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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：0 パーセンタイル：0.02(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
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。
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 H
Huang, 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(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：1 パーセンタイル：46.87(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：1 パーセンタイル：54.26(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：5 パーセンタイル：94.66(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 
.
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：0 パーセンタイル：0(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：8 パーセンタイル：69.3(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：81 パーセンタイル：98.79(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.
内田 俊介; 唐澤 英年; 木野 千晶*; Pellegrini, M.*; 内藤 正則*; 逢坂 正彦
Nuclear Engineering and Design, 380, p.111256_1 - 111256_19, 2021/08
被引用回数：6 パーセンタイル：72.21(Nuclear Science & Technology)福島第一原子力発電所の廃炉措置の安全な遂行に当たっては、プラント全体にわたる燃料デブリのみでなく核分裂生成物(FP)の長期的な分布を把握することが必須である。廃炉作業は、飛散したFPによる過酷な環境下でプラントから燃料デブリを取り出し、それらを回収核原料物質あるいは最終廃棄体として安全に保管することにより収束する。事故発生後廃炉の収束までの長期間にわたるプラント内でのFP分布を求めるために、短/中/長期FP挙動解析手法を開発した。本解析手法は、プラントで測定されたデータを用いて修正され、それを踏まえて更新されたデータに基づき妥当性確認されるものである。精度が改善された評価手法は、廃炉措置の各段階におけるFP分布の評価に適用可能である。
内田 俊介; Pellegrini, M.*; 内藤 正則*
Nuclear Engineering and Design, 380, p.111303_1 - 111303_11, 2021/08
被引用回数：1 パーセンタイル：16.35(Nuclear Science & Technology)福島第一原子力発電所(1F)の事故進展解析と同時に廃炉計画立案のためには、プラント全体にわたるFP分布の定量化が必須で、このために多期間FP挙動解析手法を開発している。この解析手法の妥当性は、プラントで測定されたデータに基づいて立証する必要がある。この妥当性立証の有効な手法のひとつがCAMSでの線量率測定データの適用である。しかし、FPの分布(kg, Bq)と線量率(Sv/h)という特性、単位次元の異なるデータを比較するためには、両者を適切につなぐ手段が必要となる。線量率解析が可能な、迅速で、取り扱いが容易で、かつトレーサブルな手法として、多くの線源位置、多核種に関しての線量率換算係数を求めた。この線量率換算係数を用いると、多期間FP挙動解析手法で求めたFP分布から容易に線量率が算出可能である。
西村 昇一郎*; 鳥居 寛之*; 深尾 祥紀*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; 神田 聡太郎*; 川越 清以*; Kawall, D.*; 河村 成肇*; 黒澤 宣之*; et al.
Physical Review A, 104(2), p.L020801_1 - L020801_6, 2021/08
被引用回数：13 パーセンタイル：83.13(Optics)As a method to determine the resonance frequency, Rabi-oscillation spectroscopy has been developed. In contrast to conventional spectroscopy which draws the resonance curve, Rabi-oscillation spectroscopy fits the time evolution of the Rabi oscillation. By selecting the optimized frequency, it is shown that the precision is twice as good as conventional spectroscopy with a frequency sweep. Furthermore, the data under different conditions can be treated in a unified manner, allowing more efficient measurements for systems consisting of a limited number of short-lived particles produced by accelerators such as muons. We have developed a fitting function that takes into account the spatial distribution of muonium and the spatial distribution of the microwave intensity to apply this method to ground-state muonium hyperfine structure measurements at zero field. It was applied to the actual measurement data, and the resonance frequencies were determined under various conditions. The result of our analysis gives 
= 4 463 301.61 
0.71 kHz.
吉川 貴史*; Reitz, D.*; 伊藤 宏陽*; 巻内 崇彦*; 杉本 宜陽*; 恒川 翔*; 大門 俊介*; 大柳 洸一*; Ramos, R.*; 高橋 三郎*; et al.
Nature Communications (Internet), 12, p.4356_1 - 4356_7, 2021/07
被引用回数：19 パーセンタイル：88.38(Multidisciplinary Sciences)Thermoelectric effects have been applied to power generators and temperature sensors that convert waste heat into electricity. The effects, however, have been limited to electrons to occur, and inevitably disappear at low temperatures due to electronic entropy quenching. Here, we report thermoelectric generation caused by nuclear spins in a solid: nuclear-spin Seebeck effect. The sample is a magnetically ordered material MnCO having a large nuclear spin 
of Mn nuclei and strong hyperfine coupling, with a Pt contact. In the system, we observe low-temperature thermoelectric signals down to 100 mK due to nuclear-spin excitation. Our theoretical calculation in which interfacial Korringa process is taken into consideration quantitatively reproduces the results. The nuclear thermoelectric effect demonstrated here offers a way for exploring thermoelectric science and technologies at ultralow temperatures.
佐藤 智徳; 端 邦樹; 加治 芳行; 上野 文義; 井上 博之*; 田口 光正*; 清藤 一*; 多田 英司*; 阿部 博志*; 秋山 英二*; et al.
JAEA-Review 2021-001, 123 Pages, 2021/06
JAEA-Review-2021-001.pdf:10.33MB
福島第一原子力発電所(以下、1Fという)の廃止措置の着実な推進を考えた場合、様々な課題が存在するが、とりわけ40年にわたり廃止措置を安全かつ継続的に進めるためには、経年的に劣化が進む構造材料の腐食を抑制することが重要である。しかしながら、腐食反応を律速する環境要因に関しては、現状十分にデータが得られている訳ではなく、また、作業の進展に伴い時々刻々と変化し得る。そこで、本研究では、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、ラジオリシスおよび放射線照射下での腐食試験データを、データベースとしてまとめた。さらに、公開されているラジオリシスデータおよび、腐食データに含まれない、1Fの廃止措置で必要となることが想定されるラジオリシスデータと構造材料の腐食データを取得した。
Zhou, Q.*; 斉藤 拓巳*; 鈴木 誠矢; 矢野 公彦; 鈴木 俊一*
Journal of Nuclear Science and Technology, 58(4), p.461 - 472, 2021/04
被引用回数：6 パーセンタイル：65.59(Nuclear Science & Technology)During the decommissioning of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, the dismantling of massive fuel debris is important for the defueling process. The production and dispersion of radioactive microparticles highly depends on the cutting technique implemented. Previous studies have been conducted on the development of cutting techniques and the treatment of radioactive particles generation during the cutting process. Besides, adequate understanding of the microparticle products during the cuttings of fuel debris is of vital necessity. Nowadays, geopolymer application is proposed as a covering material during the fuel debris retrieval in order to keep the structural integrity of damaged components. In this study, the microparticle products during mechanical and laser cutting of fuel debris simulants (Hafnium oxide and Tungsten(IV) oxide pellets) and geopolymer material were investigated. The cuttings have been carried out for samples of the simulants, geopolymer, and simulants with geopolymer covering. The generated particles were collected and investigated by laser diffraction particle size analyzer and Scanning Electron Microscope with X-ray spectrometry. Particles with diverse sizes and morphologies were observed from the products of each sample. It also appears that particles with unique sizes and morphologies can generate from the laser cuttings due to the thermal effect of laser cutting.
-Orbital component in the Borromean nucleus 
BYang, Z. H.*; 久保田 悠樹*; Corsi, A.*; 吉田 数貴; Sun, X.-X.*; Li, J. G.*; 木村 真明*; Michel, N.*; 緒方 一介*; Yuan, C. X.*; et al.
Physical Review Letters, 126(8), p.082501_1 - 082501_8, 2021/02
被引用回数：43 パーセンタイル：96.7(Physics, Multidisciplinary)ボロミアン核であり中性子ハロー構造が期待されるBに対する(
,
)反応実験を行った。断面積の運動量分布を分析することで、
と
軌道の分光学的因子を決定した。驚くべきことに、の分光学的因子は9(2)%と小さいことが明らかになった。この結果は、連続状態を含むdeformed relativistic Hartree-Bogoliubov理論によってよく説明された。本研究の結果によると、現在知られているハロー構造を持つとされる原子核の中でBはおよび軌道の成分が最も小さく、または軌道成分が支配的であることが必ずしもハロー構造の前提条件ではない可能性を示唆している。
雨倉 宏*; Toulemonde, M.*; 鳴海 一雅*; Li, R.*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; 石川 法人; 大久保 成彰; et al.
Scientific Reports (Internet), 11(1), p.185_1 - 185_11, 2021/01
被引用回数：12 パーセンタイル：75.03(Multidisciplinary Sciences)シリコンへ6MeV Cイオン照射すると直径10nmのイオントラック損傷が形成されることを見出した。これは、従来知られているイオンエネルギーしきい値(17MeV)よりもはるかに低いエネルギーである。従来知られているような電子的阻止能に由来したイオントラック形成メカニズムだけでは説明できず、それだけでなく核的阻止能に由来した効果も存在する可能性を示唆している。
