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林田 翔平*; 和田 武*; 石角 元志*; 宗像 孝司*; 飯田 一樹*; 蒲沢 和也*; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 中村 充孝; 岩佐 和晃*; et al.
High Pressure Research, 14 Pages, 2026/00
We report the fabrication and characterization of a Zr-based bulk metallic glass (Zr-BMG) clamp cell designed for high-pressure inelastic neutron scattering (INS) measurements. The INS spectra of the empty cell exhibit broad and featureless backgrounds, reflecting the amorphous structure of the Zr-BMG. Test measurements using a reference sample, CsFeCl
, confirm that the neutron transmission of the Zr-BMG cell is significantly higher than that of a conventional monobloc CuBe clamp cell. These results demonstrate that the Zr-BMG clamp cell provides both enhanced neutron transparency and a clean background profile, thereby advancing high-pressure INS studies.
加藤 慎也; 堂田 哲広; 横山 賢治; 田中 正暁; 遠藤 知弘*
Proceedings of 2025 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2025) (Internet), 11 Pages, 2025/09
ナトリウム冷却高速炉におけるULOF事象及びUTOP事象に伴う原子炉出力の上昇時に、炉心構成要素の熱膨張による炉心変形がこの出力上昇を抑制する負の反応度フィードバック効果をもたらす。原子力機構ではこの炉心変形反応度の解析評価手法(設計手法)の開発を実施している。設計手法を構成する反応時計算モジュールは、計算理論に多くの近似を使用しているため、計算された炉心変形反応度の妥当性確認には、核計算の参照解を導出する詳細な評価手法が必要となる。本研究では、開発の第一段階として、設計手法の妥当性確認用の参照コードとして、非構造メッシュを使用できるSimplified P3(SP3)近似に基づく2次元有限体積法(FVM)コードの開発を実施し、拡散理論に基づくFVMコードの計算理論、コードへのSP3近似導入手順、これまでに開発された計算機能の検証結果を示す。
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.
野口 祐二*; 阿蘇 星侑*; 大山 研二*; 石垣 徹*; 米田 安宏; 松尾 拓紀*
Physical Review B, 111(21), p.214113_1 - 214113_13, 2025/06
被引用回数：2 パーセンタイル：63.16(Materials Science, Multidisciplinary)200Kで収集した放射光X線回折データに対する最大エントロピー法(MEM)/リートベルト解析と密度汎関数理論(DFT)計算を組み合わせ、高品質なチタン酸ビスマスナトリウム(Bi
NaTiO
)粉末の電子構造を解析した。その結果、Bi-O共有結合とそれに伴う強誘電性は、主にTi-3dを介したBi-6p-O3-2p軌道相互作用に起因することがわかった。
phases in undoped and Ca-modified sodium niobates阿蘇 星侑*; 松尾 拓紀*; 米田 安宏; 森川 大輔*; 津田 健治*; 大山 研司*; 石垣 徹*; 野口 祐二*
Physical Review B, 111(17), p.174114_1 - 174114_12, 2025/05
被引用回数：2 パーセンタイル：63.16(Materials Science, Multidisciplinary)高分解能放射光X線・中性子回折、収束電子線回折、密度汎関数理論(DFT)計算を組合せた解析により、Ca修飾NaNbOと非ドープNaNbOの結晶構造、phase転移、相安定性を調べた。その結果、Ca修飾によって反強誘電体(AFE)-相が200Kから800Kの広い温度範囲で安定化されること、NaNbOは格子膨張を伴う温度誘起等方圧によって安定化されるのに対し、Ca修飾NaNbOは格子収縮を伴う組成誘起化学圧力によって安定化されることが示された。
桑垣 一紀; 浜瀬 枝里菜; 横山 賢治; 堂田 哲広; 田中 正暁
Annals of Nuclear Energy, 225, p.111754_1 - 111754_10, 2025/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)The Japan Atomic Energy Agency has been developing an innovative design approach for advanced reactors such as fast reactors, known as Advanced Reactor Knowledge- and AI-aided Design Integration Approach through the whole plant lifecycle (ARKADIA). One task of ARKADIA is to establish a core design optimization process to automatically identify optimal core and fuel design parameters by combining an optimization method and integrated sequential analyses of neutronics, thermal-hydraulics, and fuel integrity evaluations as well as plant dynamics analysis. The optimization process has been developed in stages. In a previous study, the optimal solution consistent with the reference solution was obtained in a simple two-variable optimization problem by focusing only on neutronics. Herein, the optimization process was extended to multivariable optimization, including other analyses. In particular, an integrated sequential analysis system was developed to evaluate thermal-hydraulics and fuel integrity as well as neutronics in the core. The number of core design variables was increased from two to four. The extended optimization process was applied to two problems of three- and four-variable optimization with multiple constraints. In the three-variable problem, the validity of optimization calculation was shown by the optimal solution matched to the reference solution. In the four-variable problem, the solution satisfied all the defined constraints. These results confirmed the feasibility of the core design optimization process combined with integrated analyses up to four variables.
深田 幸正; 青柳 佑海人*; 横山 美沙紀*; 堀部 陽一*; 狩野 旬*; 金田 美優*; 藤井 達生*; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 福田 竜生; et al.
Journal of Electronic Materials, 54, p.686 - 692, 2025/01
被引用回数：2 パーセンタイル：27.24(Engineering, Electrical & Electronic)カーボンナノウォール(CNW)は、基板に対して垂直に配向した高密度の多層グラフェンである。我々はメタンやエチレン等の炭化水素ガスを用いないCNWの簡易的な合成方法を開発した。この方法ではCNWの原料として固体炭素を用いる。アルゴンガスへのマイクロ波照射によって発生したアルゴンプラズマが固体炭素源に衝突すると炭素プラズマが生成する。この炭素プラズマが800から900
C程度の基板に数分間衝突し続けるとCNWが形成されることがわかった。CNWを構成する多層グラフェンの品質、サイズ、層間距離は、ラマン分光法、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡を用いて評価した。さらに、我々はCNWの構造に着目し吸着材としての応用可能性を調べた。CNWを陰極として用いることでCs水溶液中のCsの吸着を試みた。陰極として用いたCNWをX線光電子分光(XPS)で調べた結果、CsはCNWを構成するグラフェン層の間に吸着することがわかった。また、電着時間が長ければ長いほどグラフェン層間へのCsの吸着が増加することが分かった。この吸着効果は放射性同位元素である
Csを含む汚染水の浄化等の用途に有用であると考えられる。
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).
Wen, J.*; 鎌田 悠斗*; 横山 貢成*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 今泉 悠也; 田上 浩孝; 松場 賢一; 神山 健司
Proceedings of 13th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS13) (Internet), 8 Pages, 2024/11
The influence of water pool height, particles diameter and wall cooling on particle bed-water pool heat transfer was evaluated by assessing the time variation of average temperatures of the particle bed and water pool, and their difference. The concept of macroscopic heat transfer coefficient of the particle bed-water pool system was introduced to elucidate the intensity of natural convection. The results show that the time variation of temperature difference initially increases, peaks, and then decreases. Based on this phenomenon, the process of heat transfer of the particles bed-water pool system was explained. According to the result, the water pool height and particle diameter will affect the heat transfer, but the current cooling conditions have little influence on the heat transfer of the particle bed.
Wen, J.*; 鎌田 悠斗*; 横山 貢成*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 今泉 悠也; 田上 浩孝; 松場 賢一; 神山 健司
Proceedings of 31st International Conference on Nuclear Engineering (ICONE31) (Internet), 8 Pages, 2024/11
To investigate the coolability of fuel debris bed immersed in molten steel, a rectangular experimental system was built in which the particle bed was volumetrically heated via direct current heating. The experimental apparatus consists of a particle bed immersed in water and a water pool above it, which simulate disrupted solid fuel and molten steel, respectively. Computer code simulations with reactor safety analysis code SIMMER-IV were performed to help understanding the heat transfer characteristics and to validate the applicability of the newly embedded momentum exchange function (MXF) models. Under the current experimental conditions, some key parameters like the particle bed average temperature, water pool average temperature, and temperature difference between the bed and the pool were evaluated to compare with the simulation results. The comparison results showed the most applicable MXF model under the current experimental conditions, and the analysis with it well reproduced the phenomena which was observed in the experiments.
横山 賢治; 羽様 平; 谷中 裕; 大木 繁夫
JAEA-Data/Code 2024-007, 41 Pages, 2024/10
JAEA-Data-Code-2024-007.pdf:1.1MB
汎用炉心解析システムMARBLEの第3版であるMARBLE3を開発した。MARBLEの開発ではオブジェクト指向スクリプト言語Pythonを用いており、これまでの開発ではPythonバージョン2(Python2)を用いていたが、Pythonのバージョンアップの後方非互換性の問題により、Pythonの最新版であるPythonバージョン3(Python3)では、MARBLEを動作させることができなくなっていた。このため、MARBLE3の開発では全面的に改修を行って、Python3で動作するように整備した。また、MARBLE3では、新しく開発された解析コードのカプセル化や新しく提案された計算手法等の組み込みを行うとともに、メンテナンス性や拡張性、柔軟性の観点からユーザインターフェースの拡張やソルバーの再実装等を行った。MARBLE3では、新規に開発された3次元六角/三角体系輸送計算コードMINISTRIVer.7(MINISTRI7)と3次元六角/三角体系拡散計算コードD-MINISTRIを利用できるように整備した。これらのコードは、MARBLEのサブシステムである核特性解析システムSCHEMEや高速炉燃焼解析システムOPRHEUSで利用できる。また、MARBLEに組み込まれている炉心解析システムCBGのユーザインターフェースを拡張して、CBGの2次元RZ体系の拡散計算ソルバーや輸送計算ソルバーをSCHEME上で利用できるように整備した。一方、計算手法についても改良を加えた。MARBLE3では、チェビシェフ有理関数近似法に基づく燃焼計算手法の改良に関する論文やミニマックス多項式近似法に基づく燃焼計算手法に関する論文で提案された計算手法を利用できるように、燃焼計算ソルバーの機能拡張を行った。また、メンテナンス性の観点から、MARBLE2で導入された一点炉動特性ソルバーPOINTKINETICSを廃止して、MARBLE3ではKINETICSソルバーとして新たに整備し直した。
by multiple-wavelength neutron holography山川 昂大*; 中田 肇*; 木村 耕治*; 及川 健一; 原田 正英; 稲村 泰弘; 大山 研司*; 林 好一*
Journal of the Physical Society of Japan, 93(10), p.104601_1 - 104601_5, 2024/10
被引用回数：1 パーセンタイル：21.98(Physics, Multidisciplinary)Atomic resolution holography is a method to obtain atomic arrangements around specific elements. In particular, neutron holography enables the observation of light elements such as O atoms, which are difficult to observe using X-rays. In this study, neutron holography experiments were conducted on BaTiO. As a result, clear atomic images of O surrounding Ti were successfully observed. Based on the calculation of image intensity as a function of atomic displacement, the displacement of the O atom relative to the Ti atom was estimated to be 0.23 
.
山本 孟*; 池田 理*; 本田 孝志*; 木村 健太*; 青山 拓也*; 大串 研也*; 鈴木 昭夫*; 石井 賢司*; 松村 大樹; 辻 卓也; et al.
Physical Review Materials (Internet), 8(9), p.094402_1 - 094402_6, 2024/09
被引用回数：4 パーセンタイル：29.86(Materials Science, Multidisciplinary)We investigate the crystal and electronic structures as well as magnetic properties of ilmenite-type NiVO, which has attracted research interest as an 
= 1 honeycomb lattice magnet. Ilmenite-type NiVO samples were synthesized under high-pressure and high-temperature conditions. Synchrotron X-ray diffraction and Rietveld refinement results demonstrated that NiVO underwent a continuous structural phase transition from the triclinic (
) phase to the rhombohedral (
) phase at 450 K. This transition is concomitant with the decomposition of the V-V dimers formed by the tetravalent V ions. X-ray absorption spectroscopy measurements confirmed that the Ni and V ions were divalent and tetravalent, respectively. Magnetic and specific heat measurements revealed that NiVO underwent an antiferromagnetic transition at 140 K, and a zigzag-type magnetic order with magnetic propagation vector 
=(0,1/2,0) was observed by neutron diffraction measurements.
江村 優軌; 高井 俊秀; 菊地 晋; 神山 健司; 山野 秀将; 横山 博紀*; 坂本 寛*
Journal of Nuclear Science and Technology, 61(7), p.911 - 920, 2024/07
被引用回数：1 パーセンタイル：13.88(Nuclear Science & Technology)Boron carbide (B
C)- stainless steel (SS) eutectic reaction behavior is one of the most important issues in the core disruptive accidents (CDAs) of sodium-cooled fast reactors (SFRs). In this study, the immersion experiments using BC pellets with molten SS were conducted to evaluate the CDA sequences such as contact event of solid BC with degraded core materials including SS at very high temperature. The immersion experiment aims at understanding the kinetic behavior of solid BC-liquid SS reaction based on the reduced thickness of BC pellet after the experiment in the temperature ranges from 1763 to 1943 K, which is higher than the temperature of solid BC-solid SS reaction. Based on the kinetic consideration of the reaction rate constants for solid BC-liquid SS reaction, it was found that similar temperature dependency was identified between solid BC-liquid SS and solid BC-solid SS. Besides, the reaction rate constants of solid BC-liquid SS were smaller than those of solid BC-solid SS extrapolated in higher temperature region by two or more orders of magnitude due to two different evaluation method for BC side/SS side. It was confirmed that this difference was reasonable through the consideration of previous reaction tests in solid-solid contact for BC side/SS side.
根本 隆弘; 藤原 佑輔; 荒川 了紀; 長山 侑矢; 長住 達; 長谷川 俊成; 横山 佳祐; 渡部 雅; 大西 貴士; 川本 大樹; et al.
JAEA-Technology 2024-003, 17 Pages, 2024/06
JAEA-Technology-2024-003.pdf:1.91MB
RS-14サイクルに発生した1次ヘリウム循環機フィルタの差圧上昇の原因を調査するため、フィルタ付着物を調査した。調査の結果、フィルタエレメント表面にシリコンオイルに起因する付着物を確認した。この結果から、フィルタ差圧上昇の原因は、1次ヘリウム純化設備ガス循環機のチャコールフィルタの性能劣化により、1次系内にシリコンオイルが混入したためであることが明らかとなった。また、この再発防止対策として、従来の1次ヘリウム純化設備ガス循環機の運転時間による管理に加え、チャコールフィルタの交換頻度を3年毎とする定期交換計画を新たに策定した。
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.
堂田 哲広; 中峯 由彰*; 吉村 一夫; 桑垣 一紀; 浜瀬 枝里菜; 横山 賢治; 菊地 紀宏; 森 健郎; 橋立 竜太; 田中 正暁
計算工学講演会論文集(CD-ROM), 29, 6 Pages, 2024/06
ナトリウム冷却高速炉(SFR)開発で得た豊富な知識(ナレッジ)を活用するとともに、最新の数値シミュレーション技術を組み合わせた統合評価手法(ARKADIA)の開発の一環として、SFRの概念設計段階の最適化をサポートするARKADIA-Designを開発している。ARKADIA-Designは、3つのシステム(仮想プラントライフシステム(VLS)、評価支援・応用システム(EAS)、知識管理システム(KMS))で構成され、設計最適化フレームワークが各システムのインターフェースを通じて3つのシステム間の連携を制御する。本研究では、炉心設計最適化における例題を対象に、これまでに開発してきた設計最適化フレームワークのVLSでの連成解析及びVLSとEASとの連携による最適化の制御機能を統合したプロトタイプを構築し、設計最適化フレームワークのSFR設計最適化プロセスへの適用性を確認した。
浜瀬 枝里菜; 桑垣 一紀; 堂田 哲広; 横山 賢治; 田中 正暁
Mechanical Engineering Journal (Internet), 11(2), p.23-00440_1 - 23-00440_14, 2024/04
設計最適化支援ツールARKADIA-Designの一部として、炉心設計最適化プロセスを整備している。本プロセスでは、核設計から熱流動設計、燃料健全性評価、プラント動特性までの一連解析を実施し、ベイズ最適化(BO)を用いて効率的に最適な設計仕様を導出する。本研究ではまず、炉心設計例を参考に代表例題を設定し、最適化プロセスを具体化した。続いて、例題設定の適切性を確認するため、最低限の要件として、核設計とプラント動特性の統合解析にBOを用いて単目的最適化問題を解いた。その結果、最適解の存在及び最適解と参照解が良く一致することを確認し、最適化プロセスが代表例題に対して適用できる見通しを得た。
田中 正暁; 江沼 康弘; 岡野 靖; 内堀 昭寛; 横山 賢治; 関 暁之; 若井 隆純; 浅山 泰
Mechanical Engineering Journal (Internet), 11(2), p.23-00424_1 - 23-00424_13, 2024/04
安全性や経済性に関する要求、カーボンフリーエネルギー源としての要求に適合する革新的原子炉の設計を創出する統合評価システムであるARKADIAについて、その概要とともに、要素開発及び設計最適化プロセスの開発状況についてまとめたものである。ARKADIAは、安全設備を含めたプラント設計及び運転を最適化するための、人工知能(AI)を活用した数値解析を実現するとともに、最先端の数値解析技術と、過去の研究開発プロジェクトで得たデータや知見を格納した知識ベースを、AIと融合させるシステムであることについて概要を紹介する。
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：11.69(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 75.2C 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.
