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Vauchy, R.; 堀井 雄太; 廣岡 瞬; 赤司 雅俊; 砂押 剛雄*; 中道 晋哉; 齋藤 浩介
Journal of Nuclear Materials, 616, p.156115_1 - 156115_16, 2025/10
Controlling the Oxygen/Metal ratio during the sintering of uranium-plutonium mixed oxide fuels is strategic, especially for Fast Neutron Reactors. Within the frame of understanding the reduction of MOX during its sintering, new oxygen potential data and oxygen chemical diffusion coefficients of U
Pu
Am
O
were determined by thermogravimetry between 1773 and 1923 K on elongated cylindrical dense pellets. An innovative experimental protocol was developed to correlate oxygen chemical diffusion to Oxygen/Metal ratio ranges, and thus to the underlying defect chemistry. Oxygen self-diffusion coefficients were also obtained by combining the oxygen chemical diffusion coefficients with defect chemistry. These new data provide a better understanding of the mechanisms and kinetics of MOX reduction during its manufacturing as a sodium-cooled fast reactor fuel.
廣岡 瞬; Vauchy, R.; 堀井 雄太; 砂押 剛雄*; 齋藤 浩介; 小澤 隆之
Proceedings of Workshop on Fuel Performance Assessment and Behaviour for Liquid Metal Cooled Fast Reactors (Internet), 8 Pages, 2025/07
MOXペレットの酸素ポテンシャルを低く制御することで、燃料-被覆管化学的相互作用(FCCI)によって生じる被覆管内の面腐食を低減することができる。MOXペレットの酸素ポテンシャルはO/M比に相等することから、本研究では、MOXペレットの製造時におけるO/M比の変化挙動について、熱分析装置を用いた実験データを元に評価を行った。直径5mmのMOXペレットのO/M比を1.97以下に調整する実験では、1600
Cの熱処理により約3時間でO/M比の変化が終了するデータが得られた。ただし、冷却中は雰囲気の酸素ポテンシャルが上昇してしまうため、O/M比は1.97以上に変化していく様子も示された。また本研究では、照射中にペレット内部で起こるO/M比の再分布についても解析により評価した。ペレット内部の酸素は温度が低いペレット表面(被覆管内面)の方向に拡散するが、製造時のO/M比を低く調整することで、ペレット表面のO/M比も低く抑えられる結果が得られた。
林崎 康平; 廣岡 瞬; 山田 忠久*; 砂押 剛雄*; 村上 龍敏; 齋藤 浩介
Ceramics (Internet), 8(1), p.24_1 - 24_12, 2025/03
Zirconolite is a wasteform that can immobilize Pu. Herein, zirconolites comprising Ce as a Pu simulant and Al as a charge compensator of Ce/Pu were synthesized by sintering raw CaO, ZrO
, TiO, CeO, and AlO
powder mixtures at 1400C in static air. The reduction behavior and phase transformation of zirconolites during their heat treatment in an Ar-H gas flow were investigated. All zirconolite compositions first underwent reduction at 
1050C by forming a small domain of perovskite phase. Ce-Al co-doped zirconolite showed a smaller fraction of phase transformation in perovskite than Ce-doped zirconolite, indicating the advantage of using a charge compensator to prevent perovskite formation.
, I
and HDO onto pre-Neogene sedimentary rocksHou, L.*; 深津 勇太; 岡本 駿一*; 戸田 賀奈子*; 中田 弘太郎*; 野原 慎太郎*; 石寺 孝充; 斉藤 拓巳*
Journal of Nuclear Science and Technology, 14 Pages, 2025/00
This study investigates the diffusion behaviors of Cs, I, and HDO in a pre-Neogene sedimentary rock as a potential host rock for high-level radioactive waste (HLW) disposal in Japan. Through-diffusion experiments were conducted to reveal distinct patterns in their breakthrough curves. Cs exhibited the fastest diffusion among the tracers, significantly influenced by fractures, surface diffusion mechanisms, and aragonite formation. In contrast, the anion exclusion effect notably hindered the diffusion behavior of I. The results highlight the diverse diffusion and retardation properties of pre-Neogene sedimentary rocks, showing that the effective diffusion coefficient of HDO is more similar to that of crystalline rocks. These findings contribute to the understanding of the suitability of pre-Neogene sedimentary rocks as a potential natural barrier for HLW repositories.
Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 齋藤 浩介
Materials Today Communications (Internet), 41, p.110676_1 - 110676_17, 2024/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)公開文献で報告されているPuOの酸素ポテンシャル測定をレビューし、われわれのチームが開発した欠陥化学モデルを使用して再解釈した。O/Pu比、平衡酸素ポテンシャル、および温度を結び付ける経験的で使いやすい関係を、953-2100Kの温度範囲での実験データの内挿に基づいて提案する。PuOの酸素ポテンシャルに対するアメリシウムの影響についても議論する。
森戸 誠*; 藤井 俊*; 吉村 洸貴*; 眞田 幸尚; 馬場 尚一郎*; 松永 浩志*; Mori, Takami*; 佐藤 憲一郎*; 田原 淳一郎*
Proceedings of 34th International Ocean and Polar Engineering Conference (ISOPE-2024), p.3754 - 3761, 2024/06
本研究では、海底地盤の放射線計測を行う無人探査機の制御手法として、スライディングモード制御とニューラルネットワークを組み合わせた手法を提案する。制御入力のベースとしてスライディングモード制御を用い、スライディングモード制御のパラメータの一つである
とその変化率が小さくなるようにニューラルネットワークコントローラを用いて補正入力を加える。本方式を用いた制御システムを製作した後、シミュレーション試験、海域試験を行い、本方式による調査が可能かどうかを評価した。
斎藤 滋; 明午 伸一郎; 牧村 俊助*; 平野 幸則*; 堤 和昌*; 前川 藤夫
JAEA-Technology 2023-025, 48 Pages, 2024/03
JAEA-Technology-2023-025.pdf:3.11MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、原子力発電に伴い発生する高レベル放射性廃棄物の減容化・有害度低減のため、加速器を使った核変換の研究開発として加速器駆動システム(ADS; Accelerator-Driven Systems)の開発を進めている。ADSの設計に必要な材料照射データベースを作成し、鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic)中での照射効果について研究するため、J-PARCに陽子照射施設の検討を進めている。この陽子照射施設では、LBEの核破砕ターゲットに250kWの陽子ビームを入射し、ADSの構造材候補材についてLBE流動下での照射試験を実施する他、半導体ソフトエラー試験、医療用RI製造、陽子ビーム利用などを行う計画である。これらのうち照射済み試料の照射後試験(PIE; Post Irradiation Examination)とRIの分離精製は、陽子照射施設に付属して建設されるPIE施設において実施される。本PIE施設では、J-PARCの他の施設において照射された機器や試料のPIEも実施される予定である。本報告書は、この照射後試験施設の概念構築に必要な照射後試験項目、試験フロー、設備、試験装置等の検討を行い、施設内の配置案をまとめたものである。
水野 るり恵*; 新倉 潤*; 齋藤 岳志*; 松崎 禎市郎*; 櫻井 博儀*; Amato, A.*; 浅利 駿介*; Biswas, S.*; Chiu, I.-H.; Gianluca, J.*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1060, p.169029_1 - 169029_14, 2024/03
被引用回数：2 パーセンタイル：22.66(Instruments & Instrumentation)We have developed a photon detection system for muonic X-ray spectroscopy. The detector system consists of high-purity germanium detectors with BGO Compton suppressors. The signals from the detectors are readout with a digital acquisition system. The absolute energy accuracy, energy and timing resolutions, photo-peak efficiency, the performance of the Compton suppressor, and high count rate durability are studied with standard 
-ray sources and in-beam experiment using 
Al(
)
Si resonance reaction. The detection system was demonstrated at Paul Scherrer Institute. A calibration method for a photon detector at a muon facility using muonic X-rays of 
Au and 
Bi is proposed.
雨倉 宏*; Chettah, A.*; 鳴海 一雅*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; Leino, A. A.*; Djurabekova, F.*; Nordlund, K.*; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.1786_1 - 1786_10, 2024/02
被引用回数：2 パーセンタイル：48.66(Multidisciplinary Sciences)高い電子的阻止能領域の照射条件で高エネルギー重イオンを固体に照射すると、イオンの飛跡に沿って潜在イオントラックと呼ばれる柱状の損傷領域が形成される。イオントラックは、多くの物質中で形成されていることが知られているが、ダイヤモンドにおいて観察された例は皆無であった。高エネルギー(GeV)のウランイオンにおいてさえ、観察された例はない。本研究では、2-9MeV C
フラーレンイオンを照射したダイヤモンドにおいて、初めてイオントラックが観察された。高分解能電子顕微鏡による観察により、イオントラックの内部がアモルファス化していることが示唆され、さらに、電子エネルギー損失分光法による分析によって、グラファイト由来の
-結合の信号が検知された。分子動力学法に基づく計算シミュレーションで、上記の実験結果を再現することに成功した。
谷口 耕治*; Huang, P.-J.*; 佐賀山 基*; 鬼柳 亮嗣; 大石 一城*; 鬼頭 俊介*; 中村 唯我*; 宮坂 等*
Physical Review Materials (Internet), 8(2), p.024409_1 - 024409_10, 2024/02
被引用回数：3 パーセンタイル：55.45(Materials Science, Multidisciplinary)Leveraging the flexible material designability of organic-inorganic hybrid systems, spatial inversion symmetry breaking and spin-orbit coupling (SOC) were simultaneously controlled in a series of two-dimensional organic-inorganic hybrid perovskite (2D-OIHP) copper halides with ferromagnetic exchange interaction (FMI). In chiral molecule-incorporated 2D-OIHP copper halides, an increase in Br component over Cl component at halogen sites leads to systematic variations in magnetic phase diagrams owing to the competition between the FMI and Dzyaloshinskii-Moriya interaction induced by the SOC. The crucial role of noncentrosymmetry in the competition for the magnetic interactions was confirmed by comparing the magnetic phase diagrams of chiral and achiral 2D-OIHP copper bromides.
二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 稲垣 誠*; 吉田 剛*; Chiu, I.-H.; 工藤 拓人*; 浅利 駿介*; 千徳 佐和子*; 竹下 聡史*; 下村 浩一郎*; et al.
Scientific Reports (Internet), 14, p.1797_1 - 1797_8, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)鋼の特性を決める上で重要な鋼中のC量は、鋼の生産技術に大きく左右される。このため、ミュオンを使って鋼のC含有量を非破壊で測定する新しい方法を提案する。この方法は、生産中の鋼の品質管理だけでなく、貴重な鋼製考古学的遺物の分析にも使えるかもしれない。負の電荷を持つミュオンは原子系を形成し、最終的には核に吸収されるか電子に崩壊する。ミュオンの寿命は、Fe原子かC原子に捕らわれるかによってかなり違い、ミュオン停止位置での元素含有量をミュオン寿命測定で特定できる。C/Feのミュオン捕獲確率とCの元素含有量の関係は直線的で、ミュオン寿命測定で鋼のC含有量を定量的に決められる。さらに、ミュオンの入射エネルギーを調整して、0.5mm厚の3種類の鋼板からなる積層サンプルの各層でミュオンを停止させ、0.20-1.03wt%の範囲でC含有量を深さ選択的に、サンプルを壊さずに決定することに成功した。
Ga K-edge XANES study of Ga-exchanged zeolites at high temperatures under different atmospheres including vacuum, CO, and pressurized HHuang, M.*; 金城 哲弥*; 安村 駿作*; 鳥屋尾 隆*; 松村 大樹; 齋藤 寛之*; 清水 研一*; 並木 則和*; 前野 禅*
Catalysis Science & Technology, 13(23), p.6832 - 6838, 2023/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)Ga-exchanged zeolites are promising catalysts for dehydrogenative alkane transformations. Reduced Ga species, such as Ga hydrides and Ga cations, are possible active sites for alkane dehydrogenation based on in situ spectroscopic studies. However, most of the reported studies were conducted at lower temperatures compared with those encountered in actual operating conditions. In this study, the in situ Ga K-edge XANES analysis of Ga-exchanged MFI zeolite was performed under actual operating temperatures and different atmospheres (H, He, CO, vacuum, and CH
). The absorption edge appeared at similarly lower energy values than that of GaO in all atmospheres, whereas the main absorption peak intensity differed depending on the presence or absence of a hydride source in the gas phase. Higher intensities were observed under H and CH atmospheres than under CO and vacuum atmospheres.
美崎 慧*; 三輪 寛子*; 伊藤 孝; 吉田 健文*; 長谷川 慎吾*; 中村 由紀奈*; 徳竹 駿太*; 高畠 萌*; 下村 浩一郎*; Chun, W.-J.*; et al.
ACS Catalysis, 13(18), p.12281 - 12287, 2023/09
被引用回数：6 パーセンタイル：42.22(Chemistry, Physical)The direct alkylation of benzenes with simple alkanes is one of the ideal processes for the production of alkylbenzenes. We demonstrated that Pd nanoparticles on the outer surface of H-ZSM-5 are efficient catalysts for direct alkylation. The reaction proceeds through the activation of an alkane on the acid sites present inside the zeolite pores. This process is followed by the nucleophilic addition of an arene to the activated alkane. The spillover of the abstracted hydrogen atoms from the acid sites to the Pd nanoparticles on the outer surface accelerates recombination to H
. A maximum toluene conversion of 58.5% and selectivity of 95.6% for the alkylated products are achieved when toluene is reacted with 
-heptane. 
-selective alkylation is achieved, due to the effect of the pore size of H-ZSM-5. The 
SR study of muonium, a pseudo-isotope of hydrogen, in aluminosilicates suggested that the formation of atomic hydrogen is possible and its lifetime is in the sub-microsecond range or longer, which is long enough for chemical reactions.
AuGe ( = Y, Gd-Tm, and Lu)車地 崇*; 厳 正輝*; 鬼頭 俊介*; 池内 和彦*; 中村 充孝; 池田 暁彦*; 有馬 孝尚*
Journal of Alloys and Compounds, 947, p.169475_1 - 169475_8, 2023/06
被引用回数：5 パーセンタイル：48.45(Chemistry, Physical)We study structural and magnetic properties of rare-earth based semimetals 
AuGe ( = Y, Gd-Tm, and Lu) using flux-grown single crystals. We evaluate the crystal electric field parameters based on the Stevens operators to reasonably reproduce the temperature dependence of magnetic susceptibilities and specific heat for RAuGe ( = TbTm). The estimated energy scale of the Ising gap ( 11 meV) in TmAuGe is consistent with an excitation observed in an inelastic neutron scattering experiment. These findings suggest an opportunity for interplay between conduction electrons and nontrivial spin structures in the family of magnetic polar semimetals AuGe.
and 
shell gap for Ti and V by the first high-precision multireflection time-of-flight mass measurements at BigRIPS-SLOWRI飯村 俊*; Rosenbusch, M.*; 高峰 愛子*; 角田 佑介*; 和田 道治*; Chen, S.*; Hou, D. S.*; Xian, W.*; 石山 博恒*; Yan, S.*; et al.
Physical Review Letters, 130(1), p.012501_1 - 012501_6, 2023/01
被引用回数：13 パーセンタイル：87.12(Physics, Multidisciplinary)The atomic masses of 
Sc, 
Ti, and 
V have been determined using the high-precision multireflection time-of-flight technique. The radioisotopes have been produced at RIKEN's Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) and delivered to the novel designed gas cell and multireflection system, which has been recently commissioned downstream of the ZeroDegree spectrometer following the BigRIPS separator. For Ti and V, the mass uncertainties have been reduced down to the order of 10 keV, shedding new light on the shell effect in Ti and V isotopes by the first high-precision mass measurements of the critical species 
Ti and 
V. With the new precision achieved, we reveal the nonexistence of the empirical two-neutron shell gaps for Ti and V, and the enhanced energy gap above the occupied 
p
orbit is identified as a feature unique to Ca. We perform new Monte Carlo shell model calculations including the d
and g
orbits and compare the results with conventional shell model calculations, which exclude the g and the d orbits. The comparison indicates that the shell gap reduction in Ti is related to a partial occupation of the higher orbitals for the outer two valence neutrons at 
.
佐藤 智徳; 端 邦樹; 加治 芳行; 田口 光正*; 清藤 一*; 井上 博之*; 多田 英司*; 阿部 博志*; 秋山 英二*; 鈴木 俊一*
Isotope News, (782), p.40 - 44, 2022/08
福島第一原子力発電所(以下、1Fとする)の原子炉建屋内部の滞留水は、燃料デブリや飛散したセシウム等放射性物質による強い放射線場にある。この水は運転中の冷却水で使用される純度の高い水とは異なり、緊急冷却時に注入された海水の成分、鋼材から溶出したFe
等多くの不純物の影響を受けていると考えられた。また、現在はNガスでパージされているが、今後の廃炉作業に伴い開放される可能性もあり、滞留水の位置や状況により、様々な溶存酸素濃度となることが推測される。そこで、1Fの廃炉工程の円滑化に資することを目的として、放射線環境下での腐食トラブルの発生可能性,対策等を議論するうえで有用な情報である、水の放射線分解(ラジオリシス)および放射線照射下での腐食試験データ、1F廃炉工程における潜在的腐食影響の検討結果を「放射線環境下での腐食データベース」としてまとめたのでここで紹介する。
大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.
Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07
ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。
-type La
Eu
CuO
and NdCuO浅野 駿*; 石井 賢司*; 松村 大樹; 辻 卓也; 工藤 康太*; 谷口 貴紀*; 齋藤 真*; 春原 稔樹*; 川股 隆行*; 小池 洋二*; et al.
Physical Review B, 104(21), p.214504_1 - 214504_7, 2021/12
被引用回数：2 パーセンタイル：9.93(Materials Science, Multidisciplinary)We performed Cu K-edge X-ray absorption fine-structure measurements on -type LaEuCuO (LECO) and NdCuO (NCO) to investigate the variation in the electronic state associated with the emergence of superconductivity due to annealing. The X-ray absorption near-edge structure spectra of as-sintered (AS) LECO are quite similar to those of AS NCO, indicating that the ground state of AS LECO is a Mott insulator. The electron density after annealing 
was evaluated for both superconducting LECO and nonsuperconducting NCO and was found to be 0.40 and 0.05 electron per Cu atom, respectively. In LECO but not in NCO, extended X-ray absorption fine-structure analysis revealed a reduction in the strength of the Cu-O bond in the CuO plane due to annealing, which is consistent with the screening effect on phonons in the metallic state. The origin of the difference in doping processes due to annealing is discussed in relation to the size of the charge-transfer gap.
小野 滉貴*; 肥後本 隼也*; 齋藤 優冴*; 内野 瞬; 西田 祐介*; 高橋 義朗*
Nature Communications (Internet), 12, p.6724_1 - 6724_8, 2021/11
被引用回数：10 パーセンタイル：63.21(Multidisciplinary Sciences)量子輸送は物理学においてお馴染みの概念である。特に、端子間で生じる量子輸送は固体物理において多く研究がなされており、基礎的な重要性に加え、量子デバイスへの応用も考えられている。最近では、操作性の高い冷却原子気体を用いた量子輸送の研究-アトムトロニクス-が行われるようになり、メゾスコピック輸送を理解する新たなアプローチとして注目されている。今回、我々は2軌道光学格子中でのYb原子気体を用いた量子輸送のスキームを実現した。我々のスキームでは、多成分フェルミ原子気体と局在不純物からなる系を考え、カレントは不純物と原子気体との相互作用によりスピン空間上で生じる。我々は実際、このスキームで生じる多彩な量子輸送を明らかにした。本研究は、スピン自由度を用いたアトムトロニクスの扉を開く重要な成果であったと考えられる。
竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 伊藤 隆一*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*
Nature Materials, 20(10), p.1364 - 1370, 2021/10
被引用回数：136 パーセンタイル：98.87(Chemistry, Physical)Electrical manipulation of magnetic materials by current-induced spin torque constitutes the basis of spintronics. Recent studies have demonstrated electrical controls of ferromagnets and collinear antiferromagnets by spin-orbit torque (SOT). Here we show an unconventional response to SOT of a non-collinear antiferromagnet, which has recently attracted great attention owing to large anomalous Hall effect despite vanishingly small net magnetization. In heterostructures with epitaxial non-collinear antiferromagnet Mn
Sn, we observe a characteristic fluctuation of Hall resistance, which is attributed to a persistent rotation of chiral-spin structure of MnSn driven by SOT. We find that level of the fluctuation that varies with sample size represents the number of magnetic domains of MnSn. In addition, MnSn thickness dependence of critical current reveals that SOT generated by small current density below 20 MA cm
effectively acts on the chiral-spin structure even in thick MnSn above 20 nm. The results provide unprecedented pathways of electrical manipulation of magnetic materials, offering new-concept spintronics devices with unconventional functionalities and low-power consumption.
