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論文

Finding RHEED conditions sensitive to hydrogen position on Pd(100)

川村 隆明*; 深谷 有喜; 福谷 克之

Surface Science, 722, p.122098_1 - 122098_8, 2022/08

本研究では、多重散乱計算を用いて、Pd(100)表面上の水素の位置に敏感な反射高速電子回折(RHEED)条件を探査した。水素の散乱振幅はPdの7%以下でしかないため、水素の位置決定には、回折強度への水素からの散乱の寄与が最大化される条件を見出すことが重要となる。10keVの電子ビームでは、視射角が4$$^{circ}$$以下、方位角が[011]軸から1$$sim$$3$$^{circ}$$オフのときにそのような条件が見出された。この条件では、水素の表面垂直・平行の両方向の原子変位に対して顕著な強度変化を示す。RHEED波動関数の解析から、この条件下では低次の回折波が支配的であること、またRHEED電子は新しいタイプの共鳴現象により表面近傍に局在化することがわかった。この条件でのロッキング曲線解析を用いると、水素の高さを0.2${AA}$以下の精度で決定することが可能となる。この結果は、RHEEDがPd表面上の水素位置の決定に極めて有用な手法であることを示している。

論文

Background issues encountered by cold-neutron chopper spectrometer AMATERAS

菊地 龍弥*; 中島 健次; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 中村 充孝; 若井 大介*; 青山 和弘*; 岩橋 孝明*; 神原 理*

Physica B; Condensed Matter, 564, p.45 - 53, 2019/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Condensed Matter)

AMATERASはJ-PARC物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子チョッパー型分光器である。この9年に亘る運用の中で得られたバッググラウンド(意図せずにデータ収集系に集積されるシグナル)についての知見をまとめた。それらは、ビームライン上にある物質から発生するガンマ線、ビームライン上にある機器から発生するブラッグ反射, 空気散乱, 電気ノイズ, 宇宙線などである。それらについてまとめると共に今後の可能な対策について述べる。これらは、同種の分光器にとっても役立つ情報となると期待する。

論文

AMATERAS; A Cold-neutron disk chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB028_1 - SB028_6, 2011/05

 被引用回数:90 パーセンタイル:94.38(Physics, Multidisciplinary)

アマテラスは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器であり、結合型水素モデレーターと新開発の高速ディスクチョッパーの組合せで、高分解能,高強度を両立させる最新鋭の中性子分光器である。今回の発表では、これまでの機器調整とユーザー利用の成果を踏まえ、アマテラスの現状と性能、そして、得られた成果の例を示す。

報告書

核融合原型炉SlimCSの概念設計

飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.

JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MB
JAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB

発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m$$^{2}$$とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。

論文

Compact DEMO, SlimCS; Design progress and issues

飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.

Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07

 被引用回数:125 パーセンタイル:98.18(Physics, Fluids & Plasmas)

最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m$$^{2}$$以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。

論文

ガラス固化溶融炉における白金族元素粒子挙動解析

河村 拓己*; 伊藤 啓; 堺 公明; 中島 正義; 藤原 孝治; 大島 宏之

日本原子力学会和文論文誌, 7(3), p.297 - 307, 2008/09

高レベル放射性廃棄物のガラス固化過程において、廃棄物中から発生する白金族元素粒子は溶融ガラスと混合されてガラス固化溶融炉中で流動する。効率的な溶融炉運転を行うためには溶融炉内での白金族元素粒子挙動を調査する必要があるが、高放射性の実機溶融炉の内部を観察・測定するのは困難であり、十分な調査が行われていない。本論文では、溶融炉内の粒子挙動を解析できる手法について述べる。溶融ガラスの流動,電位場及び粒子分布は相互作用しているため、これらの物理現象を組合せた数値解析手法を開発し、溶融炉内の挙動を高精度に解析することを目指した。10バッチ(各バッチは溶融,炉底加熱及び流下運転から成る)分の溶融炉内非定常粒子挙動を解析した結果、モックアップ試験と同様に白金族元素粒子の効率的な抜出しが可能であることが示された。以上の結果より、数値解析手法によってガラス固化溶融炉中白金族元素粒子の非定常挙動を評価できる見通しを得た。

論文

SlimCS; Compact low aspect ratio DEMO reactor with reduced-size central solenoid

飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 正泰; 櫻井 真治; 林 孝夫; 芝間 祐介; 礒野 高明; 榎枝 幹男; 中村 博文; 佐藤 聡; et al.

Nuclear Fusion, 47(8), p.892 - 899, 2007/08

 被引用回数:53 パーセンタイル:87.5(Physics, Fluids & Plasmas)

コンパクトな核融合原型炉概念SlimCSについて報告する。この原型炉は通常のトカマク炉と比べると小規模な中心ソレノイドコイル(CS)を採用している点に特徴がある。通常、CSの主要な役割はポロイダル磁束の供給とされるが、これをプラズマ形状制御とみなすことでCSの大幅な小型化が可能であり、これによりトロイダルコイルの軽量化しいては炉本体重量の低減が期待できる。さらに、CSの小型化はプラズマの低アスペクト比(=2.6)化を可能にし、高楕円度,大プラズマ電流化,高ベータ化など炉心プラズマの高出力密度を実現するうえで望ましい条件が整う。この結果、SlimCSはARIES-RSのような先進トカマク炉概念と同規模の炉寸法でありながら、比較的無理のない炉心プラズマ条件でほぼ同等の核融合出力を発生するメリットを持つ。

論文

Concept of compact low aspect ratio Demo reactor, SlimCS

飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 正泰; 櫻井 真治; 林 孝夫; 芝間 祐介; 礒野 高明; 榎枝 幹男; 中村 博文; 佐藤 聡; et al.

Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2006/10

コンパクトな原型炉を実現するための新概念を提案する。原型炉で見通しうる保守的な設計パラメータでありながら、経済的実用炉の設計例ARIES-RS, CRESTと同規模にコンパクトな原型炉が実現できる可能性を示した。本研究で提案する炉SlimCSは、主半径5.5m、アスペクト比2.6、最大磁場16.4T、核融合出力2.95GWの原型炉であり、規格ベータ値2、規格化密度0.4のときにゼロ電気出力、規格ベータ値4.3,規格化密度1.1の定格運転では1GW程度の正味電気出力を発生する。この概念の特徴は、小規模な中心ソレノイド(CS)を設置することによって形状制御等の炉心プラズマにかかわる技術的困難を回避しつつ、トロイダル磁場コイルをできる限り中心軸に近づけて設置し、プラズマを低アスペクト比化したことである。これによりトロイダル磁場コイルの蓄積エネルギーが大幅に減少し、トロイダル磁場コイルの物量、ひいては炉本体の建設コストの削減に寄与しうる。また、低アスペクト比のため高楕円度及び高ベータ限界が期待され、このようなコンパクトな原型炉が構想可能になる。

論文

Design study of fusion DEMO plant at JAERI

飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 佐藤 正泰; 礒野 高明; 櫻井 真治; 中村 博文; 佐藤 聡; 鈴木 哲; 安堂 正己; et al.

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1151 - 1158, 2006/02

 被引用回数:113 パーセンタイル:99.15(Nuclear Science & Technology)

原研における発電実証プラント設計検討では、中心ソレノイド(CS)の機能に着目して3つの設計オプションを検討中である。これらのうち、主案はCSの機能をプラズマ形状制御に限定してコンパクトにすることによりトロイダル磁場コイルの軽量化を図ったものであり、この設計オプションの場合、主半径5.5m程度のプラズマで3GWの核融合出力を想定する。本プラントでは、Nb$$_{3}$$Al導体による超伝導コイル,水冷却固体増殖ブランケット,構造材として低放射化フェライト鋼,タングステンダイバータなど近未来に見通しうる核融合技術を利用する。プラントの設計思想及び要素技術に対する要請を述べる。

論文

Numerical Analysis on Diffusion Layer at the Electrode of MOX Co-deposition in the Oxide-electrowining Process

堺 公明; 河村 拓己*

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 0 Pages, 2005/09

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報告書

ガラス溶融炉内電極の交流電極反応に関する数値解析

堺 公明; 河村 拓己*; 堺 公明

JNC TN9400 2004-049, 116 Pages, 2004/09

JNC-TN9400-2004-049.pdf:2.15MB

TVF1号溶融炉主電極損傷の要因として想定される因子の一つとして,電気腐食が挙げられる。交流電源による直接通電加熱は電極反応による電極材料の溶出(イオン化)を促している可能性があり,それらの依存性について検討する必要がある。本研究では、交流条件下での電極の腐食挙動を把握することを目的に,拡散と電極反応を評価可能な数値解析ツールを作成し検証を実施するとともに,影響パラメータに関する依存性評価,及び,及び溶融ガラス中での交流電極反応解析を実施し,電極材料の腐食メカニズムについて推定した。その結果,直流電圧が重畳する場合,酸化物皮膜が失われアノード溶解が促進されることが考えられる。ただし、酸化物層の剥げ落ちによる腐食形態も推定されることから、ガラス腐食メカニズムの解明のためには、材料実験によるさらなる確認が重要である。

報告書

TVFガラス溶融炉の炉抵抗予測に関する数値解析

河村 拓己*; 堺 公明

JNC TN9400 2004-048, 41 Pages, 2004/09

JNC-TN9400-2004-048.pdf:1.05MB

東海再処理工場のTVFガラス溶融炉について、白金族元素の堆積検知及び除去を実施する観点から,炉抵抗の測定値などから白金族元素の堆積状況や電流密度分布について推定する手法構築が重要となっている。そのため,本研究では電磁界解析コードMAGNA-FIMによる電場解析を実施し,白金族元素の堆積状況及びガラス温度が炉の抵抗に及ぼす影響特性について評価した。また,TVF1号溶融炉の運転履歴を解析することにより、炉抵抗と白金族元素の堆積状況の推移について評価する手法を検討した。その結果,堆積物と電極の接触がない場合、堆積物の白金族元素濃度及び体積は,炉抵抗に顕著な影響を及ぼさないが,堆積物と電極が接触することにより炉抵抗を大きく低下させることわかった。また,接触がない場合、炉底部の堆積物温度は炉抵抗に大きな影響を及ぼさないが,炉上部のガラス温度は接触の有無にかかわらず炉抵抗に対して感度を有することがわかった。これらの評価に基づき,TVF1号溶融炉の炉抵抗低下の経緯に適合する解析モデルを構築した。運転データの電極間電圧及び炉内温度を入力とするとともに,堆積物は運転バッチごとに徐々に堆積したと推定し,白金族元素の堆積濃度は、直線的に増加すると仮定した。その結果,炉抵抗の推移を概ね再現することができた。これにより,ガラス溶融炉の抵抗値評価による堆積状況推定について見通しを得ることができた。

報告書

ガラス溶融炉の白金族堆積物による電流密度の集中と電極溶融温度の検出性に関する数値解析

堺 公明; 河村 拓己*; 三浦 昭彦; 岩崎 隆*

JNC TN9400 2004-053, 77 Pages, 2004/08

JNC-TN9400-2004-053.pdf:2.62MB

2002年3月、東海再処理工場のガラス溶融炉において、主電極の侵食によるものと考えられる故障が発生した。これまでの原因調査から想定される電極損傷要因として、「局所的な電流密度の集中による交流電極反応」、及び、「局所的な温度上昇による電極材料の溶融」等が挙げられている。いずれの要因も、酸化ルテニウム(RuO2)等の電気伝導度の高い白金族粒子が炉底部に堆積し、炉内の直接通電電流が白金族粒子の堆積領域に集中することが発端と考えられる。そこで、本検討では、白金族粒子が堆積した場合の電極への影響を評価するため、損傷が発生したと考えられる電極角部への電流密度の集中について数値解析による評価を行い、最高温度を推定するとともに、電極内の温度分布に関する数値解析を行い、熱電対による溶融温度検出性に関する検討を実施した。その結果、ガラス溶融炉内の電流密度は、堆積物と電極が接する箇所に集中し、電流の経路ではインコネル材の溶融温度1360$$^{circ}C$$に達する可能性があることが明らかになった。また、電極内の温度分布に関する数値解析の結果、電極損傷想定箇所が溶融温度に到達した場合でも熱電対による温度検出は困難であることが示された。以上より、損傷発生時の電極熱電対温度に異常は観察されなかったが、電極の角部は溶融温度に到達していた可能性があることが明らかになった。

口頭

電場-温度-流動連成による溶融ガラス数値解析手法の開発

河村 拓己*; 中島 正義; 堺 公明

no journal, , 

複合現象への熱流動数値解析手法の適用の観点から、電場によるジュール発熱を考慮した溶融ガラスの数値解析モデルを構築した。その結果、過渡的な温度変化に伴う導電率分布の変化を考慮したガラス熱流動解析が可能となった。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器; アマテラス

中島 健次; 河村 聖子; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 長壁 豊隆; 脇本 秀一; 中村 充孝; 伊藤 晋一*; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

アマテラスは、JAEAが中心となってJ-PARC、物質・生命科学実験施設に建設中の新しい冷中性子ディスクチョッパー型分光器である。パルス整形チョッパーや新しい分光方法の採用,新しく開発した高速チョッパーの導入などによって、$${Delta}E/E_ileq1$$%の高い分解能,従来の装置に比べて1桁以上高い散乱強度という従来にない性能で、冷中性子$$sim$$熱中性子領域の非弾性散乱,準弾性散乱実験を行うことのできる中性子散乱実験装置である。アマテラスは、共用開始を目前に整備が進められており、今回の発表では、アマテラスの概要,性能,アマテラスの建設の状況等を報告する。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器アマテラスの性能評価

中島 健次; 河村 聖子; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 長壁 豊隆; 脇本 秀一; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; et al.

no journal, , 

アマテラスは、J-PARC、物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器である。線源のパルス幅を任意に整形するパルス整形チョッパーを持つ新しいタイプの分光器であり、新開発の高速チョッパーと合わせて、高い分解能($$Delta$$$$E/Emathrm{_i}>1%$$),高い強度、また実験目的に合わせてそれらを最適化できる高い自由度で冷中性子熱中性子領域の非弾性散乱,準弾性散乱実験を行う中性子散乱実験装置である。アマテラスは、2009年春の完成以来順調に装置整備も進み、まだ不足の機器,未調整の部分等も残るものの、基本的な測定はある程度実施可能な状態となった。これを受けて、一般の利用者への供用もこの12月から開始されている。今回の報告では、機器調整中の試験測定によって得られたアマテラスの現状の性能について報告する。特に、パルス整形チョッパーを機能させた場合のアマテラスの分解能関数等の性能が当初の設計通りに実現されているかについて議論する。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器アマテラスのコミッショニング

中島 健次; 河村 聖子; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 長壁 豊隆; 脇本 秀一; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; et al.

no journal, , 

アマテラスは、J-PARC,物質・生命科学実験施設に建設された冷中性子チョッパー型分光器であり、冷中性子$$sim$$熱中性子領域の非弾性散乱,準弾性散乱実験を大強度,高分解能で行うことを目的としている。装置は、昨年度末に完成し、この5月から中性子ビームを使ったコミッショニングを開始している。発表では、装置の状況を報告する。

口頭

動き出したJ-PARCチョッパー分光器「四季」

梶本 亮一; 中村 充孝; 横尾 哲也*; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 高橋 伸明; 河村 聖子; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

no journal, , 

Fermiチョッパー型非弾性散乱装置「四季」は、楕円収束型ガイド管,大面積検出器,多重$$E_i$$同時測定法等の先進的な仕様を備え、数百meV以下の領域において従来の同種の装置に比べて測定効率の大幅な向上を目指した装置である。昨年9月に最初の中性子ビームを受け入れて以来装置調整を続けていたが、今年6月に最初の非弾性散乱測定に成功した。まだ一部整備中の機器を残すものの、すでに多重$$E_i$$同時測定の実証に成功するなど、順調な滑り出しを見せている。本発表では装置の基本性能,整備状況などをコミッショニングの結果を交えながら紹介する。

口頭

冷中性子ディスクチョッパー型分光器AMATERASのコミッショニング

中島 健次; 河村 聖子; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; 中谷 健; et al.

no journal, , 

AMATERASは、J-PARC,物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子領域から熱中性子領域での非弾性散乱を高分解能,高強度で測定するマルチチョッパー型の中性子分光器である。2006年度より建設を行ってきたアマテラスは、今春に無事完成し、2009年5月27日に初めて中性子ビームを受け入れた。現在、アマテラスは、本格的な利用を前に機器調整,試験運転を鋭意行っている最中である。今回は、アマテラスのコミッショニングの状況,試験測定の結果などを報告する。

口頭

チョッパー型中性子分光器「四季」の現状

梶本 亮一; 中村 充孝; 横尾 哲也*; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 高橋 伸明; 河村 聖子; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

no journal, , 

「四季」は大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設(MLF)のパルス中性子源に建設されたフェルミチョッパー型中性子分光器である。中性子非弾性散乱測定によって高温超伝導体等に見られる新奇な磁気励起・フォノンを効率よく調べることを目的としており、国内外の他の同種の装置に比べて熱中性子領域においてより高い測定強度・測定効率を達成することを目指している。本装置は2008年9月より中性子ビームを使った機器調整を進めていたが、2009年6月よりいよいよ非弾性散乱測定を開始した。そこでは早くも非弾性散乱の新手法の実証実験に成功するなど装置性能の高さを予感させる結果が得られている。最近はさらに装置整備を進めるとともに、高温超伝導酸化物等を対象とした本格実験も開始した。本発表では装置の現状について整備状況及び最近の実験データを交えて報告する。

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