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論文

Pressure-modulated magnetism and negative thermal expansion in the Ho$$_2$$Fe$$_{17}$$ intermetallic compound

Cao, Y.*; Zhou, H.*; Khmelevskyi, S.*; Lin, K.*; Avdeev, M.*; Wang, C.-W.*; Wang, B.*; Hu, F.*; 加藤 健一*; 服部 高典; et al.

Chemistry of Materials, 35(8), p.3249 - 3255, 2023/04

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c00158

静水圧や化学圧力は、結晶構造を変化させる効率的な刺激であり、材料科学において電気的、磁気的特性のチューニングによく利用されている。しかし、化学圧力は定量化が困難であり、これら両者の定量的な対応関係はまだよくわかっていない。本研究では、負の熱膨張(NTE)を持つ永久磁石の候補である金属間化合物を調べた。放射光X線その場観察により、AlをドープしたHo$$_2$$Fe$$_{17}$$に負の化学圧力があることを明らかにし、単位セル体積の温度・圧力依存性を用いそれを定量的に評価した。また、磁化測定と中性子回折測定を組み合わせることで、磁気秩序に対する化学圧力と静水圧の違いを比較した。興味深いことに、圧力はNTEの抑制と増強を制御するために使用することができた。電子状態計算から、圧力がFermiレベル(EF)に対する主要バンドの上部に影響を与えたことを示しており、これは磁気安定性に影響を与え、それが磁気とNTEを調節する上で重要な役割を果たしていることがわかった。本研究は、圧力の影響を理解し、それを利用して機能性材料の特性を制御する良い例を示している。

論文

Hybridized propagation of spin waves and surface acoustic waves in a multiferroic-ferromagnetic heterostructure

Chen, J.*; 山本 慧; Zhang, J.*; Ma, J.*; Wang, H.*; Sun, Y.*; Chen, M.*; Ma, J.*; Liu, S.*; Gao, P.*; et al.

Physical Review Applied (Internet), 19(2), p.024046_1 - 024046_9, 2023/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.024046
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)

Coherent coupling in magnon based hybrid system has many potential applications in quantum information processing. Magnons can propagate in magnetically ordered materials without any motion of electrons, offering a unique method to build low-power-consumption devices and information channels free of heat dissipation. In this article, we demonstrate the coherent propagation of hybridized modes between spin waves and Love surface acoustic waves in a multiferroic BiFeO$$_{3}$$ and ferromagnetic La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_{3}$$ based heterostructure. The magneto-elastic coupling enables a giant enhancement of strength of the hybridized mode by a factor of 26 compared to that of the pure spin waves. A short wavelength down to 250 nm is demonstrated for the hybridized mode, which is desirable for nanoscale acousto-magnonic applications. Our combined experimental and theoretical analyses represent an important step towards the coherent control in hybrid magnonics, which may inspire the study of magnon-phonon hybrid systems for coherent information processing and manipulation.

論文

Study of the $$N=32$$ and $$N=34$$ 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

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.012501

The atomic masses of $$^{55}$$Sc, $$^{56,58}$$Ti, and $$^{56-59}$$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 $$^{56,58}$$Ti and $$^{56-59}$$V, the mass uncertainties have been reduced down to the order of 10 keV, shedding new light on the $$N=34$$ shell effect in Ti and V isotopes by the first high-precision mass measurements of the critical species $$^{58}$$Ti and $$^{59}$$V. With the new precision achieved, we reveal the nonexistence of the $$N=34$$ empirical two-neutron shell gaps for Ti and V, and the enhanced energy gap above the occupied $$nu$$p$$_{3/2}$$ orbit is identified as a feature unique to Ca. We perform new Monte Carlo shell model calculations including the $$nu$$d$$_{5/2}$$ and $$nu$$g$$_{9/2}$$ orbits and compare the results with conventional shell model calculations, which exclude the $$nu$$g$$_{9/2}$$ and the $$nu$$d$$_{5/2}$$ 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 $$N = 34$$.

論文

A 3D particle-based simulation of heat and mass transfer behavior in the EAGLE ID1 in-pile test

Zhang, T.*; 守田 幸路*; Liu, X.*; Liu, W.*; 神山 健司

Annals of Nuclear Energy, 179, p.109389_1 - 109389_10, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109389
 被引用回数：1 パーセンタイル：62.84(Nuclear Science & Technology)

The ID1 test was the final target test of the EAGLE experimental framework program. It was used to verify that during a core disruptive accident, the molten fuel could be discharged via wall failure of an inner duct in FAIDUS, a design concept for the sodium-cooled fast reactor. The ID1 results revealed that the wall failure behavior owed to the large heat flow from the surrounding fuel/steel mixture. The present study numerically investigated the heat transfer mechanisms in the test using the finite volume particle method in the three-dimensional domain. The thermal hydraulic behaviors during wall failure were reproduced reasonably. The present three-dimensional simulation mitigated inherent defects of our previous two-dimensional calculation and clarified that the solid fuel and liquid steel close to the outer surface of the duct can expose the duct to high thermal loads, resulting in the wall failure.

論文

Characterization and corrosion behavior of Al-added high Mn ODS austenitic steels in oxygen-saturated lead-bismuth eutectic

Haoran, W.*; Yu, H.*; Liu, J.*; 近藤 創介*; 大久保 成彰; 笠田 竜太*

Corrosion Science, 209, p.110818_1 - 110818_12, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110818
 被引用回数：1 パーセンタイル：48.61(Materials Science, Multidisciplinary)

新たに開発した、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$を形成する高Mnオーステナイト酸化物分散強化鋼(ODS)について、飽和酸素濃度下の鉛ビスマス中450$$^{circ}$$Cにて、430時間の浸漬試験を行った。非ODS鋼と比較して、ODS鋼は腐食や表面剥離に対して優れた耐性を有していた。本ODS鋼の高密度に存在する粒界が、金属元素の外方への拡散のチャネルとして機能し、元の表面から内部へ連続したCr$$_{2}$$O$$_{3}$$スケールを形成し、また、外部(Fe,Mn)酸化物スケールと内部Cr$$_{2}$$O$$_{3}$$スケールによる酸化防止と共に、Al拡散の促進は、ODS-7Al鋼中で連続的なAlリッチ酸化物スケールの形成をもたらしたため、その優れた耐食性に寄与したと考えられる。

論文

"Southwestern" boundary of the $$N = 40$$ island of inversion; First study of low-lying bound excited states in $$^{59}$$V and $$^{61}$$V

Elekes, Z.*; Juh$'a$sz, M. M.*; Sohler, D.*; Sieja, K.*; 吉田 数貴; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physical Review C, 106(6), p.064321_1 - 064321_10, 2022/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.106.064321
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Nuclear)

$$^{59}$$Vと$$^{61}$$Vの低励起準位構造を初めて探索した。$$^{61}$$Vについては中性子ノックアウト反応と陽子非弾性散乱が、$$^{59}$$Vについては中性子ノックアウト反応データが得られた。$$^{59}$$Vについては4つ、$$^{61}$$Vについては5つの新たな遷移が確認された。Lenzi-Nowacki-Poves-Sieja (LNPS)相互作用に基づく殻模型計算との比較によって、それぞれの同位体について確認されたガンマ線のうち3つが、first 11/2$$^{-}$$状態とfirst 9/2$$^{-}$$状態からの崩壊と決定された。$$^{61}$$Vについては、($$p$$,$$p'$$)非弾性散乱断面積は四重極変形と十六重極変形を想定したチャネル結合法により解析されたが、十六重極変形の影響により、明確に反転の島に属するとは決定できなかった。

論文

Extended $$p_{3/2}$$ neutron orbital and the $$N = 32$$ shell closure in $$^{52}$$Ca

Enciu, M.*; Liu, H. N.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Nowacki, F.*; 緒方 一介*; Poves, A.*; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physical Review Letters, 129(26), p.262501_1 - 262501_7, 2022/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.262501
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)

$$sim$$230MeV/nucleonでの$$^{52}$$Caからの中性子ノックアウト反応が$$gamma$$線分光と行われ、$$1f_{7/2}$$と$$2p_{3/2}$$軌道からの中性子ノックアウト反応の運動量分布が測定された。断面積は$$N=32$$の閉殻と整合し、Ca同位体での$$N=28$$と$$N=34$$閉殻と同程度に強い閉殻であることが確認された。運動量分布の分析から$$1_{f7/2}$$と$$2p_{3/2}$$軌道の平均二乗根半径の差は0.61(23)fmと決定され、これはmodified-shell-modelによる予言の0.7fmと整合した。これは、中性子過剰なCa同位体での$$2p_{3/2}$$軌道半径が大きいことが、中性子数にしたがって線形的に荷電半径が増える意外な現象の原因であることを示唆している。

論文

Rediscovery of Hall-Petch strengthening in bulk ultrafine grained pure Mg at cryogenic temperature; A Combined ${it in situ}$ neutron diffraction and electron microscopy study

Zheng, R.*; Gong, W.; Du, J.-P.*; Gao, S.*; Liu, M.*; Li, G.*; 川崎 卓郎; Harjo S.; Ma, C.*; 尾方 成信*; et al.

Acta Materialia, 238, p.118243_1 - 118243_15, 2022/10

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118243
 被引用回数：5 パーセンタイル：91.36(Materials Science, Multidisciplinary)

Grain refinement can lead to the strengthening of metallic materials according to the Hall-Petch relationship. However, our recent results suggested that grain boundary sliding is the dominant deformation mode in bulk ultrafine grained (UFG) pure Mg at room temperature, leading to softening. Here, for the first time, we report that the Hall-Petch strengthening can be regained in bulk UFG pure Mg at cryogenic temperature. At 77K, the UFG pure Mg with a mean grain size of 0.6 $$mu$$m exhibited ultrahigh tensile yield strength and ultimate tensile strength of 309 MPa and 380 MPa, respectively. Combined ${it in situ}$ neutron diffraction and electron microscopy investigation indicated that residual dislocation structures and deformation twins hardly formed in the UFG specimen during tensile test at 298K. In contrast, fast accumulation of lattice defects and remarkable reorientation were evident at 77K, suggesting that the grain-boundary-mediated process was suppressed and the plastic deformation was dominated by dislocation slip and deformation twinning. In addition, all the pure Mg specimens exhibited pronounced strain hardening at 77 K, which was mainly attributed to the suppressed grain boundary sliding and dynamic recovery. The mean dislocation density and relative fractions of dislocations with various Burgers vectors of the UFG specimen deformed at 77K were determined quantitatively from neutron diffraction data.

論文

First observation of the decay of the 13/2$$^+$$ isomer in $$^{183}$$Hg and $$B$$(${it M}$2) systematics of neutron transitions across the nuclear chart

Huang, H.*; Zhang, W. Q.*; Andreyev, A. N.; Liu, Z.*; Seweryniak, D.*; Li, Z. H.*; Guo, C. Y.*; Barzakh, A. E.*; Van Duppen, P.*; Andel, B.*; et al.

Physics Letters B, 833, p.137345_1 - 137345_8, 2022/10

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137345
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Astronomy & Astrophysics)

The decay of the 13/2$$^+$$ isomeric state in $$^{183}$$Hg was observed for the first time following the $$alpha$$ decay of the 13/2$$^+$$ isomer in $$^{187}$$Pb produced in the $$^{142}$$Nd$$(^{50}$$Cr$$, 2p3n)$$ reaction. Using $$alpha$$-$$gamma$$ delayed coincidence measurements, the half-life of this isomer was measured to be 290(30) $$mu$$s. This isomer is proposed to deexcite by an unobserved low-energy $$M$$2 transition to the known 9/2$$^-$$ member of a strongly prolate-deformed 7/2$$^-$$[514] band, followed by a 105-keV $$M$$1 transition to the bandhead. A lower limit of B($$M$$2)$$geq$$0.018 W.u. was deduced for the unobserved transition. The presumed retardation is proposed to be due to the notable shape change between the initial, nearly spherical, and the final, strongly deformed, states. A similar scenario is also considered for the 13/2$$^+$$ isomer in $$^{181}$$Hg, suggesting both are cases of shape isomers. The B($$M$$2) systematics of neutron transitions across the nuclear chart is discussed.

論文

Particle-based simulation of jet impingement behaviors

高塚 大地*; 守田 幸路*; Liu, W.*; Zhang, T.*; 中村 武志*; 神山 健司

Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 10 Pages, 2022/10

A 3D particle-based simulation code was developed to analyze jet impingement behavior, and the physical models for thermal-hydraulic interactions between molten jets and solid plates used in the code was validated by simulating existing jet impingement experiments. In addition, particle-based simulations were conducted to understand the impingement characteristics of molten MOX fuel jets on SS plates, and the erosion rate of the SS plate was evaluated. The results showed that fuel crusts formed on the plate potentially provide thermal protection and confirmed the effect of the plate erosion rate on the jet diameter under conditions where crust formation is dominant.

論文

Identification of excited states in $$^{188}$$Bi and $$^{188}$$Po

Zhang, W. Q.*; Andreyev, A. N.; Liu, Z.*; Seweryniak, D.*; Huang, H.*; 他37名*

Physical Review C, 106(2), p.024317_1 - 024317_11, 2022/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.106.024317
 被引用回数：1 パーセンタイル：58.8(Physics, Nuclear)

The neutron-deficient $$^{188}$$Bi and $$^{188}$$Po isotopes have been studied by $$gamma$$-ray spectroscopy using the recoil-decay tagging technique with the Argonne Gas-Filled Analyzer. A new 0.25(5)-micro second isomeric state and a prompt cascade formed by 319-, 366-, and 462-keV $$gamma$$ rays have been established on top of the (10$$^{-}$$) $$alpha$$-decaying isomer in $$^{188}$$Bi. The first excited (2$$^{+}$$) state in $$^{188}$$Po was identified, its excitation energy of 242(2) keV continues the nearly constant trend for the first 2$$^{+}$$ states in $$^{190,192,194}$$Po. The state is most likely a member of a prolate rotational band built on the ground state, albeit mixing with other coexisting configurations cannot be excluded. The new results obtained in the present work provide new information to shape coexistence in bismuth and polonium isotopes near the neutron midshell at $$N$$ = 104. In this mass region, a reduction in the prompt $$gamma$$-ray yield obtained with recoil decay tagging was observed for a few nuclides, and the possible reasons are presented.

論文

Modelling of the LTDE-SD radionuclide diffusion experiment in crystalline rock at the $"A$sp$"o$ Hard Rock Laboratory (Sweden)

Soler, J. M.*; Meng, S.*; Moreno, L.*; Neretnieks, I.*; Liu, L.*; Kek$"a$l$"a$inen, P.*; Hokr, M.*; $v{R}$$'i$ha, J.*; Vete$v{s}$n$'i$k, A.*; Reimitz, D.*; et al.

Geologica Acta, 20(7), 32 Pages, 2022/07

https://doi.org/10.1344/GeologicaActa2022.20.7
 被引用回数：1 パーセンタイル：65(Geology)

亀裂性岩石中の地下水流動と物質移行のモデル化に関するSKBタスクフォースにおけるTask 9Bは、スウェーデンのエスポ岩盤研究所で実施された原位置長期収着・拡散試験(LTDE-SD)の試験結果のモデル化に焦点をあてたものである。10のモデリングチームによって、異なるモデル概念やコードを用いたモデル化が実施された。モデル化のアプローチは、(1)拡散方程式の解析解、(2)連続多孔質媒体中の数値計算モデル、(3)微細な不均質性(鉱物粒界,微細亀裂の分布等)を考慮した微細構造モデルの大きく3種に分類できる。異なるチームによるモデル化結果から、岩石や亀裂の表面の擾乱影響を含む岩石特性の不均質な分布、微細な亀裂の効果など、様々な異なるモデル概念の比較・評価がなされた。

論文

Predictive modeling of a simple field matrix diffusion experiment addressing radionuclide transport in fractured rock. Is it so straightforward?

Soler, J. M.*; Neretnieks, I.*; Moreno, L.*; Liu, L.*; Meng, S.*; Svensson, U.*; Iraola, A.*; Ebrahimi, K.*; Trinchero, P.*; Molinero, J.*; et al.

Nuclear Technology, 208(6), p.1059 - 1073, 2022/06

https://doi.org/10.1080/00295450.2021.1988822
 被引用回数：2 パーセンタイル：48.75(Nuclear Science & Technology)

SKBタスクフォースは、亀裂性岩石中の地下水流動と物質移行のモデル化に関する国際フォーラムである。WPDE試験はフィンランドのオンカロ地下施設において実施された片麻岩中のマトリクス拡散試験である。複数の非収着性及び収着性のトレーサーを含む模擬地下水が試錐孔の試験区間に沿って注入された。タスク9Aは、WPDE試験で得られたトレーサー破過曲線に対する予測モデリングを行うことを目的とした。複数のチームが本タスクに参加し、異なるモデル化手法とコードを用いた予測解析を行った。この予測解析の重要な結論は、試錐孔の開口部における地下水流動に関連する分散パラメータにモデル化結果が大きく影響されることである。マトリクス拡散及び収着に関連する破過曲線のテール部に着目すると、異なるチーム間の解析結果の差異は相対的に小さい結果となった。

論文

First observation of a shape isomer and a low-lying strongly-coupled prolate band in neutron-deficient semi-magic $$^{187}$$Pb

Zhang, W. Q.*; Andreyev, A. N.; Liu, Z.*; Seweryniak, D.*; Huang, H.*; Li, Z. H.*; Li, J. G.*; Guo, C. Y.*; 他34名*

Physics Letters B, 829, p.137129_1 - 137129_7, 2022/06

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137129
 被引用回数：3 パーセンタイル：88.82(Astronomy & Astrophysics)

Prompt and delayed $$gamma$$-ray spectroscopy of the neutron-deficient, semi-magic isotope $$^{187}$$Pb has been performed at the Argonne Gas-Filled Analyzer. A new 5.15(15)-$$mu$$s isomeric state at only 308 keV above the spherical 3/2$$^{-}$$ ground state is identified and classified as a shape isomer. A strongly-coupled band is observed on top of the isomer, which is nearly identical to the one built on the prolate 7/2$$^{-}$$[514] Nilsson state in the isotone $$^{185}$$Hg. Based on this similarity and on the result of the potential-energy surface calculations, the new isomer in $$^{187}$$Pb is proposed to originate from the same configuration. The retarded character of the 308-keV transition can be well explained by the significant difference between the prolate parent and spherical daughter configurations, leading to the shape isomerism. The combined results of the present work and the previous $$alpha$$-decay and laser spectroscopy studies present evidence for triple shape coexistence at low energy in the negative-parity configurations of $$^{187}$$Pb, which is well reproduced by the potential-energy surface calculations.

論文

A First glimpse at the shell structure beyond $$^{54}$$Ca; Spectroscopy of $$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, and $$^{57}$$Ca

小岩井 拓真*; Wimmer, K.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Barbieri, C.*; Duguet, T.*; Holt, J. D.*; 宮城 宇志*; Navr$'a$til, P.*; 緒方 一介*; et al.

Physics Letters B, 827, p.136953_1 - 136953_7, 2022/04

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.136953
 被引用回数：2 パーセンタイル：79.5(Astronomy & Astrophysics)

中性子過剰核$$^{54}$$Caでは、新魔法数34が発見されて以来、その構造を知るために多くの実験がなされてきたが、それを超える中性子過剰核の情報は全く知られてこなかった。本論文では、理化学研究所RIBFにて$$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, $$^{57}$$Caの励起状態から脱励起するガンマ線を初めて観測した結果を報告した。それぞれ1つのガンマ線しか得られなかったものの、$$^{55}$$Kおよび$$^{55}$$Caのデータは、それぞれ、陽子の$$d_{3/2}$$と$$s_{1/2}$$軌道間のエネルギー差、中性子の$$p_{1/2}$$と$$f_{5/2}$$軌道間のエネルギー差を敏感に反映し、両方とも最新の殻模型計算によって200keV程度の精度で再現できることがわかった。また、1粒子状態の程度を特徴づける分光学的因子を実験データと歪曲波インパルス近似による反応計算から求め、その値も殻模型計算の値と矛盾しないことがわかった。

論文

Achieving excellent mechanical properties in type 316 stainless steel by tailoring grain size in homogeneously recovered or recrystallized nanostructures

Liu, M.*; Gong, W.; Zheng, R.*; Li, J.*; Zhang, Z.*; Gao, S.*; Ma, C.*; 辻 伸泰*

Acta Materialia, 226, p.117629_1 - 117629_13, 2022/03

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117629
 被引用回数：15 パーセンタイル：98.62(Materials Science, Multidisciplinary)

One hopeful path to realize good comprehensive mechanical properties in metallic materials is to accomplish homogeneous nanocrystalline (NC) or ultrafine grained (UFG) structure with low dislocation density. In this work, high pressure torsion deformation followed by appropriate annealing was performed on 316 stainless steel (SS). For the first time, we successfully obtained NC/UFG 316 SS having uniform microstructures with various average grain sizes ranging from 46 nm to 2.54 $$mu$$m and low dislocation densities. Among the series, an un-precedentedly high yield strength (2.34 GPa) was achieved at the smallest grain size of 46 nm, in which dislocation scarcity induced hardening accounting for 57% of the strength. On the other hand, exceptional strength-ductility synergy with high yield strength (900 MPa) and large uniform elongation (27%) was obtained in the fully recrystallized specimen having the grain size of 0.38 $$mu$$m. The high yield stress and scarcity of dislocation sources in recrystallized UFGs activated stacking faults and deformation twins nucleating from grain boundaries during straining, and their interaction with dislocations allowed for sustainable strain hardening, which also agreed with the plaston concept recently proposed. The multiple deformation modes activated, together with the effective strengthening mechanisms, were responsible for the outstanding comprehensive mechanical performance of the material.

論文

原子炉における機構論的限界熱流束評価技術の確立に向けて,2; 機構論的限界熱流束予測評価手法確立に向けた研究とその課題

大川 富雄*; 森 昌司*; Liu, W.*; 小瀬 裕男*; 吉田 啓之; 小野 綾子

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 63(12), p.820 - 824, 2021/12

https://doi.org/10.3327/jaesjb.63.12_820

原子炉設計における効率的な燃料設計および最適な安全評価のために、機構論に基づいた限界熱流束評価技術が望まれている。この長年の技術課題は、近年の詳細解析技術及び計測技術の体系的統合を段階的に進めることで、打開できる可能性がある。このため本研究専門委員会では、将来的な限界熱流束評価技術の構築に向けて、過去の膨大な研究を精査することで必要な知見を整理する。これらの議論を通して、原子炉における機構論的限界熱流束評価技術に必要な研究課題を提示する。Part2では、これまでの限界熱流束機構に関する基礎研究や限界熱流束の予測手法確立に必須な数値解析手法の発展にふれ、課題提起を行う。

論文

Comparisons between passive RCCSs on degree of passive safety features against accidental conditions and methodology to determine structural thickness of scaled-down heat removal test facilities

高松 邦吉; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*

Annals of Nuclear Energy, 162, p.108512_1 - 108512_10, 2021/11

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108512
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)

受動的安全性を持つRCCSは、大気を冷却材として使用するため、冷却材を喪失することはないが、大気の擾乱の影響を受けやすいという欠点がある。大気放射を利用したRCCSと、大気自然循環を利用したRCCSを実用化するためには、想定される自然災害や事故状態を含むあらゆる状況下で、常に原子炉からの発熱を除去できるのか、安全性を評価する必要がある。本研究では、2種類の受動的RCCSについて、熱除去のための受動的安全性の大きさを同一条件で比較した。次に、自然災害により自然対流による平均熱伝達率が上昇するなどの偶発的な条件をSTAR-CCM+でシミュレーションし、除熱量の制御方法を検討した。その結果、受動的安全性に優れ、伝熱面の除熱量を制御できる、大気放射を利用したRCCSが優れていることを明示できた。最後に、自然対流と輻射を再現するためにスケールダウンした除熱試験装置の肉厚(板厚)を決定する方法を見出し、加圧室及び減圧室を用いた実験方法も提案した。

論文

The $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross section from the surrogate ratio method and its effect on the $$^{60}$$Fe nucleosynthesis

Yan, S. Q.*; Li, X. Y.*; 西尾 勝久; Lugaro, M.*; Li, Z. H.*; 牧井 宏之; Pignatari, M.*; Wang, Y. B.*; Orlandi, R.; 廣瀬 健太郎; et al.

Astrophysical Journal, 919(2), p.84_1 - 84_7, 2021/10

https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac12ce
 被引用回数：1 パーセンタイル：14.74(Astronomy & Astrophysics)

The long-lived $$^{60}$$Fe (with a half-life of 2.62 Myr) is a crucial diagnostic of active nucleosynthesis in the Milky Way galaxy and in supernovae near the solar system. The neutron-capture reaction $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe on $$^{59}$$Fe (half-life=44.5 days) is the key reaction for the production of $$^{60}$$Fe in massive stars. This reaction cross section has been previously constrained by the Coulomb dissociation experiment, which offered partial constraint on the E1 $$gamma$$-ray strength function but a negligible constraint on the M1 and E2 components. In this work, for the first time, we use the surrogate ratio method to experimentally determine the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross sections in which all the components are included. We derived a Maxwellian-averaged cross section of 27.5$$pm$$3.5 mb at $$kT$$ = 30 keV and 13.4$$pm$$1.7 mb at $$kT$$ = 90 keV, roughly 10%-20% higher than previous estimates. We analyzed the impact of our new reaction rates in nucleosynthesis models of massive stars and found that uncertainties in the production of $$^{60}$$Fe from the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe rate are at most 25$$%$$. We conclude that stellar physics uncertainties now play a major role in the accurate evaluation of the stellar production of $$^{60}$$Fe.

論文

A 3D particle-based analysis of molten pool-to-structural wall heat transfer in a simulated fuel subassembly

Zhang, T.*; 守田 幸路*; Liu, X.*; Liu, W.*; 神山 健司

Extended abstracts of the 2nd Asian Conference on Thermal Sciences (Internet), 2 Pages, 2021/10

日本のナトリウム冷却高速炉では、高速炉の炉心損傷事故における大規模炉心プール形成による再臨界を回避する方策として、内部ダクト付き燃料集合体(FAIDUS)が提案されている。本研究では、FAIDUSの有効性を実証するために実施されたEAGLE ID1炉内試験を対象に3次元粒子粒子法シミュレーションを行い、溶融燃料/スティールの混合プールからダクト壁への熱伝達機構を明らかにするための解析的検討を行った。

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