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樋口 雄紀*; 吉宗 航*; 加藤 悟*; 日比 章五*; 瀬戸山 大吾*; 伊勢川 和久*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 野崎 洋*; 原田 雅史*; et al.
Communications Engineering (Internet), 3, p.33_1 - 33_7, 2024/02
The automotive industry aims to ensure the cold-start capability of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) for developing fuel cell electric vehicles that can be driven in cold climates. Water and ice behavior is a key factor in maintaining this capability. Previously reported methods for visualizing water and/or ice are limited to small-sized PEFCs ( 
50 cm
), while fuel cell electric vehicles are equipped with larger PEFCs. Here, we developed a system using a pulsed spallation neutron beam to visualize water distribution and identify water/ice phases in practical-sized PEFCs at a cold start. The results show direct evidence of a stepwise freezing behavior inside the PEFC. The produced water initially accumulated at the center of the PEFC and then froze, followed by PEFC shutdown as freezing progressed. This study can serve as a reference to guide the development of cold-start protocols, cell design, and materials for next-generation fuel cell electric vehicles.
橋本 俊輔*; 山口 聡*; 原田 雅史*; 中島 健次; 菊地 龍弥*; 大石 一城*
Journal of Colloid and Interface Science, 638, p.475 - 486, 2023/05
被引用回数：2 パーセンタイル：66.51(Chemistry, Physical)最近、粒子分率から計算される理論的に予測された値と比較して、ベース液体と分散された固体ナノ粒子で構成されるナノ流体の熱伝導率の異常な改善が報告されている。一般に、気体と液体の熱伝導率の値は、並進運動中の分子の平均自由行程によって支配される。ここでは、ナノ粒子の周りの液体分子の振動挙動がこれらの熱伝導率の増加に寄与している可能性を示す確かな証拠を提示する。
吉宗 航*; Kikkawa, Nobuaki*; Yoneyama, Hiroaki*; Takahashi, Naoko*; Minami, Saori*; Akimoto, Yusuke*; Mitsuoka, Takuya*; Kawaura, Hiroyuki*; Harada, Masashi*; 山田 悟史*; et al.
ACS Applied Materials & Interfaces, 14(48), p.53744 - 53754, 2022/11
被引用回数：6 パーセンタイル：59.75(Nanoscience & Nanotechnology)Chemically modified carbon supports for the cathode catalyst layers of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) show considerable promise for boosting the oxygen reduction reaction. This study evaluated the ionomer distribution of Nafion ionomer thin films on nitrogen (N)-modified carbon surfaces along their depth direction. Neutron reflectivity (NR) measurements performed using the double-contrast technique with H
O and DO revealed that the introduction of N functional groups to carbon thin films promoted ionomer adsorption onto the surface under wet conditions (22
C, 85% relative humidity). Molecular dynamics (MD) simulations conducted to verify the origin of the robust contact between the ionomer and N-modified carbon surface revealed an ionomer adsorption mechanism on the N-modified carbon surfaces, which involved Coulomb interactions between the positively charged carbon surface and the ionomer side chains with negatively charged sulfonic acid groups. The positive surface charge, which was determined using the contents of the N functional groups estimated by X-ray photoelectron spectroscopy, was found to be sufficient as an impetus for ionomer adsorption. This strategy involving NR measurements and MD simulations can provide insights into the solid-ionomer interfacial structures in a cathode catalyst layer and can therefore be extensively employed in studies on PEFCs.
林 好一*; Lederer, M.*; 福本 陽平*; 後藤 雅司*; 山本 裕太*; 八方 直久*; 原田 正英; 稲村 泰弘; 及川 健一; 大山 研司*; et al.
Applied Physics Letters, 120(13), p.132101_1 - 132101_6, 2022/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)The local structure around boron doped in a 6H-type silicon carbide (SiC) was investigated using neutron holography. Three dimensional atomic images reconstructed from multiple-wavelength holograms revealed the boron substitution for both silicon and carbon. To determine the boron locations accurately, we calculated holograms with varying occupancies of six different sites and fitted the image intensities with those obtained from the experimental holograms by the steepest descent method. As a result, it was found that boron atoms were selectively located at the Si-C-cubic site layer. Furthermore, boundaries right above the boron locations were suggested from the absence of atomic images in the upper region of the reconstruction.
原田 雅史*; 高田 慎一; 岩瀬 裕希*; 梶谷 修司*; 門浦 弘明*; 金谷 利治*
ACS Omega (Internet), 6(23), p.15257 - 15263, 2021/06
被引用回数：16 パーセンタイル：78.19(Chemistry, Multidisciplinary)The ionomers distributed on carbon particles in the catalyst layer of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) govern electrical power via proton transport and oxygen permeation to active platinum. Thus, ionomer distribution is a key, to PEFC performance. This distribution is characterized by ionomer adsorption and deposition onto carbon during the catalyst-ink coating process; however, the adsorbed and deposited ionomers cannot easily be distinguished in the catalyst layer. Therefore, we identified these two types of ionomers based on the positional correlation between the ionomer and carbon Particles. From fitting with a model for a fractal aggregate of polydisperse core-shell spheres we determined the adsorbed-ionomer thickness on the carbon particle to be 51 angstrom land the deposited-ionomer amount for the total ionomer to be 50%. Our technique for ionomer differentiation can be used to optimally design PEFC catalyst layers.
伊藤 華苗; 原田 雅史*; 山田 悟史*; 工藤 憲治*; 青木 裕之; 金谷 利治*
Langmuir, 36(43), p.12830 - 12837, 2020/11
被引用回数：13 パーセンタイル：58.64(Chemistry, Multidisciplinary)We performed HO and DO double contrast neutron reflectivity measurements on 
25-nm-thick Nafion thin films on hydrophilic and hydrophobic carbon in water and 80% relative humidity vapor to investigate the depth profile of the water and Nafion distribution. We found a dense Nafion layer at the air or water interface regardless of the carbon hydrophilicity. On the other hand, a water-rich Nafion dense layer was observed at the carbon interface only for hydrophilic carbon. The double contrast measurements provided quantitative information about the depth profile but simultaneously indicated that the sum of the volume occupancies of water and Nafion in the film was less than unity. We assessed the problem based on two possibilities: voids in the film or "residual water", which cannot be exchanged or is difficult to exchange with water outside.
守屋 克洋; 原田 寛之; Liu, Y.*; 大谷 将士*
Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012140_1 - 012140_5, 2019/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.06(Physics, Particles & Fields)In Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), the beam accelerated up to 400 MeV in the Linac is injected to 3 GeV rapid cycling synchrotron (RCS), and we realize the high intensity beam by using multi-turn injection. During user operation, we rarely detected the beam loss at the high dispersion area in the RCS or the beam collimator section in the extraction beam transport line. These incidents indicate that the beam loss is caused by the momentum shift of RCS injection beam according to the experimental and simulation results. In the beam commissioning, we check the Linac beam momentum just before the user operation of the RCS. However, we could not previously measure the Linac beam momentum during the user operation because we adopt the multi-turn injection and the injected beam momentum was changed by the synchrotron oscillation in longitudinal plane. Therefore, we measured the beam momentum at the beam injection line of the RCS. Because the Linac-to-3-GeV-RCS Beam Transport line (L3BT) has the high dispersion areas, we estimated the injection beam momentum from the beam orbit data by the Beam Position Monitors (BPMs). We measured the beam position data and estimated the momentum shift by using the data and beam simulation. As a result, we found the momentum fluctuation during the user operation and the fluctuation width was up to 0.1%. To suppress the beam loss induced by the momentum fluctuation, we developed the momentum correction system. The fluctuation was suppressed less than 
0.02% with this system. Finally, the beam loss incidents induced by the beam momentum shift no longer occur, and we successfully achieved the more stable user operation in J-PARC.
佐甲 博之; 原田 寛之; 坂口 貴男*; 中條 達也*; 江角 晋一*; 郡司 卓*; 長谷川 勝一; Hwang, S.; 市川 裕大; 今井 憲一; et al.
Nuclear Physics A, 956, p.850 - 853, 2016/12
被引用回数：12 パーセンタイル：65.66(Physics, Nuclear)We are designing a large acceptance heavy-ion spectrometer at J-PARC based on a Toroidal magnet to measure hadrons, lepton pairs, and event-by-event fluctuations. We are also designing a closed geometry spectrometer to measure hypernuclei to study weak decays and magnetic moments. In this presentation, the preliminary version of the designed acceleration scheme, as well as the spectrometers and their expected performance and physics results are presented.
谷 教夫; 渡辺 泰広; 發知 英明; 原田 寛之; 山本 昌亘; 金正 倫計; 五十嵐 進*; 佐藤 洋一*; 白形 政司*; 小関 忠*
Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.708 - 711, 2016/11
J-PARC加速器の大強度化を進めるために、3GeV RCSの加速エネルギーを現在の3GeVから3.4GeVに増強する案が検討されている。そのため、3.4GeVを目指したRCS電磁石の検討が行われた。空間電荷効果の影響でRCSからの3GeV 1MWビームでは、MRの入射部でのビームロスが5%と大きい。入射ビームを3.4GeVにすると、ビームロスが1%程度となり、MRで1MWビームの受け入れが可能となる。四極電磁石の検討では、磁場測定データを基に評価が行われた。四極電磁石は、3.4GeVでも電源の最大定格値を超えないことから、電磁石・電源共に対応可能であることがわかった。しかし、偏向電磁石は、3次元磁場解析データから、3.4GeVでは飽和特性が5%以上悪くなった。電源についても、直流及び交流電源の最大定格が現電源と比べて15%及び6.2%超えており、現システムでは難しいことがわかった。このため、偏向電磁石については、既存の建屋に収まることを前提として、電磁石の再設計を行った。その結果、電源は直流電源の改造と交流電源の交換で実現可能となることがわかった。本論文では、RCS電磁石の出射エネルギー増強における検討内容及びその結果見えてきた課題について報告する。
原田 寛之; 明午 伸一郎; 白形 政司*; 佐藤 洋一*; 田村 文彦; 手島 昌己*; 橋本 義徳*; 五十嵐 進*; 小関 忠
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012010_1 - 012010_6, 2015/09
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、1MWのビーム出力を目指している。ビームロスの起源となり得る空間電荷効果などは、ビーム出力が増大するにつれて増大する。それは、制御不能なビームサイズの増大を引き起こし、最終的に制御不能なビームロスへとつながる。3GeVシンクロトロンの下段の加速器である主リング(MR)へのビーム輸送ラインにおいて、ビームコリメータを設置して、それらを活用し、不要に増大したビームを排除することが、MRのビーム出力増強に向けて必須となる。そのコリメータの能力を十二分に発揮させるためには、コリメータが設置している領域において、ビーム光学系を測定し、高精度に調整することが求められる。特に、ビーム運動量の広がりに対してビームサイズが変化する分散関数やビーム巾を決めるベータ関数のような光学系の調整はとても重要である。本発表では、ビーム輸送ラインにおける光学測定の手法を紹介し、シミュレーションに基づく、ビーム光学系の測定ならびに調整結果を報告する。
佐甲 博之; 中條 達也*; 郡司 卓*; 原田 寛之; 今井 憲一; 金田 雅司*; 金正 倫計; Liu, Y.*; 永宮 正治; 西尾 勝久; et al.
Nuclear Physics A, 931, p.1158 - 1162, 2014/11
被引用回数：23 パーセンタイル：80.23(Physics, Nuclear)J-PARCで将来計画として重イオンプログラムが議論されている。計画の主目的はウラン等の核子当たりのエネルギー約10GeVの重イオンビームを用いた高バリオン密度におけるQCD相図の探索である。特に電子,ミュオンの研究、多重ストレンジ粒子やチャーム粒子等の希粒子の探索に重点を置く。重イオンの加速機構として、新重イオン線形加速器とブースターリングを既存の3GeV RCSシンクロトロンや30GeVメインシンクロトロンと組み合わせる設計を議論している。重イオン計画の概要と、加速機構の設計、物理の目的と実験装置の概念設計について報告する。
原田 寛之; 明午 伸一郎; 白形 政司*; 佐藤 洋一*; 田村 文彦; 手島 昌己*; 橋本 義徳*; 五十嵐 進*; 小関 忠
Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.39 - 43, 2014/06
J-PARC 3-50BTは、速い繰り返しのシンクロトロン(3GeV RCS)から出射されたビームを遅い繰り返しのシンクロトロン(MR)に輸送するビームラインである。空間電荷効果などビームのエミッタンスやハローを増加させる複合的な要因は、大強度の陽子ビームでは強度が増加するにつれて、非線形に増加する。加えて、MRの物理アパーチャは81
mm mradであり、RCSの486mm mradと比較して小さい。そのため、一般的なビーム輸送ラインの役割とは異なり、3-50BTではコリメータエリアを要し、ビームを所定のエミッタンスまで削る機能を有する。加速器を安定に運転するためには、3-50BTのコリメータ性能を十分に発揮に発揮させることが不可欠であり、そのためには3-50BTでの光学系を把握並びに調整する必要がある。本講演では、3-50BTにおける光学系の測定手法を紹介し、測定結果と計算モデルに基づいた調整結果を報告する。
原田 寛之; 發知 英明; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 林 直樹; 山本 風海; 吉本 政弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 金正 倫計; et al.
Proceedings of 52nd ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2012) (Internet), p.339 - 343, 2012/09
J-PARC 3GeV RCSは2007年10月よりビーム調整を開始した。そのビーム調整では、基礎パラメータや大強度運転の調整が継続的に行われている。今回の発表では、ビーム試験を通じて設計のパラメータをどう変えたか、大強度運転時に増加するビーム損失をどのように減少並びに最小化したか、何がパラメータの調整や機器の追加として必要であったかを、世界の各加速器施設が経験や結果を報告し議論を行う。本発表でも、RCSの大強度運転におけるビーム損失の減少や最小化の結果を報告する。
發知 英明; 原田 寛之; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; 吉本 政弘; 入江 吉郎*; 小関 忠*; et al.
Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.3918 - 3920, 2012/05
J-PARC RCSは、2008年12月に、4kWのビーム出力でユーザー運転を開始した。以来、RCSのビーム出力増強は順調に進展している。RCSは、現在までに、1%以下の低ビーム損失で420kW相当のビーム加速に成功し、ユーザー運転時のビーム出力は、210kWに増強されている。現在のRCSにおけるビーム調整の主課題の一つは、出射ビームの品質を向上させる、つまり、大出力かつ低ビームハローのビームを作ることである。本論文では、ビームハロー低減に向けたRCSでの最近の取り組みを紹介する。
發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; 吉本 政弘; et al.
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2012(1), p.02B003_1 - 02B003_26, 2012/00
被引用回数：16 パーセンタイル：66.11(Physics, Multidisciplinary)J-PARC 3-GeV RCSは、1MWのビーム出力を目指す大強度陽子加速器である。RCSは、2007年10月にビーム試験を開始し、その後、2008年12月より4kWのビーム出力でユーザー運転を開始した。以来、ビームチューニングの進展やハードウェアの改良に従って、RCSの出力パワーは順調に増強されている。RCSは、これまでに、420kW出力までのビーム損失を1%以下に抑え込むことに成功し、また、210kWでのルーティンユーザー運転を実現させている。RCSのような大強度陽子加速器では、ビーム損失により生じる機器の放射化が出力強度を制限する最大の要因となるため、ビーム損失の低減が出力増強時に常に直面する重要なビーム物理学上の課題となる。本論文では、RCSのビーム増強に関する最近の進展、特に、ビーム増強とともに多様に出現するビーム損失に対するわれわれの取り組み(ビーム損失低減策)を紹介する。
初川 雄一; 永井 泰樹; 金 政浩; 瀬川 麻里子; 原田 秀郎; 岩本 修; 岩本 信之; 落合 謙太郎; 高倉 耕祐; 今野 力; et al.
Proceedings in Radiochemistry, 1(1), p.327 - 329, 2011/09
核医学において最もよく用いられている
Tcの供給は危機に面しており、新たな製造プロセスの開発は喫緊の問題である。本研究は
TcをFNSより発生される14MeV高速中性子を用いて効率よく製造することを提案するものであり、試験的に作成したチタン酸ゲルを用いたTc/Moジェネレータについても併せて発表を行う。
Wei, G.; 小関 忠*; 五十嵐 進*; 冨澤 正人*; 高野 淳平*; 石井 恒次*; 白形 政司*; Fan, K.*; 畠山 衆一郎; 魚田 雅彦*; et al.
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3915 - 3917, 2010/05
The beam commissioning of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) MR (Main Ring) was started from May 2008 and is in progress. As usual, injection tuning is in the first stage and strongly related to other tuning items. Starting with design schemes, making adjustment due to leakage field influence from injection septum, doing envelope matching considering dilution of beam profile in Main Ring are reported in this papers.
中村 詔司; 藤 暢輔; 木村 敦; 初川 雄一; 原田 秀郎; 石渡 祐樹*; 斉藤 勲*; 安見 厚志*; 間渕 幸雄*; 仲川 勉*; et al.
no journal, ,
放射性廃棄物核種の高速中性子捕獲断面積を系統的に整備することを目的とし、東京大学弥生炉を用いてAl, Fe, In, Ti等の安定核種を照射して、照射位置における高速中性子スペクトルに対する反応率を調べた。また、
Ti, 
Ti, 
Ti等の安定核種を例にして、その高速中性子捕獲断面積(核分裂スペクトル平均断面積)の測定を行った。本発表では、実験の詳細について報告するとともに、過去の実験値・評価値と比較し、議論する。
初川 雄一; 橋本 雅史; 永井 泰樹*; 金 政浩; 瀬川 麻里子; 原田 秀郎; 今野 力; 落合 謙太郎; 高倉 耕祐; 岩本 信之; et al.
no journal, ,
本研究は原子力機構核融合中性子源施設(FNS)から供給される高エネルギー中性子を用いることにより高い収率で核反応が惹起させることに着目し、従来得ることが困難であった新たな放射性核種を生成し核医学分野への応用を図るものである。TiターゲットからはTi(n,
)
Ca(半減期162日), Ti(n,2n)Ti(半減期3時間)またCsターゲットからは
Cs(n,2n)
Cs(半減期6.5日), Cs(n,p)Xe(半減期3.2日)の製造が期待される。本研究では天然Ti, CsターゲットをFNSからの高速中性子で照射し、生成核種からの
線をGe半導体検出器で測定しその生成量を求め、これを理論計算との比較検討を行った。さらに照射ターゲットから生成核種を純度よく効果的に分離精製するための新しい化学分離手法についても合わせて検討を加える。
原田 聡*; 江原 茂*; 石井 慶造*; 山崎 浩道*; 松山 成男*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕
no journal, ,
肺,脳,脾臓,腎臓などの臓器に引っかかり塞栓症ならないように、放射線照射によって抗癌剤を放出するマイクロカプセルを微細化させた。このカプセル百万個/0.1mLをマウス(C
He/J, 6週齢,オス)の尾静脈より静脈注射した。注射1時間後、肺,肝臓,腎臓,脾臓を剖出し、micro-PIXE分析(25
25
m)の8視野中のトラップされたカプセル数をカウントした。カプセル径は、87412nmであり、有意にカプセルの微細がなされた。肺,肝臓,腎臓,脾臓にトラップされたカプセル数は有意に減少した。今後、静脈注射用のカプセル開発に発展させる。
