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論文

New precise measurement of muonium hyperfine structure interval at J-PARC

上野 恭裕*; 青木 正治*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 啓一*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; et al.

Hyperfine Interactions, 238(1), p.14_1 - 14_6, 2017/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:17.79

MuSEUM is an international collaboration aiming at a new precise measurement of the muonium hyperfine structure at J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). Utilizing its intense pulsed muon beam, we expect a ten-fold improvement for both measurements at high magnetic field and zero magnetic field. We have developed a sophisticated monitoring system, including a beam profile monitor to measure the 3D distribution of muonium atoms to suppress the systematic uncertainty.

論文

Gamma radiation resistance of spin Seebeck devices

Yagmur, A.*; 内田 健一*; 井原 和紀*; 井岡 郁夫; 吉川 貴史*; 小野 円佳*; 遠藤 純一*; 柏木 王明*; 中島 哲也*; 桐原 明宏*; et al.

Applied Physics Letters, 109(24), p.243902_1 - 243902_4, 2016/12

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

スピンゼーベック効果(SSE)に基づく熱電素子の$$gamma$$線抵抗性を調べるため、約3$$times$$10$$^{5}$$Gyの$$gamma$$線照射試験を実施した。SSE素子には、Pt/Ni$$_{0.2}$$Zn$$_{0.3}$$Fe$$_{2.5}$$O$$_{4}$$/GlassとPt/Bi$$_{0.1}$$Y$$_{2.9}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$/Gd$$_{3}$$Ga$$_{5}$$O$$_{12}$$を用いた。SSE素子の熱電特性,磁気特性、構造は、$$gamma$$線照射により影響されないことを確認した。この結果は、SSE素子が厳しい照射環境でさえ熱電素子として適用可能なことを示した。

論文

New muonium HFS measurements at J-PARC/MUSE

Strasser, P.*; 青木 正治*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 啓一*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; et al.

Hyperfine Interactions, 237(1), p.124_1 - 124_9, 2016/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:10.17

At the Muon Science Facility (MUSE) of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex), the MuSEUM collaboration is planning new measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium both at zero field and at high magnetic field. The previous measurements were performed both at LAMPF (Los Alamos Meson Physics Facility) with experimental uncertainties mostly dominated by statistical errors. The new high intensity muon beam that will soon be available at MUSE H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation, and the results of a first commissioning test experiment at zero field are presented.

論文

Thermoelectric generation based on spin Seebeck effects

内田 健一*; 安立 裕人; 吉川 貴史*; 桐原 明宏*; 石田 真彦*; 萬 伸一*; 前川 禎通; 齊藤 英治*

Proceedings of the IEEE, 104(10), p.1946 - 1973, 2016/10

 被引用回数:74 パーセンタイル:0.57(Engineering, Electrical & Electronic)

The spin Seebeck effect (SSE) refers to the generation of a spin current as a result of a temperature gradient in magnetic materials including insulators. The SSE is applicable to thermoelectric generation because the thermally generated spin current can be converted into a charge current via spin-orbit interaction in conductive materials adjacent to the magnets. The insulator-based SSE device exhibits unconventional characteristics potentially useful for thermoelectric applications, such as simple structure, device-design exibility, and convenient scaling capability. In this article, we review recent studies on the SSE from the viewpoint of thermoelectric applications.

論文

Flexible heat-flow sensing sheets based on the longitudinal spin Seebeck effect using one-dimensional spin-current conducting films

桐原 明宏*; 近藤 幸一*; 石田 真彦*; 井原 和紀*; 岩崎 悠真*; 染谷 浩子*; 松葉 明日華*; 内田 健一*; 齊藤 英治; 山本 直治*; et al.

Scientific Reports (Internet), 6, p.23114_1 - 23114_7, 2016/03

 被引用回数:26 パーセンタイル:7.97(Multidisciplinary Sciences)

ヒートフローセンシングは、将来的にスマート熱管理の重要な技術要素となることが期待されている。従来、ゼーベック効果に基づく熱電変換技術は、熱の流れを電圧に変換することによって熱流を測定するために使用されてきた。しかし、ユビキタス・ヒートフロー可視化のためには、非常に低い熱抵抗を有する薄く柔軟なセンサが非常に望まれている。近年、別のタイプの熱電効果である縦スピンゼーベック効果が大きな関心を集めている。これは縦スピンゼーベック効果が、単純な薄膜デバイス構造のような熱電アプリケーションにとって有利な機能を潜在的に提供するためである。ここでは、縦スピンゼーベック効果ベースのフレキシブル熱電シートを紹介する。このシートは、熱流検出の用途に特に適している。この熱電シートは、「フェライトめっき」として知られているスプレーコーティング法を用いてフレキシブルプラスチックシート上に形成されたNi$$_{0.2}$$Zn$$_{0.3}$$Fe$$_{2.5}$$O$$_4$$フィルムを含んでいる。実験結果は、膜面に垂直に配向した柱状結晶構造を有するフェライトめっき膜が、曲げ可能な縦スピンゼーベック効果ベースのセンサに適した独特の一次元スピン流導体として機能することを示唆している。この新しく開発された薄い熱電シートは、熱流の本来の流れを妨げることなく、さまざまな形の熱源に取り付けられ、多目的な熱流の測定と管理につながる。

論文

Enhancement of spin-Seebeck effect by inserting ultra-thin Fe$$_{70}$$Cu$$_{30}$$ interlayer

菊池 大介*; 石田 真彦*; 内田 健一*; Qiu, Z.*; Murakami, T.*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 106(8), p.082401_1 - 082401_4, 2015/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:40.32(Physics, Applied)

We report the longitudinal spin-Seebeck effects (LSSEs) for Pt/Fe$$_{70}$$Cu$$_{30}$$/BiY$$_{2}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ (BiYIG) and Pt/BiYIG devices. The LSSE voltage was found to be enhanced by inserting an ultra-thin Fe$$_{70}$$Cu$$_{30}$$ interlayer. This enhancement decays sharply with increasing the Fe$$_70$$Cu$$_30$$ thickness, suggesting that it is not due to bulk phenomena, such as a superposition of conventional thermoelectric effects, but due to interface effects related to the Fe$$_{70}$$Cu$$_{30}$$ interlayer. Combined with control experiments using Pt/Fe$$_{70}$$Cu$$_{30}$$ devices, we conclude that the enhancement of the LSSE voltage in the Pt/Fe$$_{70}$$Cu$$_{30}$$/BiYIG devices is attributed to the improvement of the spin-mixing conductance at the Pt/BiYIG interfaces.

論文

Longitudinal spin Seebeck effect; From fundamentals to applications

内田 健一*; 石田 真彦*; 吉川 貴史*; 桐原 明宏*; 村上 朝夫*; 齊藤 英治

Journal of Physics; Condensed Matter, 26(34), p.343202_1 - 343202_15, 2014/08

 被引用回数:106 パーセンタイル:14.34(Physics, Condensed Matter)

The spin Seebeck effect refers to the generation of spin voltage as a result of a temperature gradient in ferromagnetic or ferrimagnetic materials. When a conductor is attached to a magnet under a temperature gradient, the thermally generated spin voltage in the magnet injects a spin current into the conductor, which in turn produces electric voltage owing to the spin-orbit interaction. The spin Seebeck effect is of increasing importance in spintronics, since it enables direct generation of a spin current from heat and appears in a variety of magnets ranging from metals and semiconductors to insulators. Recent studies on the spin Seebeck effect have been conducted mainly in paramagnetic metal/ferrimagnetic insulator junction systems in the longitudinal configuration in which a spin current flowing parallel to the temperature gradient is measured. This "longitudinal spin Seebeck effect" (LSSE) has been observed in various sample systems and exclusively established by separating the spin-current contribution from extrinsic artefacts, such as conventional thermoelectric and magnetic proximity effects. The LSSE in insulators also provides a novel and versatile pathway to thermoelectric generation in combination of the inverse spin-Hall effects. In this paper, we review basic experiments on the LSSE and discuss its potential thermoelectric applications with several demonstrations.

論文

Spin-current-driven thermoelectric coating

桐原 明宏*; 内田 健一*; 梶原 瑛祐*; 石田 真彦*; 中村 泰信*; 眞子 隆志*; 齊藤 英治; 萬 伸一*

Nature Materials, 11(8), p.686 - 689, 2012/08

 被引用回数:153 パーセンタイル:1.36(Chemistry, Physical)

Energy harvesting technologies, which generate electricity from environmental energy, have been attracting great interest because of their potential to power ubiquitously deployed sensor networks and mobile electronics. Of these technologies, thermoelectric (TE) conversion is a particularly promising candidate, because it can directly generate electricity from the thermal energy that is available in various places. Here we show a novel TE concept based on the spin Seebeck effect, called "spin-thermoelectric (STE) coating", which is characterized by a simple film structure, convenient scaling capability, and easy fabrication. The STE coating, with a 60-nm-thick bismuth-substituted yttrium iron garnet (Bi:YIG) film, is applied by means of a highly efficient process on a non-magnetic substrate. Notably, spin-current-driven TE conversion is successfully demonstrated under a temperature gradient perpendicular to such an ultrathin STE-coating layer (amounting to only 0.01% of the total sample thickness). We also show that the STE coating is applicable even on glass surfaces with amorphous structures. Such a versatile implementation of the TE function may pave the way for novel applications making full use of omnipresent heat.

報告書

超深地層研究所計画; 地質・地質構造に関する調査研究(2008年度)報告書

鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 程塚 保行; 田上 雅彦; 石田 英明; 早野 明; 栗原 新; 湯口 貴史

JAEA-Research 2010-039, 131 Pages, 2011/01

JAEA-Research-2010-039.pdf:25.36MB

地層処分研究開発部門東濃地科学ユニットでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階」,「第2段階」及び「第3段階」からなる約20年の計画であり、現在は、第2段階における調査研究を進めている。超深地層研究所計画は、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」及び「深地層における工学技術の基盤の整備」を第1段階から第3段階までを通した全体目標として定め、そのうち第2段階では、「研究坑道の掘削を伴う調査研究による地質環境モデルの構築及び研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」を段階目標の一つとして調査研究を進めている。本報告書は、第2段階目標に基づき、2008年度に実施した地質・地質構造に関する調査研究の成果を取りまとめたものである。

論文

瑞浪超深地層研究所の花崗岩中に分布する高角度割れ目の特性

田上 雅彦; 石田 英明; 鶴田 忠彦

日本応用地質学会平成21年度研究発表会講演論文集, p.175 - 176, 2009/10

結晶質岩中の割れ目は、地下水流動特性に大きな影響を及ぼしている。高レベル放射性廃棄物の地層処分施設などの地下構造物を設計するうえで、物質移動や安全施工の観点からこれら割れ目の構造や分布・透水性を理解することは必要不可欠である。本稿は平成20年度に瑞浪超深地層研究所の立坑深度300mにおいて掘削した、水平延長約100mの研究アクセス坑道沿いの割れ目特性について報告する。坑道の先行水平ボーリングでは、毎分1000リットルを超える湧水割れ目の存在が確認されており、それらの割れ目に対して断続的なグラウト工を施して坑道を掘削した。切羽の壁面観察において、割れ目の方位測定・挟在鉱物やグラウト充填の有無・湧水状況などを観察した結果、北東系及び北西系の高角度割れ目が湧水割れ目として働いていることがわかった。既に確認された低角度割れ目集中帯との特徴の違いもふまえ、形成過程と水みちとしての機能について考察する。

論文

Superconducting MgB$$_2$$ thin film detector for neutrons

石田 武和*; 西川 正利*; 藤田 賢文*; 岡安 悟; 片桐 政樹*; 佐藤 和郎*; 四谷 任*; 島影 久志*; 三木 茂人*; Wang, Z.*; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 151(3-4), p.1074 - 1079, 2008/05

 被引用回数:25 パーセンタイル:26.05(Physics, Applied)

本論文では、ボロン同位体(質量数10)を増量した超伝導MgB$$_2$$中性子検出器は比較的高い温度で操作可能であることを示す。基本動作原理は、ボロン同位体が中性子をよく吸収し、核反応を起こすことで、超伝導転移近傍で大きな電気抵抗変化が瞬間的に起こることであり、実験用の原子炉から射出される冷中性子が高感度で検出可能となる。出力となる発生電位差については、デジタルオシロスコープを用いて低ノイズの増幅装置を用いることで十分に検出可能であることが分かった。また、詳細な上記核反応により起こる超伝導非平衡ダイナミクスについては、時間依存のギンツブルク・ランダウ方程式のシミュレーションをスーパーコンピュータ上で実施することにより追跡可能であり、観測事実とよく符号することが分かっている。

論文

Direct numerical simulations for non-equilibrium superconducting dynamics at the transition edge; Simulation for MgB$$_{2}$$ neutron detectors

町田 昌彦; 叶野 琢磨*; 小山 富男*; 加藤 勝*; 石田 武和*

Journal of Low Temperature Physics, 151(1), p.58 - 63, 2008/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:53.8(Physics, Applied)

本論文では、時間発展のギンツブルク・ランダウ方程式、マックスウエル方程式と熱伝導方程式を連立させてMgB$$_{2}$$の超伝導転移エッジにて中性子捕獲の後の非平衡超伝導ダイナミクスに対する大規模数値シミュレーションを行った結果について報告する。シミュレーションは電流バイアスの条件にて行われ、JRR-3にて実施された実験を説明するために実施されたが、得られた検出シグナルは、実験にて得られた観測シグナルとほぼ一致し、シミュレーションの正当性を十分に確認できるものとなった。この結果から、検出器のような極めて早いダイナミクスもシミュレーションにより実現できることが判明し、シミュレーションによる予測システムが十分に構築できることが分かった。

論文

Novel anisotropic superconductivity in nano-structured superconductors

加藤 勝*; 小山 富男*; 町田 昌彦; 林 正彦*; 海老澤 丕道*; 石田 武和*

Physica B; Condensed Matter, 403(5-9), p.996 - 998, 2008/04

 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

本論文発表では、ボゴリュウーボフ方程式を用いて、束縛条件での電子モデルを使い、引力相互作用を仮定することで、ナノ構造超伝導体の超伝導物性を理論的に研究した成果を発表する。上記方程式の数値シミュレーションにより、d波超伝導体のサイズを変えることで、様々な特性が変化し、特に、$$s$$+$$id$$波の超伝導がコヒーレンス長の約10倍程度のサイズにおいて出現することを明らかにする。

論文

Simulation of logic gate using d-dot's

中島 督*; 加藤 勝*; 小山 富男*; 町田 昌彦; 石田 武和*; Nori, F.*

Physica C, 468(7-10), p.769 - 772, 2008/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:74.15(Physics, Applied)

d-ドットとは、d波超伝導体とs波超伝導体の2種類の超伝導体による複合ドット構造であり、両者の界面にて半磁束量子が形成されることが知られている。本論文発表では、この半磁束量子の時間変動を2成分ギンツブルク・ランダウ方程式を基に解析するシミュレーションについて述べた後、シミュレーションにより、d-ドットが論理回路デバイスとして動作することを明らかにする。また、複数のd-ドットの相互干渉についても、シミュレーションし、情報の交換がどのように行われるかを明らかにする。

論文

Periodic flux jump in superconducting Pb networks as consequence of the extended Little-Parks effect

石田 武和*; 松島 吉明*; 清水 誠*; 林 正彦*; 海老澤 丕道*; 佐藤 修*; 加藤 勝*; 小山 富男*; 町田 昌彦; 佐藤 和郎*; et al.

Physica C, 468(7-10), p.576 - 580, 2008/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:79.65(Physics, Applied)

超伝導ネットワークの拡張リトルパークス効果は、磁場の関数として超伝導臨界温度が周期的に変動する現象である。本研究では、鉛を用いた蜂の巣格子と三角格子を電子線ビームリソグラフと蒸発鉛フィルムのリフトオフプロセスを組み合わせることで観測系を準備し、印可磁場を変動させて磁化をSQUIDを使って調べた。その結果、磁束跳躍の直接観察に初めて成功した。これは臨界温度の変動による超伝導臨界電流の変動が原因で磁束跳躍が起こることを直接観察したという点でインパクトが大きく、拡張リトルバークス効果の要因を初めて明らかにしたと言える成果である。

論文

Progress on the plant design concept of sodium-cooled fast reactor

菱田 正彦*; 久保 重信; 此村 守; 戸田 幹雄*

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(3), p.303 - 308, 2007/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.69(Nuclear Science & Technology)

実用化戦略調査研究では、開発目標を達成するようJSFRと名づけられたナトリウム冷却高速炉の革新的な概念が構築され、改良されてきている。この改良概念には、ナトリウム-水反応に対する安全性を向上させることのできる直管二重管型の蒸気発生器が採用されている。さらに、この蒸気発生器に適した崩壊熱除去系が選定され、保守・補修性の改良も行われている。この検討の結果、安全性及び経済性に関するプラント概念成立性が評価され、その見通しが得られている。

報告書

ナトリウム冷却炉における電磁ポンプの検討; 2次系主循環ポンプへの適用検討(共同研究)

近澤 佳隆; 木曽原 直之; 菱田 正彦; 藤井 正; 此村 守; 荒 邦章; 堀 徹*; 内田 昌人*; 西口 洋平*; 新部 信昭*

JAEA-Research 2006-049, 75 Pages, 2006/07

JAEA-Research-2006-049.pdf:4.55MB

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究の一環として750MWe電気出力のナトリウム冷却中型炉の検討が実施されている。本検討ではナトリウム冷却中型炉の2次主循環ポンプに電磁ポンプを採用した場合の流量522m$$^{3}$$/minの大容量電磁ポンプの概念設計を実施した。電磁ポンプの構造及び仕様は160m$$^{3}$$/minの試験において実証されたダブルステータALIP(Annular Linear Induction Pump)型を参考に設定し、流量及び揚程をナトリウム冷却中型炉の仕様にした場合の寸法及びコイル仕様への影響評価を行った。安定性については電磁流動解析コードEAGLEにより2次元r-z体系における電磁流動解析を実施してRem$$times$$Sを評価した結果1.08と160m$$^{3}$$/min試験で確認された安定運転範囲Rem$$times$$S$$<$$1.4以内にあり、圧力脈動についても揚程の3%以下程度と評価される。内部構造の成立性については、本電磁ポンプはコイルを冷却材流路ダクトに押し付けてナトリウムにより冷却しているため、コイルの温度及びナトリウムダクトへの押付力維持に関する評価を行い成立していることを確認した。また、電磁ポンプの電源構成及び保守補修性の検討及び課題の整理を行った。

論文

Direct numerical simulation on non-equilibrium superconducting dynamics after neutron capture in MgB$$_{2}$$ superconductor

町田 昌彦; 小山 富男*; 加藤 勝*; 石田 武和*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 559(2), p.594 - 596, 2006/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:32.09(Instruments & Instrumentation)

本研究では、超伝導体MgB$$_{2}$$に中性子を照射した場合に生じる核反応後の超伝導非平衡現象を大規模数値シミュレーションにより明らかにする。一般に、超伝導体は、超伝導転移点近傍で電気抵抗が二桁程度変化することから、微弱な熱的信号も電気信号として捕らえることが可能である。したがって、本研究の目的は、中性子1つ1つを個々に検出できるような高精度中性子検出過程を上記の超伝導非平衡現象をシミュレーションすることで電気的にどれほどの精度でキャッチできるかを明らかにすることである。発表においては、シミュレーションにおいて得られた検出器としての空間分解能,時間分解能、そして、X線等で既に実用に供されている電圧バイアス状態での数値シミュレーション結果についても考察する。

報告書

Na冷却炉設計研究; 平成16年度成果概要(共同研究)

菱田 正彦; 村上 勤*; 木曽原 直之; 藤井 正; 内田 昌人*; 早船 浩樹; 近澤 佳隆; 臼井 伸一; 池田 博嗣; 宇野 修; et al.

JAEA-Research 2006-006, 125 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-006.pdf:11.55MB

実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。フェーズIIでは、合理化検討とプラント概念の構築を行ってきている。本報告書は、フェーズIIの4年目である平成16年度に実施したNa冷却炉設計研究の成果をまとめたものである。本研究では、平成15年度の中間評価結果でレファレンス概念に選定された改良内部ダクト型燃料集合体及び直管型密着2重管蒸気発生器(SG)を反映して、炉心設計及び大型炉プラント概念設計を行った。本SGについては、安全ロジックを含めた検討を実施し、構造概念を構築した。また、保守・補修方針に適合したプラント概念設計を行った。さらに、要素技術開発成果の反映による成立性評価の高度化,各種バックアップ概念の構築を行ったほか、BOP及びNSSSについて、原子力級部材の適用除外,自主基準化,規制緩和などによる設計合理化,システム化規格の検討状況を踏まえ、さらなる合理化方策も検討した。今後は、フェーズIIのまとめとしてプラント概念の仕上げを行うとともに設計方針類の整備を行う。また、要素研究成果を反映し、残された技術課題の検討を行う。

論文

Status of J-PARC muon science facility at the year of 2005

三宅 康博*; 西山 樟生*; 河村 成肇*; 牧村 俊助*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; Beveridge, J. L.*; 門野 良典*; 福地 光一*; 佐藤 伸彦*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 374-375, p.484 - 487, 2006/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.82(Physics, Condensed Matter)

物質生命科学実験施設の建屋の建設は2004年度の初めに開始された。2008年に加速器とビーム輸送系のコミッショニングが行われた後、2009年にはミュオンのユーザー利用が開始される。この論文ではJ-PARCミュオン科学実験施設建設の現状について述べる。

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