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論文

$$alpha$$-clustering in atomic nuclei from first principles with statistical learning and the Hoyle state character

大塚 孝治; 阿部 喬*; 吉田 亨*; 角田 佑介*; 清水 則孝*; 板垣 直之*; 宇都野 穣; Vary, J. P.*; Maris, P.*; 上野 秀樹*

Nature Communications (Internet), 13(1), p.2234_1 - 2234_10, 2022/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Multidisciplinary Sciences)

多くの原子核では核子の独立粒子模型がよい近似であり、それが原子核構造の出発点となっているが、一部の軽い原子核では陽子2個と中性子2個からなるアルファ粒子が局在しているアルファクラスターを構成要素としてもよいと考えられている。しかしながら、アルファクラスターそのものを観測することは困難であり、それがどの程度よい近似なのかは軽い核を理解する上で重要である。本研究では、核力から出発した第一原理モンテカルロ殻模型計算により、ベリリウム同位体および炭素12の多体波動関数を得た。物体固定系での密度分布の計算結果から、ベリリウム同位体では2個のアルファクラスターが局在していることを示した。また、炭素12では基底状態は比較的液滴模型に近く、ホイル状態として知られる第一励起$$0^+$$状態はアルファクラスターと液滴状態が混合したクロスオーバーとしてとらえられることがわかった。これらの解析に、デンドログラムという統計的学習手法が有効であることもわかった。

論文

Emergence of spin-orbit coupled ferromagnetic surface state derived from Zak phase in a nonmagnetic insulator FeSi

大塚 悠介*; 金澤 直也*; 平山 元昭*; 松井 彬*; 野本 拓也*; 有田 亮太郎*; 中島 多朗*; 花島 隆泰*; Ukleev, V.*; 青木 裕之; et al.

Science Advances (Internet), 7(47), p.eabj0498_1 - eabj0498_9, 2021/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Multidisciplinary Sciences)

FeSi is a nonmagnetic narrow-gap insulator, exhibiting peculiar charge and spin dynamics beyond a simple band structure picture. Those unusual features have been attracting renewed attention from topological aspects. Although the surface conduction was demonstrated according to size-dependent resistivity in bulk crystals, its topological characteristics and consequent electromagnetic responses remain elusive. Here, we demonstrate an inherent surface ferromagnetic-metal state of FeSi thin films and its strong spin-orbit coupling (SOC) properties through multiple characterizations of two-dimensional conductance, magnetization, and spintronic functionality. Terminated covalent bonding orbitals constitute the polar surface state with momentum-dependent spin textures due to Rashba-type spin splitting, as corroborated by unidirectional magnetoresistance measurements and first-principles calculations. As a consequence of the spin-momentum locking, nonequilibrium spin accumulation causes magnetization switching. These surface properties are closely related to the Zak phase of the bulk band topology. Our findings propose another route to explore noble metal-free materials for SOC-based spin manipulation.

論文

Variational approach with the superposition of the symmetry-restored quasiparticle vacua for nuclear shell-model calculations

清水 則孝*; 角田 佑介*; 宇都野 穣; 大塚 孝治*

Physical Review C, 103(1), p.014312_1 - 014312_11, 2021/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:87.74(Physics, Nuclear)

配位混合殻模型は、核子間相関をよく取り込むことができるため、原子核構造を記述する有力な模型の一つである。核子数の多い原子核を殻模型で計算するには、極めて大きな次元数をもつハミルトニアン行列の対角化が必要なため、現実的には不可能である。このような系に対しては、変形したスレーター行列式の重ね合わせによる変分法に基づいた、モンテカルロ殻模型と呼ばれる手法が用いられてきたが、質量数が大きな原子核では精度に課題があった。この論文では、基底をスレーター行列式から準粒子真空に置き換える、新しい手法を提案した。それにより、中重核の二重ベータ行列要素に対し、より信頼できる値を得ることが可能となった。

論文

$$beta$$ decay of $$^{75}$$Ni and the systematics of the low-lying level structure of neutron-rich odd-$$A$$ Cu isotopes

Bello Garrote, F. L.*; Sahin, E.*; 角田 佑介*; 大塚 孝治*; G$"o$rgen, A.*; Orlandi, R.; 他61名*

Physical Review C, 102(3), p.034314_1 - 034314_13, 2020/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:22.42(Physics, Nuclear)

Detailed spectroscopy of neutron-rich odd-$$A$$ Cu isotopes is of great importance for studying the shell evolution in the region of $$^{78}$$Ni. Excited states in $$^{75}$$Cu were populated in the $$beta$$ decay of $$^{75}$$Ni isotopes, which were produced by the in-flight fission at RIBF, RIKEN. The $$^{75}$$Ni isotopes were separated, identified, and implanted in a highly segmented Si detector array for the detection of the $$beta$$-decay electrons, while the delayed $$gamma$$ rays were detected by an array of HPGe cluster detectors. A level scheme of $$^{75}$$Cu was built up to $$sim$$4 MeV, from which the location of the two previously known low-lying isomeric states was clarified. The level structure below 2 MeV was interpreted based on the results of the shell-model calculations and the systematics of odd-$$A$$ Cu isotopes, revealing the evolution of single-particle states in this region.

論文

未除染森林から放射性セシウムの流出による生活圏の再汚染を防止する技術

長洲 亮佑*; 田邉 大次郎*; 横塚 享*; 熊沢 紀之*; 安食 貴也*; 相澤 雄介*; 長縄 弘親; 永野 哲志; 柳瀬 信之*; 三田村 久吉*; et al.

環境浄化技術, 17(2), p.58 - 61, 2018/03

原子力機構は、茨城大学, 熊谷組およびグループ会社であるテクノスとともに、森林からのセシウムの移行を抑制する新技術を開発した。この新技術では、ポリイオンと呼ばれるイオン性高分子と鉱物である粘土を併用し、降雨や雨水の流れといった自然の力を利用して、セシウムの移行を抑制する。福島県飯舘村で新規技術の実証試験を行い、森林から森林に隣接する牧草地へのセシウム移行に対する抑制効果を証明した。

論文

Monte Carlo shell model studies with massively parallel supercomputers

清水 則孝*; 阿部 喬*; 本間 道雄*; 大塚 孝治*; 富樫 智章*; 角田 佑介*; 宇都野 穣; 吉田 亨*

Physica Scripta, 92(6), p.063001_1 - 063001_19, 2017/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:79.92(Physics, Multidisciplinary)

モンテカルロ殻模型の手法およびその応用について概説する。モンテカルロ殻模型は、効率的に多体基底を生成することによって、従来の直接対角化では計算不可能だった物理系に対する殻模型計算を目指した手法である。このレビュー論文では、モンテカルロ殻模型のここ10年以内の発展をまとめた。手法面では、エネルギー分散を用いた外挿による厳密解の推定法や共役勾配法の導入による効率的な基底生成など、数値計算面では、より効率的な並列化や計算機の実効性能を高める数値計算アルゴリズムなどについて概説する。最近の応用としては、非常に大きな模型空間が必要な第一原理計算および中性子過剰なニッケル領域とジルコニウム領域の計算結果を紹介する。後者の中性子過剰核領域では、変形共存に興味が集まっているが、モンテカルロ殻模型では、変形の分布を解析するT-plotと呼ぶ新しい手法を開発することによって、これらの原子核の変形を直感的に理解することが可能となった。この手法は、軽い原子核のクラスター状態を調べるのにも有用である。

論文

Type II shell evolution in $$A=70$$ isobars from the $$N geq 40$$ island of inversion

Morales, A. I.*; Benzoni, G.*; Watanabe, H.*; 角田 佑介*; Otsuka, T.*; 西村 俊二*; Browne, F.*; Daido, R.*; Doornenbal, P.*; Fang, Y.*; et al.

Physics Letters B, 765, p.328 - 333, 2017/02

 被引用回数:30 パーセンタイル:93.9(Astronomy & Astrophysics)

The level schemes of neutron-rich isotopes $$^{70}$$Co and $$^{70}$$Ni were populated in the $$beta$$ decay of $$^{70}$$Fe and studied using $$beta$$-delayed $$gamma$$-ray spectroscopy of the $$beta$$ decay, at the RIBF in RIKEN, Japan. The experimental results were compared to state-of-the-art shell-model calculations, and indicate a dominance of prolate deformation in the low-lying states, coexisting with spherical states. The $$beta$$ decay of the $$A=70$$ isobars is shown to progress in accordance to a new type of shell evolution, the so-called Type II, which involves many particle-hole excitations across energy gaps.

論文

Are there signatures of harmonic oscillator shells far from stability?; First spectroscopy of $$^{110}$$Zr

Paul, N.*; Corsi, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Authelet, G.*; 馬場 秀忠*; Bally, B.*; Bender, M.*; Calvet, D.*; Ch$^a$teau, F.*; et al.

Physical Review Letters, 118(3), p.032501_1 - 032501_7, 2017/01

 被引用回数:30 パーセンタイル:87.73(Physics, Multidisciplinary)

The first measurement of $$gamma$$ rays emitted by the very neutron rich nuclei $$^{112}$$Mo (Z=42) and $$^{110}$$Zr (Z=40) was carried out at the RIBF facility at RIKEN. These data shine light on the postulated N=70 harmonic oscillator shell. If the spin-orbit splitting which gives rise to the N=82 shell gap is reduced in very neutron-rich nuclei, the harmonic oscillator gap at N=70 should open instead. However, both the measured energy of the first excited state $$^{112}$$Mo and $$^{110}$$Zr, respectively 235(7) keV and 185(11) keV, and their E(4$$^+$$)/E(2$$^+$$) ratio, indicate that these nuclei are good rotors, and exclude the shell stabilization scenario at Z=40 and N=70. These results were compared to state-of-the-art density functional theoretical calculations using Gogny and Skyrme effective interactions.

論文

Large-scale shell-model studies for exotic nuclei; Probing shell evolution

宇都野 穣; 大塚 孝治*; 清水 則孝*; 角田 佑介*; 本間 道雄*; 阿部 喬*; 水崎 高浩*; 富樫 智章*; Brown, B. A.*

Proceedings of International Conference on Nuclear Theory in the Supercomputing Era 2014 (NTSE 2014), p.29 - 34, 2016/00

スーパーコンピュータを用いた大規模数値計算による原子核理論研究の進展を議論する本国際会議において、大規模殻模型計算の発展に関する招待講演を行う。現在、非常に軽い核では生の核力に基づく第一原理計算が行われているが、質量数20程度以上の核に対して第一原理計算を行うのは当面の間困難である。そこで、質量数100程度までの中重核構造は、殻模型が有力な手法である。殻模型計算を行うには、有効相互作用が必要となるが、未だにそれを正確に得ることは難しく、特に殻構造に関わる部分に大きな不定性が残されている。本講演では、発表者らによって提唱された統一的に殻構造を記述する有効相互作用によって、様々な領域の不安定核構造が非常によく理解されるようになったことを示す。その例として、軽い核から中重核までの魔法数領域、カルシウム、ニッケル、スズ同位体を採り上げ、中心力とテンソル力による殻構造変化およびそれに伴う変形共存現象などについてのいくつかの話題を紹介する。

論文

Recent advances in shell evolution with shell-model calculations

宇都野 穣; 大塚 孝治*; 角田 佑介*; 清水 則孝*; 本間 道雄*; 富樫 智章*; 水崎 高浩*

JPS Conference Proceedings (Internet), 6, p.010007_1 - 010007_8, 2015/06

不安定核物理のフラッグシップ国際会議ARIS2014にて、不安定核における殻構造変化に関する最近の知見についての招待講演を行う。特に、有効相互作用による殻構造変化が最近の実験および理論研究によってどう明らかになったかについて議論する。まず、最近測定された、カリウム51の基底状態スピンから、従来あまり重要視されてこなかった中心力の重要性を強調する。その結果、中心力とテンソル力が協調的に働く軌道に関しては特に大きな殻構造変化が生じることを示し、2013年発見されたカルシウム54における新魔法数34の出現はそこから理解されることを説明する。さらに、カルシウムよりも陽子数が減っても魔法数34は保たれるという予言を示す。中性子数28魔法数の消滅もやはり中心力が重要であり、その結果、硫黄44にて球形起源および変形起源の軌道が近くに現れ、Kアイソマーに類する現象が起こることを示す。

論文

Identification of deformed intruder states in semi-magic $$^{70}$$Ni

Chiara, C. J.*; Weisshaar, D.*; Janssens, R. V. F.*; 角田 佑介*; 大塚 孝治*; Harker, J. L.*; Walters, W. B.*; Recchia, F.*; Albers, M.*; Alcorta, M.*; et al.

Physical Review C, 91(4), p.044309_1 - 044309_10, 2015/04

 被引用回数:33 パーセンタイル:91.67(Physics, Nuclear)

アルゴンヌ国立研究所にて中性子過剰核$$^{70}$$Niを$$^{70}$$Znの多核子移行反応によって生成し、$$gamma$$線検出器GRETINAを用いて$$gamma$$線分光を行った。その結果、$$2^+_2$$, $$4^+_2$$準位を初めて観測した。これらの準位は小さな模型空間を採用した殻模型計算では再現されないため、陽子の$$f_{7/2}$$軌道からの励起を伴った大きな変形状態であると考えられる。本論文の理論グループが2014年に発表した大規模殻模型計算によって$$^{70}$$Niの励起状態を解析した結果、これらの状態は大きなプロレート変形を持つ状態とよく対応することがわかった。この結果は、中性子過剰ニッケル同位体における変形共存が$$^{68}$$Ni以外にも存在することを実証するとともに、中性子過剰核における大規模殻模型計算の予言能力を確かめるものである。

論文

Nature of isomerism in exotic sulfur isotopes

宇都野 穣; 清水 則孝*; 大塚 孝治*; 吉田 亨*; 角田 佑介*

Physical Review Letters, 114(3), p.032501_1 - 032501_5, 2015/01

AA2014-0621.pdf:0.23MB

 被引用回数:33 パーセンタイル:85.76(Physics, Multidisciplinary)

通常の偶偶核では、$$0^+_1$$, $$2^+_1$$, $$4^+_1cdots$$状態が強い$$E2$$遷移で結ばれていることがよく知られている。最近、中性子過剰核$$^{44}$$Sの$$4^+_1$$状態が観測され、$$4^+_1$$から$$2^+_1$$への$$E2$$遷移が非常に抑制されているという新しい現象が見つかった。この論文では、その起源を理論的に解明した結果を報告する。この強く抑制された$$E2$$遷移は殻模型計算によって得られるが、殻模型の多体波動関数は非常に複雑なため、$$E2$$遷移の抑制が起こる起源がこれまで理解されてこなかった。ここでは、角運動量射影後の変分法によって物体固定座標系における多体波動関数を得るという新規な手法を導入した。その波動関数を解析した結果、$$0^+_1$$, $$2^+_1$$では$$K$$量子数(物体固定座標系における角運動量の第3軸成分)が0となる通常の回転状態が主であるのに対し、$$4^+$$については$$K=4$$が主の状態が$$K=0$$が主の状態よりも低いエネルギーに出現し、それによって$$E2$$遷移が抑制されることがわかった。この解釈は$$^{43}$$Sの励起スペクトルも説明可能なことから妥当性が高い。これは、$$K$$核異性体の一種であり、これまで発見されたもので最も軽い核で出現するものである。

論文

Recent shell-model results for exotic nuclei

宇都野 穣; 大塚 孝治*; 清水 則孝*; 本間 道雄*; 水崎 高浩*; 角田 佑介*; 阿部 喬*

EPJ Web of Conferences, 66, p.02106_1 - 02106_8, 2014/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:96.93

原子核構造を研究するための有力な手法の一つである殻模型における最近の発展と、それを用いた中性子過剰核などのエキゾチック核構造の理解の進展についてレビューする。殻模型における二つの重要な要素である有効相互作用と大規模核構造計算手法に関する発表者らの研究成果をまとめる。有効相互作用については、殻構造変化を引き起こすモノポール相互作用の統一的理解が喫緊の課題であるが、発表者らは数年前にテンソル力を取り入れた普遍的モノポール相互作用を提唱した。それを中性子数28領域のエキゾチック核及びアンチモン同位体の殻模型計算に取り入れ、核構造計算を行った結果、幅広い質量領域で有用であることが示された。大規模量子多体計算については、直接対角化法の限界を超えうる手法である、モンテカルロ殻模型計算を採り上げる。その進展により中重核の核構造を正確に計算できるようになったことを示し、その例として、中性子過剰ニッケル同位体における変形共存の結果を紹介する。

論文

Novel shape evolution in exotic Ni isotopes and configuration-dependent shell structure

角田 佑介*; 大塚 孝治*; 清水 則孝*; 本間 道雄*; 宇都野 穣

Physical Review C, 89(3), p.031301_1 - 031301_5, 2014/03

AA2013-0908.pdf:2.19MB

 被引用回数:136 パーセンタイル:99.34(Physics, Nuclear)

中性子過剰ニッケル同位体は、第一励起状態のエネルギーが中性子数40(ニッケル68)で高くなるという特徴的な性質が知られており、近年、世界各地の不安定核施設でその性質が精力的に調べられている。従来、中性子過剰ニッケル同位体の構造を精度よく計算するのは困難であり、ニッケル68でどのような核構造となっているのか明らかではなかった。この研究では、モンテカルロ殻模型を用いた大規模核構造計算によって、ニッケル同位体の核構造を系統的に記述することに成功した。さらに、モンテカルロ殻模型で得られた固有状態の変形を解析する新しい方法を導入し、それによってニッケル68の低励起状態の形状を調べた結果、基底状態は球形、0$$^+_2$$状態はオブレート変形、0$$^+_3$$状態はプロレート変形となる三重変形共存が起きていることがわかった。プロレート変形が低く出現するメカニズムとして、テンソル力がもたらす殻構造が配位に強く依存するという新しい見方を提示し、II型の殻進化と名付けた。

論文

Shape coexistence in $$^{68}$$Ni

Suchyta, S.*; Liddick, S. N.*; 角田 佑介*; 大塚 孝治*; Bennett, M. B.*; Chemey, A.*; 本間 道雄*; Larson, N.*; Prokop, C. J.*; Quinn, S. J.*; et al.

Physical Review C, 89(2), p.021301_1 - 021301_5, 2014/02

 被引用回数:72 パーセンタイル:97.7(Physics, Nuclear)

中性子過剰核$$^{68}$$Niは、陽子数28の魔法数と中性子数40の小さな殻ギャップを有する二重閉殻核の一つであり、その基底状態は球形であるとされている。その第一励起状態は通常の偶偶核で見られるような$$2^+$$ではなく、二重閉殻核の特質といえる$$0^+$$であるとされているが、その励起エネルギーの値には大きな不定性があった。この研究では、ミシガン州立大の超伝導サイクロトロンを用い、$$^{68}$$Coからの$$beta$$崩壊とそれに伴う電子対エネルギーの測定から、$$^{68}$$Niの第一励起$$0^+$$状態の励起エネルギーを精度よく測定することに成功した。従来の励起エネルギー1770(30)keVは正確ではなく、1605(3)keVであることがわかった。モンテカルロ殻模型計算による大規模核構造計算をもとに、この$$0^+$$状態はオブレート変形しているという新しい描像を提示した。

論文

Variational procedure for nuclear shell-model calculations and energy-variance extrapolation

清水 則孝*; 宇都野 穣; 水崎 高浩*; 本間 道雄*; 角田 佑介*; 大塚 孝治*

Physical Review C, 85(5), p.054301_1 - 054301_6, 2012/05

AA2012-0118.pdf:1.01MB

 被引用回数:17 パーセンタイル:69.27(Physics, Nuclear)

従来の直接対角化法では計算不可能な大規模殻模型を遂行するため、著者らが発展させているモンテカルロ殻模型計算法に関して、従来の手法よりもより効率的かつ正確な計算を可能にする手法を発展させた。従来は多体波動関数の基底の候補を確率論的に生成し、そこから良いものを選択していたが、この論文では共役勾配法を導入することでより効率的に基底を生成することが可能となった。さらに、モンテカルロ殻模型計算結果からエネルギー固有値の厳密解を得るために近年エネルギー分散による外挿法を導入したが、この論文では、基底の順序変更という新しい方法を取り入れ、より信頼性の高いエネルギー固有値の推定値を得ることができた。これらの新手法は、特に変形共存などの計算がより難しい系においてより効力を発揮することがわかった。

論文

New-generation of Monte Carlo shell model for the K computer era

清水 則孝*; 阿部 喬*; 角田 佑介*; 宇都野 穣; 吉田 亨*; 水崎 高浩*; 本間 道雄*; 大塚 孝治*

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2012(1), p.01A205_1 - 01A205_27, 2012/00

AA2012-0119.pdf:1.74MB

 被引用回数:109 パーセンタイル:96.1(Physics, Multidisciplinary)

モンテカルロ殻模型は、1990年代後半に提案され数多くの成果を挙げてきたが、近年、新しい方法論及び計算手法を導入し、「京」のようなスーパーコンピュータに適した手法となるとともに、従来のモンテカルロ殻模型では到達できなかった、より計算が困難な物理系へも適用可能となった。方法論に関しては、エネルギー分散を利用した外挿法を導入することによって、エネルギー固有値を非常に精度よく計算することが可能となった。また、数値計算アルゴリズムをより効率的なものに置き換え、並列計算手法を改良したことによって、高い計算効率を得られるようになった。その結果、第一原理的殻模型計算や中性子過剰ニッケル領域など、従来の手法では困難だった計算も可能となり、それらの計算結果の例も示した。

論文

Localized tungsten deposition in divertor region in JT-60U

上田 良夫*; 福本 正勝*; 渡邊 淳*; 大塚 裕介*; 新井 貴; 朝倉 伸幸; 信太 祐二*; 佐藤 正泰; 仲野 友英; 柳生 純一; et al.

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10

JT-60Uの外側ダイバータから放出されたタングステンの再堆積分布を調べた。今回初めて中性子放射化分析法を用い厚い炭素たい積層に含まれるタングステンの面密度を正確に測定した。タングステンの堆積は内側ダイバータ及びドームタイルの外側に多く見られた。トロイダル方向にはタングステンタイルが設置した場所に非常に局在した分布であった。

論文

Development of SH Wave Electromagnetic Acoustic Transducer (EMAT)

徐 陽; 田川 明広; 上田 雅司; 山下 卓哉; Otsuka, Yusuke*; Osafune, Kazunori*; 西川 雅弘*

3rd International Conference on Non-destructive Te, 0 Pages, 2003/11

None

報告書

電磁超音波による非接触型流体速度・温度計測の高度化(核燃料サイクル公募型研究 最終詳細報告書)

大塚 裕介*; 西川 雅弘*

JNC TY4400 2002-002, 59 Pages, 2002/03

JNC-TY4400-2002-002.pdf:3.84MB

本研究の目的は、ドライな環境で使用することができる電磁超音波素子によって流体速度や温度を計測することである。そのために、超音波送信器・受信器の開発を行った。また、電磁場解析によって受信器の定常磁場分布や渦電流分布についても調べた。その結果、外部励磁型受信器に比べて自己励磁型受信器は、測定分解能は高いが、リフトオフによって受信強度が大きく減少することがわかった。製作した送信器と受信器の特性は、鍛造鋼に送信器と受信器を向かい合わせになるように配置し、音速や受信強度から調べた。送信器に圧電素子を使用した場合は、製作した全ての受信器で超音波を受信することができた。しかし、受信器が小型になるほど受信強度が減少したため、電磁超音波送信器で超音波を発生させたときは、外部励磁型と自己励磁型受信器では超音波を受信することができず、磁歪型とキューブ型受信器で超音波を受信した。電磁超音波送信器・受信器を使い、水温を10$$sim$$70$$^{circ}C$$まで変化させ、温度と音速の関係を求めたところ文献値と良く一致し、温度測定を行うことができた。しかし、流速測定では十分は受信強度が得られず測定できなかった。

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