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論文

Development and application of a $$^3$$He neutron spin filter at J-PARC

奥平 琢也; 奥 隆之; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 高橋 慎吾*; 相澤 一也; 遠藤 仁*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 977, p.164301_1 - 164301_8, 2020/10

We are developing a neutron polarizer with polarized $$^3$$He gas, referred to as a $$^3$$He spin filter, based on the Spin Exchange Optical Pumping (SEOP) for polarized neutron scattering experiments at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). A $$^3$$He gas-filling station was constructed at J-PARC, and several $$^3$$He cells with long spin relaxation times have been fabricated using the gas-filling station. A laboratory has been prepared in the MLF beam hall for polarizing $$^3$$He cells, and compact pumping systems with laser powers of 30 W and 110 W, which can be installed onto a neutron beamline, have been developed. A $$^3$$He polarization of 85% was achieved at a neutron beamline by using the pumping system with the 110 W laser. Recently, the first user experiment utilizing the $$^3$$He spin filter was conducted, and there have been several more since then. The development and utilization of $$^3$$He spin filters at MLF of J-PARC are reported.

論文

Measurement of the angular distribution of $$gamma$$-rays after neutron capture by $$^{139}$$La for a T-violation search

奥平 琢也; 清水 裕彦*; 北口 雅暁*; 広田 克也*; Haddock, C. C.*; 伊藤 維久也*; 山本 知樹*; 遠藤 駿典*; 石崎 貢平*; 佐藤 匠*; et al.

EPJ Web of Conferences, 219, p.09001_1 - 09001_6, 2019/12

原子核が熱外中性子を共鳴吸収する反応において、弱い相互作用起因のパリティ対称性の破れが核子間相互作用の最大10$$^{6}$$倍増幅される現象が観測されている。この反応では時間反転対称性の破れにも同様の増幅効果があることが理論的に予言されており、全く新しい手法で未知の時間反転対称性の破れを世界最高感度で探索できる可能性がある。しかし、その増幅率は全ての核種で未知であり、この手法がもつ可能性を具体的に議論できていなかった。本研究ではJ-PARC, MLF, BL04のGe検出器群を用いて、$$^{139}$$La(n,$$gamma$$)反応の角度分布測定を行い、世界で初めて$$^{139}$$Laで時間反転対称性の破れの増幅率を求めることに成功した。この結果を用いて、実験に必要な測定時間を見積もると、偏極率40%のLa核偏極技術、偏極率70%, 79atm・cmの$$^3$$He Spin Filterを用意すれば、1.4日の測定で世界最高感度で時間反転対称性の破れ探索実験が可能であることが判明した。現在原子力機構では高性能な$$^3$$He Spin Filterの開発を行なっており、本発表では$$gamma$$線の角度分布測定の結果、及び共用ビームラインに適用するための$$^3$$He Spin Filterの開発の現状について発表する。

論文

Development of the neutron polarizer for the T-violation search using compound nuclei

奥平 琢也; 奥 隆之; 酒井 健二; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 加倉井 和久*; 相澤 一也; 清水 裕彦*; et al.

Proceedings of Science (Internet), 356, 5 Pages, 2019/12

共通技術開発セクションでは、J-PARC物質・生命科学実験施設の大強度中性子を活用するために、偏極中性子デバイスの一つである$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発を行なっている。$$^{3}$$Heスピンフィルターの性能評価の一つの手段に、基礎物理分野での応用・評価があり、基礎物理実験も活用している。現在の物質優勢宇宙を説明するためには時間反転対称性の破れが不可欠であり、世界中で時間反転対称性の破れの探索実験が行われている。その一つに偏極中性子と原子核を使用して対称性の破れを測定する方法があり、J-PARCの大強度中性子を用いた時間反転対称性の破れ探索が計画されている。本計画では1eV程度のエネルギーの高い中性子を偏極するための従来にない巨大な$$^{3}$$Heスピンフィルターを開発する必要があり、原子力機構にて開発が行われている$$^{3}$$Heスピンフィルターの性能評価の良い検証となる。現在、偏極率の精度の良い評価システムや$$^{3}$$Heスピンフィルター製作のための真空システムの構築を行い、熱外中性子偏極のための大型スピンフィルターの開発を継続している。本発表では$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発の現状について発表する。

論文

Position-by-position cooling paths within the Toki granite, central Japan; Constraints and the relation with fracture population in a pluton

湯口 貴史*; 末岡 茂; 岩野 英樹*; 五十公野 裕也*; 石橋 正祐紀; 檀原 徹*; 笹尾 英嗣; 平田 岳史*; 西山 忠男*

Journal of Asian Earth Sciences, 169, p.47 - 66, 2019/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:43.84(Geosciences, Multidisciplinary)

本研究は、中部日本に位置する土岐花崗岩体を研究対象とし、熱年代学的な手法で冷却履歴(温度-時間履歴)を取得した。10本のボーリングコアから採取された15試料に対して、ジルコンU-Pb年代,黒雲母K-Ar年代,ジルコンフィッション・トラック(FT)年代,アパタイトFT年代、およびFTデータの逆解析からなる温度-時間履歴を提示した。得られた岩体内部の複数地点の冷却履歴の相違を比較し、その位置的な相違を生む原因について言及した。これは熱進化モデルの構築に資するデータとなる。また花崗岩内における物質移動は、水みちとして機能する割れ目により大きく支配されることから、割れ目の分布特性と得られた温度-時間履歴の関連について検討を行った。

論文

Safe and rapid development of capillary electrophoresis for ultratrace uranyl ions in radioactive samples by way of fluorescent probe selection for actinide ions from a chemical library

原賀 智子; 大内 和希; 佐藤 義行; 星野 仁*; 田中 玲*; 藤原 隆司*; 黒川 秀樹*; 渋川 雅美*; 石森 健一郎; 亀尾 裕; et al.

Analytica Chimica Acta, 1032, p.188 - 196, 2018/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:57.63(Chemistry, Analytical)

放射性試料中のアクチノイドイオンを安全、迅速、高感度に分析するため、蛍光プローブを用いたキャピラリー電気泳動法による分析法を開発した。本研究では、化学ライブラリーを用いて、アクチノイドイオンの検出に必要となる蛍光プローブを選択し、大環状および非環状の多座配位骨格を有するプローブ群を整備した。アクチノイドのうち、ウラニルイオンに対して、4座の配位骨格を有する蛍光プローブを用いることにより、従来のキャピラリー電気泳動法の検出限界(ppmレベル)を大幅に改善し、pptレベルの検出限界を達成するとともに、実際の放射性廃液試料の分析に適用できることも示した。

論文

偏極中性子

平賀 晴弘*; 山口 泰男*; 丸山 龍治; 奥 隆之; 猪野 隆*

波紋, 28(3), p.144 - 149, 2018/08

サイエンスの様々な分野において偏極中性子散乱の果たす役割は益々増大しており、J-PARC MLFでの偏極中性子ビーム利用の高度化のため原子力機構等では偏極スーパーミラーや$$^3$$Heスピンフィルターの高性能化に関する研究開発を進めている。本稿では、当該分野に馴染みのないMLFユーザーや当該分野の初心者を対象とし、中性子ビーム偏極手法の基本的な原理や研究開発の現状について総説する。

論文

High oxide-ion conductivity in Si-deficient La$$_{9.565}$$(Si$$_{5.826}$$[]$$_{0.174}$$)O$$_{26}$$ apatite without interstitial oxygens due to the overbonded channel oxygens

藤井 孝太郎*; 八島 正知*; 日比野 圭祐*; 白岩 大裕*; 福田 功一郎*; 中山 享*; 石沢 伸夫*; 花島 隆泰*; 大原 高志

Journal of Materials Chemistry A, 6(23), p.10835 - 10846, 2018/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:27.91(Chemistry, Physical)

Apatite-type rare earth silicates are attractive materials with exhaust application such as solid-oxide fuel cells, due to its extremely high oxide-ion conductivity below 600$$^{circ}$$C. Interstitial (excess) oxygens have been believed to be responsible for the high conductivity in apatite-type materials. On the contrary, the present study clearly reveals the presence of Si vacancies [] in La-rich La$$_{9.565}$$(Si$$_{5.826}$$[]]$$_{0.174}$$)O$$_{26}$$ instead of the interstitial oxygens, by single-crystal neutron and X-ray diffraction analyses, density measurements and ${{it ab initio}}$ electronic calculations.

論文

Ecological and genomic profiling of anaerobic methane-oxidizing archaea in a deep granitic environment

伊能 康平*; Hernsdorf, A. W.*; 今野 祐多*; 幸塚 麻里子*; 柳川 克則*; 加藤 信吾*; 砂村 道成*; 広田 秋成*; 東郷 洋子*; 伊藤 一誠*; et al.

ISME Journal, 12(1), p.31 - 47, 2018/01

岐阜県瑞浪市の超深地層研究所において、深度300メートルの地下水を地下坑道から採取し、地下微生物の生態系を調査した。その結果、花崗岩深部でマグマ由来のメタンに依存した微生物生態系が存在することを明らかにした。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

論文

高速実験炉「常陽」の原子炉容器内観察・補修技術開発; 変形した実験装置の回収

芦田 貴志; 伊東 秀明; 宮本 一幸*; 中村 俊之; 古賀 和浩*; 大原 紀和*; 猪 博一*

日本原子力学会和文論文誌, 15(4), p.210 - 222, 2016/12

高速実験炉「常陽では、照射試験を終えた温度制御型材料照射装置(MARICO-2)の試料部を原子炉容器内から取り出すための作業が行われた。しかし、保持機構と試料部が完全に分離できていない状態で回転プラグを操作したことにより、試料部が炉内燃料貯蔵ラック上から突き出た状態で変形していることが炉内観察等の調査の結果確認された。また、突き出た試料部は、回転プラグに設置された炉心上部機構(UCS)の下面と干渉する高さにあり、UCSの下面を部分的に損傷させたことも確認された。UCSと試料部の干渉を避けるため、可動範囲を制限した結果、燃料交換機能が一部阻害された状態となった。復旧措置として、損傷したUCSの交換と変形した試料部の回収が決定され、試料部については、2007年12月に回収方法の検討に着手し、治具の設計・製作、モックアップ試験等の準備を経て、2014年6月11月に回収作業を実施した。回収した試料部は「常陽」に隣接する照射後試験施設において、各種試験に向けた照射試料の取り出し等が行われている。本件は、試料部の回収を通して得られたSFR炉内の遠隔補修技術の開発成果について、装置の設計・製作及び作業の実績を踏まえて報告するものである。

論文

Event sequence assessment using plant dynamics analysis based on continuous Markov chain process with Monte Carlo sampling assessment of strong wind hazard in sodium cooled fast reactor

高田 孝; 東 恵美子*; 西野 裕之; 山野 秀将; 堺 公明*

Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2016/11

外部ハザード事象におけるプラントの様々な状態を定量化することを目的に、連続マルコフ過程モンテカルロ(CMMC)法と動特性解析手法とのカップリングを行った。本論文では強風事象を対象とし、開発手法を用いた定量化を行った結果、対象としたプラントにおける強風事象への耐性が高いことを明らかにした。また低頻度事象に対する手法適用拡張として、重み付けを用いたサンプル方法について提案した。

論文

Development of risk assessment methodology against natural external hazards for sodium-cooled fast reactors; Project overview and margin assessment methodology against volcanic eruption

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 11th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-11) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2016/10

本論文では、プロジェクト概要を述べたうえで、ナトリウム冷却高速炉を対象にして火山ハザードに対するマージン評価手法開発について述べる。火山灰は崩壊熱除去に必須である空気取入口のフィルター目詰まりを引き起こす恐れがある。フィルタ閉塞の程度は、火山灰大気中濃度と降灰継続時間に加えて、各機器の吸い込み風量で計算される。本研究では、フィルター破損までの猶予時間をマージンと定義した。降灰継続時間より猶予時間が短いときだけマージンを検討する必要がある。機器別のマージン評価では、各機器の吸い込み風量とフィルタ破損限界を使って計算された。シーケンス別のマージン評価では、機器別のマージン評価とイベントツリーに基づき評価された。マージンを大きくするアクシデントマネジメント対策として、例えば、強制循環運転の手動トリップ、空気冷却器3系統の順次運転、及びプレフィルターによるカバーを提案した。

論文

Development of risk assessment methodology of decay heat removal function against natural external hazards for sodium-cooled fast reactors; Project overview and volcanic PRA methodology

山野 秀将; 西野 裕之; 栗坂 健一; 岡野 靖; 堺 公明; 山元 孝広*; 石塚 吉浩*; 下司 信夫*; 古川 竜太*; 七山 太*; et al.

Proceedings of 24th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-24) (DVD-ROM), 10 Pages, 2016/06

本論文では、プロジェクト概要を述べたうえで、ナトリウム冷却高速炉を対象にして火山ハザードに対する確率論的リスク評価(PRA)手法開発について述べる。火山灰は崩壊熱除去に必須である空気取入口のフィルター目詰まりを引き起こす恐れがある。フィルタ閉塞の程度は、火山灰大気中濃度と降灰継続時間に加えて、各機器の吸い込み風量で計算される。本研究では、火山ハザードは火山灰粒径、層厚及び継続時間の組み合わせで評価できるとした。また、各機器の機能喪失確率はフィルタ破損限界までの猶予時間を使って得られるフィルタ交換失敗確率で表されるとした。イベントツリーに基づいて、炉心損傷頻度は離散的なハザード確率と条件付崩壊熱除去失敗確率を掛け合わせることで求められ、約3$$times$$10$$^{-6}$$/年の結果を得た。支配的なシーケンスは、非常用原電喪失後に、フィルタ目詰まりによる崩壊熱除去系の機能喪失であった。また、支配的な火山ハザードは、大気中濃度10$$^{-2}$$ kg/m$$^{3}$$、粒径0.1mm、層厚50-75cm、継続時間1-10hrであった。

論文

Deep microbial life in high-quality granitic groundwater from geochemically and geographically distinct underground boreholes

伊能 康平*; 今野 祐多*; 幸塚 麻里子*; 廣田 明成*; 東郷 洋子*; 福田 朱里*; 小松 大介*; 角皆 潤*; 田辺 章文*; 山本 智*; et al.

Environmental Microbiology Reports (Internet), 8(2), p.285 - 294, 2016/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:34.3(Environmental Sciences)

瑞浪超深地層研究所の深度300mの花崗岩中の地下水を対象として、ボーリング孔を利用した微生物特性の調査を行った。ボーリング孔から得られた地下水は、当初、好気性の水素酸化に関わるHydrogenophaga spp.が優勢種であったが、3年後にはNitrospirae門の微生物が優勢種となった。後者の微生物種は系統学的に深部地下水や陸域の温泉水において観察される種であり、この地域の土着の微生物種と考えられた。

論文

Development of risk assessment methodology against external hazards for sodium-cooled fast reactors

山野 秀将; 西野 裕之; 岡野 靖; 山元 孝広*; 高田 孝*

Earthquakes, Tsunamis and Nuclear Risks, p.111 - 121, 2016/01

本研究では、ナトリウム冷却高速炉のための積雪,竜巻,強風,火山噴火,森林火災に対する確率論的リスク評価(PRA)及びマージン評価手法を含むリスク評価手法を開発している。本論文では、これらの研究の全体概要と強風に対するリスク評価手法開発について述べる。強風PRAでは、気象データに基づきグンベル分布を用いてハザード曲線を推定し、強風による破損確率を求めたうえで、イベントツリーに基づき定量化を可能とする手法開発を行った。機器毎の破損評価も行い、機器損傷に至る風速をマージンとみなす機器別のマージン評価手法も開発した。

論文

Radiation response of silicon carbide metal-oxide-semiconductor transistors in high dose region

大島 武; 横関 貴史; 村田 航一; 松田 拓磨; 三友 啓; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 土方 泰斗*; 田中 雄季*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 55(1S), p.01AD01_1 - 01AD01_4, 2016/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:42.21(Physics, Applied)

In this study, we report the effects of $$gamma$$-ray irradiation and subsequent annealing on the electrical characteristics of vertical structure power 4H Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) with the blocking voltage of 1200 V. The MOSFETs were irradiated with $$gamma$$-rays up to 1.2 MGy in a N$$_{2}$$ atmosphere at room temperature (RT). During the irradiation, no bias was applied to each electrode of the MOSFETs. After the irradiation, the MOSFETs were kept at RT for 240 h to investigate the stability of their degraded characteristics. Then, the irradiated MOSFETs were annealed up to 360 $$^{circ}$$C in the atmosphere. The current-voltage (I-V) characteristics of the MOSFETs were measured at RT. By 1.2 MGy irradiation, the shift of threshold voltage (V$$_{T}$$) for the MOSFETs was -3.39 V. After RT preservation for 240 h, MOSFETs showed no significant recovery in V$$_{T}$$. By annealing up to 360 $$^{circ}$$C, the MOSFETs showed remarkable recovery, and the values of V$$_{T}$$ become 91 % of the initial values. Those results indicate that the degraded characteristics of SiC MOSFETs can be recovered by thermal annealing at 360 $$^{circ}$$C.

論文

グローブボックスからの核物質盗取に対する新たな検知概念の提案

向 泰宣; 中村 仁宣; 谷川 聖史; 中道 英男; 海野 良典; 藤咲 栄; 木村 隆志; 栗田 勉

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

核物質を取り扱うグローブボックスにおいて、内部脅威者による核物質盗取が発生した場合、確実に検知し通報する必要がある。今回、セキュリティ対策に活用するため、実際のグローブボックス作業を想定した試験により、運転員の核物質盗取を検知する新たな概念の成立性を調査した。一般に$$gamma$$線や中性子線の監視により盗取を検知する手法は容易に考えられるが、運転に伴う計画的な核物質移動と盗取を区別することは極めて困難である。この課題を解決するため、グローブボックスの負圧監視に着目し、中性子線の監視を組み合わせる新たな検知概念を検討した。小規模グローブボックスで実施した予察試験の結果、この概念は核物質の盗取を確実に検知でき、その情報を中央警報ステーション(CAS)へ迅速に通報できる能力を有するとともに、現行の核物質防護措置の効果をより高める可能性があることが分かった。

論文

A Development of super radiation-hardened power electronics using silicon carbide semiconductors; Toward MGy-class radiation resistivity

土方 泰斗*; 三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史*; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.130 - 133, 2015/11

In order to develop semiconductor devices with MGy radiation resistivity, we are developing power metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) based on silicon carbide (SiC) semiconductors. The $$gamma$$-ray irradiation responses of power SiC-MOSFETs were studied under various irradiation temperatures and humidity with various gate-bias conditions. Making comparisons between these responses, the optimum device operating condition and a better device structure were derived and MGy resistivity was achieved. Besides, $$gamma$$-ray irradiation tests for a motor-driver circuits consisting of SiC-MOSFETs were carried out, and as a result, their continuous operation up to 2 MGy was confirmed.

論文

Effect of humidity and temperature on the radiation response of SiC MOSFETs

武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; et al.

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.134 - 137, 2015/11

Influence of $$gamma$$-ray irradiation under high temperature and high humidity circumstance on the electrical characteristics of Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) was investigated. The drain current (I$$_{D}$$)-gate voltage (V$$_{G}$$) curves shifted to the negative voltage side and no significant further shift was observed with increasing the dose above 10 kGy. Suppression of the negative shift of threshold voltage (V$$_{th}$$) means that positive charges generated by irradiation were thermally annealed by elevated temperature during irradiation. The leakage current slightly increased at 5 and 10 kGy, however, those values recovered to be approximately the initial value above 40 kGy. Humidity circumstance attributed to remarkable suppression of the leakage current in comparison with dry circumstance.

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