミート有効準粒子ハミルトニアンを用いる方法がある。しかしながら、その非エルミート性に起因する現象がどの物質でどのように現れるかはあまり知られていない。本研究では、ワイル・ディラック半金属と呼ばれる物質群において、不純物や格子欠陥が存在する場合、準粒子スペクトルに非エルミート性が現れることを示した。通常、ハミルトニアンはエルミートであるが、準粒子の有効ハミルトニアンが非エルミートになることによって、例外点と呼ばれる非エルミート行列特有のトポロジカル構造が運動量空間に現れることがわかった。そして、この例外点は角度分解光電子分光などの実験によってフラットバンドとして観測できることを予言した。本研究により、物質の新しい側面をトポロジーによって見出すことができ、かつ不純物や欠陥が本質的な役割を示すことがわかった。

HTTRの起動用中性子源の交換時期の推定

小野 正人; 小澤 太教; 藤本 望*

JAEA-Technology 2019-012, 15 Pages, 2019/09

JAEA-Technology-2019-012.pdf:2.83MB

HTTRでは、原子炉の起動及び広領域中性子検出器の計数率の確認を目的として、起動用中性子源Cfを用いているが、半減期が約2.6年と短いことから適切な時期に交換する必要がある。交換時期の推定には、広領域中性子検出器の「WRM計数率低」の警報発報を防ぐために、半減期のみならず、ゆらぎを考慮する必要がある。このため、広領域中性子検出器の計数率と標準偏差の関係式等から計数率の最小値を予測する手法を考案した。本手法を用いて広領域中性子検出器の計数率の変化を予測した結果、計数率が3.0cpsに低下するのが2022年、1.5cpsに低下するのが2024年となり、2024年までに交換を完了する必要があることが明らかとなった。

Feasibility study of large-scale production of iodine-125 at the high temperature engineering test reactor

Ho, H. Q.; 本多 友貴*; 濱本 真平; 石井 俊晃; 藤本 望*; 石塚 悦男

Applied Radiation and Isotopes, 140, p.209 - 214, 2018/10

https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2018.07.024

The feasibility of a large-scale iodine-125 production from natural xenon gas at high-temperature gas-cooled reactors was investigated. A high-temperature engineering test reactor, which is located in Japan, was used as a reference HTGR reactor in this study. First, a computer code based on a Runge-Kutta method was developed to calculate the quantities of isotopes arising from the neutron irradiation of natural xenon gas target. This code was verified with a good agreement with a reference result. Next, optimization of irradiation planning was carried out. As results, with 4 days of irradiation and 8 days of decay, the I production could be maximized and the I contamination was within an acceptable level. The preliminary design of irradiation channels at the HTTR was also optimized. The case with 3 irradiation channels and 20-cm diameter was determined as the optimal design, which could produce approximately 180,000 GBq per year of I production.

Benchmark study on realized random packing model for coated fuel particles of HTTR using MCNP6

Ho, H. Q.; 守田 圭介*; 本多 友貴; 藤本 望*; 高田 昌二

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 8 Pages, 2017/04

The Coated Fuel Particle plays an important role in the excellent safety feature of the High Temperature Gas-cooled Reactor. However, the random distribution of CFPs also makes the simulation of HTGR fuel become more complicated. The Monte Carlo N-particle (MCNP) code is one of the most well-known codes for validation of nuclear systems; unfortunately, it does not provide an appropriate function to model a statistical geometry explicitly. In order to deal with the stochastic media, a utility program for the random model, namely Realized Random Packing (RRP), has been developed particularly for High Temperature engineering Test Reactor (HTTR). This utility program creates a number of random points in an annular geometry. Then, these random points will be used as the center coordinate of CFPs in the MCNP6 input file and therefore the actual random arrangement of CFPs can be simulated explicitly. First, a pin-cell calculation was carried out to validate the RRP by comparing with Statistical Geometry (STG) model of MVP code. After that, the comparison between the RRP model (MCNP) and STG model (MVP) was shown in whole core criticality calculation, not only for the annular core but also for the fully-loaded core. The comparison of numerical results showed that the RRP model and STG model differed insignificantly in the multiplication factor as expected, regardless of the pin-cell or whole core calculations. In addition, the RRP model did not make the calculation time increase a lot in comparison with the conventional regular model (uniform arrangement).

Sensitivity and uncertainty analyses of lead sample reactivity experiments at Kyoto University Critical Assembly

Pyeon, C. H.*; 藤本 敦士*; 菅原 隆徳; 岩元 大樹; 西原 健司; 高橋 佳之*; 中島 健*; 辻本 和文

Nuclear Science and Engineering, 185(3), p.460 - 472, 2017/03

https://doi.org/10.1080/00295639.2016.1272976

京都大学臨界集合体において実施された鉛サンプル反応度実験の感度および不確かさ解析を行った。SRAC2006とMARBLEコードを用いて、JENDL-4.0の共分散データに基づくPb同位体の反応やエネルギー領域の影響を詳細に解析した。これらの感度および不確かさ解析の結果について、JENDL-3.3, ENDF/B-VII.0, and JEFF-3.1を用いた時の結果と比較を行った。その結果、これらの結果をPb-Bi冷却型のADS核設計に反映するには、さらなる実験および解析が必要であることが示された。

Burn-up dependency of control rod position at zero-power criticality in the high-temperature engineering test reactor

本多 友貴; 藤本 望*; 澤畑 洋明; 高田 昌二; 沢 和弘

Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 3(1), p.011013_1 - 011013_4, 2017/01

https://doi.org/10.1115/1.4033812

HTTRの燃焼挙動は今後の高温ガス炉開発において重要なデータである。現在までにHTTRを用いた様々な試験が行われており、解析精度の検証が行われてきたが燃焼を伴う解析精度の検証が不十分であった。また、現在のHTTRは燃焼中期にあり、十分なデータが取得されている。そこで本研究では、燃焼を伴う臨界制御棒位置のデータを用いて核解析コードの解析精度の検討を行った。しかしながら、定格試験データは炉内に温度分布があるため、誤差要因が多く検証が困難であった。対してHTTRでは試験ごとに400Kの低温臨界制御棒位置のデータを保有しており、また400K条件での試験データは温度分布が無く解析値と比較する上で良質なデータであるため、まずこれらのデータを用いて燃焼による拡散計算コードCITATIONによる解析精度の検討を行い十分な精度があることを確かめた。これにより、Sm, Puなどの蓄積評価が十分であることを確認した。これらのコードの検証により将来高温ガス炉のための技術基盤の確立を目指す。