Incorporation of boron into metakaolin-based geopolymers for radionuclide immobilisation and neutron capture potential

Niu, X.*; Elakneswaran, Y.*; Li, A.*; Seralathan, S.*; 菊池 亮佑*; 平木 義久; 佐藤 淳也; 大杉 武史; Walkley, B.*

Cement and Concrete Research, 190, p.107814_1 - 107814_17, 2025/04

https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2025.107814

Metakaolin-based geopolymers have attracted significant interest in decontaminating radioactive debris from the Fukushima nuclear accident. This study explored the incorporation of boron (B) into geopolymers using boric acid as the source, with the goal of developing B-enriched geopolymers for enhanced radionuclide immobilisation and neutron capture potential.

Uncertainty quantification for severe-accident reactor modelling; Results and conclusions of the MUSA reactor applications work package

Brumm, S.*; Gabrielli, F.*; Sanchez Espinoza, V.*; Stakhanova, A.*; Groudev, P.*; Petrova, P.*; Vryashkova, P.*; Ou, P.*; Zhang, W.*; Malkhasyan, A.*; et al.

Annals of Nuclear Energy, 211, p.110962_1 - 110962_16, 2025/02

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.110962

The completed Horizon-2020 project on "Management and Uncertainties of Severe Accidents (MUSA)" has reviewed uncertainty sources and Uncertainty Quantification methodology for the purpose of assessing Severe Accidents (SA). The key motivation of the project has been to bring the advantages of the Best Estimate Plus Uncertainty approach to the field of Severe Accident. The applications brought together a large group of participants that set out to apply uncertainty analysis (UA) within their field of SA modelling expertise, in particular reactor types, but also SA code used (ASTEC, MELCOR, etc.), uncertainty quantification tools used (DAKOTA, RAVEN, etc.), detailed accident scenarios, and in some cases SAM actions. This paper synthesizes the reactor-application work at the end of the project. Analyses of 23 partners are sorted into different categories, depending on whether their main goal is/are (i) uncertainty bands of simulation results; (ii) the understanding of dominating uncertainties in specific sub-models of the SA code; (iii) improving the understanding of specific accident scenarios, with or without the application of SAM actions; or, (iv) a demonstration of the tools used and developed, and of the capability to carry out an uncertainty analysis in the presence of the challenges faced. The partners' experiences made during the project have been evaluated and are presented as good practice recommendations. The paper ends with conclusions on the level of readiness of UA in SA modelling, on the determination of governing uncertainties, and on the analysis of SAM actions.

Brightening triplet excitons enable high-performance white-light emission in organic small molecules via integrating n-- transitions

Yang, Q.*; Yang, X.*; Wang, Y.*; Fei, Y.*; Li, F.*; Zheng, H.*; Li, K.*; Han, Y.*; 服部 高典; Zhu, P.*; et al.

Nature Communications (Internet), 15, p.7778_1 - 7778_9, 2024/09

https://doi.org/10.1038/s41467-024-52196-7

明るい一重項励起子と三重項励起子を同時に発現する発光材料は、オプトエレクトロニクス、サイネージ、情報暗号化において大きな可能性を秘めている。しかしながら、高性能の白色発光を実現するためには、蛍光と燐光の寄与が不均衡であることが大きな障害となっている。ここでは、水素結合の協同効果による圧力処理エンジニアリングによって、n--遷移の混合を実現し、イソフタル酸(IPA)中で三重項状態の発光を7%から40%に高めることで、この課題に対処した。加圧処理したIPAでは、蛍光と燐光のハイブリッドに基づく優れた白色発光が得られ、フォトルミネッセンス量子収率は当初の19%(青色発光)から75%に増加した。その場での高圧IRスペクトル、X線回折、中性子回折から、圧力の上昇に伴い水素結合が連続的に強化されることが明らかになった。さらに、この強化された水素結合は、圧力処理後も常圧条件下まで保持され、バランスの取れた一重項/三重項励起子集団のための効率的な系間交差を目的としたIPAに与え、効率的な白色発光をもたらした。この研究は、有機低分子の三重項状態を明るくするルートを提案するだけでなく、一重項励起子と三重項励起子の比率を調節して、高性能の白色発光を構築するものである。

Standard guideline for the seismic response analysis method using three-dimensional finite element model of reactor buildings (Contract research) (Translated document)

崔 炳賢; 西田 明美; 川田 学; 塩見 忠彦; Li, Y.

JAEA-Research 2024-001, 206 Pages, 2024/03

JAEA-Research-2024-001.pdf:9.12MB

原子力発電施設における建物・構築物の地震応答解析においては、我が国では、従来より質点系モデルが用いられてきたが、近年の解析技術の発展により、立体的な建物を3次元的にモデル化し、建物の3次元挙動、建物材料の非線形性、建物及び地盤間の非線形性等を考慮した有限要素法による地震応答解析が実施されるようになってきた。3次元モデルによる有限要素解析(3次元FEM)は、複雑で高度な技術が用いられる一方、汎用性があるために広く利用され、原子力分野以外では構造物のモデル化、材料物性の非線形特性の信頼性を確保するためのガイドラインの策定や技術認定などがなされるようになってきた。原子力分野においては、IAEAにより平成19年(2007年)新潟県中越沖地震における質点系モデル、3次元FEMモデルによる観測記録の再現解析がKARISMAベンチマークプロジェクトとして実施され、複数の解析者の解析結果が報告された。その報告によると、解析者により解析結果にばらつきが大きいということが判明され、解析手法の標準化による解析結果の信頼性の確保が急務となっている。また、原子力発電施設の強非線形領域の現実的な挙動の評価が必要となる建物・構築物・機器のフラジリティ評価においても詳細な3次元挙動把握の必要性が指摘されている。こうした背景を踏まえ、原子炉建屋を対象とした地震応答解析に用いられる3次元FEMモデルの作成及び解析にあたって必要となる一般的・基本的な手法や考え方を取りまとめて標準的解析要領を整備した。これにより原子炉建屋の3次元FEMモデルによる地震応答解析手法の信頼性向上につながることが期待される。本標準的解析要領は、本文、解説、及び解析事例で構成されており、原子炉建屋3次元FEMモデルを用いた地震応答解析の実施手順、推奨事項、留意事項、技術的根拠等が含まれている。また、本標準的解析要領は、最新知見を反映し、適宜改訂する。

Atomic structure and dynamics of organic-inorganic hybrid perovskite formamidinium lead iodide

Yu, C.*; 川北 至信; 菊地 龍弥*; 古府 麻衣子*; 本田 孝志*; Zhang, Z.*; Zhang, Z.*; Liu, Y.*; Liu, S. F.*; Li, B.*

Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 15(1), p.329 - 338, 2024/01

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c02498

The atomic dynamic behaviors of formamidinium lead iodide [HC(NH)PbI] are critical for understanding and improving photovoltaic performances. However, they remain unclear. Here, we investigate the structural phase transitions and the reorientation dynamics of the formamidinium cation [HC(NH), FA] of FAPbI using neutron scattering techniques. Two structural phase transitions occur with decreasing temperature, from cubic to tetragonal phase at 285 K and then to another tetragonal at 140 K, accompanied by gradually frozen reorientation of FA cations. The nearly isotropic reorientation in the cubic phase is suppressed to reorientation motions involving a two-fold (C) rotation along the axis and a four-fold (C) rotation along the C-H axis in the tetragonal phase, and eventually to local disordered motion as a partial C along the C-H axis in another tetragonal phase, thereby indicating an intimate interplay between lattice and orientation degrees of freedom in the hybrid perovskite materials. The present complete atomic structure and dynamics provide a solid standing point to understand and then improve photovoltaic properties of organic-inorganic hybrid perovskites in the future.

Direct observation of topological magnon polarons in a multiferroic material

Bao, S.*; Gu, Z.-L.*; Shangguan, Y.*; Huang, Z.*; Liao, J.*; Zhao, X.*; Zhang, B.*; Dong, Z.-Y.*; Wang, W.*; 梶本 亮一; et al.

Nature Communications (Internet), 14, p.6093_1 - 6093_9, 2023/09

https://doi.org/10.1038/s41467-023-41791-9

Magnon polarons are novel elementary excitations possessing hybrid magnonic and phononic signatures, and are responsible for many exotic spintronic and magnonic phenomena. Despite long-term sustained experimental efforts in chasing for magnon polarons, direct spectroscopic evidence of their existence is hardly observed. Here, we report the direct observation of magnon polarons using neutron spectroscopy on a multiferroic FeMoO possessing strong magnon-phonon coupling. Specifically, below the magnetic ordering temperature, a gap opens at the nominal intersection of the original magnon and phonon bands, leading to two separated magnon-polaron bands. Each of the bands undergoes mixing, interconverting and reversing between its magnonic and phononic components. We attribute the formation of magnon polarons to the strong magnon-phonon coupling induced by Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Intriguingly, we find that the band-inverted magnon polarons are topologically nontrivial. These results uncover exotic elementary excitations arising from the magnon-phonon coupling, and offer a new route to topological states by considering hybridizations between different types of fundamental excitations.

Analytical study for low ground contact ratio of buildings due to the basemat uplift using a three-dimensional finite element model

崔 炳賢; 西田 明美; 塩見 忠彦; 川田 学; Li, Y.; 太田 成*; 園部 秀明*; 猪野 晋*; 宇賀田 健*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 10(4), p.23-00026_1 - 23-00026_11, 2023/08

https://doi.org/10.1299/mej.23-00026

原子力施設における建物の耐震評価において、地震時の転倒モーメントによって建物の基礎底面が地盤から部分的に浮上る現象は、建物自体の耐力や構造安全性に関わる問題だけではなく、建物内に設置される機器類の応答に影響を及ぼすため、非常に重要な問題である。一方、建物の基礎浮上りによる基礎底面と地盤との間の接地率が小さくなる場合の建物の地震時挙動については、実験や解析的検討が十分とはいいがたい。そこで、本研究では、建物の基礎浮上りに係る既往実験を対象とし、3次元詳細解析モデルを用いたシミュレーション解析を行い、解析手法の妥当性について確認した。解析コードによる結果の違いを確認するために、3つの解析コード(E-FrontISTR, FINAS/STAR, TDAPIII)を用いて同じ条件で解析を実施し、得られた結果を比較した。解析結果については、低接地率状態となる試験体底面の付着力の違いによる建物の応答への影響、解析手法の精度等について考察した。また、建物の応答に係る解析結果への影響が大きいと判断された解析パラメータについては、感度解析により解析結果への影響を具体的に確認した。本論文では、これらの検討を通して得られた知見について述べる。

neutron diffraction study on the deformation behavior of the plastic inorganic semiconductor AgS

Wang, Y.*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Zhang, K.*; Zhang, Z. D.*; Li, B.*

Applied Physics Letters, 123(1), p.011903_1 - 011903_6, 2023/07

https://doi.org/10.1063/5.0158607

Bulk AgS is a plastic inorganic semiconductor at room temperature. It exhibits a compressive strain greater than 50%, which is highly different from brittle conventional counterparts, such as silicon. Here, we present the experimental investigation of the deformation behavior in a plastic inorganic semiconductor AgS using neutron diffraction during compressive deformation at room and elevated temperatures. At room temperature, the lattice strain partitioning among -orientated grain families could be responsible for the significant work-hardening behavior in the bulk AgS with a monoclinic structure. The rapid accumulation of lattice defects and remarkable development of the deformation texture suggest that dislocation slip promotes plasticity. At 453 K, a monoclinic phase transforms into a body-centered cubic phase. A stress plateau appears at -4.8 MPa, followed by a rehardening state. The deformation mode of bulk AgS at the initial stage is likely attributable to the migration of silver ions, and as strain increases, it is closer to that of room temperature, leading to rehardening.

Outcomes of WPEC SG47 on "Use of Shielding Integral Benchmark Archive and Database for Nuclear Data Validation"

Kodeli, I. A.*; Fleming, M.*; Cabellos, O.*; Leal, L.*; Celik, Y.*; Ding, Y.*; Jansky, B.*; Neudecker, D.*; Novak, E.*; Simakov, S.*; et al.

EPJ Web of Conferences, 284, p.15002_1 - 15002_8, 2023/05

https://doi.org/10.1051/epjconf/202328415002

経済協力開発機構原子力機関(OECD/NEA)において、放射線遮蔽積分ベンチマークアーカイブ及びデータベース(SINBAD)の利用促進とSINBAD評価活動への還元を目的として、国際核データ評価協力サブグループ47(WPEC SG47)「核データ検証のためのSINBADの利用」が2019年6月に立ち上がった。SINBADでは、核データ及び放射線輸送計算コードの検証と開発におけるニーズに合致した実験データベースの評価と保存を進めている。その中で、WPEC SG47の活動においては、SINBAD評価活動における核データの感度解析の利用、実験体系を再現する形状、放射線源、材料等のCAD情報のSINBADへの格納、OECD/NEAのソフトウェアGitLabを利用した様々な放射線輸送計算コードの入力ファイルの共有等について議論や提案が進められている。この活動中に約8例のベンチマーク実験データが核データの検証に利用され、今後、高崎量子応用研究所イオン照射研究施設(TIARA)で実施された中性子遮蔽実験を含む様々な実験データも核データの検証で利用される予定である。本発表では、WPEC SG47の活動の他、SINBADの核データ評価への利用例と評価活動計画について紹介する。

Multiple mechanisms in proton-induced nucleon removal at 100 MeV/nucleon

Pohl, T.*; Sun, Y. L.*; Obertelli, A.*; Lee, J.*; Gmez-Ramos, M.*; 緒方 一介*; 吉田 数貴; Cai, B. S.*; Yuan, C. X.*; Brown, B. A.*; et al.

Physical Review Letters, 130(17), p.172501_1 - 172501_8, 2023/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.172501

大きなフェルミ面非対称性を持つ陽子過剰なO原子核からの100MeV/nucleonでの陽子による陽子・中性子除去反応について報告した。この結果は、quasi-freeノックアウト反応、非弾性散乱、核子移行反応を含む複数の反応機構の定量的寄与を初めて示すものである。このようなエネルギー領域では通常無視される非弾性散乱と核子移行の寄与が、弱束縛陽子と強束縛中性子の除去反応断面積にそれぞれ約50%と30%寄与していることが示された。