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論文

Quantum dynamics of hydrogen in the iron-based superconductor LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$ measured with inelastic neutron spectroscopy

山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; Bang, J.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 本田 孝志*; 平石 雅俊*; et al.

Physical Review B, 99(22), p.220505_1 - 220505_6, 2019/06

鉄系超伝導体LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$の非弾性中性子散乱実験により、超伝導転移温度26K以下において、5-15meVのエネルギー領域に新しい励起が生じることを見出した。なお、この励起は母物質であるLaFeAsO$$_{0.9}$$F$$_{0.1}$$では現れない。14.5meVと11.1meVに現れる強い励起は水素の量子ラットリングまたはバンド運動に起因し、格子間サイトが2個以上のポテンシャル極小点を有する場合にのみ出現するものと結論付けた。

論文

Effects of centrifugal modification of magnetohydrodynamic equilibrium on resistive wall mode stability

白石 淳也; 相羽 信行; 宮戸 直亮; 矢木 雅敏

Nuclear Fusion, 54(8), p.083008_1 - 083008_8, 2014/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:43.33(Physics, Fluids & Plasmas)

磁気流体力学(MHD: Magnetohydrodynamics)平衡におけるトロイダル回転の遠心力効果を考慮することにより、MHD安定性における回転の効果を自己無撞着に取り入れた。抵抗性壁モード(RWM : Resistive Wall Mode)の安定性に対する回転の効果を解析するため、新しいコードを開発した。真空領域と抵抗性壁における電磁気学的な問題を解くモジュールRWMaCを開発し、回転プラズマにおける線形理想MHDダイナミクスを記述するFrieman-Rotenberg方程式を解くMINERVAコードに組み込んだ。MINERVA/RWMaCにより、トロイダル回転によるMHD平衡の変化が、RWMの成長率を減少させることを初めて示した。加えて、トロイダル回転が線形ダイナミクスにのみ影響を与える場合には安定化窓が存在しない場合でも、平衡の変化により安定化窓が現れることを示した。回転は、平衡の圧力、電流密度、質量密度を変化させ、回転の効果を含むポテンシャルエネルギーを変化させる。

論文

Bipartite magnetic parent phases in the iron oxypnictide superconductor

平石 雅俊*; 飯村 壮史*; 小嶋 健児*; 山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 池田 一貴*; Miao, P.*; 石川 喜久*; 鳥居 周輝*; 宮崎 正範*; et al.

Nature Physics, 10(4), p.300 - 303, 2014/04

 被引用回数:62 パーセンタイル:3.79(Physics, Multidisciplinary)

High-temperature (high-$$T_{rm c}$$) superconductivity appears as a consequence of the carrier-doping of an undoped parent compound exhibiting antiferromagnetic order; thereby, ground-state properties of the parent compound are closely relevant to the superconducting state. On the basis of the concept, a spin-fluctuation has been addressed as an origin of pairing of the superconducting electrons in cuprates. Whereas, there is growing interest in the pairing mechanism such as an unconventional spin-fluctuation or an advanced orbital-fluctuation due to the characteristic multi-orbital system in iron-pnictides. Here, we report the discovery of an antiferromagnetic order as well as a unique structural transition in electron-overdoped LaFeAsO$$_{1-x}$$H$$_x$$ ($$x sim 0.5$$), whereby another parent phase was uncovered, albeit heavily doped. The unprecedented two-dome superconducting phases observed in this material can be interpreted as a consequence of the carrier-doping starting from the original at $$x sim 0$$ and advanced at $$x sim 0.5$$ parent phases toward the intermediate region. The bipartite parent phases with distinct physical properties in the second magnetic phase provide us with an interesting example to illustrate the intimate interplay among the magnetic interaction, structural change and orbital degree of freedom in iron-pnictides.

論文

Stabilization of resistive wall modes by magnetohydrodynamic equilibrium change induced by plasma toroidal rotation

白石 淳也; 相羽 信行; 宮戸 直亮; 矢木 雅敏

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/03

磁気流体力学(MHD: Magnetohydrodynamics)平衡におけるトロイダル回転の遠心力効果を考慮することにより、MHD安定性における回転の効果を自己無撞着に取り入れた。抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)の安定性に対する回転の効果を解析するため、新しいコードを開発した。真空領域と抵抗性壁における電磁気学的な問題を解くモジュールRWMaCを開発し、回転プラズマにおける線形理想MHDダイナミクスを記述するFrieman-Rotenberg方程式を解くMINERVAコードに組み込んだ。MINERVA/RWMaCにより、トロイダル回転によるMHD平衡の変化が、RWMの成長率を減少させることを初めて示した。加えて、トロイダル回転が線形ダイナミクスにのみ影響を与える場合には安定化窓が存在しない場合でも、平衡の変化により安定化窓が現れることを示した。回転は、平衡の圧力,電流密度,質量密度を変化させ、回転の効果を含むポテンシャルエネルギーを変化させる。

論文

J-PARC decay muon channel construction status

Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 幸田 章宏*; 河村 成肇*; 藤森 寛*; 牧村 俊助*; 小林 庸男*; 中原 一隆*; 加藤 峯夫*; 竹下 聡史*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012050_1 - 012050_8, 2010/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:6.01

The new Muon Science Facility (MUSE) that is now under construction at J-PARC in the Materials and Life Sciences Facility (MLF) building will comprise four types of muon channels. In the first stage, a conventional superconducting decay muon channel (D-Line) was constructed, which can extract surface (positive) muons with an expected muon yield of $$10^7$$ /s and decay positive/negative muon up to 120 MeV/c, with an expected muon yield of a few $$10^6$$/s at 60 MeV/c for both positive and negative muons. This channel will be used for various kinds of muon experiments like $$mu$$SR, muon catalyzed fusion and nondestruction elements analysis.

論文

Incommensurate spin correlations induced by magnetic Fe ions substituted into overdoped Bi$$_{1.75}$$Pb$$_{0.35}$$Sr$$_{1.90}$$CuO$$_{6+z}$$

平賀 晴弘*; 林 陽一郎*; 脇本 秀一; 武田 全康; 加倉井 和久; 足立 匡*; 小池 洋二*; 山田 幾也*; 宮崎 正範*; 平石 雅俊*; et al.

Physical Review B, 81(14), p.144501_1 - 144501_6, 2010/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:38.99(Materials Science, Multidisciplinary)

Spin correlations in the overdoped region of Bi$$_{1.75}$$Pb$$_{0.35}$$Sr$$_{1.90}$$CuO$$_{6+z}$$ have been explored with Fe-doped single crystals characterized by neutron scattering, muon-spin-rotation spectroscopy, and magnetic-susceptibility measurements. The incommensurability $$delta$$ is unexpectedly large ($$sim$$0.2 r.l.u.), as compared with the overdoped La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$. However, this large $$delta$$ is close to the hole concentration $$p$$. While our findings in Fe-doped Bi$$_{1.75}$$Pb$$_{0.35}$$Sr$$_{1.90}$$CuO$$_{6+z}$$ support the commonality of incommensurate spin correlations in high-$$T_c$$ cuprate superconductors, they also suggest that the magnetic response might be dominated by a distinct mechanism in the overdoped region.

口頭

Recent activity of the JAEA theory group towards a better understanding of the effects of flows and energetic particles on the stability of MHD modes

相羽 信行; 石井 康友; Bierwage, A.; 廣田 真; 白石 淳也; 矢木 雅敏

no journal, , 

プラズマ理論シミュレーショングループにおける近年のMHD安定性に関する研究では、特に"プラズマ流"及び"高エネルギー粒子"の効果について着目し、それぞれ成果を上げている。これらはそれぞれ現存の実験装置において観測されているMHDモードの安定性に大きな影響を与えていることが知られているのみならず、ITERにおいて発生が懸念されているMHDモードの駆動源・安定化機構としてその理解が求められている重要な課題である。今回のワークショップでは、プラズマ理論シミュレーショングループがこれらのテーマにかかわるこれまでに上げてきた研究成果、特に出張者の専門分野であるELMに関連した周辺MHD安定性に対するプラズマ回転の影響の解析結果とその結果に基づいたJT-60Uの実験解析について発表する。

口頭

回転プラズマにおける抵抗性壁モードの理論・シミュレーション研究

白石 淳也; 相羽 信行; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏*

no journal, , 

JT-60SAに代表される高性能定常トカマクにおいて、プラズマ回転による抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)の安定化機構の解明は重要な課題の一つである。本招待講演では、RWM安定性における回転の効果について、以下に述べる三つの手法により総合的に解析を行った結果を報告する。(1)回転が重要となる領域を詳細に調べるために、接続問題による解析を行った。接続問題は回転がない場合にのみ適用可能であったが、本研究では、無限に薄い内部層ではなく、有限な厚みを持つ内部領域を用いることにより特異点解析を可能にした。(2)新しい内部層方程式を導出して、解析的なRWMの分散関係を導出し、回転だけでなく、回転シアもRWM安定性に重要であることを示した。(3)実形状トカマクにおいて、RWMに対する回転の効果を数値的に解析するために、回転を含む線形MHD安定性解析コードMINERVAと真空/抵抗性壁解析コードRWMaCを結合した。トロイダル回転が存在することによる平衡の変化に起因する安定化効果と、回転が直接安定性に及ぼす効果をそれぞれ分離して解析した。

口頭

Effect of poloidal rotation on ELM and RWM in tokamaks

相羽 信行; 白石 淳也; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

no journal, , 

Type-I ELMの原因である周辺MHDモード、及びディスラプションの原因の一つである抵抗性壁モード(RWM)の安定性に対するプラズマのポロイダル回転の影響について数値解析を行った。その結果、実験的に観測されている程度のポロイダル回転は、周辺MHDモードを不安定化する一方、RWMを安定化することを明らかにした。さらに、プラズマがトロイダル方向にも回転している場合、トロイダル回転の向きによってMHD安定性が変化することを示した。この傾向は、JT-60Uで観測されている「ELMの性質とトロイダル回転方向との依存性」を再現しうる結果であり、ポロイダル回転がELMの小振幅化を引き起こす重要な物理量である可能性を示したものである。また、RWMについてはこれまでトロイダル回転の向きに対する依存性については議論されていなかったが、今回の結果はRWMの安定化をしやすいトロイダル回転方向が存在することを意味するものである。そのため、今後実験などを行い、この結果の妥当性を確認し、確認された際にはJT-60SAやITERにおけるRWM安定化を検討するうえで重要な要因となるものである。

口頭

トロイダル回転をしたトカマクプラズマにおけるELM及びRWMに対するポロイダル回転の影響

相羽 信行; 白石 淳也; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

no journal, , 

Type-I ELMの原因である周辺MHDモード、及びディスラプションの原因の一つである抵抗性壁モード(RWM)の安定性に対するプラズマのポロイダル回転の影響について数値解析を行った。その結果、実験的に観測されている程度のポロイダル回転は、周辺MHDモードを不安定化する一方、RWMを安定化することを明らかにした。さらに、プラズマがトロイダル方向にも回転している場合、トロイダル回転の向きによってMHD安定性が変化することを示した。この傾向は、JT-60Uで観測されている「ELMの性質とトロイダル回転方向との依存性」を再現しうる結果であり、ポロイダル回転がELMの小振幅化を引き起こす重要な物理量である可能性を示したものである。また、RWMについてはこれまでトロイダル回転の向きに対する依存性については議論されていなかったが、今回の結果はRWMの安定化をしやすいトロイダル回転方向が存在することを意味するものである。そのため、今後実験などを行いこの結果の妥当性を確認し、確認された際にはJT-60SAやITERにおけるRWM安定化を検討するうえで重要な要因となるものである。

口頭

回転プラズマにおける抵抗性壁モード解析コードの開発及びJT-60SAへの応用

白石 淳也; 相羽 信行; 矢木 雅敏

no journal, , 

JT-60SAに代表される高$$beta$$定常トカマクの開発において、抵抗性壁モード(RWM, Resistive Wall Mode)の不安定化による$$beta$$値制限の改善が重要課題となっており、プラズマ回転によるRWMの安定化機構の解明が求められている。このため、本研究では、実形状のトカマクプラズマに対して、プラズマ回転を含むRWM解析コードの開発を行った。抵抗壁が存在する場合のプラズマの安定性は、プラズマ,真空領域及び抵抗壁におけるエネルギーバランスを解くことで求められる。トカマク配位において真空磁気エネルギー及び抵抗壁におけるエネルギー散逸を計算するモジュール"RWMaC"を開発し、回転を含む線形MHDコードMINERVA(プラズマの運動エネルギーとポテンシャルエネルギーを計算)に実装した。MINERVA/RWMaCは安定性を初期値問題として解析できるため、少ない計算時間でRWM成長率を計算できる等の特徴がある。コード検証のため、MINERVA/RWMaCと米国のRWM安定性コードMARS-Fコードのベンチマークを行い、幅広い壁位置及び時定数にわたって、RWM成長率が一致することを確認した。さらに、本コードをJT-60SA解析へと応用し、RWM成長率に対するプラズマ回転の効果を解析した。

口頭

Stabilization of resistive wall modes by toroidal rotation shear

白石 淳也; 相羽 信行; 宮戸 直亮; 矢木 雅敏

no journal, , 

高ベータ・定常プラズマ閉じ込めを目指す高性能トカマクにおいては、不安定な抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)によって、到達ベータ値が制限される。したがって、RWMの安定化あるいは制御は重要な物理・工学的課題の一つである。近年の研究の進展により、プラズマ回転が有力なRWM安定化手法であると考えられている。そこで、本研究では、実形状トカマクにおいて、回転を含むRWM解析コードを開発した。RWM解析は、抵抗性壁-真空-プラズマの連成問題である。本研究では、真空及び抵抗性壁解析モジュールRWMaCを開発し、回転を含む線理想MHDコードMINERVAに実装した。本コードの特徴として、(1)トロイダル回転が磁気流体力学平衡を変化させる効果を取り込むことができる。(2)ポロイダル回転の効果を摂動的に取り入れることができる、等が挙げられる。コードの信頼性を確立するために、トロイダル回転がMHD平衡を変化させないとして、他コードとのベンチマークを行い、回転速度がアルフベン速度の数%の範囲まで、RWMの成長率が一致することを確かめた。

口頭

Development of resistive wall mode analysis code for rotating plasmas

白石 淳也; 相羽 信行; 矢木 雅敏

no journal, , 

高ベータ・定常プラズマ閉じ込めを目指す高性能トカマクにおいては、不安定な抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)によって、到達ベータ値が制限される。したがって、RWMの安定化あるいは制御は重要な物理・工学的課題の一つである。近年の研究の進展により、プラズマ回転が有力なRWM安定化手法であると考えられている。そこで、本研究では、実形状トカマクにおいて、回転を含むRWM解析コードを開発した。RWM解析は、抵抗性壁-真空-プラズマの連成問題である。本研究では、真空及び抵抗性壁解析モジュールRWMaCを開発し、回転を含む線理想MHDコードMINERVAに実装した。本コードの特徴として、(1)トロイダル回転が磁気流体力学平衡を変化させる効果を取り込むことができる。(2)ポロイダル回転の効果を摂動的に取り入れることができる、等が挙げられる。コードの信頼性を確立するために、トロイダル回転がMHD平衡を変化させないとして、他コードとのベンチマークを行い、回転速度がアルフベン速度の数%の範囲まで、RWMの成長率が一致することを確かめた。

口頭

Development of resistive wall mode analysis code for rotating tokamaks; Analysis of high-$$beta$$ plasma in JT-60SA

白石 淳也; 相羽 信行; 矢木 雅敏

no journal, , 

JT-60SAのように高$$beta$$・定常プラズマ閉じ込めを目指す高性能トカマクにおいては、不安定な抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)によって、到達$$beta$$値が制限される。したがって、RWMの安定化及び制御は重要課題の一つである。近年、プラズマ回転が有力なRWM安定化手法であることが明らかになった。そこで、本研究では、実形状トカマクにおいて、回転を含むRWM解析コードMINERVA/RWMaCを開発した。MINERVA/RWMaCの特徴として、(1)トロイダル回転が平衡を変化させる効果を取り入れることができる。(2)ポロイダル回転の効果を摂動的に取り入れることができる。等が挙げられる。JT-60SA高$$beta$$プラズマの解析を行うため、実効的な壁形状を取り入れるようMINERVA/RWMaCを拡張した。$$n=1sim3$$($$n$$はトロイダルモード数)のRWMに対する剛体回転の効果を解析した。その結果、アルフベン周波数の2%程度の回転周波数で$$n=1sim3$$のRWMが安定化されること、1.5%の回転周波数でRWMの成長率が制御可能な値まで小さくなることが明らかになった。

口頭

トロイダル回転による磁気流体力学平衡の変化がもたらす抵抗性壁モードの安定化

白石 淳也; 相羽 信行; 宮戸 直亮; 矢木 雅敏

no journal, , 

抵抗性壁モード(RWM)は、高性能トカマクにおいて到達可能なベータ値を制限する不安定性であるため、その安定化手法の確立は重要な課題である。RWMは、プラズマ回転により安定化されることが明らかになっており、安定化機構の解明が世界各国で活発に行われている。本研究では、実形状トカマク配位において、プラズマ回転の効果を含むRWM解析コードMINERVA/RWMaCを開発した。従来のコードでは、回転の効果は「摂動」として取り扱われてきた。すなわち、回転は線形ダイナミクスにのみ影響を与え、MHD平衡は静止平衡を仮定してきた。MINERVA/RWMaCでは、プラズマ回転に伴う遠心力によるMHD平衡の変化を考慮することができる。MINERVA/RWMaCを用いて、高ベータトカマクを対象にして、平衡分布が変化する効果の数値解析を行った。その結果、遠心力による平衡の変化を考慮することにより、幅広い壁位置において、遠心力を考慮しない場合に比べてRWMの成長率は小さくなることを明らかにした。

口頭

Impact of Centrifugal Modification of Magnetohydrodynamic Equilibrium on Resistive Wall Mode Stability

白石 淳也; 相羽 信行; 宮戸 直亮; 矢木 雅敏

no journal, , 

磁気流体力学(MHD: Magnetohydrodynamics)平衡におけるトロイダル回転の遠心力効果を考慮することにより、MHD安定性における回転の効果を自己無撞着に取り入れた。抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)の安定性に対する回転の効果を解析するために開発したコードMINERVA/RWMaCにより、トロイダル回転に伴う遠心力によるMHD平衡の変化が、幅広いベータ領域においてRWMの成長率を減少させること、安定化窓を大きくすることを初めて示した。加えて、トロイダル回転が線形ダイナミクスにのみ影響を与える場合には安定化窓が存在しない場合でも、平衡の変化により安定化窓が現れることを示した。回転による平衡分布の変化と固有関数の変化の効果を切り分けて解析することにより、RWM安定化は平衡変化に起因していることを示した。エネルギー収支を解析することにより、RWM安定化には、圧力分布と電流分布による不安定化エネルギーの減少が本質的であることを示した。

口頭

Status of the ITER plasma modeling activities in JAEA

白石 淳也; 本多 充; 林 伸彦; 相羽 信行; 藤間 光徳; 松山 顕之; 内藤 磨; 宮田 良明; 井上 静雄; 成田 絵美; et al.

no journal, , 

原子力機構はITERプラズマモデリングに関して様々な研究分野に貢献してきた。そのなかでも、原子力機構における最近の統合モデリング活動について報告する。統合モデリングは、ITERのような自律的で複雑な挙動を示すプラズマのシミュレーションには必要不可欠である。原子力機構では統合モデリングコードTOPICSを開発してきた。TOPICSは、その予測正確性を高めるために様々な物理モデルを導入し、ITERプラズマに対する知見を与えてきた。最近では、ITERにおけるトロイダル回転の予測シミュレーションに成功した。TOPICSを3次元平衡コードVMEC及び3次元ドリフト運動論方程式ソルバーFORTEC-3Dと結合することにより、NTV及び径方向電場を計算すうことに成功し、その結果回転を自己無撞着に計算した。もう一つの成果としてITERにおいてペレット入射によるELMペーシングの定量的評価に成功した。TOPICSに新しいペレットモデルを導入し、MHD安定性コードMARG2Dと結合することでELMペーシングのシミュレーションに成功した。

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