J-PARC照射後試験施設概念検討

斎藤 滋; 明午 伸一郎; 牧村 俊助*; 平野 幸則*; 堤 和昌*; 前川 藤夫

JAEA-Technology 2023-025, 48 Pages, 2024/03

JAEA-Technology-2023-025.pdf:3.11MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、原子力発電に伴い発生する高レベル放射性廃棄物の減容化・有害度低減のため、加速器を使った核変換の研究開発として加速器駆動システム(ADS; Accelerator-Driven Systems)の開発を進めている。ADSの設計に必要な材料照射データベースを作成し、鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic)中での照射効果について研究するため、J-PARCに陽子照射施設の検討を進めている。この陽子照射施設では、LBEの核破砕ターゲットに250kWの陽子ビームを入射し、ADSの構造材候補材についてLBE流動下での照射試験を実施する他、半導体ソフトエラー試験、医療用RI製造、陽子ビーム利用などを行う計画である。これらのうち照射済み試料の照射後試験(PIE; Post Irradiation Examination)とRIの分離精製は、陽子照射施設に付属して建設されるPIE施設において実施される。本PIE施設では、J-PARCの他の施設において照射された機器や試料のPIEも実施される予定である。本報告書は、この照射後試験施設の概念構築に必要な照射後試験項目、試験フロー、設備、試験装置等の検討を行い、施設内の配置案をまとめたものである。

Measurement of displacement cross-sections of copper and iron for proton with kinetic energies in the range 0.4 - 3 GeV

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(10), p.1141 - 1151, 2020/10

https://doi.org/10.1080/00223131.2020.1771453

加速器駆動型核変換システム(ADS)等の陽子ビーム加速器施設におけるビーム窓などの構造材の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(dpa)が損傷指標として広く用いられる。dpaの評価は弾き出し断面積に基づいて行われるものの、20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対する弾き出し断面積の実験データは乏しく、計算モデルの間でも約8倍の差が存在している。このため、弾き出し断面積を実験的に取得するのは計算に用いるモデルの評価のために重要となる。弾き出し断面積の取得のため、J-PARCの加速器施設において、0.4-3GeVにわたる陽子エネルギー領域における銅と鉄の断面積を測定した。弾き出し断面積は、損傷を保持するために極低温に冷却された試料における、陽子ビームに金する抵抗率変化により得ることができる。本測定で得られた実験結果を元に、計算モデルの比較検討を行った。広く用いられているNorgertt-Robinson-Torrens (NRT)モデルは、実験値を3.5倍過大評価することが判明した。一方、近年の分子動力学に基づく非熱的再結合補正(arc)モデルは実験値をよく再現したため、銅と鉄の損傷評価にはarcモデルを使うべきであると結論づけられた。

Measurement of displacement cross section of structural materials utilized in the proton accelerator facilities with the kinematic energy above 400 MeV

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*

JPS Conference Proceedings (Internet), 28, p.061004_1 - 061004_6, 2020/02

https://doi.org/10.7566/JPSCP.28.061004

核変換システム等の陽子加速器施設では、標的や窓等の構造材に関する損傷の評価が重要となる。構造材の損傷評価には、原子あたりの弾き出し数(DPA)が広く用いられており、カスケードモデルに基づく計算で得られた弾き出し断面積に粒子束を乗ずることで得られる。DPAによる損傷評価は広く一般的に用いられているものの、20MeV以上のエネルギー範囲における陽子に対する弾き出し断面積の実験データは十分でなく、計算モデル間で約8倍異なることが報告されており構造材の弾き出し断面積の実験データ取得が重要となる。そこで、我々はJ-PARCセンターの3GeV陽子加速器施設を用い、400MeV以上のエネルギー範囲の陽子の弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し損傷断面積は、冷凍機で極低温(4K)に冷却された試料に陽子ビームを照射し、照射に伴う抵抗率の変化により得ることができる。実験で得られた断面積とPHITSコードに一般的に用いられるNRTモデルを用いて計算した結果、計算は実験を3倍程度過大評価を示した。一方、Nordlund等による最新モデルの結果は実験をよく再現し、これまでのNRTモデルに基づく標的等の弾き出し損傷は過大評価していることが明らかになった。

Magnetization dynamics and its scattering mechanism in thin CoFeB films with interfacial anisotropy

岡田 篤*; He, S.*; Gu, B.; 金井 駿*; Soumyanarayanan, A.*; Lim, S. T.*; Tran, M.*; 森 道康; 前川 禎通; 松倉 文礼*; et al.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 144(15), p.3815 - 3820, 2017/04

http://doi.org/10.1073/pnas.1613864114

Studies of magnetization dynamics have incessantly facilitated the discovery of fundamentally novel physical phenomena, making steady headway in the development of magnetic and spintronics devices. The dynamics can be induced and detected electrically, offering new functionalities in advanced electronics at the nanoscale. However, its scattering mechanism is still disputed. Understanding the mechanism in thin films is especially important, because most spintronics devices are made from stacks of multilayers with nanometer thickness. The stacks are known to possess interfacial magnetic anisotropy, a central property for applications, whose influence on the dynamics remains unknown. Here, we investigate the impact of interfacial anisotropy by adopting CoFeB/MgO as a model system. Through systematic and complementary measurements of ferromagnetic resonance (FMR) on a series of thin films, we identify narrower FMR linewidths at higher temperatures. We explicitly rule out the temperature dependence of intrinsic damping as a possible cause, and it is also not expected from existing extrinsic scattering mechanisms for ferromagnets. We ascribe this observation to motional narrowing, an old concept so far neglected in the analyses of FMR spectra. The effect is confirmed to originate from interfacial anisotropy, impacting the practical technology of spin-based nanodevices up to room temperature.

Generation of spin currents by surface plasmon resonance

内田 健一*; 安立 裕人; 菊池 大介*; 伊藤 俊*; Qiu, Z.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 6, p.5910_1 - 5910_8, 2015/01

https://doi.org/10.1038/ncomms6910

Surface plasmons, free-electron collective oscillations in metallic nanostructures, provide abundant routes to manipulate light; electron interactions that can localize light energy and alter electromagnetic field distributions at subwavelength scales. The research field of plasmonics thus integrates nano-photonics with electronics. In contrast, electronics is also entering a new era of spintronics, where spin currents play a central role in driving devices. However, plasmonics and spin-current physics have so far been developed independently. Here we report the generation of spin currents by surface plasmon resonance. Using Au nanoparticles embedded in Pt/BiYFeO bilayer films, we show that, when the Au nanoparticles fulfill the surface-plasmon-resonance conditions, spin currents are generated across the Pt/BiYFeO interface.

Separation of longitudinal spin Seebeck effect from anomalous Nernst effect; Determination of origin of transverse thermoelectric voltage in metal/insulator junctions

吉川 貴史*; 内田 健一*; 大門 俊介*; 塩見 雄毅*; 安立 裕人; Qiu, Z.*; Hou, D.*; Jin, X.-F.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Physical Review B, 88(21), p.214403_1 - 214403_11, 2013/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.214403

The longitudinal spin Seebeck effect and the anomalous Nernst effect are investigated in various metal/insulator junction systems, and the clear separation of the longitudinal spin Seebeck effect from the anomalous Nernst effect induced by static magnetic proximity is demonstrated. It is shown that, in Pt/YFeO samples, the longitudinal spin Seebeck effect is three orders of magnitude greater than the proximity-driven anomalous Nernst effect.

将来の大型超伝導トカマク装置に向けたプラズマ着火・立ち上げ研究の現状

前川 孝*; 井手 俊介; 梶原 健; 長崎 百伸*; 諫山 明彦; 羽田 和慶*

プラズマ・核融合学会誌, 87(10), p.671 - 681, 2011/10

http://ci.nii.ac.jp/naid/110008750645

国際熱核融合実験炉(ITER)に代表される将来の大型超伝導トカマクにおいては、プラズマ着火と外部加熱によるプラズマの高温高密度化を経て燃焼点火に至るが、トカマク方式であるがゆえに、核燃焼プラズマ保持に必要な15MAにものぼるプラズマ電流を安定に再現性良く立ち上げる必要がある。そのためには、立ち上げシナリオの最適化とともに堅実なプラズマ着火手法の確立が重要である。現在建設中のITERは、寸法で既設の大型トカマクの2倍以上、プラズマ電流を駆動する中心ソレノイドも超伝導、という今までにない装置であり、安定で、効率的な立ち上げを図るためには、新たな研究開発が不可欠である。本解説では、電子サイクロトロン加熱(ECH)による立ち上げ支援も含めた立ち上げ法の研究開発の現状を述べる。

Identification of erythroid progenitors induced by erythropoietic activity in

小坂 菜美*; 須貝 龍久*; 永澤 和道*; 谷崎 祐太*; 目黒 瑞枝; 會沢 洋一*; 前川 峻*; 安達 基泰; 黒木 良太; 加藤 尚志

Journal of Experimental Biology, 214(6), p.921 - 927, 2011/03

https://doi.org/10.1242/jeb.050286

酸素は、動物が生きていくうえで必須である。赤血球は、組織への酸素の運搬を担っている。本研究では、カエルの赤血球前駆細胞を検出できるコロニーアッセイを確立することで、組換え型xlEPOが赤血球コロニー形成を誘導させることと、貧血における血中の赤血球造血活性を増加させることを示した。以上の結果は、エリスエポエチンを介した赤血球造血活性が両生類に存在し、赤血球数の制御が脊椎動物間で変化していることを示している。

Generation of initial closed flux surface by ECH at conventional aspect ratio of R/a 3; Experiments on the LATE device and JT-60U tokamak

打田 正樹*; 前川 孝*; 田中 仁*; 井手 俊介; 高瀬 雄一*; 渡辺 文武*; 西 誠司*

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2010/10

http://www-naweb.iaea.org/napc/physics/FEC/FEC2010/html/node185.htm#40808

Generation of an initial closed flux surface by electron cyclotron heating at a conventional aspect ratio of R/a 3 has been investigated on LATE and further tested on the JT-60U tokamak. In both experiments, plasma currents are initiated and increased by ECH under steady external fields composed of a toroidal field and a weak vertical field. In LATE experiments, a movable inboard limiter is used to change the aspect ratio of plasmas up to R/a 3. The results show that the formation of an initial closed flux surface is still possible up to R/a 3 while higher decay indices of vertical field are required as the aspect ratio increases. Similar current start-up discharges have been performed on JT-60U and a plasma current is initiated and increased up to 20 kA under a vertical field configuration having a high decay index.

Hydrogen bubble formation in H-implanted ZnO studied using a slow positron beam

Chen, Z. Q.; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 山本 春也; Yuan, X. L.*; 関口 隆史*; 鈴木 良一*; 大平 俊行*

JAERI-Review 2004-025, TIARA Annual Report 2003, p.193 - 195, 2004/11

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Review-2004-025-p0117-p0247.pdf

20-80keVの水素イオンを、4.410cmの線量までZnOの単結晶中に注入した。低速陽電子ビームを用いた消滅測定により、注入後、水素不純物で満たされた空孔が導入されることを明らかにした。アニール後、空孔を満たしたこれらの水素は大きい水素バブルに発展する。500-700Cのアニール温度で、これらの水素不純物はバブルから放出され、空のマイクロボイドが残る。これらのマイクロボイドは、1100Cで最終的に消失する。ZnOにおける水素注入の光ルミネッセンスへの効果も議論する予定である。