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論文

Two-phase flow structure in a particle bed packed in a confined channel

伊藤 大介*; 栗崎 達也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司

Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.6430 - 6439, 2019/08

ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故において、炉心に形成された燃料デブリの冷却は、燃料の炉容器内保持を達成する上での一つの重要な要素である。「インプレース冷却」と呼ばれるその冷却の性能を明らかにするためには、デブリベッドでの気液二相流の特性をよく把握することが必要である。ここで、デブリベッドは炉心の狭小流路中に形成され得るため、壁効果の影響を無視することができない。そのため、本研究では、粒子充填層で模擬したデブリベッド中の二相流への壁効果の影響を明らかにすることを目的とした。圧力損失を測定し従前のモデルによる結果と比較し、空隙率分布やボイド率分布をX線ラジオグラフィーで測定した。そして、圧力損失の評価モデルを修正し、それらのモデルの適用性について調査した。

論文

Effect of porosity distribution on two-phase pressure drop in a packed bed

栗崎 達也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司

Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 3 Pages, 2018/11

ナトリウム冷却高速炉のシビアアクシデント時の炉心部での燃料デブリの冷却(インプレース冷却)における冷却性を評価するにあたっては、デブリベッド内の気液二相流の圧力損失の評価が重要な要素の一つである。その予測式としてはLipinskiモデルが提案されているものの、空隙率の空間分布が均一でない場合には予測精度が低下すると考えられる。そのため、空隙率分布が均一でない充填層での気液二相流の圧力損失を測定する実験を行い、流路断面を分割することにより圧力損失を評価するようLipinskiモデルを修正した。その結果、修正Lipinskiモデルは元のLipinskiモデルよりも良好に実験値を予測することを確認した。

報告書

汎用小型試験研究炉の概念検討; 平成22年度活動報告(共同研究)

今泉 友見; 宮内 優; 伊藤 正泰; 綿引 俊介; 永田 寛; 花川 裕規; 那珂 通裕; 川又 一夫; 山浦 高幸; 井手 広史; et al.

JAEA-Technology 2011-031, 123 Pages, 2012/01

JAEA-Technology-2011-031.pdf:16.08MB

世界の試験研究炉は、老朽化に伴う廃炉により減少しているが、その一方でアジア諸国においては、原子力発電の導入計画が相次いでいる。このようなアジア諸国では、原子力発電所を建設した後の運転管理ができる技術者の育成が課題となっていると同時に、自国における原子力技術を高めるため、軽水炉の長期化対策,科学技術の向上,産業利用及び原子力人材育成のための試験研究炉の必要性が高まっている。このような背景から、照射試験炉センターにおいては、今後、発電用原子炉を導入する国に向け、各種照射利用や教育訓練に用いる試験研究炉の基本概念検討を開始した。設計活動を通じた本検討は、照射試験炉センターにおける試験研究炉の設計に必要な計算コードなどの環境の整備及び人材育成に貢献するとともに、本概念検討に共同研究として参加する原子力関連会社の試験研究炉にかかわる技術力の維持,向上にも貢献することが期待される。本報告は、平成22年度に設置された「照射試験炉センター汎用小型試験研究炉WG(ワーキンググループ)」と原子力関連会社が行った平成22年7月$$sim$$平成23年6月までの試験研究炉の概念検討結果について取りまとめたものである。

論文

Controls over structural and electronic properties of epitaxial graphene on silicon using surface termination of 3C-SiC(111)/Si

吹留 博一*; 阿部 峻佑*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 猪俣 州哉*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 遠田 義晴*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; et al.

Applied Physics Express, 4(11), p.115104_1 - 115104_3, 2011/11

 被引用回数:34 パーセンタイル:80.78(Physics, Applied)

Epitaxial graphene on Si (GOS) using a heteroepitaxy of 3C-SiC/Si has attracted recent attention owing to its capability to fuse graphene with Si-based electronics. We demonstrate that the stacking, interface structure, and hence, electronic properties of GOS can be controlled by tuning the surface termination of 3C-SiC(111)/Si, with a proper choice of Si substrate and SiC growth conditions. On the Si-terminated 3C-SiC(111)/Si(111) surface, GOS is Bernal-stacked with a band splitting, while on the C-terminated 3C-SiC(111)/Si(110) surface, GOS is turbostratically stacked without a band splitting. This work enables us to precisely control the electronic properties of GOS for forthcoming devices.

論文

Control of epitaxy of graphene by crystallographic orientation of a Si substrate toward device applications

吹留 博一*; 高橋 良太*; 阿部 峻佑*; 今泉 京*; 半田 浩之*; Kang, H. C.*; 唐澤 宏美*; 末光 哲也*; 尾辻 泰一*; 遠田 義晴*; et al.

Journal of Materials Chemistry, 21(43), p.17242 - 17248, 2011/11

 被引用回数:28 パーセンタイル:67.71(Chemistry, Physical)

Graphene is a promising material in the next-generation devices. Large-scale epitaxial graphene should be grown on Si substrates to take over the accumulated technologies for integrated devices. We have for this reason developed epitaxy of graphene on Si (GOS) and device operation of the backgate field-effect transistors (FETs) using GOS has been confirmed. It is demonstrated in this paper that the GOS method enables us to tune the structural and electronic properties of graphene in terms of the crystallographic orientation of the Si substrate. Furthermore, it is shown that the uniformity of the GOS process within a sizable area enables us to reliably fabricate topgate FETs using conventional lithography techniques. GOS can be thus the key material in the next-generation devices owing to the tunability of the electronic structure by the crystallographic orientation of the Si substrate.

論文

First flight demonstration of film-laminated InGaP/GaAs and CIGS thin-film solar cells by JAXA's small satellite in LEO

森岡 千晴*; 島崎 一紀*; 川北 史朗*; 今泉 充*; 山口 洋司*; 高本 達也*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 中村 揚介*; 平子 敬一*; et al.

Progress in Photovoltaics; Research and Applications, 19(7), p.825 - 833, 2011/11

 被引用回数:19 パーセンタイル:65.05(Energy & Fuels)

The electrical performances of InGaP/GaAs dual-junction solar cells and CIGS solar cells in space have been demonstrated by JAXA's small satellite which flew in a low-earth orbit since January 2009. This flight demonstration is the first experiment for a thin-film III-V multi-junction solar cell in the world. Thin-film solar cells were laminated using transparent polymer film in place of conventional coverglass for protection of solar cell's surface. The film-laminated cells were observed for short-circuit current degradation. The ground tests indicated that the cause of the degradation was attributed to the film coloring by obliquely incident UV rays, not to space radiations (protons and electrons). This is because the lamination film has UV-reflective multilayer coating on its surface. The flight data and the predicted results were in reasonable agreement with each other. Thus, we could verify the validity of the ground tests and prediction methodology for film-laminated solar cell in this study.

論文

Low-energy-electron-diffraction and X-ray-phototelectron-spectroscopy studies of graphitization of 3C-SiC(111) thin film on Si(111) substrate

高橋 良太*; 半田 浩之*; 阿部 峻佑*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 末光 眞希*

Japanese Journal of Applied Physics, 50(7), p.070103_1 - 070103_6, 2011/07

 被引用回数:31 パーセンタイル:78.66(Physics, Applied)

Epitaxial graphene can be formed on silicon substrates by annealing a 3C-SiC film formed on a silicon substrate in ultrahigh vacuum (G/3C-SiC/Si). In this work, we explore the graphitization process on the 3C-SiC(111)/Si(111) surface by using low-energy electron diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and compare them with that on 6H-SiC(0001). Upon annealing at substrate temperature higher than 1423 K, the 3C-SiC(111)/Si(111) surface follows the sequence of ($$sqrt{3}$$$$times$$$$sqrt{3}$$)R30$$^{circ}$$, (6$$sqrt{3}$$$$times$$6$$sqrt{3}$$)R30$$^{circ}$$ and (1$$times$$1)$$_{rm graphene}$$ in the surface structures. The C 1s core level according to XPS indicates that a buffer layer, identical with that in G/6H-SiC(0001), exists at the G/3C-SiC(111) buffer. These observations strongly suggest that graphitization on the surface of the 3C-SiC(111) face proceeds in a similar manner to that on the Si-terminated hexagonal bulk SiC crystals.

論文

Oxygen-induced reduction of the graphitization temperature of SiC surface

今泉 京*; 半田 浩之*; 高橋 良太*; 齋藤 英司*; 吹留 博一*; 遠田 義晴*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 末光 眞希*

Japanese Journal of Applied Physics, 50(7), p.070105_1 - 070105_6, 2011/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:20.9(Physics, Applied)

In the solid-vapor phase equilibria between SiC and O$$_{2}$$ system, there exists a region where the reaction of O$$_{2}$$ with SiC takes place. By tuning the temperature and the oxygen pressure used in the graphitization annealing, we have succeeded in the growth of epitaxial graphene on SiC crystals at 1273 K, which is lower by 250$$^{circ}$$C or more than the conventional epitaxial graphene method. The method is especially useful to form an epitaxial graphene on a silicon substrate (GOS), which requires a lower graphitization temperature because of necessity of compatibility with conventional Si technologies.

口頭

国際標準化を目指した宇宙用太陽電池の放射線照射試験法の検討

今泉 充*; 齊藤 政志*; 佐藤 真一郎; 安田 啓介*

no journal, , 

現在、宇宙用太陽電池(セル,パネル)関連の試験・評価関連技術の国際標準規格(ISO)化作業が進められており、その一つとして、放射線照射試験法に関する規格(ISO23038)が国際規格として制定された。ところがこのISO規格では、劣化量のフルエンスレート依存性や大面積照射のときの電流分布の均一性など、放射線照射試験における数値に関してはあまり検討されていない。そこで、将来のISO規格見直しを視野に入れ、太陽電池の放射線照射試験における試験条件の差による劣化量への影響の検討を行った。その結果、3接合太陽電池ではフルエンスレートに対する劣化量の依存性は見られなかったが、高効率Si太陽電池においてはフルエンスレートの増大に応じて劣化量が大きくなった。また、ビーム走査(スキャン)又はビーム拡散(デフォーカス)によって照射領域を拡大した50keV, 100keV陽子線による照射試験を行ったが、両照射方法の間に有意な差異は見られなかった。

口頭

Epitaxy of graphene on Si substrates toward three-dimensional graphene devices

吹留 博一*; 宮本 優*; 半田 浩之*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 末光 眞希*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿

no journal, , 

sp$$^{2}$$混成軌道の炭素の二次元ネットワークであるグラフェンは、半導体ロードマップに記述されているように、今やCMOSの次に期待されている物質のひとつである。グラフェンの主な問題は適当な基板上にエピタキシャル成長させるためのよい方法がないことである。実際に、グラファイトの剥離やSiC単結晶上でのエピタキシー成長のような現在行われている製作方法は、大量生産には向かない。われわれは三次元化されたシリコン上グラフェン(3D-GOS)を開発するため、最近のシリコン技術のトレンドに合った方法を探っている。3D-GOSに向けてキーとなる問題のひとつは、主要な面方位、例えば、Si(100), Si(110), Si(111)の上でのエピタキシャルグラフェンの形成である。本論文ではSi(110), Si(100), Si(111)面上の大面積グラフェンエピタキシーを提出する。結果はよいニュースに違いない。なぜなら、CMOSの次に向けたグラフェンベースの素子を三次元的に製作する新しい現実的な方法を開くことができたからである。

口頭

グラフェン・オン・シリコン表面構造のLEED観察

高橋 良太*; 宮本 優*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

われわれはSi基板上に3C-SiC極薄膜をエピタキシャル成長させ、このSiC極薄膜を真空熱処理することによりグラフェンを形成することに成功した(グラフェン・オン・シリコン技術)。本研究ではGOS形成過程の解明を目的としてLEED及びXPSによる表面構造観察を行った。Si(111)上に形成した3C-SiC(111)薄膜のLEED観察ではバルクSiCの周期性を示す1$$times$$1パターンが確認された。グラフェン化処理(1523K,30分間加熱)後はグラフェン構造の周期性を示す1$$times$$1パターンが確認された。バルクSiC(1$$times$$1)に対してグラフェン(1$$times$$1)のスポットは30度回転している。グラフェン化処理前後のC1s-XPS観察では、グラフェン化処理後にsp$$^{2}$$結合に起因するピークが顕著になり、SiCバルクピークが減少することが確認された。本研究の結果、Si基板上の3C-SiCからのグラフェン形成は、6H-SiC(0001)基板上でのグラフェン化と同様であることが明らかになった。

口頭

JMTRの改修・再稼働に向けた取組み,11; 魅力的な照射試験のための技術開発,5; 照射評価用熱中性子散乱則の再評価

今泉 友見; 角谷 浩享*; 奥村 啓介; 片倉 純一; 長尾 美春

no journal, , 

JMTRは、照射利用者から技術的価値の高い照射データの提供が求められているため、JMTR再稼働(平成23年度)までに熱中性子束の評価精度を高速中性子束レベルまで高めるための検討を平成20年度より実施している。これまでの検討から、ベリリウム反射体領域において、熱中性子束のみ特に誤差が大きくなる傾向を確認するとともに、ベリリウムの熱中性子散乱則(S($$alpha$$,$$beta$$))ライブラリの温度を意図的に変更した場合、ベリリウム反射体の照射領域のみで熱中性子束の値が低下することがわかっている。そのため、ベリリウムについて、全断面積測定実験のシミュレーション,散乱法則のシミュレーションを実施し、ベリリウムの熱中性子散乱の解析コード(3次元連続エネルギーモンテカルロコードMCNP)上の処理方法について検証を行うとともに、金属ベリリウムの結晶構造等の違いによるベリリウム全断面積の変化等について検討を行った。

口頭

酸素添加によるSiC表面グラフェン化プロセスの低温化

今泉 京*; 高橋 良太*; 宮本 優*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 吹留 博一*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

カーボン原子層の2次元結晶であるグラフェンは、300,000cm$$^{2}$$/V/sという高移動度を示すため、次世代デバイス材料として大きな注目を集めている。グラフェンの実用化に関しては、Si基板上SiC薄膜の熱改質によりシリコン基板上にグラフェンを形成するグラフェン・オン・シリコン(GOS)技術が一つの有力な解である。しかしGOSプロセスを含めた従来技術では、グラフェン形成温度が1523$$sim$$1573Kと高いために、これを直ちにシリコンデバイスプロセスに導入することは困難である。われわれはYongwei Songらが報告したSiC表面と酸素分子の温度・圧力反応図に注目し、グラフェン化アニール雰囲気への微量酸素の添加により、1273Kという低温でSiC表面のグラフェン化に成功した。

口頭

グラフェン・オン・シリコン形成過程のLEED, XPS観察

高橋 良太*; 宮本 優*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

本研究ではグラフェンオンシリコン形成過程を解明するため、LEED及びXPSによる表面構造観察を行った。Si(111)上に形成した3C-SiC(111)薄膜のLEED観察ではSiC(1$$times$$1)とSi再構成表面(RT3$$times$$RT3)R30$$^{circ}$$が確認された。グラフェン化処理(1523Kで30分アニール)後のLEED観察では、graphene(1$$times$$1)が確認された。また、SiC(1$$times$$1)に対してgraphene(1$$times$$1)のスポットは30$$^{circ}$$回転していた。これらSi(111)基板上の3C-SiC(111)薄膜のグラフェン形成過程は6H-SiC(0001)基板上のグラフェン形成過程と同様であることが判明した。また、グラフェン化処理前後のC1s内殻光電子スぺクトルでは、グラフェン化処理後にsp$$^{2}$$混成軌道に起因するピークが出現し、SiCバルクピークが減少した。したがって、Si(111)基板上でのグラフェンオンシリコン形成過程でも、6H-SiC(0001)バルク基板上グラフェン形成過程と同様のSiC(1$$times$$1)(バルク状態)からgraphene(1$$times$$1)(グラフェン状態)への変化が生じていることが明らかになった。

口頭

グラフェン・オン・シリコン形成過程の放射光光電子分光評価

末光 眞希*; 高橋 良太*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

現在最も工業的と考えられるグラフェン形成法は、SiC基板表面を真空加熱することでSiを昇華させ、基板表面にグラフェンを形成するエピタキシャルグラフェン法である。しかし、同法には大口径で安価なSiCバルク基板の入手が困難という大きな欠点がある。このような背景の下、われわれはSi基板上に高品質3C-SiC極薄膜(80-100nm)をエピタキシャル成長させ、このSiC極薄膜を真空熱処理することによってSi基板上にグラフェンを形成することに成功した(グラフェン・オン・シリコン;GOS)。本研究ではGOS形成過程の解明を念頭に、低エネルギー電子回折(LEED)、及び、X線光電子分光法(XPS)による表面構造観察を行った。その結果、Si(111)基板上の3C-SiC(111)薄膜のグラフェン形成過程は、6H-SiC(0001)基板上のグラフェン形成過程と同様であることが判明した。

口頭

Controlling the interface between graphene and SiC by use of graphene-on-silicon technology

吹留 博一*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 半田 浩之*; 末光 眞希*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿

no journal, , 

Si基板上にガスソースMBE法で成長させたSiC薄膜を真空中で加熱することによって最表面をグラフェン化することに初めて成功した。その界面を制御することが課題である。本発表ではSi基板の面方位とグラフェン-SiC界面の関係を述べる。Si(110), Si(100), Si(111)基板上にそれぞれSiC(110, SiC(100), SiC(111)面のSiC薄膜を形成できる。それらを1523Kに加熱することによってSiC上にグラフェン膜が形成された。放射光を用いたC1s光電子分光によって、SiC(100)及びSiC(110)とグラフェン膜の間には中間層がないが、SiC(111)とグラフェン膜の間には中間層が存在することがわかった。

口頭

超低圧酸素雰囲気下でのSi基板上低温グラフェン形成過程のリアルタイム放射光光電子分光

今泉 京*; 高橋 良太*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 吹留 博一*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

われわれはSiC表面と酸素分子の温度・圧力反応図に注目し、酸素ガス雰囲気で1273Kという低温でSiC表面のグラフェン化が可能であることを見いだしている。今回われわれは超低圧酸素雰囲気下でのグラフェン形成過程を、放射光光電子分光法を用いたリアルタイム測定により評価した。Si(111)基板上にモノメチルシランを原料ガスに用いて成膜した3C-SiC(111)薄膜を用い、SPring-8 BL23SUにてリアルタイム放射光光電子分光測定を行った。反応時間の経過とともにsp2炭素に起因するC1sピーク成分が増大し、SiC薄膜表面のグラフェン化が進行していることが明らかになった。

口頭

3C-SiC(111)極薄膜上エピタキシャルグラフェン形成過程のLEED観察

高橋 良太*; 宮本 優*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 末光 眞希*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆

no journal, , 

シリコン電子デバイス開発ではCMOS技術の後の新しい技術を確立することが急務となっている。そこで、大きな移動度を持つグラフェンが大きな注目を集めている。6H-SiC基板表面を真空中で加熱することにより、Siを昇華させ、表面をグラフェン化する技術は知られている。われわれはSi基板上に高品質の3C-SiC極薄膜をエピタキシャル成長させ、真空熱処理することでSi基板上にグラフェンを形成するグラフェン・オン・シリコン(GOS)法を開発した。今回、6H-SiC(0001)面と、表面構造がそれと類似する3C-SiC(111)面のグラフェン化過程をLEED観察した。3C-SiC(111)薄膜上のグラフェン形成過程は、6H-SiC(0001)基板上のグラフェン形成過程と全く同一の表面再配列構造を経ることがわかった。

口頭

Orientation-mediated control of interfacial structure in epitaxial graphene on silicon substrates

末光 眞希*; 吹留 博一*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 半田 浩之*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿

no journal, , 

Si基板上でのSiC薄膜の形成とその後の加熱によって最表面層はグラフェン化する(グラフェン=オン=シリコン;GOS)。通常はSi(111), (110), (100)基板上に3C-SiC(111), (110), (100)層が形成される。3C-SiC(111)ばかりでなく3C-SiC(100)と(110)でもエピタキシャルグラフェン層が形成された。ラマンスペクトルでは三つの面方位で同じバンドが観測され、放射光光電子分光によるC1s光電子スペクトルではsp$$^{2}$$炭素が存在することがわかった。SiC(100)と(110)では界面層は存在しないが、SiC(111)ではグラフェンとSiC(111)の間に界面層が存在する。以上のように三つの低指数面のSiC上でグラフェンが成長することは、ポストSiデバイス開発におけるGOS技術の有用性を示すことになった。

口頭

面方位回転エピタキシャル成長3C-SiC(111)/Si(110)薄膜上グラフェン成長過程のLEED、SR-XPS観察

高橋 良太*; 半田 浩之*; 阿部 峻佑*; 猪俣 州哉*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; et al.

no journal, , 

3C-SiC(111)/Si(110)薄膜表面にエピタキシャルグラフェンを高品質に形成できることを見いだしている。今回、このグラフェン形成過程を低エネルギー電子回折(LEED)と放射光X線光電子分光(SR-XPS)を用いて詳細に評価した。1250$$^{circ}$$Cのグラフェン化アニール後、LEEDパタンはグラフェンの(1$$times$$1)パタンへと変化した。一方、SR-XPSの結果から、グラフェン/SiC界面には界面層が存在しないことがわかった。これらの知見は既に多数報告されているバルクSiC結晶基板C面(4H, 6H-SiC(000-1))のグラフェン形成過程と同一である。また、3C-SiC(111)/Si(110)表面がC終端であるとのD$$_{2}$$-TPD観察とも矛盾しない。したがって、Si(110)基板上3C-SiC(111)薄膜はC原子終端であり、その表面のグラフェンはturbostratic stackingをしながら形成されることが明らかになった。

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