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報告書

核燃料再処理施設におけるグローブボックス用グローブの物性調査; 定期交換したグローブの物性と使用可能年数の推測

山本 昌彦; 西田 直樹; 小林 大輔; 根本 良*; 林 宏幸*; 北尾 貴彦; 久野 剛彦

JAEA-Technology 2023-004, 30 Pages, 2023/06

JAEA-Technology-2023-004.pdf:1.94MB

日本原子力研究開発機構の東海再処理施設において核燃料物質の取り扱いに使用するグローブボックス用グローブ(以下、「グローブ」という。)は、内部規則にて使用期限が定められており、グローブボックスに取り付け後、異常の有無に係わらず最長4年で交換している。一方、グローブの材質は合成ゴムであることから、使用環境(使用頻度、薬品、放射線量等)によってその劣化度合は異なる。そこで、本件では使用環境毎にグローブを分類し、その物性値を測定すること等により、グローブの劣化状況に応じた使用可能年数の技術的評価手法を確立するとともに、グローブの使用可能な年数を推測した。外観上の異常もなく定期交換したグローブについて、測定した物性値は、新品のグローブの納品時に確認している受入基準値を満足し、新品のグローブと同等の物理的特性を有していることが分かった。このため、使用期限を迎えたこれらグローブは、新品のグローブの最長使用年数である4年を追加した合計8年間の使用が可能であると考えられた。また、グローブの物性値と使用年数をプロットして外挿線を作成した結果、使用年数8年における物性値は、過去にグローブの破損等が報告されている物性値よりも安全側の値を示し、非管理区域の倉庫にて8年及び23年間保管した長期保管グローブの物性値と有意な差は見られなかった。これらより、東海再処理施設におけるグローブの最長使用年数は8年と設定した。なお、グローブの点検頻度、項目は従来の実施内容から変更せず、異常が確認されれば使用年数に関係なく速やかに交換される管理であることから、使用年数を8年に延長した場合でもグローブ使用に伴う安全性の低下(リスクの上昇)は生じない。また、使用年数の延長に伴い、グローブの購入費、グローブ交換等の作業労力、廃棄物発生量を従来よりもそれぞれ約4割低減させることができ、定期のグローブ交換に伴う汚染発生のリスク、作業者の被ばくのリスクも低減され、グローブ管理の効率化・合理化が図られた。

論文

グローブボックス用グローブの物性調査と使用可能年数の推測

小林 大輔; 山本 昌彦; 西田 直樹; 三好 竜太; 根本 良*; 林 宏幸*; 加藤 圭将; 西野 紗樹; 久野 剛彦; 北尾 貴彦; et al.

日本保全学会第18回学術講演会要旨集, p.237 - 240, 2022/07

東海再処理施設のグローブボックスに取付けられているグローブは、一律に使用期限を定めて定期的に交換している。ゴム製品であるグローブは、使用環境(使用頻度,化学薬品,放射線等)により、劣化度合いが異なることが外観上からも推察される。本件では、様々な使用環境下で定期交換したグローブの物性値(引張強さ,伸び率,硬さ)を測定し、新品グローブの物性値との比較により、劣化の程度並びに使用可能年数を推定した。その結果、外観に異常の無いグローブは、新品グローブの受入基準値以上の物性値であることが分かった。また、外挿した物性値からはこれまで報告されたグローブ損傷時の物性値よりも十分に大きいことから、外観に異常が無く定期的に交換するグローブの物性に劣化は見られず、グローブの使用可能年数は8年と推測された。

論文

Temperature of thermal spikes induced by swift heavy ions

松崎 勝太*; 林 宏明*; 中嶋 薫*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 406(Part B), p.456 - 459, 2017/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:37.32(Instruments & Instrumentation)

Few-nm sized gold, platinum and palladium nanoparticles were deposited on amorphous silicon nitride films. These films were irradiated with 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. Temperature distributions of thermal spikes produced by these ions were evaluated by observing desorption of the nanoparticles from the target surfaces upon ion impact. It was found that the temperature of the thermal spike produced by 420 MeV Au is higher than 100 MeV Xe. The observed temperature of the thermal spike at the entrance surface is slightly lower than that at the exit surface both for 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. These results can be well explained by the inelastic thermal spike model.

論文

Angle-resolved photoemission analysis of electronic structures for thermoelectric properties of off-stoichiometric Fe$$_{2-x}$$V$$_{1+x}$$Al alloys

曽田 一雄*; 原田 翔太*; 林 利光*; 加藤 政彦*; 石川 文洋*; 山田 裕*; 藤森 伸一; 斎藤 祐児

Materials Transactions, 57(7), p.1040 - 1044, 2016/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.37(Materials Science, Multidisciplinary)

The electronic states of Heusler(L21)-type off-stoichiometric Fe$$_{2-x}$$V$$_{1+x}$$Al have been investigated by soft X-ray angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) in order to clarify the origin of their large thermoelectric powers, which cannot be explained in terms of the rigid band model. In off-normal and normal ARPES, Fe$$_{2.05}$$V$$_{0.95}$$Al shows a weakly dispersive bulk band around the binding energy of 0.3 eV in the $$Gamma$$-X direction and an almost dispersion-less one around 0.3 eV in a gap of dispersive bulk bands in the $$Gamma$$-L direction, which is attributed to the anti-site Fe defect. At the $$Gamma$$ point, the bulk band does not appear to cross the Fermi level $$E_{rm F}$$, consistent with the rigid band model for the excess Fe content bringing about the increase in the valence electrons, but no band crossing $$E_{rm F}$$ down is found at the X point. The anti-site Fe defect states near $$E_{rm F}$$ might push up the band at the X point and cause the p-type thermoelectric properties, unexpected with the rigid band picture. The change in the electronic structures and thermoelectric properties are discussed on the off-stoichiometry and substitution of the forth element.

論文

国際核融合エネルギー研究センターの高性能計算機システムHeliosを利用した国内シミュレーション研究プロジェクトの進展

石澤 明宏*; 井戸村 泰宏; 今寺 賢志*; 糟谷 直宏*; 菅野 龍太郎*; 佐竹 真介*; 龍野 智哉*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 前山 伸也*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 92(3), p.157 - 210, 2016/03

幅広いアプローチ協定に基づいて国際核融合エネルギー研究センター(IFERC)の計算機シミュレーションセンター(CSC)に設置された高性能計算機システムHeliosは、2012年1月に運用を開始し、日欧の磁気核融合シミュレーション研究に供用され、高い利用率の実績を示すとともに、炉心プラズマ物理から炉材料・炉工学にわたる広い分野で多くの研究成果に貢献している。本プロジェクトレビューの目的は、国内の大学や研究機関においてHeliosを利用して進められているシミュレーション研究プロジェクトとその成果を一望するとともに、今後予想される研究の進展を紹介することである。はじめにIFERC-CSCの概要を示した後、各研究プロジェクト毎にその目的、用いられる計算手法、これまでの研究成果、そして今後必要とされる計算を紹介する。

論文

Tracing temperature in a nanometer size region in a picosecond time period

中嶋 薫*; 北山 巧*; 林 宏明*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; Bouffard, S.*; 木村 健二*

Scientific Reports (Internet), 5, p.13363_1 - 13363_8, 2015/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:41.19(Multidisciplinary Sciences)

Irradiation of materials with either swift heavy ions or slow highly charged ions leads to ultrafast heating on a timescale of several picosecond in a region of several nanometer. This ultrafast local heating result in formation of nanostructures, which provide a number of potential applications in nanotechnologies. These nanostructures are believed to be formed when the local temperature rises beyond the melting or boiling point of the material. Conventional techniques, however, are not applicable to measure temperature in such a localized region in a short time period. Here, we propose a novel method for tracing temperature in a nanometer region in a picosecond time period by utilizing desorption of gold nanoparticles around the ion impact position. The feasibility is examined by comparing with the temperature evolution predicted by a theoretical model.

論文

Field-angle resolved flux-flow resistivity as a phase-sensitive probe of unconventional Cooper pairing

東 陽一*; 永井 佑紀; 町田 昌彦; 林 伸彦*

Physical Review B, 88(22), p.224511_1 - 224511_6, 2013/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:15.53(Materials Science, Multidisciplinary)

銅酸化物高温超伝導体などの非従来型超伝導体は、原子力分野をはじめとして、さまざまな産業への応用も期待され世界中で盛んに研究されている。この超伝導体の超伝導発現機構を解明するためには、超伝導を担っている電子のペアがどのような対称性になっているのかを明らかにすることが重要である。本論文では、上記課題に対し、マイクロ波共鳴によって測定される超伝導磁束のフラックスフロー抵抗を測定することで、電子のペアの対称性が判別できることを提案する。具体的には、磁場を面内に印加し回転させることで、電子のペアの位相の符号に対応したフラックスフロー抵抗の大きさが表れることに着目し、その理論的手法の開発を行った。これらの結果は、超伝導機構解明手法の理論的提案によって物質機能の解明を可能とし、今後の材料研究のモデルとなりうる成果である。

報告書

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成22年度成果報告(共同研究)

中司 昇; 畑中 耕一郎; 佐藤 治夫; 杉田 裕; 中山 雅; 朝野 英一*; 斉藤 雅彦*; 須山 泰宏*; 林 秀郎*; 本田 ゆう子*; et al.

JAEA-Research 2013-026, 57 Pages, 2013/11

JAEA-Research-2013-026.pdf:7.48MB

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について共同研究契約を締結した。本共同研究は深地層研究所(仮称)計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約にかかわる平成22年度の成果についてまとめたものである。具体的成果としては、平成20年度に策定した全体計画に基づき、ブロック式緩衝材定置試験設備の一部を製作した。また、試験及び展示を行うための設備建屋にて、製作済みの緩衝材定置試験設備や実物大の緩衝材ブロック等の公開を継続するとともに、緩衝材可視化試験を実施した。

論文

Phase-sensitive flux-flow resistivity in unconventional superconductors

東 陽一*; 永井 佑紀; 町田 昌彦; 林 伸彦*

Journal of Physics; Conference Series, 400(2), p.022025_1 - 022025_4, 2012/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:63.75

銅酸化物高温超伝導体等の非従来型超伝導体は、原子力分野をはじめとして、さまざまな産業への応用も期待され世界中で盛んに研究されている。しかし、最も重要な超伝導発現機構は解明されておらず、超伝導を担う電子ペアがどのような対称性であるのかを明らかにすることが大きな課題の一つとして残されている。本論文では、上記課題に対し、マイクロ波測定によって測られる磁束フロー抵抗の磁場方向依存性に着目し、この量が超伝導の対称性を敏感に反映するという報告を行う。なお、上記課題の解決にあたっては、準古典理論を用いることでコード中の6重積分を4重積分にまで軽量化し、具体的にさまざまな超伝導の対称性を仮定してシミュレーションを実施した。これらの結果は、超伝導の発現機構を決定する新しい実験手法を提案するものである。

論文

Actinide-handling experience for training and education of future expert under J-ACTINET

逢坂 正彦; 小無 健司*; 林 博和; Li, D.*; 本間 佳哉*; 山村 朝雄*; 佐藤 勇; 三輪 周平; 関本 俊*; 窪田 卓見*; et al.

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

将来アクチノイド研究・技術に従事することが期待される若手に向けたJ-ACTINET主催のサマースクールが成功裏に開催された。第1回のサマースクールは2009年8月茨城地区で開催され、2010年8月関西地区での開催が続いた。アクチノイド研究の入門コースとして、大学・大学院学生並びに若手研究者・エンジニアを対象として、実際のアクチノイド体験を主眼とした。3$$sim$$4日の短期間のスクールでアクチノイドの体験を行い、アクチノイドへの興味を引き出すために多くの努力が払われた。茨城地区でのサマースクールにおいてはアクチノイド取扱いの模擬体験が、また、関西地区でのサマースクールにおいては実際のアクチノイドを用いた実験が好評を博した。今後J-ACTINETサマースクールを毎年開催していく予定である。

報告書

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成21年度成果報告(共同研究)

中司 昇; 畑中 耕一郎; 佐藤 治夫; 杉田 裕; 中山 雅; 宮原 重憲; 朝野 英一*; 斉藤 雅彦*; 須山 泰宏*; 林 秀郎*; et al.

JAEA-Research 2010-060, 50 Pages, 2011/02

JAEA-Research-2010-060.pdf:6.7MB

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について共同研究契約を締結した。本共同研究は深地層研究所(仮称)計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約にかかわる平成21年度の成果についてまとめたものである。平成21年度は、平成20年度に策定した全体計画に基づき、ブロック式緩衝材定置試験設備の一部及び人工バリア可視化試験装置を製作した。また、幌延深地層研究センターのPR施設(ゆめ地創館)の隣接地において、試験及び展示を行うための設備建屋を建設し、仮設建屋に展示していた実物大の緩衝材ブロック及びオーバーパックを移設した。

論文

Phenomenological theory for $$pm$$s-wave superconducting states of iron-based superconductors

町田 昌彦; 永井 佑紀*; 太田 幸宏; 中井 宣之; 中村 博樹; 林 伸彦*

Physica C, 470(Suppl.1), p.S372 - S374, 2010/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.17(Physics, Applied)

この発表では、鉄系超伝導体の3つの現象論による成果を報告する。一つ目は、$$pm$$s波という対称性を仮定することで、多くの異なる実験結果を自己無撞着に説明できること、二つ目は、その$$pm$$s波の対称性を確認する実験方法、三つ目は、多結晶体におけるその$$pm$$s波による臨界電流値の見積もりである。

論文

Small jump of specific heat and small gap in iron pnictide superconductors

中井 宣之; 中村 博樹; 太田 幸宏; 永井 佑紀*; 林 伸彦*; 町田 昌彦

Physica C, 470(Suppl.1), p.S368 - S369, 2010/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.5(Physics, Applied)

We demonstrate that a realistic multi-band model consistently explains the specific heat of typical iron-based superconductor. With density of states of each band obtained by first principle calculations, we evaluate multiple full-gap amplitudes from the angle resolved photoemission spectroscopy and successfully reproduce the specific heat. Consequently, it is found that the specific heat strongly depends density of states. In addition, the present calculations reveal that superconducting states of the iron-based pnictide are mainly characterized by two factors. One is an amplitude difference between large and small gaps, and the other is the distribution of their gap amplitudes.

論文

First-principles-based $$s$$$$^{pm}$$-wave modeling for iron-based superconductors; Specific heat and nuclear magnetic relaxation rate

中井 宣之; 中村 博樹; 太田 幸宏; 永井 佑紀; 林 伸彦*; 町田 昌彦

Physical Review B, 82(9), p.094501_1 - 094501_5, 2010/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:22.02(Materials Science, Multidisciplinary)

最近、発見された鉄砒素系超伝導体と呼ばれる物質群は、その超伝導転移温度が銅酸化物高温超伝導体に次いで高いため、超伝導の発現機構を調べる基礎研究だけでなく、応用研究も盛んに行われている。しかし、現時点で、この鉄砒素系超伝導体では、従来の理論だけで解決できない実験事実が非常に多く、異なるさまざまな結果の系統的理解に至っていない。そこで、この問題を解決するため、発表者らは、鉄砒素系超伝導体の第一原理計算に基づく$$s$$$$^{pm}$$波超伝導体模型を用い、比熱と核磁気緩和率の実験の再現を数値計算手法を使って行った。その結果、バンドごとに異なる超伝導ギャップの大きさを決め、それらの比を物質依存させることにより、比熱と核磁気緩和率の実験結果の再現に成功したほか、それらは光電子分光,磁場侵入長測定の実験結果とも矛盾しないことを明らかにした。また、本研究結果に基づくと、比熱,核磁気緩和率,磁場侵入長等の実験結果をよりよく再現するのは、非従来型である$$s$$$$^{pm}$$波のマルチギャップ超伝導であると断定できることがわかった。なお、本研究は、科学技術振興機構からの受託研究課題「超伝導新奇応用のためのマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション基盤の構築」の下、行われた。

報告書

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成20年度成果報告(共同研究)

中司 昇; 畑中 耕一郎; 佐藤 治夫; 杉田 裕; 中山 雅; 宮原 重憲; 朝野 英一*; 斉藤 雅彦*; 須山 泰宏*; 林 秀郎*; et al.

JAEA-Research 2009-044, 53 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-044.pdf:9.03MB

経済産業省資源エネルギー庁の委託事業である、「地層処分実規模設備整備事業」は、国民全般の高レベル放射性廃棄物地層処分への理解を深めることを目的に、実規模・実物を基本として(実際の放射性廃棄物は使用しない)、地層処分概念とその工学的な実現性や長期挙動までを実感・体感・理解できる地上設備と深地層研究施設等における地下設備の整備を行うものであり、平成20年度は原子力環境整備促進・資金管理センターが受託した。原子力機構(当時、核燃料サイクル開発機構)と原子力環境整備促進・資金管理センターは、平成17年4月28日に、「放射性廃棄物の処理,処分等の研究開発に関する協力協定書」(以下、「協定書」という)を締結していることから、この協定書に基づき、上記事業を共同で実施するために、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について、共同研究契約を締結した。本報告は、上記の共同研究契約にかかわる平成20年度の成果について述べたものである。具体的成果としては、当該事業の全体計画を策定するとともに、ブロック方式での緩衝材定置試験設備の一部を製作した。また、幌延深地層研究センターの敷地内において、実物大の緩衝材ブロック及びオーバーパックの展示を開始した。

論文

Exact diagonalization studies on two-band minimal model for iron-based superconductors

奥村 雅彦; 中井 宣之; 中村 博樹; 林 伸彦; 山田 進; 町田 昌彦

Physica C, 469(15-20), p.932 - 935, 2009/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:36.69(Physics, Applied)

最近発見された鉄系超伝導体の超伝導発現機構が盛んに研究されているが、すべての実験結果を説明できる発現機構は未解明である。そこで、われわれは2バンドミニマムモデルを厳密対角化法により数値的に厳密に解き、その解明を目指した。特に、実験の状況から、バンド内のオンサイト斥力(U),バンド間のオンサイト斥力(U'),フント結合(J)は未定とし、これらをフリーパラメータとして束縛エネルギーとスピンギャップエネルギーを評価した。その結果、J=0の場合はU'$$>$$Uの場合に束縛エネルギーが負になり、スピンギャップエネルギーが正になることがわかった。これは、このパラメータ領域で超伝導が発現する可能性を示しており、物理的背景等考察が必要ではあるが、これまでにない超伝導発現機構であることが期待される。

論文

Simulation study for the orientation of the driven vortex lattice in an amorphous superconductor

中井 宣之; 林 伸彦; 町田 昌彦

Physica C, 469(15-20), p.1106 - 1109, 2009/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:42.53(Physics, Applied)

弱い磁束ピン止めが多く存在するアモルファス超伝導体では、磁束の配置はグラス構造を示す。しかし、電流を印加して磁束を駆動すると、磁束構造は運動する格子構造に変化する。この運動する磁束格子の配向は磁束ピン止めに影響を受けることが実験によって観測された。われわれはシミュレーションによる実験の再現、及びそのメカニズム解明を目的とした研究を行った。時間依存するギンツブルグ・ランダウ理論を用い、磁束ピン止めが多く存在する場合の電流駆動による磁束運動を数値的にシミュレーションした。そのシミュレーションの結果、弱い磁束ピン止めが多く存在する場合、運動する磁束格子は磁束の運動する方向に第2近接磁束があることがわかった。これは磁束ピン止めがない場合に対して30度回転している。運動する磁束格子の配向が磁束ピン止めの影響を受けるという実験結果を本研究のシミュレーションで再現した。

論文

First-principle calculation for the phonon structure on iron-based superconductors

中村 博樹; 林 伸彦; 中井 宣之; 町田 昌彦

Physica C, 469(15-20), p.1024 - 1026, 2009/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:33.25(Physics, Applied)

3つの典型的な鉄系超伝導物質(LaFeAsO, BaFe$$_2$$As$$_2$$, FeSe)に対して第一原理計算によるフォノンの解析を行った。3つの物質はそれぞれ別の結晶構造を持っているが、鉄原子に関する光学フォノンはよく似た分散を示していることを発見した。さらに、FeSeに対してはフォノンの圧力効果も計算した。圧力をかけることによって鉄を含む光学フォノンの振動数が上昇し、さらにはフェルミエネルギーでの状態密度の上昇も見られた。これらの結果は高圧化での超伝導転移温度の上昇と関係する可能性がある。

論文

First-principle electronic structure calculations for magnetic moment in iron-based superconductors; An LSDA + negative U study

中村 博樹; 林 伸彦; 中井 宣之; 奥村 雅彦; 町田 昌彦

Physica C, 469(15-20), p.908 - 911, 2009/10

 被引用回数:24 パーセンタイル:68.66(Physics, Applied)

鉄系超伝導体における鉄原子の磁気モーメントの実験と理論での食い違いを解明するために、LaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_{x}$$($$x=0.0$$及び$$x=0.125$$)に対してLSDA+$$U$$法による第一原理計算により電子状態を求めた。結果として、母物質及びドープされた物質の両方において$$U$$を負にすることによって実験をよく再現することを確認した。$$U$$が負になる理由としてはLSDAで期待される以上に鉄原子の電子軌道においてはクーロン相互作用が遮蔽されていることが考えられる。どのような状態の場合に$$U$$を負にするのが有効であるかについても議論した。

論文

Ginzburg-Landau simulation for a vortex around a columnar defect in a superconducting film

中井 宣之; 林 伸彦; 町田 昌彦

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69(12), p.3301 - 3303, 2008/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.47(Chemistry, Multidisciplinary)

発表者らはギンツブルグ-ランダウ理論に基づき、磁束のピン外れについて数値シミュレーション研究を行った。本研究では、超伝導薄膜の柱状欠陥に注目しており、1本の柱状欠陥にピンされた1本の磁束がピンから外れる様子をシミュレーションしている。なお、対象となる柱状欠陥については金属と絶縁体の場合について研究した。さらに柱状欠陥に対して垂直に磁場を印加し、磁束がピンされる超伝導薄膜の臨界膜厚を評価した。ここで、臨界膜厚とは柱状欠陥の磁束に対するピニング力を表している。本研究の成果として、臨界膜厚は磁場強度に依存し、柱状欠陥の種類にも依存することを示した。

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