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論文

Colossal barocaloric effects in plastic crystals

Li, B.*; 川北 至信; 河村 聖子; 菅原 武*; Wang, H.*; Wang, J.*; Chen, Y.*; 河口 沙織*; 河口 彰吾*; 尾原 幸治*; et al.

Nature, 567(7749), p.506 - 510, 2019/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:31.26(Multidisciplinary Sciences)

冷却は現代社会では、世界における25-30%の電力が空調や食料保存に用いられるように、重要である。従来の気化、圧縮で冷却を行う方法は、温暖化などの観点から限界が来ている。有望な代替手段として固体の熱量効果を用いた冷却方法が注目を集めている。しかしながら、この方法は、現在候補に挙げられている物質ではエントロピー変化の小ささや巨大な磁場を必要とするところなどから性能に限界がある。そこで我々は柔粘性結晶における圧力誘起の相転移で冷却が起こる巨大圧力熱量効果を報告する。柔粘性結晶の一つであるネオペンチルグリコールのエントロピー変化は室温近傍において単位キログラム、単位温度あたり、約389ジュールであった。圧力下の中性子散乱実験の結果から、そのような巨大圧力熱量効果は分子配向の非秩序化、巨大な圧縮率、極めて非線形性の強い格子ダイナミクスの組み合わせに由来することが明らかになった。我々の研究により、柔粘性結晶における巨大圧力熱量効果発現の微視的機構が明らかとなり、次世代の固体を使った冷却技術の確立に筋道を付けることができた。

論文

Global continuous optimization with error bound and fast convergence

川口 賢司*; 丸山 結; Zheng, X.

Journal of Artificial Intelligence Research, 56, p.153 - 195, 2016/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.01(Computer Science, Artificial Intelligence)

This paper considers global optimization with a black-box unknown objective function that can be non-convex and partly non-smooth. Such a difficult optimization problem arises in many real-world applications, such as parameter tuning in machine learning, engineering design problem, and planning with a complex physics simulator. This paper proposes a new global optimization algorithm, called Locally Oriented Global Optimization (LOGO), to achieve both fast convergence in practice and finite-time error bound in theory. The advantage and usage of the new algorithm are illustrated via theoretical analysis and an experiment conducted with 10 bench-mark test functions. Further, we modify the LOGO algorithm to specifically solve a planning problem with continuous state/action space and long time horizon while maintaining its finite-time error bound. We apply the proposed planning method to severe accident management of a nuclear power plant. The result of the application study demonstrates the practical utility of our method.

論文

Application of Bayesian nonparametric models to the uncertainty and sensitivity analysis of source term in a BWR severe accident

Zheng, X.; 伊藤 裕人; 川口 賢司; 玉置 等史; 丸山 結

Reliability Engineering & System Safety, 138, p.253 - 262, 2015/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.25(Engineering, Industrial)

An important issue for nuclear severe accident is the source tern uncertainty and sensitivity analysis. Generally, thousands of cases are needed to reach a stable result of sensitivity analysis. Based on the limited data obtained by MELCOR analysis, in which the accident at Unit 2 of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant is used as an example, an approximate stochastic model has been constructed via Bayesian nonparametrics, specifically, the Dirichlet process. The advantage of a nonparametric model is that any deterministic function between explanatory and response variables is not necessary to be determined. The complexity of model will grow automatically as more actual data is observed. The approximate model saves the computational cost and makes it possible to complement thousands of Monte Carlo computation for uncertainty and sensitivity analysis. Probability density functions of uncertainty analysis by MELCOR and the approximate model are obtained and compared. Two densities show great accordance that proves the good predictive ability of the stochastic model. The appropriateness of the approximate model is further validated by the cross-validation through the comparison with actual MELCOR results. Global sensitivity analysis by Sobol' sensitivity index has been performed with the approximate model. Three input parameters are ranked according to their respective influences on the output uncertainty based on first-order and total effect.

論文

Analysis for iodine release from Unit 3 of Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant with consideration of water phase iodine chemistry

石川 淳; 川口 賢司; 丸山 結

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(3), p.308 - 314, 2015/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.86(Nuclear Science & Technology)

シビアアクシデント解析コードTHALES2とヨウ素化学計算コードKicheの連携解析手法を福島第一原子力発電所事故3号機に適用し、従来評価では考慮されておらずソースターム評価上の課題となっている気体状ヨウ素(I$$_{2}$$及び有機ヨウ素)の再放出挙動に関わる検討を実施した。本解析からヨウ素化学を考慮しない従来評価では、効果的なプールスクラビングによってサプレッションチャンバー(S/C)外部へのCsIの放出が抑制されるが、ヨウ素化学を考慮した場合、S/Cベント作動に伴って生じる気液二相流によりS/C液相で生成されたI$$_{2}$$及び有機ヨウ素が気相中に移行し、格納容器外への放出が継続することが示された。また、液相のpH及び質量移行係数の影響に関する感度解析により、両者が気体状ヨウ素の放出量に多大な影響を及ぼすことが明らかになった。

論文

An Adaptive time-stepping scheme with local convergence verification using support vector machines

川口 賢司; 石川 淳; 丸山 結

International Journal of Engineering and Technology, 6(2), p.104 - 108, 2014/04

An adaptive time-stepping scheme in accordance with the local convergence of computation often involves computationally expensive procedures. As a result, many computer simulators have avoided utilizing such an adaptive scheme, while its advantages are well recognized; the scheme not only efficiently allocates computational resources, but also makes the results of the computation more reliable. In this paper, we propose a fast adaptive time-stepping scheme, ATLAS (Adaptive Time-step Learning and Adjusting Scheme), which approximates such an expensive yet beneficial scheme by using support vector machines (SVMs). We demonstrate that ATLAS achieves higher accuracy with lower computational cost when compared with computations without it. ATLAS can incorporate existing solvers and other fast but unreliable adaptive schemes to meet the different criteria required in various applications.

論文

Electro-deposition of tantalum on tungsten and nickel in LiF-NaF-CaF$$_{2}$$ melt containing K$$_{2}$$TaF$$_{7}$$; Electrochemical study

Mehmood, M.*; 河口 展明*; 前川 英己*; 佐藤 譲*; 山村 力*; 川合 將義*; 菊地 賢司

Materials Transactions, 44(2), p.259 - 267, 2003/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:61.82(Materials Science, Multidisciplinary)

タングステン固体ターゲットの弱点である腐食を克服するため、タンタルをコーテングする技術を開発した。電解液としてLiF-NaF-CaF$$_{2}$$溶解K$$_{2}$$TaF$$_{7}$$を用いて電気化学的に皮膜形成過程を調べた結果、金属タンタルがタングステン表面に生成されることがわかった。タンタルをタングステン上に直接コーテングするのではなく、ニッケル基盤上にする場合には、短時間で金属間化合物として成長することがわかった。

口頭

ボロンナノベルトの電気伝導における放射線照射の影響

桐原 和大*; 川口 建二*; 清水 禎樹*; 佐々木 毅*; 越崎 直人*; 木村 薫*; 山田 洋一; 山本 博之; 社本 真一

no journal, , 

同位体ボロン$$^{10}$$Bは熱中性子に対して大きな吸収を示し、原子炉の遮蔽材や中性子検出器等に用いられる。今回われわれは、ボロンのナノ構造体である$$^{10}$$Bを濃縮したボロンナノベルト(BNB)を作製し、BNBの電気抵抗に及ぼす熱中性子線照射の影響を調べることにより、ナノスケールの放射線検出を試みた。BNBはレーザーアブレーション法で作製した。電子線リソグラフィーにより、BNB1本(厚さ20nm,幅150nm,長さ10$$mu$$m)の両端にNi/Au微細電極を加工した熱酸化Si基板を用意した。これを原子炉JRR-3Mにて、一定の電圧を印加しつつ中性子を照射し(線束10$$^{8}$$cm$$^{-2}$$$$cdot$$s$$^{-1}$$)、その際の電流変化を測定した。また、Cd板を介して中性子線を$$gamma$$線に変換して照射する実験も行った。その結果、中性子照射と$$gamma$$線照射のいずれの場合も同様に、照射時に数10分かけて伝導率が約18%上昇し、照射後は同じ時間で元の値に減衰した。熱中性子に対するBNB内部の核変換数に応じた変化でなく、$$gamma$$線による電気抵抗変化を検出していると思われる。

口頭

ボロンナノベルトによる放射線検出

桐原 和大*; 川口 建二*; 清水 禎樹*; 佐々木 毅*; 越崎 直人*; 木村 薫*; 山田 洋一; 山本 博之; 社本 真一

no journal, , 

われわれは、ボロンナノ構造体である単結晶ボロンナノベルト(BNB)を無触媒で作製し、ボロンの有する大きな熱中性子吸収断面積という特徴を活かし、他の半導体ナノワイヤでは実現不可能な、ナノスケール放射線センサの開発を目指している。熱酸化Si基板上に乗せた同位体濃縮BNB($$^{10}$$B, 99%)の両端に電子線リソグラフィーで微細電極を加工した後、原子炉JRR-3で、一定の電圧を印加しながら、中性子(線束10$$^{8}$$cm$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$)照射時の電流変化を測定した。Cd板を介して中性子線を$$gamma$$線に変換して照射する実験も行った。その結果、中性子照射と$$gamma$$線照射のいずれの場合も同様に、照射時に約1時間かけて伝導率が約20%上昇し、照射後は同じ時間で元の値に減衰した。これらの結果は、$$gamma$$線による電気抵抗変化を検出していると思われる。さらに、中性子核変換数を5桁増やした中性子照射(線束3$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$,照射時間6s)を、原子炉JRR-4で行った結果、BNBのコンダクタンスは、照射前より2$$sim$$8倍大きくなった。この増加は中性子核反応によるものであり、キャリアの移動度の増加が支配的要因である可能性が、電界効果特性から示唆された。

口頭

Effect of neutron irradiation on the electrical transport of boron nanobelt devices

桐原 和大*; 川口 建二*; 清水 禎樹*; 佐々木 毅*; 越崎 直人*; 木村 薫*; 山田 洋一; 山本 博之; 社本 真一

no journal, , 

ボロンナノ構造体である単結晶ボロンナノベルト(BNB)を無触媒で作製し、ボロンの有する大きな熱中性子吸収断面積という特徴を生かし、ほかの半導体ナノワイヤでは実現不可能な、ナノスケール放射線センサの開発を試みた。熱酸化Si基板上に乗せた同位体濃縮BNB($$^{10}$$B, 99%)の両端に電子線リソグラフィーで微細電極を加工した後、原子炉JRR-3Mで、一定の電圧を印加しながら、中性子(線束10$$^{8}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$)照射時の電流変化を測定した。Cd板を介して中性子線を$$gamma$$線に変換して照射する実験も行った。その結果、中性子照射と$$gamma$$線照射のいずれの場合も同様に、照射時に約1時間かけて伝導率が約20%上昇し、照射後は同じ時間で元の値に減衰した。これらの結果は、$$gamma$$線による電気抵抗変化を検出していると思われる。さらに、中性子核変換数を5桁増やした中性子照射(線束3$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$,照射時間6s)を行った結果、BNBのコンダクタンスは、照射前より2$$sim$$8倍大きくなった。この増加は中性子核反応によるものであり、キャリアの移動度の増加が支配的要因である可能性が、電界効果特性から示唆された。

口頭

イオン照射炭素表面上へのAu及びPtナノ粒子形成

高廣 克己*; 森本 圭一*; 安田 賢司*; 川口 和弘; 永田 晋二*; 山本 春也; 鳴海 一雅; 楢本 洋*

no journal, , 

基板上に蒸着した金属ナノ粒子は、バルク金属とは異なる電気的・磁気的・光学的特性を示すことから、ナノ粒子を用いた新たなデバイスの作製など応用が期待されている。本研究では、1keV Arイオン照射により高配向性熱分解グラファイト(HOPG)基板表面に欠陥を導入し、この欠陥が真空蒸着における金(Au)及び白金(Pt)のナノ粒子形成に及ぼす影響について調べた。X線光電子分光法により未照射及びAr照射したHOPG基板上に10$$^{14}$$$$sim$$10$$^{15}$$atoms/cm$$^{2}$$の蒸着量で形成されたAu及びPt粒子のサイズの評価した結果、Ar照射したHOPG基板上に、より微小なナノ粒子が形成されることが明らかになった。これは、イオン照射により導入された欠陥が蒸着粒子の核形成点になると考えられ、イオン照射が金属ナノ粒子のサイズ,形状制御に有効であることが示唆された。

口頭

硝酸Pu/U混合溶液の脱硝過程における固相状態に対するマイクロ波加熱に関する研究

今井 卓*; 田口 健治*; 柏 達也*; 川口 浩一; 瀬川 智臣

no journal, , 

核燃料サイクルの一環として、日本では、使用済み核燃料から回収される再処理溶液(硝酸プルトニウム・硝酸ウラニル混合溶液)に対し、マイクロ波加熱脱硝法による混合酸化物(MOX)への転換を行っている。この再処理溶液は加熱及び脱硝反応による液相から固相への相状態変化に伴い、複素比誘電率が大きく変化し、マイクロ波加熱特性へ影響を及ぼす。そのため、より効率的なマイクロ波加熱を実現するためには各相状態における加熱特性を把握することが重要となる。再処理溶液脱硝過程における固相状態に対して、FDTD法及び熱解析法を用いた電磁界解析及び熱解析を行い、温度分布特性について調べた。その結果、被加熱媒質の吸収電力は媒質の上側表面及び外周部に集中し、上側表面の中心部及び外周部から加熱され、徐々に下面へ熱が広がる様子が示された。

口頭

格納容器ベントに伴う気体状ヨウ素の放出に係わる解析的検討

石川 淳; 川口 賢司; 丸山 結

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故後の環境モニタリングにおいて、大気からサンプリングされたヨウ素に占める気体状の割合が高い結果が得られている。シビアアクシデント(SA)解析コードを用いた既存評価では、ヨウ素の化学形として常温で粒子状のCsIを仮定するのが一般的だが、解析結果がサンプリング結果と整合せず課題となっている。原子力機構では、SA解析コードTHALES2及びヨウ素化学計算コードKicheの連携解析手法を、福島第一原子力発電所事故3号機に適用し、既存評価では考慮していない気体状ヨウ素(I$$_{2}$$及び有機ヨウ素)の再放出挙動に関わる検討を実施した。本解析からサプレッションチャンバー(S/C)のpHは、CsOHの液相への移行が支配的となり、炉心損傷後は8程度で推移すること、ヨウ素化学を考慮しない従来評価では、効果的なプールスクラビングによってS/C外部へのCsIの放出が抑制されるが、ヨウ素化学を考慮した場合、一般的に気体状ヨウ素の生成が少ないと考えられている塩基性条件下でも、S/Cベントに伴って生じる気液二相流によりI$$_{2}$$及び有機ヨウ素が気相中に移行し、格納容器外への放出が継続することが示された。

口頭

円偏波制御マイクロ波加熱による脱硝特性の評価

瀬川 智臣; 谷川 聖史; 加藤 良幸; 川口 浩一; 石井 克典; 鈴木 政浩; 北澤 敏秀*; 田口 健治*; 柏 達也*

no journal, , 

マイクロ波加熱脱硝技術の高度化を目的として、円偏波に制御したマイクロ波加熱装置を用い、模擬物質の硝酸コバルト水溶液の脱硝特性について解析・評価を実施した。数値シミュレーションにより、円偏波制御マイクロ波照射において、周方向の吸収電力分布が均一になることを確認した。また、硝酸コバルト水溶液のマイクロ波加熱脱硝試験により、径方向についても均一に脱硝が進行することを確認した。これらの結果から、円偏波制御マイクロ波加熱装置により、良好な加熱・脱硝特性が得られることが明らかとなった。

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