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論文

Space weather benchmarks on Japanese society

石井 守*; 塩田 大幸*; 垰 千尋*; 海老原 祐輔*; 藤原 均*; 石井 貴子*; 一本 潔*; 片岡 龍峰*; 古賀 清一*; 久保 勇樹*; et al.

Earth, Planets and Space (Internet), 73(1), p.108_1 - 108_20, 2021/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:72.01(Geosciences, Multidisciplinary)

科研費新学術領域研究・太陽地球圏環境予測(PSTEP)の一環として、日本における宇宙天気災害の発生規模と頻度の関係を包括的に調査した。調査した情報は、国内における宇宙天気ユーザーが理解できる形で公開した。本論文では、その包括的調査の結果をまとめるとともに、宇宙天気災害が電力や航空業界に与える経済的損失に関して定量評価した結果も紹介する。

論文

Angular momentum compensation manipulation to room temperature of the ferrimagnet Ho$$_{3-x}$$Dy$$_{x}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ detected by the Barnett effect

今井 正樹; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 114(16), p.162402_1 - 162402_4, 2019/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:77.53(Physics, Applied)

We demonstrate that the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, at which the net angular momentum in the sample disappears, can be controlled in Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ by partially substituting Dy for Ho. The $$T_{rm A}$$ can be detected using the Barnett effect, by which mechanical rotation magnetizes an object due to spin-rotation coupling. We found that $$T_{rm A}$$ increases with the Dy content and clarified that the $$T_{rm A}$$ of Ho$$_{1.5}$$Dy$$_{1.5}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ coincides with room temperature. The Barnett effect enables us to explore materials applicable to magnetic devices utilizing the angular momentum compensation only by rotating the powder sample at room temperature.

論文

Observation of gyromagnetic reversal

今井 正樹; 緒方 裕大*; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 113(5), p.052402_1 - 052402_3, 2018/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:69.15(Physics, Applied)

We report direct observation of gyromagnetic reversal, which is the sign change of gyromagnetic ratio in a ferrimagnet Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$, by using the Barnett effect measurement technique at low temperatures. The Barnett effect is a phenomenon in which magnetization is induced by mechanical rotation through the coupling between rotation and total angular momentum $$J$$ of electrons. The magnetization of Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ induced by mechanical rotation disappears at 135 K and 240 K. The temperatures correspond to the magnetization compensation temperature $$T_{rm M}$$ and the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, respectively. Between $$T_{rm M}$$ and $$T_{rm A}$$, the magnetization flips over to be parallel against the angular momentum due to the sign change of gyromagnetic ratio. This study provides an unprecedented technique to explore the gyromagnetic properties.

論文

Enhanced orbital magnetic moment in FeCo nanogranules observed by Barnett effect

緒方 裕大; 中堂 博之; Gu, B.; 小林 伸聖*; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 齊藤 英治; 前川 禎通

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 442, p.329 - 331, 2017/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:57.14(Materials Science, Multidisciplinary)

The gyroscopic g factor, $$g'$$, of FeCo nanogranules embedded in a matrix of MgF$$_2$$ (FeCo-MgF$$_2$$) was determined by measuring the magnetic-field generation from a rotating sample due to the Barnett effect. The $$g'$$ value of the FeCo-MgF$$_2$$ is estimated to be 1.76 $$pm$$ 0.11. The orbital contribution to the magnetic moment in the FeCo nanogranules was found to be quite large compared with that in bulk FeCo, being consistent with a density-functional-theory calculation that shows that the orbital magnetic moment may increase at the FeCo/MgF$$_2$$ interfaces. The result suggests that the orbital magnetic moment is enhanced by symmetry breaking at the surface of the FeCo nanogranules.

論文

Gyroscopic $$g$$ factor of rare earth metals

緒方 裕大; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 110(7), p.072409_1 - 072409_4, 2017/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:60.64(Physics, Applied)

We develop the $$in$$ $$situ$$ magnetization measurement apparatus for observing the Barnett effect consisting of a fluxgate sensor, high speed rotor with frequencies of up to 1.5 kHz, and magnetic shield at room temperature. The effective magnetic field (Barnett field) in a sample arising from rotation magnetizes the sample and is proportional to the rotational frequency. The gyroscopic $$g$$ factor, $$g'$$, of rare earth metals, in particular, Gd, Tb and Dy were estimated to be 2.00$$pm$$0.08, 1.53$$pm$$0.17, and 1.15$$pm$$0.32, respectively, from the slopes of the rotation dependence of the Barnett field. This study provides a technique to determine the $$g'$$ factor even in samples where the spectroscopic method may not be available.

論文

Spin hydrodynamic generation

高橋 遼*; 松尾 衛; 小野 正雄; 針井 一哉; 中堂 博之; 岡安 悟; 家田 淳一; 高橋 三郎*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Physics, 12, p.52 - 56, 2016/01

 被引用回数:65 パーセンタイル:95.17(Physics, Multidisciplinary)

Magnetohydrodynamic generation is the conversion of fluid kinetic energy into electricity. Such conversion, which has been applied to various types of electric power generation, is driven by the Lorentz force acting on charged particles and thus a magnetic field is necessary. On the other hand, recent studies of spintronics have revealed the similarity between the function of a magnetic field and that of spin-orbit interactions in condensed matter. This suggests the existence of an undiscovered route to realize the conversion of fluid dynamics into electricity without using magnetic fields. Here we show electric voltage generation from fluid dynamics free from magnetic fields; we excited liquid-metal flows in a narrow channel and observed longitudinal voltage generation in the liquid. This voltage has nothing to do with electrification or thermoelectric effects, but turned out to follow a universal scaling rule based on a spin-mediated scenario. The result shows that the observed voltage is caused by spin-current generation from a fluid motion: spin hydrodynamic generation. The observed phenomenon allows us to make mechanical spin-current and electric generators, opening a door to fluid spintronics.

論文

Barnett effect in paramagnetic states

小野 正雄; 中堂 博之; 針井 一哉; 岡安 悟; 松尾 衛; 家田 淳一; 高橋 遼*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Physical Review B, 92(17), p.174424_1 - 174424_4, 2015/11

 被引用回数:19 パーセンタイル:68.15(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the observation of the Barnett effect in paramagnetic states by mechanically rotating gadolinium (Gd) metal with a rotational frequency of up to 1.5 kHz above the Curie temperature. An in situ magnetic measurement setup comprising a high-speed rotational system and a fluxgate magnetic sensor was developed for the measurement. Temperature dependence of the observed magnetization follows that of paramagnetic susceptibility, indicating that any emergent magnetic field is proportional to the rotational frequency and is independent of temperature. From the proportionality constant of the emergent field, the gyromagnetic ratio of Gd is calculated to be -29 $$pm$$ 5 GHz/T. This study revisits the primordial issue of magnetism with modern technologies to shed new light on the fundamental spin-rotation coupling.

論文

Temperature of thermal spikes in amorphous silicon nitride films produced by 1.11 MeV C$$_{60}^{3+}$$ impacts

北山 巧*; 中嶋 薫*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; 磯田 正二*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.183 - 186, 2015/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.25(Instruments & Instrumentation)

According to an inelastic-thermal-spike (i-TS) model, which is regarded as the most promising among several models proposed to explain the formation of an ion track, a part of the energy deposited to electrons in a solid by a swift heavy ion is gradually transferred to target atoms via electron-phonon coupling. The temperature of target atoms rises along the ion path and consequently an ion track is formed when the temperature exceeds the melting point. Therefore, the temperature of target atoms along the ion path is regarded as a key parameter for the i-TS model; however, such a spatiotemporally-localized temperature is difficult to measure because the processes involved occur in a very short period ($$<$$ 10$$^{-10}$$ s) and in a very localized area. In this study, the temperature of target atoms along the ion path is estimated experimentally with transmission-electron-microscope (TEM) observation of desorption of Au nanoclusters (the melting point $$sim$$1300 K) on an amorphous Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ thin film under 1.1-MeV C$$_{60}^{3+}$$-ion irradiation to the fluence of $$sim$$5$$times$$10$$^{10}$$ ions/cm$$^{2}$$. TEM images show that Au nanoclusters, deposited at the areal density of 1.16$$times$$10$$^{12}$$ particles/cm$$^{2}$$, disappear in a surface area with a diameter of $$sim$$20 nm around each ion track, whose diameter is $$sim$$4 nm, after irradiation. This indicates that the temperature at the film surface rises locally to at least 1300 K by the ion bombardment.

論文

Line splitting by mechanical rotation in nuclear magnetic resonance

針井 一哉; 中堂 博之; 小野 正雄; 松尾 衛; 家田 淳一; 岡安 悟; 前川 禎通; 齊藤 英治

Japanese Journal of Applied Physics, 54(5), p.050302_1 - 050302_3, 2015/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:48.8(Physics, Applied)

Nuclear magnetic resonance (NMR) measurements for a nuclear spin 1/2 system in an external magnet field and mechanical rotation in kHz range are reported. NMR signals are measured by the synchronous rotation of a sample and a detector coil under the condition that the rotation axis is perpendicular to the external field. NMR line splits into two despite the system having a single Zeeman level separation. We analytically show that the splitting originates in the nuclear spin motion under mechanical rotation, and is determined by only the angular velocity of the rotation without any material parameters.

論文

Rotational Doppler effect and Barnett field in spinning NMR

中堂 博之; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 小野 正雄; 前川 禎通; 齊藤 英治

Journal of the Physical Society of Japan, 84(4), p.043601_1 - 043601_4, 2015/04

 被引用回数:15 パーセンタイル:73.28(Physics, Multidisciplinary)

We report the observation of the rotational Doppler effect using nuclear magnetic resonance (NMR). We have developed a coil-spinning technique that enables measurements by rotating a detector and fixing a sample. We found that the rotational Doppler effect gives rise to NMR frequency shifts equal to the rotation frequency. We formulate the rotational Doppler effect and the Barnett field using a vector model for the nuclear magnetic moment. This formulation reveals that, with just the sample rotating, both effects cancel each other, thereby explaining the absence of an NMR frequency shift in conventional sample-spinning NMR measurements.

論文

Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance

中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 春木 理恵*; 岡安 悟; 前川 禎通; 安岡 弘志; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 7(6), p.063004_1 - 063004_4, 2014/06

 被引用回数:35 パーセンタイル:84.13(Physics, Applied)

電気的に中性な物体であっても、回転する物体中の粒子には磁場が生じることが予言されている。この磁場をバーネット磁場という。我々は核磁気共鳴法が固体中に生じたバーネット磁場を測定できることを示す。我々は試料とNMR検出コイルを同じ早さで回転させると核磁気モーメントの符号を反映したNMRシフトが生じることを見いだした。この結果はバーネット磁場の直接的証拠である。NMRを用いたバーネット磁場の測定は未知の核磁気モーメントの符号を決定できる。

論文

Corrosion-erosion test of SS316L grain boundary engineering materials (GBEM) in lead bismuth flowing loop

斎藤 滋; 菊地 賢司*; 濱口 大; 手塚 正雄*; 宮城 雅徳*; 粉川 博之*; 渡辺 精一*

Journal of Nuclear Materials, 431(1-3), p.91 - 96, 2012/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:62.49(Materials Science, Multidisciplinary)

鉛ビスマス材料試験ループ1号(JLBL-1)の第5期3600時間試験運転において、配管内部に取り付けられた試験片の腐食評価を行った。ループの運転温度は高温部が450$$^{circ}$$C、低温部が350$$^{circ}$$Cで温度差は100$$^{circ}$$Cである。試験片取り付け部の流量は約1L/min.である。試験片取り付け部は内径9mmのSS316L配管に溝を切り、10mm$$times$$10mm$$times$$1mmtの試験片を4枚取り付けた。試験片の材質はSS316L母材及びSS316L粒界制御(GBE)材である。運転終了後の試験片の光学顕微鏡による断面観察の結果、大きな減肉が観察された。SS316L母材,GBE材の減肉量は、それぞれ片面約390$$mu$$m及び190-270$$mu$$mであり、いずれも一様に減肉しつつも、局所的には平坦でなかった。SEM観察,EDX分析の結果、鉛ビスマスによる結晶粒界浸食は、母材,GBE材ともに断面のSEM観察上は数$$mu$$m程度であったが、鉛ビスマスの拡散領域深さは母材が20$$mu$$m程度、GBE材が10$$mu$$m以下で明らかな違いが見られた。これは、粒内への拡散深さは同じでも、GBE材では粒界の連続性を遮断する効果により粒界拡散を抑えた効果によると考えられる。いずれの試料でも酸化物層は観察されなかった。

論文

Effect of cold working on the corrosion resistance of JPCA stainless steel in flowing PB-Bi at 450$$^{circ}$$C

Rivai, A. K.*; 斎藤 滋; 手塚 正雄*; 加藤 千明; 菊地 賢司*

Journal of Nuclear Materials, 431(1-3), p.97 - 104, 2012/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:62.49(Materials Science, Multidisciplinary)

鉛ビスマスを核破砕ターゲット及び冷却材として用いる加速器駆動核変換システム(ADS)の開発において、高性能な陽子ビーム窓材料の開発は重要な課題の一つである。本研究では、オーステナイトステンレス鋼(JPCA)に20%の冷間加工を加え、腐食挙動の観点から研究を行った。20%冷間加工JPCAの腐食試験は、材料試験ループ1号(JLBL-1)で行った。最高温度,温度差及び試験時間はそれぞれ450$$^{circ}$$C, 100$$^{circ}$$C, 約1L/min.及び1,000時間である。比較のため、冷間加工されていないJPCAの腐食試験も同じ条件で行った。結果は、JPCAの冷間加工の有無により腐食挙動に違いがあることを示した。冷間加工なしのJPCAでは、母材の構成元素が鉛ビスマス中に溶解することで形成されるフェライト層を通って鉛ビスマスが母材へ進入した。20%冷間加工JPCAでは、腐食は部分的で、局所的なピッティング腐食が形成された。腐食挙動の違いは、冷間加工が$$gamma$$-オーステナイト相から$$alpha$$'-マルテンサイト相への相変態を誘発するためであり、これがJPCAの流動鉛ビスマス中での耐食性に影響を与えることがわかった。

論文

Performance upgrade in the JAEA actinide science beamline BL23SU at SPring-8 with a new twin-helical undulator

斎藤 祐児; 福田 義博; 竹田 幸治; 山上 浩志; 高橋 直*; 浅野 芳裕*; 原 徹*; 白澤 克年*; 竹内 政雄*; 田中 隆次*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 19(3), p.388 - 393, 2012/05

 被引用回数:77 パーセンタイル:96.46(Instruments & Instrumentation)

SPring-8の原子力機構専用軟X線ビームラインで、実験ステーションの性能向上のため真空封止型ツインヘリカルアンジュレータを導入し、その高度化を行った。新光源は、高速円偏光反転機能を有し、軟X線磁気円2色性(XMCD)測定の精度及びデータの取得効率の大幅な向上をもたらした。10T超伝導マグネットを用いた常磁性体$$beta$$-US$$_{2}$$のXMCDデータの測定結果を示すことにより、本ビームラインの性能及び発展の可能性について記述する。

論文

Development of in-pile instruments for fuel and material irradiation tests

柴田 晃; 北岸 茂; 木村 伸明; 斎藤 隆; 中村 仁一; 近江 正男; 出雲 寛互; 土谷 邦彦

JAEA-Conf 2011-003, p.185 - 188, 2012/03

JMTR再稼働における照射技術開発の一環として、燃材料の照射試験において高精度なデータを得るため、腐食電位(ECP)センサー及び差動トランス(LVDT)式ガス圧計の開発を行っている。ECPセンサは高温高圧水条件にて構造材料の腐食電位を決定するためのセンサーであり、LVDT式ガス圧計は中性子照射下における燃料要素のガス圧を測定するためのセンサーである。本開発ではECPセンサーにおいては、センサーのセラミック及び金属の接合部について応力集中を避けるため形状の最適化を行った。一方、LVDT式ガス圧計においては、高温高圧かつ高照射下環境にて、高精度かつ安定した測定を行うためにLVDTのコイル材をMIケーブルと変更する改良を行った。この結果、ECPセンサーにおいては炉外試験において、接合材の破損なく安定した出力を得ることができるとともに、LVDT式ガス圧計についてはMIケーブルに変更しても、安定かつフルスケールで1.8%という正確さを示した。

論文

電子線同時照射共グラフト法によるゴム表面改質の研究

溝手 範人*; 齋藤 広明*; 植木 悠二; 瀬古 典明; 玉田 正男

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 52, 2012/01

ワイパーゴムは摩擦,耐摩耗性の向上を目的として塩素化処理やコーティングなどの表面処理が行われている。しかし、これらの表面処理法では環境負荷が高い、あるいは、コーティング剤が剥離しやすいといった問題があるため、新規表面改質技術の開発が求められている。これまでに電子線同時照射共グラフト重合技術によるゴム表面改質を実施し、ゴム表面に導入したモノマーの種類並びにその組成比が表面特性を特異的に変化させることを見いだしてきた。本研究では、モノマー組成比が及ぼす摩擦摩耗特性への影響について検討した。その結果、3-(メタクリロイルオキシ)プロピルトリス(トリメチルシロキシ)シランに少量の2-ヒドロキシエチルメタクリレートを加えた混合モノマーをゴム表面にグラフトすることで、摩擦変動が少なく、かつ、耐摩耗性が2倍程度向上した改質面を得られることがわかった。

報告書

照射試験開発棟における試験装置の設備整備

石田 卓也; 谷本 政隆; 柴田 晃; 北岸 茂; 斎藤 隆; 近江 正男; 中村 仁一; 土谷 邦彦

JAEA-Testing 2011-001, 44 Pages, 2011/06

JAEA-Testing-2011-001.pdf:4.52MB

照射試験炉センターでは、材料試験炉(JMTR)の改修・再稼動後において技術的価値の高い照射データを提供するため、新たな照射試験法の開発を行っている。照射試験に必要なキャプセルを開発するため、キャプセル組立て、照射試料の材料試験や材料検査・分析などが行える施設を整備した。施設整備にあたっては、大洗研究開発センター内にある既設建屋の有効活用の観点から、現在、管理区域が解除され、実験装置,事務用品などの保管に使用されていたRI利用開発棟を改修し、上記目的のための施設整備を行った。改修後、照射試験開発棟と命名し、利用目的に基づいて8つの実験室を整備し、実験装置の設置を開始した。現在、照射試験開発棟における基本的管理要領を設定し、運用を行っている。本報告書は、RI利用開発棟の改修工事及び実験室内の実験装置の整備と操作方法及び照射試験開発棟における基本的管理要領についてまとめたものである。

報告書

Development of measuring instruments for material irradiation tests

北岸 茂; 谷本 政隆; 飯村 光一; 井上 修一; 斎藤 隆; 近江 正男; 土谷 邦彦

JAEA-Review 2010-046, 19 Pages, 2010/11

JAEA-Review-2010-046.pdf:2.51MB

JMTRは、1968年に初臨界を達成してから、燃材料の中性子照射試験やRI製造等に利用されてきたが、改修のために2006年に一旦停止した。再稼働後のJMTRは、軽水炉の長寿命化(高経年化対策,次世代軽水炉の開発等),産業利用の拡大(医療診断用$$^{rm 99m}$$Tcの製造等)といった幅広い利用ニーズに応えるために、改修工事と並行して、新たな照射試験技術の開発を進めている。本報告書は、JMTRの中性子照射試験で用いる計測機器として開発中のFPガス圧力計,多対式熱電対,ECPセンサー及びセラミックセンサーの開発の現状についてまとめたものである。

論文

500-kV光陰極電子源に関する真空特性の評価

山本 将博*; 内山 隆司*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 佐藤 康太郎*; 松葉 俊哉*; 斉藤 義男*; 小林 正則*; 栗巣 普揮*; 羽島 良一; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.717 - 720, 2010/08

われわれは、高エネルギー加速器研究機構,原子力機構,広島大学,名古屋大学,山口大学の共同研究で超低エミッタンス,大電流ビームを供給できる500-kV光陰極DC電子銃を開発している。そのために、この電子銃のチャンバは極高真空に保たれる必要があるので、チタン製のチャンバと新しいセラミック材料を採用している。この真空チャンバのガス放出速度計測結果について報告する。

報告書

鉛ビスマス冷却加速器駆動システムを用いた核変換技術の成立性検討

辻本 和文; 西原 健司; 武井 早憲; 菅原 隆徳; 倉田 有司; 斎藤 滋; 大林 寛生; 佐々 敏信; 菊地 賢司*; 手塚 正雄; et al.

JAEA-Research 2010-012, 59 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-012.pdf:2.0MB

加速器駆動システム(ADS)において核破砕ターゲット及び冷却材として用いられる鉛ビスマス共晶合金(LBE)に関する研究やビーム窓候補材料に対する照射試験等により新たに得られたデータや知見に基づき、ADS概念の再構築を行い、その成立性を検討した。炉心の核・熱設計では、燃料被覆管候補材である改良9Cr-1Mo鋼のLBE中での最高使用温度の目安値を550$$^{circ}$$Cと設定し、熱出力800MWを維持するのに必要なビーム電流を可能な限り低減する概念を構築した。この炉心概念について、1サイクル600日の運転期間中の燃料被覆管及びビーム窓の健全性評価を行った。その結果、温度及び腐食並びに未照射条件での構造強度について、高い成立性を有することを確認した。材料特性に対する照射影響に関しては、既存データからの類推等により実機ADSの使用条件下においては影響がそれほど大きくはないことを示したが、今後の実験データのさらなる拡充が必要であり、その結果によっては運転サイクルの短縮等の対処が必要となる。ADSの安全性に関する検討では、レベル1PSA(確率論的安全評価)及び基準外事象の過渡解析を行い、炉心損傷及び損傷に伴う再臨界の可能性が非常に低いことを明らかにした。

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