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Constantini, J.-M.*; 小川 達彦
Quantum Beam Science (Internet), 7(1), p.7_1 - 7_16, 2023/03
イオンなどを物体に照射し、物体の構成原子や分子を放出させるスパッタリングは、工学的に重要な技術として様々な分野で利用されている。このスパッタリングで放出される原子や分子の運動では、入射粒子の運動と真逆に放出される成分があることが実験的に知られていた。従来、照射効果の予測に標準的に用いられてきたサーマルスパイクモデルでは、伝導により平衡に達した熱統計集団が蒸発して粒子を放出する。ただし、この放出は等方的であり、指向性のある成分は説明が付かない。本研究では、イオン照射で発生する電離が飛跡に沿って直線状に配置され、それらの間に働く電気的斥力がイオン照射方向に指向性を持つことに着想を得て、スパッタリングの角度分布をイオン照射で発生する静電気力により表現した。具体的な手法として、イオン照射によって発生する電離を飛跡構造解析コードRITRACKSを使用して計算し、その電離で発生する陽イオンの幾何的配置から、静電気力によるイオンの運動を計算した。その結果、1MeVの陽子や1MeV/uの炭素イオンを水に照射した場合、照射と逆方向 にイオンの噴出が確認できた他、スパッタリングの放出収量も先行研究の実験と矛盾ない結果が得られた。
Hong, Z.*; Pellegrini, M.*; Erkan, N.*; Liao, H.*; Yang, H.*; 山野 秀将; 岡本 孝司*
Annals of Nuclear Energy, 180, p.109462_1 - 109462_9, 2023/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.05(Nuclear Science & Technology)実機制御棒の模擬材として、B
C材とSUS304を用いて一連の実験を実施した。1450K-1500Kの温度範囲で共晶反応速度定数を得た結果、本研究で得られた反応速度定数は参照値と一致した。また、反応面の微細構造を観察し、組成分析を行った。
勅使河原 誠; 池田 裕二郎*; Yan, M.*; 村松 一生*; 須谷 康一*; 福住 正文*; 能田 洋平*; 小泉 智*; 猿田 晃一; 大竹 淑恵*
Nanomaterials (Internet), 13(1), p.76_1 - 76_9, 2023/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Multidisciplinary)冷中性子以下の中性子強度を高めるため、ナノサイズグラフェンの集合体が、ナノダイヤモンドと同様に中性子のコヒーレント散乱を促進できることを提案した。さらには、グラフェンの強いsp2結合は、高い耐放射線性を有する可能性を秘める。理研の加速器駆動型小型中性子源やJ-PARCのiMATERIAを用いて、ナノサイズグラフェンの中性子全断面積測定,中性子小角散乱測定を行った。測定結果より、ナノサイズのグラフェン集合体は、コヒーレント散乱に起因すると考えられる冷中性子エネルギー領域での全断面積と小角散乱を増大させ、ナノダイヤモンドと同様に高い中性子強度をもたらすことを世界で初めて明らかにした。
山下 拓哉; 本多 剛*; 溝上 暢人*; 野崎 謙一朗*; 鈴木 博之*; Pellegrini, M.*; 酒井 健*; 佐藤 一憲; 溝上 伸也*
Nuclear Technology, 26 Pages, 2023/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.05(Nuclear Science & Technology)The estimation and understanding of the state of fuel debris and fission products inside the plant is an essential step in the decommissioning of the TEPCO Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F). However, the direct observation of the plant interior, which is under a high radiation environment, is difficult and limited. Therefore, in order to understand the plant interior conditions, a comprehensive analysis and evaluation is necessary, based on various measurement data from the plant, analysis of plant data during the accident progression phase and information obtained from computer simulations for this phase. These evaluations can be used to estimate the conditions of the interior of the reactor pressure vessel (RPV) and the primary containment vessel (PCV). Herein, 1F Unit 3 was addressed as the subject to produce an estimated diagram of the fuel debris distribution from data obtained about the RPV and PCV based on the comprehensive evaluation of various measurement data and information obtained from the accident progression analysis, which were released to the public in November 2022.
Maurer, C.*; Galmarini, S.*; Solazzo, E.*; Ku
mierczyk-Michulec, J.*; Bar
, J.*; Kalinowski, M.*; Schoeppner, M.*; Bourgouin, P.*; Crawford, A.*; Stein, A.*; et al.
Journal of Environmental Radioactivity, 255, p.106968_1 - 106968_27, 2022/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Environmental Sciences)2015, 2016年のモデル比較演習を経て、2019年に包括的なXe-133大気輸送モデル比較試験を企画した。欧米の医療用RI製造施設であるIREやCNLからの排出の影響が大きいヨーロッパと北米にある4つのCTBT国際モニタリングシステム局を対象とし、約30の参加モデルの結果の比較とアンサンブルを実施した。第2回ATMチャレンジの教訓により、参加者は事務局の指定する条件に基づいて計算を実施した。その結果、IREとCNLからの正確な日別スタック排出量を使用しても、拡散過程における誤差、残存排出源の適切な特性化、長いIMSサンプリング時間(12
24時間)のデメリットと相殺され、平均すればスコアの改善が見られないことが確認された。一方、任意のモデル計算結果を用いたアンサンブルを実施したところ、今回対象とした4つの観測所でのXe-133バックグラウンドを十分に予測できることが確認できた。有効なアンサンブルのサイズは5以下であった。
Falyouna, O.*; Maamoun, I.; Ghosh, S.*; Malloum, A.*; Othmani, A.*; Eljamal, O.*; Amen, T. W. M.*; Oroke, A.*; Bornman, C.*; Ahmadi, S.*; et al.
Journal of Molecular Liquids, 368, Part B, p.120726_1 - 120726_25, 2022/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.52(Chemistry, Physical)Despite the carcinogenic and other adverse health effects ofchloramphenicol (CAP), it is frequently detected in different water sources (e.g., groundwater, surface water, wastewater effluents, etc.) due to ongoing, illegal, and abusive application of CAP in veterinary medicine. Although extensive research has been carried out to develop effective treatment technologies to remove the persistent CAP from aqueous mediums, yet there is no critical review of these studies to the best of our reach This review will be the first in the literature to comprehensively summarize the state-of-the-art treatment techniques for CAP removal from water. We report the removal of CAP by adsorption, biodegradation, nanoscale zerovalent iron technology (nZVI), and advanced oxidation processes (AOPs). The result shows that carbon-based adsorbents have more q
equal 892.86 mg/g for Porous carbon material from 
. The Langmuir- Freundlich isotherm and pseudo-second order kinetics model were reported to best describe the isotherm and kinetic model respectively. Removing the CAP via biodegradation would achieve the advantages of low operating costs, and environmental friendliness. The process of AOPs among the various treatment options can be a promising method for CAP degradation in water. This review comprehensively summarizes the state-of-the-art treatment techniques for CAP removal from water. Particularly, serving as an inclusive reference for future researchers to easily define the research gabs in the literature and plan for their future work in developing novel treatment methods to decontaminate CA-contaminated waters.
Sr and 
Cs by AMS本多 真紀; Martschini, M.*; Wieser, A.*; Marchhart, O.*; Lachner, J.*; Priller, A.*; Steier, P.*; Golser, R.*; 坂口 綾*
JAEA-Conf 2022-001, p.85 - 90, 2022/11
加速器質量分析(AMS)は、原子核実験で主に利用させれてきたタンデム加速器に質量分析を組み合わせた分析法である。AMSの測定対象は半減期が10
-10
年の放射性核種である。この程度の半減期の放射性核種に対しては、その放射能を測定するよりも、その質量を測定する手法の方が10-10
倍の感度で測定可能である。この特徴を利用してAMSは地球惑星科学、原子力分野等の研究に幅広く適応されている。様々な研究の中でもWallner et al. (2021, 2016)は地球惑星科学の分野で優れた成果を得ている。彼らは環境試料に含まれる
Feと
Puの超高感度分析に成功した。これらは天体内で起こる中性子の連続捕獲(r-process)によって生成される放射性核種である。この他に、発表者らの最新の研究ではレーザーによる同重体分離とAMSとを組み合わせた新AMSシステム(ウィーン大学VERA)による環境試料中のSrとCsの超高感度分析に成功した。環境中のSr測定手法としては娘核種Yのミルキングによる
線測定が依然主力であるが、本成果によってAMSが実用的な新規分析法となることが示された。本発表ではSrとCsを中心に超高感度分析の技術開発の現状を報告する。
南上 光太郎; 石川 淳; 杉山 智之; Pellegrini, M.*; 岡本 孝司*
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(11), p.1407 - 1416, 2022/11
被引用回数：1 パーセンタイル：62.84(Nuclear Science & Technology)To appropriately evaluate the amount of radioactive iodine released into the environment, we extended the current pool scrubbing model to consider revolatilization at bubble surfaces due to bubbly flow generated in the suppression pool, and the effect of revolatilization by bubbly flow was quantitatively evaluated using a station black out sequence in this work. Gaseous iodine species are produced in the suppression pool in an accident. They are gradually released from the pool surface, but when a large amount of gas flows from the drywell into the suppression pool, the revolatilization of gaseous iodine dissolved in the pool water is promoted by bubbly flow. The results of this study indicated that the release amount of iodine immediately after suppression chamber (S/C) vent operation increased by up to 134 times when considering the revolatilization effect associated with bubbly flow. These results were due to the increase in the gas-liquid interfacial area at bubble surfaces and the overall mass transfer coefficients under two-phase flow conditions due to bubbly flow. It was shown that caution is required for early S/C vent operation.
中村 秀夫; Bentaib, A.*; Herranz, L. E.*; Ruyer, P.*; Mascari, F.*; Jacquemain, D.*; Adorni, M.*
Proceedings of International Conference on Topical Issues in Nuclear Installation Safety; Strengthening Safety of Evolutionary and Innovative Reactor Designs (TIC 2022) (Internet), 10 Pages, 2022/10
The WGAMA activity achievements have been published as technical reports, becoming reference materials to discuss innovative methods, materials and technologies in the fields of thermal-hydraulics, computational fluid dynamics (CFD) and severe accidents (SAs). The International Standard Problems (ISPs) and Benchmarks of computer codes have been supported by a huge amount of the databases for the code validation necessary for the reactor safety assessment with accuracy. The paper aims to review and summarize the recent WGAMA outcomes with focus on new advanced reactor applications including small modular reactors (SMRs). Particularly, discussed are applicability of major outcomes in the relevant subjects of passive system, modelling innovation in CFD, severe accident management (SAM) countermeasures, advanced measurement methods and instrumentation, and modelling robustness of safety analysis codes. Although large portions of the outcomes are considered applicable, design-specific subjects may need careful considerations when applied. The WGAMA efforts, experiences and achievements for the safety assessment of operating nuclear power plants including SA will be of great help for the continuous safety improvements required for the advanced reactors including SMRs.
山野 秀将; 高井 俊秀; 江村 優軌; 福山 博之*; 東 英生*; 西 剛史*; 太田 弘道*; 守田 幸路*; 中村 勤也*; 深井 尋史*; et al.
Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-13) (Internet), 12 Pages, 2022/09
本発表はプロジェクト全体概要及び2020年度までの進捗概要について報告する。この論文における具体的成果は、共晶反応速度の測定並びに、SS坩堝の中にBCペレットを置いたBC-SS共晶反応速度実験の数値解析を通じて、解析コード内の共晶反応を記述する物理モデルの妥当性を確認したことである。
Sr analysis of environmental samples by ion-laser interaction mass spectrometry本多 真紀; Martschini, M.*; Marchhart, O.*; Priller, A.*; Steier, P.*; Golser, R.*; 佐藤 哲也; 塚田 和明; 坂口 綾*
Analytical Methods, 14(28), p.2732 - 2738, 2022/07
被引用回数：2 パーセンタイル：59.06(Chemistry, Analytical)環境放射線学の発展に資するために加速器質量分析装置(AMS)による高感度Sr分析法を開発した。AMSの利点は、Sr/
Srの原子比が10
の様々な環境試料を簡単な化学分離で分析できることである。本研究ではSr濃度が既知の3種類のIAEA試料(コケ土、動物の骨、シリアの土壌:各1g)を分析し、化学分離とAMS測定の妥当性を評価した。Srの測定は、優れた同重体分離性能を有するウィーン大学のイオンレーザーインターアクション質量分析装置(ILIAMS)と組み合わせたAMSシステムで実施した。SrのAMSにおけるZrの同重体干渉は、まず化学分離によって除去された。Sr樹脂と陰イオン交換樹脂を用いた2段階のカラムクロマトグラフィーにおけるZrの分離係数は10であった。試料中に残存するZrはILIAMSによって効率的に除去された。この簡単な化学分離で一般的な線検出よりも低い検出限界
0.1mBqを達成した。Sr濃度に関して本研究のAMS測定値とIAEAの公称値が一致したことから、AMSによる新規の高感度Sr分析は土壌や骨の高マトリクス試料に対しても信頼できることを示した。
0 transition strength for 
Se using the SPICE spectrometerSmallcombe, J.; Garnsworthy, A. B.*; Korten, W.*; Singh, P.*; Ali, F. A.*; Andreoiu, C.*; Ansari, S.*; Ball, G. C.*; Barton, C. J.*; Bhattacharjee, S. S.*; et al.
Physical Review C, 106(1), p.014312_1 - 014312_9, 2022/07
被引用回数：1 パーセンタイル：58.8(Physics, Nuclear)The selenium isotopes lie at the heart of a tumultuous region of the nuclear chart where shape coexistence effects grapple with neutron-proton pairing correlations, triaxiality, and the impending proton dripline. In this work a study of Se by internal conversion electron and 
-ray spectroscopy was undertaken with the SPICE and TIGRESS arrays. New measurements of the branching ratio and lifetime of the 
state were performed yielding a determination of 
milliunits. Two state mixing calculations were performed that highlighted the importance of interpretation of such 
strength values in the context of shape-coexistence.
Walter, H.*; Colonna, M.*; Cozma, D.*; Danielewicz, P.*; Ko, C. M.*; Kumar, R.*; 小野 章*; Tsang, M. Y. B*; Xu, J.*; Zhang, Y.-X.*; et al.
Progress in Particle and Nuclear Physics, 125, p.103962_1 - 103962_90, 2022/07
被引用回数：21 パーセンタイル：97.95(Physics, Nuclear)原子核-原子核衝突や原子核の状態方程式の研究において、反応計算モデルは重要なツールとなり、世界中で開発が進んでいる。本論文は、原子力機構のJQMD-2.0を含め、現在開発中の複数のコード開発者の協力により、これらコードを同じ条件で比較することで共通点や差異を明らかにしたプロジェクトTransport Model Evaluation Project (TMEP)を総括したものである。参加したコードはBoltzmann-Uehling-Uhlenbeck(BUU)法に基づく13のコードと、Quantum Molecular Dynamics (QMD)法に基づく12のコードであった。プロジェクトでは、Au原子核同士を衝突させてその終状態を観測する現実的な計算や、一辺が640nmの箱に核子を詰めて時間発展させる仮想的な計算を行った。その結果、BUU法コードとQMD法コードは計算原理が異なるため、計算の設定に関係なく系統的な差異が生じることが明らかになった。その一方で、同じ方法を採用するコード間の比較では、時間発展を細かく計算することでコード間の差は埋まっていき、一定の収束値を持つことが示された。この結果は今後開発される同分野のコードのベンチマークデータとして有用なものであるだけでなく、原子核基礎物理学の実験や理論研究の標準的な指針としても役に立つことが期待される。
Boznar, M. Z.*; Charnock, T. W.*; Chousan, S. L.*; Grsic, Z.*; Halsall, C.*; Heinrich, G.*; Helebrant, J.*; Hettrich, S.*; Ku
a, P.*; Mancini, F.*; et al.
IAEA-TECDOC-2001, 226 Pages, 2022/06
IAEAは、2012年から2015年にかけて、放射線影響評価のためのモデリングとデータに関する(MODARIA)プログラムを組織した。MODARIAプログラムは、環境放射線量評価の分野において、改善されたデータの取得、モデルの試験、モデルの入力・仮定・出力の比較、モデリングの考え方に関する合意形成、アプローチとパラメータ値の調整、改善された方法の開発、情報交換を行うことで能力を高めることを目的としたものである。本書は、第2ワーキンググループ「汚染された都市環境における被ばくと修復措置の効果」の活動について述べたものである。
小松 遊矢*; 清水 亮太*; 佐藤 龍平*; Wilde, M.*; 西尾 和記*; 片瀬 貴義*; 松村 大樹; 齋藤 寛之*; 宮内 雅浩*; Adelman, J. R.*; et al.
Chemistry of Materials, 34(8), p.3616 - 3623, 2022/04
被引用回数：5 パーセンタイル：84.71(Chemistry, Physical)Here, we demonstrate such a highly repeatable photoinduced insulator-to-metal transition in yttrium oxyhydride (YO
H
) epitaxial thin films. The temperature (
) dependence of the electrical resistivity (
) of the films transforms from insulating to metallic (
) under ultraviolet laser illumination. The sample is heated (125 
C) under an Ar atmosphere to recover its original insulating state. The films recover their original metallic conductivity when subsequently subjected to ultraviolet laser illumination, showing repeatable photoinduced insulator-to-metal transition. First principles calculations show that the itinerant carriers originate from the variations in the charge states of the hydrogen atoms that occupy octahedral interstitial sites. This study indicates that tuning the site occupancy (octahedral/tetrahedral) of the hydrogen atoms exerts a significant effect on the photoresponse of metal hydrides.
Hain, K.*; Martschini, M.*; G
lce, F.*; 本多 真紀; Lachner, J.*; Kern, M.*; Pitters, J.*; Quinto, F.*; 坂口 綾*; Steier, P.*; et al.
Frontiers in Marine Science (Internet), 9, p.837515_1 - 837515_17, 2022/03
被引用回数：6 パーセンタイル：97.96(Environmental Sciences)Vienna Environmental Research Accelerator (VERA)における加速器質量分析(AMS)の最近の大きな進歩は、検出効率向上とアイソバー抑制向上であり、環境中の極微量の長寿命放射性核種を分析する可能性を開くものである。これらの核種は
U, Cs, 
Tc及びSrであり、通常は安定して海水中に溶存していることから、海洋混合・循環や放射性物質の広がりを研究する海洋トレーサーへの適応が重要になる。特に、同位体比U/
Uと
Cs/Csは元素分別の影響を受けないため、放出源の特定に有力なフィンガープリントであることが我々の研究によって実証されている。検出効率の向上により、10Lの海水試料で主要長寿命アクチニドU, 
Np, 
Pu, 
Amに加え、非常に稀なUを分析することが可能となり、北西太平洋におけるアクチノイドの典型的な深度プロファイルを得ることに成功した。特にSr分析に関しては、IAEAの標準物質(例えばIAEA-A-12)を用いて我々の新しいアプローチが海洋学的研究へ応用可能であることを示した。我々の推定では、SrとCsそれぞれの分析に必要な海水はわずか(1-3)Lである。
山本 慧; Xu, M.*; Puebla, J.*; 大谷 義近*; 前川 禎通*
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 545, p.168672_1 - 168672_10, 2022/03
被引用回数：4 パーセンタイル：50.4(Materials Science, Multidisciplinary)We present a theoretical description of magnon-phonon interactions in a multi-layer structure containing a ferromagnetic thin film. The formalism is applicable to an arbitrary direction of external magnetic field and various types of acoustic waves including Rayleigh and Love surface modes. A particular attention is paid to the spatial profile of the acoustic wave modes and analytical expressions for the effective coupling coefficients are derived taking into account the degree of mode profile overlap between spin waves and acoustic waves. The results are applied to reproduce a strongly anisotropic and non-reciprocal linewidth of acoustic ferromagnetic resonance reported in a recent experiment.
Dehbi, A.*; Cheng, X.*; Liao, Y.*; 岡垣 百合亜; Pellegrini, M.*
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 15 Pages, 2022/03
Nuclear degraded cores produce fission product aerosols that may reach the environment if not removed by natural processes and/or filtering equipment. The transport paths of aerosols usually include transits through stagnant water pools. It is therefore essential to develop computational tools to predict the aerosols retention by water pools. Currently, this is mostly done with 1-D lumped-parameter codes that are too simplistic to capture the physics. It is hence worthwhile to attempt the CFD approach, which has recently become reasonably mature to address bubble hydrodynamics in low momentum two-phase flows. In this first comparative exercise, we restrict the investigation to a hypothetical parallelepiped water pool (2
28 cm) into which air is injected through a circular 4 mm ID orifice at low velocity of 0.2 m/s. We present predictions of the gas phase dynamics (void and velocity profiles) for both Euler-Euler and Interface Tracking (IT, Volume-of-Fluid (VOF)) methodologies. In addition, we compare bubble shape, volume and detachment frequency from various IT simulation codes (CFX, Fluent, Star-CCM+, OpenFOAM). Reasonable agreement is found between IT simulations near the injector, but discrepancies increase as one moves towards the free surface. The disagreement between the Euler-Euler and IT results is substantial throughout the domain. Future studies will consist of validation exercises against experimental data to highlight potential model deficiencies and point to ways of remedying them.
Marchetto, C.*; Ha, K. S*; Herranz, L. E.*; 廣瀬 意育; Jankowski, T.*; Lee, Y.*; Nowack, H.*; Pellegrini, M.*; Sun, X.*
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 17 Pages, 2022/03
After the Fukushima Daiichi accident of March 2011, one of the main concerns of the nuclear industry has been the research works for improving atmospheric radioactive release mitigation systems. Pool scrubbing is an important process in reactors that mitigates radioactive release. It is based on the injection of gases containing fission products through a water pool. Bubble hydrodynamics, as a result of gas injection and the associated water pool thermal-hydraulics, is an important aspect of the process since the bubble size, shape, velocity, etc. influence the fission product trapping at the bubble interface with the water. Computer codes dedicated to the pool scrubbing have been mainly developed in the 90's last century and modelling drawbacks have been identified in particular for bubble hydrodynamics. One of IPRESCA project objectives is to improve the pool scrubbing modelling. In order to highlight the main modelling issues, a benchmark exercise has been performed focusing on the bubble hydrodynamics. This benchmark, performed by nine organisations coming from six countries, aims at simulating a basic configuration, a single upward injector in ambient conditions, experimentally characterized in the RSE tests carried out in the European PASSAM project. In this paper, a short description of the code modelling and a comparison between the code results and the experimental data are presented and discussed. Then, outcomes from the benchmark result analysis and proposals of improvements are emphasized.
Gupta, S.*; Herranz, L. E.*; Lebel, L. S.*; Sonnenkalb, M.*; Pellegrini, M.*; Marchetto, C.*; 丸山 結; Dehbi, A.*; Suckow, D.*; K
rkel, T.*
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 16 Pages, 2022/03
Pool scrubbing is a major topic in water cooled nuclear reactor technology as it is one of the means for mitigating the source-term to the environment during a severe accident. Pool scrubbing phenomena include coupled interactions between bubble hydrodynamics, aerosols and gaseous radionuclides retention mechanisms under a broad range of thermal-hydraulic conditions as per accident scenarios. Modeling pool scrubbing in some relevant accident scenarios has shown to be affected by substantial uncertainties. In this context, IPRESCA (Integration of Pool scrubbing Research to Enhance Source-term CAlculations) project aims to promote a better integration of international research activities related to pool scrubbing by providing support in experimental research to broaden the current knowledge and database, and by supporting analytical research to facilitate systematic validation and model enhancement of the existing pool scrubbing codes. The project consortium includes more than 30 organisations from 15 countries involving research institutes, universities, TSOs, and industry. For IPRESCA activities, partners join the project with in-kind contributions. IPRESCA operates under NUGENIA Technical Area 2/SARNET (Severe Accident) - Sub Technical Area 2.4 (Source-term). The present paper provides an introduction and overview of the IPRESCA project, including its objectives, organizational structure and the main outcomes of completed activities. Furthermore, key activities currently ongoing or planned in the project framework are also discussed.
