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佐藤 哲也*; 加藤 岳生*; 大上 能悟*; 松尾 衛
Physical Review B, 107(8), p.L180406_1 - L180406_6, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：54.89(Materials Science, Multidisciplinary)We examine the mechanical rotation of a levitated magnetic particle that is induced by ferromagnetic resonance under microwave irradiation. We show that two stable solutions appear in a certain range of parameters by bifurcation when the rotation frequency is comparable to the microwave frequency. This phenomenon originates from the coexistence of the Barnett and the Einstein-de Haas effects. We also reveal that this measurement is sensitive to the strength of the spin-rotation coupling. Our work provides a platform for accessing a microscopic relaxation process from spin to macroscopic rotation.
大上 能悟*; 松尾 衛
Physical Review A, 106(4), p.L041501_1 - L041501_7, 2022/10
被引用回数：2 パーセンタイル：42.78(Optics)Mechanical rotation and oscillation have far lower frequencies than light does; thus they are not coupled to each other conventionally. In this Letter, we show that the torsional mechanical oscillation of an optical cavity can be coupled to the optical modes by introducing birefringence, which produces nondegenerate modes in the cavity: ordinary and extraordinary rays. Twisting the cavity mixes them and modulates the electromagnetic energy. We find the torsional optomechanical Hamiltonian by quantizing the total energy and reveal that the torsional oscillation can be resonantly driven by light.
田島 裕之*; 大上 能悟*; 松尾 衛
Physical Review A, 106(3), p.033310_1 - 033310_8, 2022/09
被引用回数：3 パーセンタイル：23.32(Optics)We elucidate the multiparticle transport of pair tunneling and spin tunneling in strongly correlated interfaces. Not only usual single-particle tunneling but also interaction-induced multiparticle tunneling processes naturally arise from a conventional microscopic model without any empirical parameters, through the overlap of the many-body wave functions around the interface. We demonstrate how anomalous tunneling currents occur in a strongly interacting system due to the pair-tunneling process which we derived microscopically. Our formulation is useful for junction systems in various disciplines, including atomtronics, spintronics, and nuclear reactions.
大湊 友也*; 大上 能悟*; 松尾 衛
Physical Review B, 105(19), p.195409_1 - 195409_9, 2022/05
被引用回数：1 パーセンタイル：17.38(Materials Science, Multidisciplinary)Angular momentum conversion between mechanical rotation and the valley degree of freedom in 2D Dirac materials is investigated theoretically. Coupling between the valley and vorticity of dynamic lattice distortions is derived by applying the 
method to 2D Dirac materials with an inertial effect. Lattice strain effects are also incorporated. Valley transfer and valley-dependent carrier localization are predicted using the dynamic lattice distortions. The transport properties are found to be controllable, allowing the system to be insulating and to generate pulsed charge current. Our formalism offers a route toward mechanical manipulation of valley dynamics in 2D Dirac materials.
大上 能悟*; 松尾 衛
Physical Review B, 105(2), p.L020302_1 - L020302_5, 2022/01
被引用回数：1 パーセンタイル：17.38(Materials Science, Multidisciplinary)We propose a spin transport induced by inertial motion. Our system is composed of two host media and a narrow vacuum gap in between. One of the hosts is sliding at a constant speed relative to the other. This mechanical motion causes the Doppler effect, which shifts the density of states and the nonequilibrium distribution function in the moving medium. Those shifts induce the difference in the distribution function between the two media, and they result in tunneling spin current. The spin current is calculated from the Schwinger-Keldysh formalism with a spin tunneling Hamiltonian. This scheme does not require temperature difference, voltage, or chemical potential.
大上 能悟*; 松尾 衛
New Journal of Physics (Internet), 22(3), p.033040_1 - 033040_7, 2020/03
被引用回数：11 パーセンタイル：70.32(Physics, Multidisciplinary)We propose and analyze surface-plasmon-driven electron spin currents in a thin metallic film. The electron gas in the metal follows the transversely rotating electric fields of the surface plasmons (SPs), which leads to a static magnetization gradient. We consider herein SPs in a thin-film insulator-metal-insulator structure and solve the spin diffusion equation in the presence of a magnetization gradient. The results reveal that the SPs at the metal interfaces generate spin currents in the metallic film. For thinner film, the SPs become strongly hybridized, which increases the magnetization gradient and enhances the spin current. We also discuss how the spin current depends on SP wavelength and the spin-diffusion length of the metal. The polarization of the spin current can be controlled by tuning the wavelength of the SPs and/or the spin diffusion length.
飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.
JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08
JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MBJAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB
発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m
とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。
飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.
Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07
被引用回数：137 パーセンタイル：97.72(Physics, Fluids & Plasmas)最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。
渡辺 大剛*; 中馬 康晴*; 大谷 知未*; 柴本 宏*; 井上 和彦*; 笠原 直人
Nuclear Engineering and Design, 238(2), p.389 - 398, 2008/02
被引用回数：5 パーセンタイル：35.07(Nuclear Science & Technology)原子炉容器のナトリウム液面近傍では、炉容器軸方向に生じる温度勾配によって、熱応力が発生する。また、炉の起動時や停止時にナトリウムの液位が変動した場合、上記熱応力の繰返しが生じ、このような条件下でのラチェット挙動やクリープ疲労強度の明確化が高温構造設計上の重要課題となっている。この課題に取り組むため、ナトリウム液面近傍の負荷条件を模擬できる「液面近傍モデル試験装置」を作成し、構造物の熱ラチェット変形試験を行った。熱ラチェット挙動を明らかにするとともに、試験結果との比較により非弾性解析法の適用性を確認することができた。
飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 正泰; 櫻井 真治; 林 孝夫; 芝間 祐介; 礒野 高明; 榎枝 幹男; 中村 博文; 佐藤 聡; et al.
Nuclear Fusion, 47(8), p.892 - 899, 2007/08
被引用回数：57 パーセンタイル：86.6(Physics, Fluids & Plasmas)コンパクトな核融合原型炉概念SlimCSについて報告する。この原型炉は通常のトカマク炉と比べると小規模な中心ソレノイドコイル(CS)を採用している点に特徴がある。通常、CSの主要な役割はポロイダル磁束の供給とされるが、これをプラズマ形状制御とみなすことでCSの大幅な小型化が可能であり、これによりトロイダルコイルの軽量化しいては炉本体重量の低減が期待できる。さらに、CSの小型化はプラズマの低アスペクト比(=2.6)化を可能にし、高楕円度,大プラズマ電流化,高ベータ化など炉心プラズマの高出力密度を実現するうえで望ましい条件が整う。この結果、SlimCSはARIES-RSのような先進トカマク炉概念と同規模の炉寸法でありながら、比較的無理のない炉心プラズマ条件でほぼ同等の核融合出力を発生するメリットを持つ。
飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 正泰; 櫻井 真治; 林 孝夫; 芝間 祐介; 礒野 高明; 榎枝 幹男; 中村 博文; 佐藤 聡; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2006/10
コンパクトな原型炉を実現するための新概念を提案する。原型炉で見通しうる保守的な設計パラメータでありながら、経済的実用炉の設計例ARIES-RS, CRESTと同規模にコンパクトな原型炉が実現できる可能性を示した。本研究で提案する炉SlimCSは、主半径5.5m、アスペクト比2.6、最大磁場16.4T、核融合出力2.95GWの原型炉であり、規格ベータ値2、規格化密度0.4のときにゼロ電気出力、規格ベータ値4.3,規格化密度1.1の定格運転では1GW程度の正味電気出力を発生する。この概念の特徴は、小規模な中心ソレノイド(CS)を設置することによって形状制御等の炉心プラズマにかかわる技術的困難を回避しつつ、トロイダル磁場コイルをできる限り中心軸に近づけて設置し、プラズマを低アスペクト比化したことである。これによりトロイダル磁場コイルの蓄積エネルギーが大幅に減少し、トロイダル磁場コイルの物量、ひいては炉本体の建設コストの削減に寄与しうる。また、低アスペクト比のため高楕円度及び高ベータ限界が期待され、このようなコンパクトな原型炉が構想可能になる。
飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 佐藤 正泰; 礒野 高明; 櫻井 真治; 中村 博文; 佐藤 聡; 鈴木 哲; 安堂 正己; et al.
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1151 - 1158, 2006/02
被引用回数：123 パーセンタイル：99.01(Nuclear Science & Technology)原研における発電実証プラント設計検討では、中心ソレノイド(CS)の機能に着目して3つの設計オプションを検討中である。これらのうち、主案はCSの機能をプラズマ形状制御に限定してコンパクトにすることによりトロイダル磁場コイルの軽量化を図ったものであり、この設計オプションの場合、主半径5.5m程度のプラズマで3GWの核融合出力を想定する。本プラントでは、Nb
Al導体による超伝導コイル,水冷却固体増殖ブランケット,構造材として低放射化フェライト鋼,タングステンダイバータなど近未来に見通しうる核融合技術を利用する。プラントの設計思想及び要素技術に対する要請を述べる。
渡辺 大剛*; 中馬 康晴*; 大谷 知未*; 柴本 宏; 井上 和彦*; 笠原 直人
Proceedings of 2006 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2006)/International Council on Pressure Vessel Technology (ICPVT-11) (CD-ROM), 7 Pages, 2006/00
繰返し熱荷重を受ける高速炉の高温機器において、熱ラチェットによる破損防止は重要課題である。ラチェット挙動を明らかにするため、構造モデル試験が計画された。熱ラチェット現象を理解するうえでひずみ測定は重要であるが、高温下では従来のひずみゲージによる測定は困難である。このため、2つのレーザービームを用いたレーザースペックル法が構造物モデルのひずみを測定するために開発された。このシステムは原子炉の実際の運転状態を模擬した熱ラチェット試験に適用された。単軸試験結果との比較を通じ、レーザースペックル法が確証された。構造物モデル試験の測定データは、高速炉機器のひずみ予測法を記載している非弾性設計解析に関するガイドラインを検証するために用いられた。
渡辺 大剛*; 中馬 康晴*; 大谷 知未*; 柴本 宏; 井上 和彦*; 笠原 直人
no journal, ,
設計研究中の実用高速炉の原子炉容器の液面近傍を模擬した構造モデル試験を実施するとともに、開発した設計用の非弾性構成式を用いて試験条件下のひずみの解析評価を行った。ひずみの計測結果、弾性解析結果との比較を通じ、非弾性解析により、累積非弾性ひずみが計測結果よりも安全側、弾性解析よりも合理的に評価できることを確認し、開発した非弾性構成式を取り入れた「非弾性設計解析に関するガイドライン(暫定案)」が妥当であることを検証した。
