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論文

Measurement of displacement cross-sections of copper and iron for proton with kinetic energies in the range 0.4 - 3 GeV

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(10), p.1141 - 1151, 2020/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:21.8(Nuclear Science & Technology)

加速器駆動型核変換システム(ADS)等の陽子ビーム加速器施設におけるビーム窓などの構造材の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(dpa)が損傷指標として広く用いられる。dpaの評価は弾き出し断面積に基づいて行われるものの、20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対する弾き出し断面積の実験データは乏しく、計算モデルの間でも約8倍の差が存在している。このため、弾き出し断面積を実験的に取得するのは計算に用いるモデルの評価のために重要となる。弾き出し断面積の取得のため、J-PARCの加速器施設において、0.4-3GeVにわたる陽子エネルギー領域における銅と鉄の断面積を測定した。弾き出し断面積は、損傷を保持するために極低温に冷却された試料における、陽子ビームに金する抵抗率変化により得ることができる。本測定で得られた実験結果を元に、計算モデルの比較検討を行った。広く用いられているNorgertt-Robinson-Torrens (NRT)モデルは、実験値を3.5倍過大評価することが判明した。一方、近年の分子動力学に基づく非熱的再結合補正(arc)モデルは実験値をよく再現したため、銅と鉄の損傷評価にはarcモデルを使うべきであると結論づけられた。

論文

Measurement of displacement cross section of structural materials utilized in the proton accelerator facilities with the kinematic energy above 400 MeV

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*

EPJ Web of Conferences, 239, p.06006_1 - 06006_4, 2020/09

加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、ADSにおいて重要な0.4$$sim$$3GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化で除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設で行い、試料には銅を用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は実験を約3倍過大評価することが判明した。

論文

Horizontal line nodes in Sr$$_2$$RuO$$_4$$ proved by spin resonance

飯田 一樹*; 古府 麻衣子; 鈴木 雄大*; 村井 直樹; 河村 聖子; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 石角 元志*; 長谷川 舜介*; 増田 隆嗣*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 89(5), p.053702_1 - 053702_5, 2020/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:27.71(Physics, Multidisciplinary)

We investigated the low-energy incommensurate (IC) magnetic fluctuations in Sr$$_2$$RuO$$_4$$ by the high-resolution inelastic neutron scattering measurements and random phase approximation (RPA) calculations. We observed a spin resonance with energy of $$hbar omega_{rm res}0.56$$ meV centered at a characteristic wavevector $$Q_{rm res}=(0.3,0.3,0.5)$$. The resonance energy corresponds well to the superconducting gap 2$$Delta$$ = 0.56 meV estimated by the tunneling spectroscopy. The spin resonance shows the $$L$$ modulation with a maximum at around $$L = 0.5$$. The $$L$$ modulated intensity of the spin resonance and our RPA calculations indicate that the superconducting gaps regarding the quasi-one-dimensional $$alpha$$ and $$beta$$ sheets at the Fermi surfaces have the horizontal line nodes. These results may set a strong constraint on the pairing symmetry of Sr$$_2$$RuO$$_4$$. We also discuss the implications on possible superconducting order parameters.

論文

Measurement of displacement cross section of structural materials utilized in the proton accelerator facilities with the kinematic energy above 400 MeV

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*

JPS Conference Proceedings (Internet), 28, p.061004_1 - 061004_6, 2020/02

核変換システム等の陽子加速器施設では、標的や窓等の構造材に関する損傷の評価が重要となる。構造材の損傷評価には、原子あたりの弾き出し数(DPA)が広く用いられており、カスケードモデルに基づく計算で得られた弾き出し断面積に粒子束を乗ずることで得られる。DPAによる損傷評価は広く一般的に用いられているものの、20MeV以上のエネルギー範囲における陽子に対する弾き出し断面積の実験データは十分でなく、計算モデル間で約8倍異なることが報告されており構造材の弾き出し断面積の実験データ取得が重要となる。そこで、我々はJ-PARCセンターの3GeV陽子加速器施設を用い、400MeV以上のエネルギー範囲の陽子の弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し損傷断面積は、冷凍機で極低温(4K)に冷却された試料に陽子ビームを照射し、照射に伴う抵抗率の変化により得ることができる。実験で得られた断面積とPHITSコードに一般的に用いられるNRTモデルを用いて計算した結果、計算は実験を3倍程度過大評価を示した。一方、Nordlund等による最新モデルの結果は実験をよく再現し、これまでのNRTモデルに基づく標的等の弾き出し損傷は過大評価していることが明らかになった。

論文

Measurement of displacement cross-section for structural materials in High-Power Proton Accelerator Facility

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.499 - 501, 2018/06

核変換システム等のハドロン加速器施設では、ビーム出力の上昇に伴いターゲット材料に対する損傷の評価が重要となる。加速器施設で用いられているターゲット材料等の損傷は、原子あたりの弾き出し損傷(DPA)が広く用いられており、カスケードモデルに基づく計算で得られた弾き出し損傷断面積に粒子束を乗ずることで評価されている。DPAによる損傷評価は広く一般的に用いられているものの、20MeV以上のエネルギー範囲における陽子に対する損傷断面積の実験データは数点しかなく十分でない。最近の研究において、タングステンの弾き出し損傷断面積が計算モデル間で約8倍異なることが報告されており、ターゲット材料の損傷評価のためには弾き出し損傷断面積の実験データ取得が重要となる。そこで、我々はJ-PARC加速器施設の3GeVシンクロトロン加速器施設を用い、弾き出し損傷断面積の測定実験を開始した。弾き出し損傷断面積は、冷凍機(GM冷凍機)で極低温(4K)に冷却された試料に陽子ビームを照射し、照射に伴う抵抗率の変化により得ることができる。本発表では、銅に3GeV陽子を入射する場合の弾き出し損傷断面積の測定結果を速報として報告する。

論文

Excitation spectrum of Josephson vortices on surface superconductor

川上 拓人*; 永井 佑紀; 吉澤 俊介*; Kim, H.*; 長谷川 幸雄*; 中山 知信*; 内橋 隆*; Hu, X.*

Journal of Physics; Conference Series, 568(2), p.022022_1 - 022022_5, 2014/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:42.22

物質の表面や界面で生じる超伝導は、その二次元性やコントロール性などにより、高い超伝導転移温度の実現が期待され、盛んに研究がなされている。特に、Siの表面上にInの単層膜を作製すると、そのIn原子層においてゼロ抵抗を示し超伝導状態になることが知られている。そこで、本論文では、走査型トンネル顕微鏡による磁場中の表面測定の実験結果を受け、この二次元超伝導体の超伝導磁束構造をシミュレーションし、実験結果との比較を行った。なお、上記課題の解決にあたり、Si表面上に存在するステップ状構造を超伝導体の繋がりとしてモデル化し機構の有するスーパーコンピュータBX900でシミュレーションを実行することにより、実験結果と定性的に一致する結果を得ることができた。特に、実験で見られているステップ境界においてトラップされた磁束が、通常の磁束ではなく高温超伝導体で典型的に見られるジョセフソン磁束となっていることを明らかにした。これらの結果は、超伝導体の基礎物性を明らかにするのみならず、界面や表面を利用したデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

論文

Imaging Josephson vortices on the surface superconductor Si(111)-($$sqrt{7} times sqrt{3}$$)-In using a scanning tunneling microscope

吉澤 俊介*; Kim, H.*; 川上 拓人*; 永井 佑紀; 中山 知信*; Hu, X.*; 長谷川 幸雄*; 内橋 隆*

Physical Review Letters, 113(24), p.247004_1 - 247004_5, 2014/12

 被引用回数:47 パーセンタイル:7.98(Physics, Multidisciplinary)

物質の表面や界面で生じる超伝導は、その二次元性やコントロール性などにより、高い超伝導転移温度の実現が期待され、盛んに研究がなされている。特に、Siの表面上にInの単層膜を作製すると、そのIn原子層においてゼロ抵抗を示し超伝導状態になることが知られている。そこで、本論文では、走査型トンネル顕微鏡による磁場中の表面測定と理論計算の比較を行った。なお、上記課題の解決にあたり、Si表面上に存在するステップ状構造を超伝導体の繋がりとしてモデル化し機構の有するスーパーコンピュータBX900でシミュレーションを実行することにより、実験結果と定性的に一致する結果を得ることができた。特に、実験で見られているステップ境界においてトラップされた磁束が、通常の磁束ではなく高温超伝導体で典型的に見られるジョセフソン磁束となっていることを明らかにした。これらの結果は、超伝導体の基礎物性を明らかにするのみならず、界面や表面を利用したデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

論文

Matched refractive-index PIV visualization of complex flow structure in a three-dimentionally connected dual elbow

結城 和久*; 長谷川 駿介*; 佐藤 司*; 橋爪 秀利*; 相澤 康介; 山野 秀将

Nuclear Engineering and Design, 241(11), p.4544 - 4550, 2011/11

 被引用回数:21 パーセンタイル:11.99(Nuclear Science & Technology)

Flow structure in a three-dimensionally connected dual elbow is visualized simulating the 1st and 2nd elbows of JSFR cold-leg piping. A matched refractive-index PIV measurement clarifies that a low-velocity region formed on the inner wall side of the 1st elbow develops toward the 2nd elbow. The velocity recovery region reaches the 2nd elbow, the geometry of the 2nd elbow has a significant impact on the characteristics of the vortex shedding in the velocity recovery region. Contrary, flow separation is inconclusive in the 2nd elbow, whereas high-velocity flow with intense velocity fluctuation is confirmed on the inner wall side. Furthermore, the unsteady vortices shed from the velocity recovery region are transferred to the central area of the 2nd elbow while growing significantly. This study shows a strong swirling flow is formed in the 2nd elbow. These flow structures are due to the distorted 1st elbow flow and the 2nd elbow shape effect.

論文

Unsteady hydraulic characteristics in large-diameter pipings with elbow for JSFR, 3; Flow structure in a 3-dimentionally connected dual elbow simulating cold-leg piping in JSFR

結城 和久*; 長谷川 駿介*; 佐藤 司*; 橋爪 秀利*; 相澤 康介; 山野 秀将

Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-13) (CD-ROM), 11 Pages, 2009/09

本研究では、コールドレグ部をシミュレートする三次元的に連結した二次元エルボ内の流動構造をPIV計測で可視化し、一次エルボから二次エルボまでの流動遷移,流動励起振動に影響する分離などの非定常流動の発生を細かく検討する。実験装置は、内径,曲率半径がそれぞれ56mmと1.0で実設計比15分の1スケールの試験区画である。湾曲なく視覚化するには、作動流体としてNaI溶液を使用して整合屈折率PIV計測を行う。レイノルズ数は50,000で、試験区画への流入状態は全体に乱流へ発達する。一次エルボの内壁,二次エルボ内の1つの大渦流動に沿った分離が発生することを確認する。さらに、分離領域内及び(又は)後方で形成する非定常流動は下流へ運ばれ、二次エルボ中心部へ流入する。

口頭

JMTR原子炉施設の更新,3; 計測制御系統施設の更新

大戸 勤; 根本 浩喜; 木村 正; 綿引 俊介; 長谷川 貞司; 大内 卓哉; 越後谷 進一; 深作 秋富

no journal, , 

JMTRの計測制御系統施設は、1968年(昭和43年)の初臨界以来、43年が経過している。これまで核計装については1981年(昭和56年)に一部更新(機器盤のユニット化等)が行われたが、それ以外の機器は、2006年(平成18年)8月の運転停止まで使用されてきた。今回の更新にあたっては、再稼働後20年の運転期間を考慮し、機器の経年変化,安全機能の重要度,保守経験等の安全確保の観点及び交換部品の調達性等の稼働率向上の観点から、基本設計は活かしつつ、ほぼ全面更新を実施した。この更新により、信頼性・保守性の向上及び運転員の操作性の向上を図ることができた。

口頭

J-PARCにおける0.4-3GeV陽子を用いた弾き出し断面積測定

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 牧村 俊助*; 中本 建志*; 石田 卓*

no journal, , 

大強度陽子加速器施設に用いられるターゲット及び窓の損傷評価は、計算モデルによる弾き出し損傷(DPA)の断面積に基づくDPAが広く用いられるが、20MeV以上の陽子の実験値がほとんどないため、DPA断面積の計算モデル検証は十分にされていない。このため我々は、J-PARCにおいて0.4GeVから3GeV陽子入射による様々な弾き出し断面積の測定を行う。DPA断面積は、陽子を試料に照射する際の抵抗率変化を1フランケル対欠損当たりの抵抗率変化で除することで得ることができる。照射による試料の損傷を保つため、試料はGM冷凍機の先端に照射試料を取り付けて極低温状態とした。試料には銅線(直径0.25mm)を用い、照射前の欠損の減少のため800$$^{circ}$$Cで焼鈍した。実験は3GeVシンクロトロン(RCS)から物質・生命実験施設(MLF)にビームを輸送する3NBT施設で行い、微弱ビームを用いて行う。既に実験装置はビームラインに設置してあり、J-PARCのビーム運転が可能な圧力に達した。低温試験による到達温度は試料を取り付けるロッドにおいて4Kであったが、試料周辺では熱流入等により20Kとなり予想よりも少し高い温度になったものの実験が行える条件を準備することができた。本講演では、実験装置の準備状況について報告し、ビーム形状の断面積への影響について議論を行う。

口頭

3GeV陽子による銅の弾き出し断面積の測定

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

no journal, , 

J-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン加速器施設において、3GeV陽子による銅の弾き出し断面積の測定を行った。この結果、世界で初めて3GeV陽子の弾き出し断面積を得ることができた。実験とDPA評価に一般的に用いられるNRTモデルによる計算、NRTモデルは実験を約3倍過大評価することがわかった。近年発表されたNordlund等によるモデルの計算との比較の結果、Nordlundモデルは実験をよく再現することが示された。

口頭

0.4$$sim$$3GeV領域の陽子入射における銅及びアルミの弾き出し断面積の測定

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

no journal, , 

加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、ADSにおいて候補となる0.4$$sim$$3GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化を除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設で行い、試料には銅及びアルミを用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は実験を約3倍過大評価することが判明した。

口頭

0.4-3GeV領域の陽子入射における鉄の弾き出し断面積の測定

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

no journal, , 

加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、ADSにおいて候補となる0.4-3GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化を除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設で行い、試料には鉄を用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は実験を約3倍過大評価することが判明した。

口頭

Measurement of displacement cross section in J-PARC for proton kinetic energy range from 0.4 GeV to 30 GeV

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

no journal, , 

加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、0.4$$sim$$30GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化で除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設と30GeV陽子シンクロトロン施設で行い、試料にはアルミ、銅を用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は実験を約3倍過大評価することが判明した。

口頭

0.4-3GeV陽子入射のタングステンの弾き出し断面積の測定

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

no journal, , 

加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓等の構造材の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、ADSにおいて候補となる0.4-3GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化を除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設で行い、試料にはタングステンを用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は本実験を約3倍過大評価することが判明した。

口頭

8GeVおよび30GeV陽子における弾き出し断面積測定

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)等の大強度陽子加速器施設では、ビーム窓や標的に用いられる材料の損傷評価が重要となる。放射線に起因する材料の弾き出し損傷は、弾き出し断面積と粒子束との積による原子あたりの弾き出し数(dpa)により評価される。弾き出し断面積の計算モデル評価には実験データが必要だが、20MeV以上のエネルギー領域に実験データはほとんど無かったため、本グループでは以前にJ-PARC 3GeVシンクロトロン加速器施設において、3GeV以下の陽子入射における弾き出し断面積を測定した。本研究では計算モデルのより高エネルギー領域での適用性確認を目的とし、J-PARCメインリング(MR)加速器施設において、8GeVおよび30GeV陽子の弾き出し断面積を測定し、計算モデルとの比較検討を行った。その結果、NRTモデルによる計算値は、3GeV以下のエネルギー範囲と同様に、実験値より2$$sim$$4倍程度過大であった。欠陥の非熱的な再結合を補正したarcモデルによる計算は、30GeVまでのエネルギー範囲においても実験をよく再現した。また、弾き出し断面積は3GeV以上のエネルギー領域において、標的元素の質量数の1.2乗に比例し、ほぼ一定の値となることが示された。

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