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小林 大輝*; 小松 一生*; 伊藤 颯*; 町田 真一*; 服部 高典; 鍵 裕之*
Journal of Physical Chemistry C, 130(25), p.8795 - 8805, 2026/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)氷IVは、氷の高圧下における準安定相であり、水から結晶化することは極めて稀であるため、「ウィル・オ・ザ・ウィスプ(幻灯)」という愛称で呼ばれており、これは氷の不安定で幽霊のような形態を表している。本研究では、水-油エマルジョンを用いた実験により、0.45GPaから1.1GPaの圧力下において、液体の水が均一核生成温度(
)で再現性よく、かつ選択的に氷IVへと結晶化することを報告する。圧力による氷Ihの融解とそれに続く再結晶化を追跡することで、以下であっても液体の水が優先的に氷IVへと結晶化することを示した。乳化氷試料における高い静水圧状態と結晶成長の抑制により、中性子回折法を用いて氷IVおよびその潜在的な水素配列状態の両方について、信頼性の高い構造解析を行うことができた。実験で達成可能な配列度は極めて低く、結晶化方法にほとんど依存しなかった。
-iron at high pressures determined using 
neutron diffraction青木 勝敏*; 高野 将大*; 福山 鴻*; 鍵 裕之*; 町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*
Physical Review B, 113(18), p.184440_1 - 184440_6, 2026/05
被引用回数：1 パーセンタイル：78.36(Materials Science, Multidisciplinary)体心立方(bcc)-鉄の磁気モーメントの温度依存性をその場中性子粉末回折法を用いて、約2GPaおよび6GPaの圧力下で300
950Kの範囲において調べた。磁気散乱の相対寄与を高めるため、中性子散乱長が天然Feの約半分である
Fe同位体が用いられた。キュリー温度(
)は、2.1GPa, 6.0GPa, 6.7GPaでそれぞれ946(30)K、838(50)K、740(40)Kと決定され、(K) = 1043 - 49(7)
+ 1.3(1.2)
で表される磁気相境界が決定された。6.7GPaで加熱すると、磁気転移に続いて
構造転移が観測された。この結果は、磁気相境界が相境界の低温側に位置することを示している。したがって、転移は、常磁性bcc鉄から常磁性fcc鉄への構造変化に対応する。
Kim, M.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; Malins, A.*; 阿部 智久; 中間 茂雄; 町田 昌彦; 斎藤 公明
Journal of Environmental Radioactivity, 294, p.107931_1 - 107931_8, 2026/03
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Environmental Sciences)福島第一原子力発電所近傍の居住地域で、除染以外の人間活動(交通など)が空間線量率に与える影響を、現地調査とシミュレーションにより定量評価した。現地調査では、
Cs沈着量と交通量を収集したところ、交通量が多い地域ほどCs沈着量の減少が顕著であることが確認され、車両の移動などがセシウムのウェザリングを促進する可能性が示唆された。3D-ADRESによるモンテカルロシミュレーションでも、人間活動が舗装面の空間線量率低下を加速し、最大約50%の減少が見られた。これにより、除染以外の人為的活動が空間線量率低下に大きく寄与することが明らかになった。
町田 昌彦; 山田 進; 吉田 亨*; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*; 古立 直也*
Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 15 Pages, 2026/03
The decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F) has been a long-standing wish of the residents and municipalities of Fukushima Prefecture, as well as a national crucial issue for the people of Japan. However, there have been numerous technical challenges associated with the actual decommissioning process. Then, resolving their problems and ensuring steady progress have been widely expected. Concurrently, the decommissioning of a nuclear power plant that experienced a severe accident has drawn global attention from nuclear professionals, scientists, and engineers, and international collaboration and knowledge integration have been strongly recommended. To respond such situations, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), in collaboration with Tokyo Electric Power Company and other relevant organizations responsible for the decommissioning projects, has been conducting research and development with aiming at solving key technical issues associated with the decommissioning of 1F. This paper introduces a part of the research and development activities led by JAEA. The main topic of the present paper includes results from a government-commissioned R&D program. Now, one of the most critical challenges in the 1F decommissioning program is regarded as the safe retrieval of fuel debris that melted and relocated during the accident, and the subsequent treatment and disposal of this material as radioactive waste. To achieve this goal, improving the radiation environment in the working areas is now an essential R&D priority to ensure that retrieval operations can be carried out safely and efficiently.
Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 曽山 和彦; 小山 富男*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1075, p.170425_1 - 170425_9, 2025/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)A current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) is a novel superconducting detector to construct a neutron transmission imaging system. The characteristics of a superconducting neutron detector have been systematically studied to improve spatial resolution of our CB-KID neutron detector. In this study, we investigated the distribution of spatial resolutions under different operating conditions and examined the homogeneity of spatial resolutions in the detector in detail. We found that controlling the detector temperature precisely enough to realize stable propagation velocities of the signals in the detector to achieve the best spatial resolution with a delay-line CB-KID technique.
町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 青木 勝敏*; 小松 一生*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*; 町田 真一*; 佐藤 豊人*; 折茂 慎一*
Physical Review B, 111(22), p.224413_1 - 224413_6, 2025/06
被引用回数：1 パーセンタイル：24.47(Materials Science, Multidisciplinary)Mn金属を高温高圧で水素化することにより形成される反強磁性Mn重水素化物、fcc
-MnDxとhcp
-MnDxの結晶構造と磁気構造をin-situ中性子粉末回折により調べた。重水素原子はfcc及びhcp金属格子の八面体格子間を部分的に占有していた。N
el温度は-MnD
で543(10)Kであった。-MnD
では、飽和磁気モーメントは0.82(1)
、Nel温度は347(3)Kであった。-MnDと-MnDについて決定されたNel温度は、以前の研究で提案されたそれぞれのSlater-Pauling曲線によって予測されたものと一致した。更新されたNel温度は、電子バンド構造計算に基づくより正確なSlater-Pauling曲線の開発に示唆を与える。
青木 勝敏*; 町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 服部 高典
高圧力の科学と技術, 35(1), p.4 - 11, 2025/03
鉄は水素と反応して、高温高圧下で体心立方、面心立方、六方最密充填、二重六方最密充填構造の固溶体を形成する。中性子回折は、金属格子中に溶解した水素原子の占有位置と占有率を決定するための最も強力なツールである。水素の占有位置や占有率を含む構造パラメータは、中性子回折データのリートベルト解析によって精密化される。本原稿では、10年以上にわたって蓄積してきた鉄水素化物のリートベルト精密化に関するノウハウを紹介する。
山下 恵史朗*; 小松 一生*; 服部 高典; 町田 真一*; 鍵 裕之*
Acta Crystallographica Section B; Structural Science, Crystal Engineering and Materials (Internet), 80(6), p.695 - 705, 2024/12
被引用回数：4 パーセンタイル：62.80(Chemistry, Multidisciplinary)これまで、水に富む塩化マグネシウム水和物系列(MgCl
HO)では奇数の水和数nを持つものは欠落していた。本研究において、2GPa以上の高圧と300K以上の高温で生成する塩化マグネシウム七水和物、MgCl7HO (or MgCl7DO)を同定した。その結晶構造は、2.5GPa, 298Kでのその場単結晶X線回折と3.1GPa, 300Kでのその場粉末中性子回折の組み合わせによって決定された。単結晶試料では、望ましくない結晶相の核生成を防ぐためにアルコールを混合して成長させた。得られた結果は、水分子の配向乱れを示しており、密度汎関数理論計算によっても検証された。この乱れには水素結合の再結合が関与しており、水の高圧氷相や既知の乱れた塩水和物とは異なっていた。圧縮による収縮は主に一方向に起こる。この最も圧縮しやすい方向に垂直な面では、酸素原子と塩素原子が六角形状に配列していた。
藤澤 唯太*; Krishnadas, A*; 中村 友謙*; Hsu, C.-H.*; Smith, B.*; Pardo-Almanza, M*; 比屋根 芳周*; Chang, G.*; 永井 佑紀; 町田 理*; et al.
Physical Review B, 110(22), p.224511_1 - 224511_5, 2024/12
被引用回数：2 パーセンタイル：19.34(Materials Science, Multidisciplinary)エキゾチックな超伝導体の超伝導磁束の振る舞いを明らかにすることは、今後のデバイス開発にとって重要である。超伝導体LiTi
O
(111)の薄膜を作製し、磁場中での電子状態を走査型トンネル顕微鏡によって観測した。その際、接合部分の曲率に応じて超伝導磁束の状態が大きく変化することがわかった。そして、その変化は理論計算によっても確かめられた。この結果は、Josephson磁束を実験的な構造変化によってコントロールできる可能性を示唆しており、今後の新たなデバイス開発において重要な結果となるだろう。
Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 曽山 和彦; 小山 富男*; et al.
IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 19(11), p.1888 - 1894, 2024/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Engineering, Electrical & Electronic)We proposed a novel superconducting detector called the current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) for constructing a neutron transmission imager. We systematically studied the characteristics of the CB-KID to improve spatial resolution down to 10 
m in transmission imaging. By analyzing neutron transmission spectra from 1 meV to 500 keV, we identified copper (Cu) and iron (Fe) as major components in commercial nuts and screws. Additionally, we successfully mapped the distribution of the SmSn
compound using selective energy regions of pulsed neutrons and the CB-KID detector. It can reveal transmission spectra across a wide range of energies, from cold-neutron energies (meV) to higher neutron energies (up to 500 keV).
町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 杉本 秀彦*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 遠藤 成輝*; 片山 芳則*; 飯塚 理子*; 佐藤 豊人*; 松尾 元彰*; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.8861_1 - 8861_2, 2024/10
被引用回数：3 パーセンタイル：95.26(Multidisciplinary Sciences)前回の論文(Nature Commun. 5, 5063 (2014))では、988Kと6.3GPaで収集した中性子粉末回折パターンのリートベルト精密化によって、fcc Fe金属格子に溶解したD原子のサイト占有率を調べた。fcc金属格子には、八面体サイトと四面体サイトの2つのD原子収容可能な格子間サイトがある。リートベルト精密化により、D原子は主に八面体サイトを0.532占有し、わずかに四面体サイトを0.056占有することがわかった。その後、Antonov (Phys. Rev. Mater. 2019))による密度汎関数理論(DFT)計算の結果、四面体サイトの占有エネルギーは八面体サイトの占有エネルギーよりも著しく高く、988Kの高温でも四面体サイトの占有は起こりにくいことがわかった。消衰補正は粉末回折パターンに適用されることはまれであり、前回の精密化には含まれていなかった。その結果、八面体の占有率は0.60に増加し、四面体の占有率はゼロに減少した。D原子の八面体サイトのみの占有は、以前の結果とは対照的ではあるが、DFT計算と一致している。
町田 昌彦; 山田 進; Kim, M.; 田中 伶詞*; 飛田 康弘*; 岩田 亜矢子*; 青木 勇斗; 青木 和久; 柳澤 憲一*; 山口 隆司; et al.
RIST News, (70), p.3 - 22, 2024/09
福島第一原子力発電所(1F)建屋内には、原子炉内から漏洩した放射性物質の汚染により高い放射線量を示す地点が多数存在し、廃炉作業を円滑に進める上での大きな障害となっている。日本原子力研究開発機構(JAEA)は、この課題解決に貢献するため、経済産業省の廃炉・汚染水対策事業費補助金「原子炉建屋内の環境改善のための技術開発(被ばく低減のための環境・線源分布のデジタル化技術の高機能化開発)」を受託し、令和(R)5年度4月より、廃炉屋内の放射線環境改善に係るデジタル技術の研究開発事業を進めている。本事業では、前期事業(R34年度実施)にて開発した3 D-ADRES-Indoor(プロトタイプ)を発展させ、現場で活用可能な高速デジタルツイン技術より成るFrontEnd、1F新事務本館等の居室で詳細解析を行うPro、そして、収集したデータ及び解析したデータを集中管理するデータベースの役割を果たすBackEndの3つの連携システムの開発を目標としている。本報告では、この3つの連携システムの中でも現場で活用するシステムとして、点群測定後、迅速に3Dメッシュモデルを作成し、線量率の計測結果から線源を逆推定し、その推定線源の位置や強度を更に高精度化する計算技術(再観測指示と再逆推定)を有するFrontEndを中心に、その開発状況について報告し、その検証結果として5号機での試験結果を示す。また、簡単に当該事業の今後の研究開発の計画も報告する。
He, X.*; 鍵 裕之*; 小松 一生*; 飯塚 理子*; 岡島 元*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 後藤 弘匡*; et al.
Journal of Molecular Structure, 1310, p.138271_1 - 138271_8, 2024/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)重水素化ヒドロキシフルオロマグネシウム[理想組成はMg(OD)F]のO-D
F水素結合の高圧応答を中性子粉末回折とラマン分光法を用いて調べた。常温でのリートベルト解析の結果、化学組成はMg(OD)
F
であり、結晶構造中で水酸基/フッ素(OD/F)が無秩序化して、2つの水素結合配置が生じていることが分かった。構造解析の結果、水素結合配置は9.8GPaまで維持され、圧力による水素結合の強化は見られなかった。常圧でのラマンスペクトルでは、2613, 2694, 2718cm
に3つの水酸基伸縮バンドが観測された。O-D伸縮モードの周波数が高いことから、ヒドロキシル基は弱い水素結合相互作用、あるいは水素結合を持たないことが示唆された。20.2GPaまでは、2694cmを中心とするモードは圧力によってブルーシフトを示し、水素結合は圧縮されても強化されないことが明らかになった。これは、中性子回折の結果と一致した。水素結合の存否と、常圧および高圧での水酸基のブルーシフトの原因について議論した。
Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 曽山 和彦; 小山 富男*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 2776, p.012009_1 - 012009_9, 2024/06
We optimized the design and operating conditions of our superconducting neutron detector to improve spatial resolution. We obtained the best spatial resolution of 10 m when a Gd Siemens star pattern was mounted at close contact with the detector in the cryostat. We compared the effect of a different sample-detector distance on a spatial resolution when the samples were placed either at cryogenic temperature or at room temperature. We found the appearance of clear Bragg dips by the measurements of natural FeS single crystals and succeeded in mapping the distribution of differently-oriented crystals by choosing several Bragg dips of the FeS crystals to compose the transmission images.
O ice observed by neutron diffraction小松 一生*; 服部 高典; Klotz, S.*; 町田 真一*; 山下 恵史朗*; 伊藤 颯*; 小林 大輝*; 入舩 徹男*; 新名 亨*; 佐野 亜沙美; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.5100_1 - 5100_7, 2024/06
被引用回数：27 パーセンタイル：86.23(Multidisciplinary Sciences)水素結合の対称化とは、水素原子が水素結合の中心に位置する現象である。理論的研究により、氷VIIの水素結合は、圧力が増加するにつれて、水素の分布を変化させながら、いくつかの中間状態を経て、最終的に対称化すると予測されている。これまで、多くの実験的研究が行われてきたにもかかわらず、その水素の位置や転移圧力は一貫していない。われわれは、100GPa以上の圧力で中性子回折実験を行い、氷中の水素分布を決定し、隣接酸素間での分布が80GPa付近で2つから1つになり水素結合が対称化することを世界で初めて観測した。
加藤 正人; 沖 拓海; 渡部 雅; 廣岡 瞬; Vauchy, R.; 小澤 隆之; 上羽 智之; 生澤 佳久; 中村 博樹; 町田 昌彦
Journal of the American Ceramic Society, 107(5), p.2998 - 3011, 2024/05
被引用回数：8 パーセンタイル：44.67(Materials Science, Ceramics)Herein, a science-based uranium and plutonium mixed oxide (MOX) property model (Sci-M Pro) is derived for determining properties of MOX fuel and analyzing their performance as functions of Pu content, minor-actinide content, oxygen-to-metal ratio, and temperature. The property model is constructed by evaluating the effect of phonons and electronic defects on heat capacity and thermal conductivity of MOX fuels. The effect of phonons was evaluated based on experimental datasets related to lattice parameter, thermal expansion, and sound speeds. Moreover, the effect of electronic defects was determined by analyzing oxygen-potential data based on defect chemistry. Furthermore, the model evaluated the effect of the Bredig transition on the thermal properties of MOX fuel by analyzing the irradiation test results. The derived property model is applied to the performance code to analyze fast reactor fuel pins.
Kim, M.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; Malins, A.*; 阿部 智久; 中間 茂雄; 町田 昌彦; 斎藤 公明
環境放射能除染学会誌, 12(2), p.39 - 53, 2024/04
東京電力福島第一原子力発電所事故から10年以上が経過したが、特定復興再生拠点など除染の進展に伴い避難指示が解除され、住民の帰還が今も継続している。このような現状の中、除染・耕作活動による空間線量率の低減効果を定量的に評価するために、福島県大熊町に位置する実エリアに対して 放射線量の詳細分布の推定を可能にする計算システム3D-ADRESを活用し、環境中の線源分布を詳細に再現するモデルを構築した。構築されたモデルを用いてモンテカルロシミュレーションを行い、観測に基づいた実際的な放射性Csの分布およびその時間に伴う変化を反映した空間線量率の計算を行った。その結果、対象地域に対し除染・耕作活動に応じた地上100cm空間線量率の面的な空間線量率分布が計算された。空間線量率の計算結果は、実測値を良く再現でき、除染や耕作の影響評価に本手法が妥当であることが確認された。この手法は、まだ立ち入りなどが制限されている一部の帰還困難区域において今後さらに除染などの線量率を低減させるための対策を進めていく際に参考になることが期待される。
山田 進; 吉田 亨*; 長谷川 幸弘*; 町田 昌彦
Proceedings of Waste Management Symposia 2024 (WM2024) (Internet), 15 Pages, 2024/03
原子炉建屋の廃炉を安全に行うためには、放射線源分布の位置を特定することが非常に重要になる。これまでにも、同じ形状のセルで表現されているモデルに対して、LASSOを用いることで観測した空間線量から線源分布を推定できることが報告されている。さらに、セルが同じ形状でない場合でも、隣接セル間の濃度差を考慮した評価関数をfused LASSOを用いて最小化することで分布の推定ができる。しかし、モデルの構造データの精度の関係で、あるセル群が周囲のセル群と接していないとみなされている場合、そのようなセル群において推定される線源濃度が非常に高くなることかある。この問題を避けるため、新しい評価関数を提案し、テスト問題でその有効性を確認した。さらに、この提案した評価関数を用いることで、原子力機構のJMTRのプールカナル循環系機器室の線源分布をこれまでよりも正確に推定することに成功した。
石田 武和*; Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 小山 富男*; et al.
Journal of Low Temperature Physics, 214(3-4), p.152 - 157, 2024/02
被引用回数：1 パーセンタイル：8.64(Physics, Applied)We built a new cryostat to apply a current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) for conducting neutron transmission imaging of room temperature samples under pulsed neutrons. A Wood's metal alloy of melting temperature 75.2
C was placed at room temperature to inspect the measurement system at J-PARC. Since one of the four phases of Wood's metal is a fine Cd-rich needle phase (width 25 m and length 5 mm), it is suitable for observing fine mosaic structure selectively by neutron imaging. The spatial resolution of the CB-KID imager was estimated as 10 m by using a Gd Siemens-star pattern. The CB-KID system is useful to conduct transmission imaging for various materials rather easily at room temperature.
松山 嗣史*; 五十嵐 萌々*; 安田 天*; 村上 昌史; 吉田 幸彦; 林 和則*; 町田 昌彦; 辻 幸一*
Analytical Chemistry, 9 Pages, 2024/01
Micro-X-ray fluorescence (M-XRF) image is applied for obtaining elemental images of various samples. When elemental distributions are obtained by M-XRF analysis, a long measurement time is required. In this study, Bayesian estimation was applied to M-XRF analysis for clear elemental distribution. Bayesian estimation is based on the conditional probability, its prediction is performed by the likelihood function and prior distribution. Likelihood function and prior distribution were defined as Poisson distribution and the relationship between the count rate and its frequency, respectively. Prior distribution was prepared from the sum spectrum. For obtaining the optimal value, the expected value of the posterior distribution was selected. 2-euro and Japanese 500-yen coins were measured by M-XRF analysis. To evaluate this method, mean squared errors (MSEs) and peak signal to noise ratios (PSNRs) were calculated for elemental images with and without Bayesian estimation. Elemental distributions in a long-time measurement were selected as right elemental distribution for MSE and PSNR. MSE and PSNR values of elemental distributions of 2-euro coin were improved by using Bayesian estimation compared to those without Bayesian estimation. We can obtain the similar results for 500-yen coin. Therefore, it was seen that a quality of elemental distributions was improved by applying M-XRF images to Bayesian estimation.
