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C control rods in Fukushima Daiichi nuclear reactors during meltdown; B-Li isotopic signatures in cesium-rich microparticles笛田 和希*; 高見 龍*; 蓑毛 健太*; 諸岡 和也*; 堀江 憲路*; 竹原 真美*; 山崎 信哉*; 斉藤 拓巳*; 塩津 弘之; 大貫 敏彦*; et al.
Journal of Hazardous Materials, 428, p.128214_1 - 128214_10, 2022/04
被引用回数：2 パーセンタイル：75.54(Engineering, Environmental)Boron carbide control rods remain in the fuel debris of the damaged reactors in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, potentially preventing re-criticality; however, the state and stability of the control rods remain unknown. Sensitive high-resolution ion microprobe analyses have revealed B-Li isotopic signatures in radioactive Cs-rich microparticles (CsMPs) that formed by volatilization and condensation of Si-oxides during the meltdowns. The CsMPs contain 1518-6733 mg kg
of 
B and 11.99-1213 mg kg of Li. The 
B/
B (4.15-4.21) and 
Li/
Li (213-406) isotopic ratios are greater than natural abundances (
4.05 and 12.5, respectively), indicating that B(n,
)Li reactions occurred in BC prior to the meltdowns. The total amount of B released with CsMPs was estimated to be 0.024-62 g, suggesting that essentially all B remains in reactor Units 2 and/or 3 and is enough to prevent re-criticality; however, the heterogeneous distribution of B needs to be considered during decommissioning.
斎藤 滋; Wan, T.*; 大久保 成彰; 北 智士*; 大林 寛生; 佐々 敏信
JAEA-Technology 2021-034, 94 Pages, 2022/03
JAEA-Technology-2021-034.pdf:5.91MB
長寿命放射性廃棄物の核変換を実現するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)が研究を進めている加速器駆動システム(ADS; Accelerator Driven System)では、核破砕ターゲット及び未臨界炉心冷却材として鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic alloy)を採用している。ADSとともに、将来のADSの開発に向けて材料照射データベースを構築するためJPARCで検討を進めている陽子照射施設を実現するためには、LBEを安全に利用するために解決すべき課題が多い。特に、T91(改良9Cr-1Mo鋼)やSUS316LなどのADSの主要な鋼材に対して、400-550
Cの温度範囲におけるLBE流動下の腐食データは、ADSや陽子照射施設の設計に不可欠である。その際、鋼材の腐食抑制に大きく影響するLBE中酸素濃度も腐食データベースの重要なパラメータとなる。そこで、JAEAはLBEと鋼材の共存性試験並びにLBE取扱いに関連した技術開発を目的として、"OLLOCHI(Oxygen-controlled LBE LOop for Corrosion tests in HIgh-temperature)"と名付けた大型の腐食試験ループを新たに製作した。OLLOCHIはLBE中酸素濃度を自動調整する機能を有し、高温部及び低温部の最高使用温度はそれぞれ550C、450Cであり、ADSの設計値を包含するように設定している。2,000時間以上に及ぶループの特性試験の結果、設計通りの性能を発揮することが確認された。本報告書ではOLLOCHIの概要と各機器の詳細、特性試験結果ならびに今後の試験計画について述べる。
斎藤 滋; Wan, T.*; 大久保 成彰; 大林 寛生; 渡辺 奈央; 大平 直也*; 木下 秀孝; 八巻 賢一*; 北 智士*; 吉元 秀光*; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011041_1 - 011041_6, 2021/03
原子力機構(JAEA)では、鉛ビスマス共晶合金(LBE)を核破砕中性子発生のターゲット並びに炉心冷却材として使用する、核変換用の加速器駆動システム(ADS)の研究をしている。中性子は、1.5GeVの陽子ビーム入射による核破砕反応によって生成される。ADS開発に重要な材料照射データを取得するため、J-PARCにLBE中性子生成ターゲットを備えた照射施設の建設を提案している。LBEターゲット実用化のためには多くの技術的な課題があり、JAEAでは様々な研究開発を行っている。腐食研究に関しては、OLLOCHIの調整運転と機能試験が開始された。LBE使用する上で重要な技術である酸素濃度制御技術の開発も行っている。大型LBEループ実験では、IMMORTALを使用して、定常および過渡状態の試験を行った。機器の分野では、LBEループシステムの重要な技術として、超音波流量計とフリーズシールバルブの開発を進めている。照射施設の設計に重要なLBE中の不純物挙動の研究も開始した。本論文では、JAEAにおけるLBE関連研究の現状と研究計画について報告する。
大林 寛生; 吉元 秀光*; 北 智士*; 八巻 賢一*; Wan, T.*; 斎藤 滋; 佐々 敏信
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011048_1 - 011048_6, 2021/03
J-PARC is performing R&Ds aimed at realizing an experimental facility applying a spallation target system in order to contribute to development of a lead-bismuth eutectic (LBE) cooled accelerator-driven system. The target system utilizes LBE as a spallation target material and as a primary coolant. The main purpose of the facility is to understand the compatibility of candidate structural materials under flowing high temperature LBE with proton / neutron irradiation, and reflect it in ADS design. 400 MeV - 250 kW pulsed proton beam strikes a target vessel containing irradiation samples during operation. Among the components installed to the target system, in particular the target vessel is exposed not only the corrosive LBE flow, but also highly irradiation by the target operation. It is essential to establish remote exchanging technology of the target vessel that can avoid exposing workers to high radiation environment. This paper describes recent status of a planning remote exchanging procedure of the target vessel and presents the result of a demonstrative experiment. The series of remote operation procedure was successfully demonstrated by experiments using a mock-up apparatus and developed remote jigs. As further issues, we planning several minor modification capable shortening of operation time.
-Orbital component in the Borromean nucleus 
BYang, Z. H.*; 久保田 悠樹*; Corsi, A.*; 吉田 数貴; Sun, X.-X.*; Li, J. G.*; 木村 真明*; Michel, N.*; 緒方 一介*; Yuan, C. X.*; et al.
Physical Review Letters, 126(8), p.082501_1 - 082501_8, 2021/02
被引用回数：25 パーセンタイル：96.89(Physics, Multidisciplinary)ボロミアン核であり中性子ハロー構造が期待されるBに対する(
,
)反応実験を行った。断面積の運動量分布を分析することで、
と
軌道の分光学的因子を決定した。驚くべきことに、の分光学的因子は9(2)%と小さいことが明らかになった。この結果は、連続状態を含むdeformed relativistic Hartree-Bogoliubov理論によってよく説明された。本研究の結果によると、現在知られているハロー構造を持つとされる原子核の中でBはおよび軌道の成分が最も小さく、または軌道成分が支配的であることが必ずしもハロー構造の前提条件ではない可能性を示唆している。
南部 雄亮*; Barker, J.*; 沖野 夕貴*; 吉川 貴史*; 塩見 雄毅*; Enderle, M.*; Weber, T.*; Winn, B.*; Graves-Brook, M.*; Tranquada, J. M.*; et al.
Physical Review Letters, 125(2), p.027201_1 - 027201_6, 2020/07
被引用回数：27 パーセンタイル：91.71(Physics, Multidisciplinary)We measure the mode-resolved direction of the precessional motion of the magnetic order, i.e., magnon polarization, via the chiral term of inelastic polarized neutron scattering spectra. The magnon polarization is a unique and unambiguous signature of magnets and is important in spintronics, affecting thermodynamic properties such as the magnitude and sign of the spin Seebeck effect. However, it has never been directly measured in any material until this work. The observation of both signs of magnon polarization in Y
Fe
O
also gives direct proof of its ferrimagnetic nature. The experiments agree very well with atomistic simulations of the scattering cross section.
斎藤 滋; 大久保 成彰; 大林 寛生; Wan, T.; 菅原 隆徳; 佐々 敏信; 前川 藤夫
JPS Conference Proceedings (Internet), 28, p.071003_1 - 071003_6, 2020/02
原子力機構は、加速器駆動システム(ADS: Accelerator-Driven Systems)の設計に必要な材料照射データベースを作成し、流動LBE中での照射効果について研究するため、J-PARCに陽子照射施設の建設を計画している。この照射施設では、鉛ビスマス共晶合金(LBE: Lead-Bismuth Eutectic)の核破砕ターゲットに250kWの陽子ビームを入射し、ADSの構造材候補材についてLBE流動下での照射試験を実施する。この照射施設を実現するために、様々な研究開発が行われている。LBEターゲットとターゲット台車の設計検討ついては概念設計を終えた。要素技術開発として大型のLBEループが製作され、本格運転へ向け準備中である。LBEループのための酸素濃度制御システムも開発された。遠隔操作によるターゲット交換試験も進捗している。照射試料の照射後試験フローは完成し、照射後試験技術について検討を進めている。その他、TEF-Tの実現に向けた現在の研究開発状況についても報告する。
el order switching in antiferromagnetic thin films revealed by magnetotransport and direct imagingBaldrati, L.*; Gomonay, O.*; Ross, A.*; Filianina, M.*; Lebrun, R.*; Ramos, R.*; Leveille, C.*; Fuhrmann, F.*; Forrest, T. R.*; Maccherozzi, F.*; et al.
Physical Review Letters, 123(17), p.177201_1 - 177201_6, 2019/10
被引用回数：96 パーセンタイル：98.53(Physics, Multidisciplinary)We probe the current-induced magnetic switching of insulating antiferromagnet-heavy-metal systems, by electrical spin Hall magnetoresistance measurements and direct imaging, identifying a reversal occurring by domain wall (DW) motion. We observe switching of more than one-third of the antiferromagnetic domains by the application of current pulses. Our data reveal two different magnetic switching mechanisms leading together to an efficient switching, namely, the spin-current induced effective magnetic anisotropy variation and the action of the spin torque on the DWs.
大林 寛生; 八巻 賢一; 北 智士; 吉元 秀光; Wan, T.; 斎藤 滋; 佐々 敏信
Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.262 - 274, 2019/08
J-PARCでは、ADS候補構造材の高温LBE流動下条件での陽子/中性子照射環境への適応性を把握し、将来設計に反映することを目的として、LBE核破砕ターゲットを用いた実験施設の建設が計画されている。施設に導入するターゲットシステムでは、400MeV-250kWのパルス陽子ビームをターゲット容器に入射させることによって材料照射データが取得する計画である。IMMORTALは、当該システムの一次冷却系の実現可能性を検証することを目的として製作されたモックアップ試験ループであり、遠隔保守性を考慮した機器配置を含めて実装されているほとんどの機器(電磁ポンプ(EMP)、熱交換器、計装など)には、実際のLBEターゲットと同じ設計が反映されている。本ループを用いた統合試験の結果、一次系の各機器が重大な問題等を生じることなく長時間の運転を達成することができた。また、過大ビーム入射事象や冷却材流量の低下などの過渡事象の模擬実験により、熱交換器の性能評価を行う共に、RELAP5-3Dを使用したLBEループシステムの安全性解析モデルを検証するためのいくつかの実験データを取得した。
ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb; X-ray magnetic circular dichroism and resonance photoemission spectroscopy studies坂本 祥哉*; Tu, N. T.*; 竹田 幸治; 藤森 伸一; Hai, P. N.*; Anh, L. D.*; 若林 勇希*; 芝田 悟朗*; 堀尾 眞史*; 池田 啓祐*; et al.
Physical Review B, 100(3), p.035204_1 - 035204_8, 2019/07
The electronic structure and the magnetism of the ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb, whose Curie temperature can exceed room temperature, were investigated by means of X-ray absorption spectroscopy (XAS), X-ray magnetic circular dichroism (XMCD), and resonance photoemission spectroscopy (RPES). The line-shape analyses of the XAS and XMCD spectra suggest that the ferromagnetism is of intrinsic origin. The orbital magnetic moments deduced using XMCD sum rules were found to be large, indicating that there is a considerable 3
contribution to the ground state of Fe. From RPES, we observed a strong dispersive Auger peak and nondispersive resonantly enhanced peaks in the valence-band spectra. The latter is a fingerprint of the correlated nature of Fe 3
electrons, whereas the former indicates their itinerant nature. It was also found that the Fe 3 states have a finite contribution to the density of states at the Fermi energy. These states, presumably consisting of majority-spin - hybridized states or minority-spin e states, would be responsible for the ferromagnetic order in this material.
ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb; X-ray magnetic circular dichroism and resonance photoemission spectroscopy studies坂本 祥哉*; Tu, N. T.*; 竹田 幸治; 藤森 伸一; Hai, P. N.*; Anh, L. D.*; 若林 勇希*; 芝田 悟朗*; 堀尾 眞史*; 池田 啓祐*; et al.
Physical Review B, 100(3), p.035204_1 - 035204_8, 2019/07
被引用回数：12 パーセンタイル：64.92(Materials Science, Multidisciplinary)The electronic structure and the magnetism of the ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb, whose Curie temperature can exceed room temperature, were investigated by means of X-ray absorption spectroscopy (XAS), X-ray magnetic circular dichroism (XMCD), and resonance photoemission spectroscopy (RPES). The line-shape analyses of the XAS and XMCD spectra suggest that the ferromagnetism is of intrinsic origin. The orbital magnetic moments deduced using XMCD sum rules were found to be large, indicating that there is a considerable 3 contribution to the ground state of Fe. From RPES, we observed a strong dispersive Auger peak and nondispersive resonantly enhanced peaks in the valence-band spectra. The latter is a fingerprint of the correlated nature of Fe 3 electrons, whereas the former indicates their itinerant nature. It was also found that the Fe 3 states have a finite contribution to the density of states at the Fermi energy. These states would be responsible for the ferromagnetic order in this material.
日置 友智*; 橋本 佑介*; Johansen, T. H.*; 齊藤 英治
Physical Review Applied (Internet), 11(6), p.061007_1 - 061007_5, 2019/06
被引用回数：7 パーセンタイル：45.76(Physics, Applied)We investigate the propagation dynamics of magneto-elastic waves in an out-of-plane (OP) magnetized film using time-resolved magneto-optical (TRMO) microscopy based on the Cotton-Mouton effect. In OP magnetized films, spin precession induces a temporal change in the in-plane component of magnetization (
), which can be measured through birefringence induced by , or the Cotton-Mouton effect (CME). Here we develop an imaging method based on CME, realizing the observation of stress-driven magneto-elastic waves in an OP magnetized film. This result expands the focus of TRMO microscopy, allowing investigation of magneto-elastic waves in OP magnetized films.
(Sb
Bi
)
Te
Ye, M.*; Xu, T.*; Li, G.*; Qiao, S.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Zhu, S.-Y.*; Nurmamat, M.*; 角田 一樹*; 石田 行章*; et al.
Physical Review B, 99(14), p.144413_1 - 144413_7, 2019/04
被引用回数：12 パーセンタイル：64.92(Materials Science, Multidisciplinary)We investigate the microscopic origin of ferromagnetism coupled with topological insulators in V-doped (Sb,Bi)
Te employing X-ray magnetic circular dichroism and angle-resolved two-photon photoemission spectroscopies, combined with first-principles calculations. We found an magnetic moment at the Te site anti-parallel to that of the V and Sb sites, which plays a key role in the ferromagnetic order. We ascribe it to the hybridization between Te 5
and V 3
majority spin states at the Fermi energy, consistent with the Zener-type - exchange interaction scenario. The substitution of Bi for Sb suppresses the bulk ferromagnetism by introducing extra electron carriers in the majority spin channel of the Te states that compensates the antiparallel magnetic moment on the Te site. Our findings reveal important clues to designing magnetic topological insulators with higher Curie temperature that work under ambient conditions.
Wan, T.; 斎藤 滋
Metals, 8(8), p.627_1 - 627_22, 2018/08
被引用回数：9 パーセンタイル：51.2(Materials Science, Multidisciplinary)In this study, an LBE loop referred to as JLBL-1 was used to experimentally study the behavior of 316L SS when subjected to FAC for 3000 h under non-isothermal conditions. An orifice tube specimen, consisting of a straight tube that abruptly narrows and widens at each end, was installed in the loop. The specimen temperature was 450 centigrade, and a temperature difference between the hottest and coldest legs of the loop was 100 centigrade. The oxygen concentration in the LBE was less than 10
wt.%. The Reynolds number in the test specimen was approximately 5.3
10
. The effects of various hydrodynamic parameters on FAC behavior were studied with the assistance of computational fluid dynamics (CFD) analyses, and then a mass transfer study was performed by integrating a corrosion model into the CFD analyses. The results show that the local turbulence level affects the mass concentration distribution in the near-wall region and therefore the mass transfer coefficient across the solid/liquid interface. The corrosion depth was predicted on the basis of the mass transfer coefficient obtained in the numerical simulation and was compared with that obtained in the loop; the two results agreed well.
斎藤 滋; 大林 寛生; Wan, T.; 大久保 成彰; 菅原 隆徳; 遠藤 慎也; 佐々 敏信
Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '17) (Internet), p.448 - 457, 2018/05
原子力機構は、加速器駆動システム(ADS: accelerator-driven systems)の設計に必要なデータを得るために、J-PARC計画の中でADSターゲット実験施設(TEF-T: Target Test Facility)の建設を計画している。TEF-Tでは、鉛ビスマス共晶合金(LBE: Lead-Bismuth Eutectic)の核破砕ターゲットに250kWの陽子ビームを入射し、ADSの構造材候補材についてLBE流動下での照射試験を実施する。TEF-Tを実現するために、様々な研究開発が行われている。LBEターゲットとターゲット台車の設計検討は大きく進捗した。ターゲットループの保守と照射試料の照射後試験を行うホットセルについては概念設計を終えた。要素技術開発として、TEF-TターゲットのモックアップループとLBE流動下での材料腐食データを得るためのループが製作され、本格運転へ向け準備中である。LBEループのための酸素濃度制御システムも開発された。遠隔操作によるターゲット交換試験も実施中である。その他、TEF-Tの実現に向けた現在の研究開発状況についても報告する。
=28 and 
=50; Spectroscopy of 
ZnShand, C. M.*; Podoly
k, Zs.*; G
rska, M.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Nowacki, F.*; Otsuka, T.*; Sieja, K.*; Tostevin, J. A.*; Tsunoda, T.*; et al.
Physics Letters B, 773, p.492 - 497, 2017/10
被引用回数：22 パーセンタイル：87.49(Astronomy & Astrophysics)Low-lying states in neutron-rich 
Zn nuclei were measured for the first time via in-beam 
-ray spectroscopy at RIKEN. These include the 4
to 2 in 
Zn and the 2 to 0 and 4 to 2 in 
Zn. The reduced E(
) energies and increased E(4
)/E(2) ratios at =52,54 compared to 
Zn attest that the magicity is confined just on the neutron number =50 only. The levels observed in Zn suggest the onset of deformation towards heavier Zn isotopes. The data were compared to state-of-the-art shell model calculations.
佐々 敏信; 斎藤 滋; 大林 寛生; 菅原 隆徳; Wan, T.; 山口 和司*; 吉元 秀光
NEA/CSNI/R(2017)2 (Internet), p.111 - 116, 2017/06
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動システム(ADS)を用いた高レベル放射性廃棄物に起因する環境負荷の低減を提案している。ADSを実現するため、J-PARC計画の一環として、核変換実験施設(TEF)の計画している。JAEAが提案するADSは鉛ビスマス共晶合金(LBE)を未臨界炉心の冷却材及び核破砕ターゲットとして採用している。J-PARCのTEFを活用し、ADSの設計に必要なデータを収集し、LBE利用の技術課題の解決を図る。250kWのLBE核破砕ターゲットをTEFに設置し、材料照射データベースを構築する。TEFを建設するために必須な様々な技術開発として、酸素濃度制御技術、計測機器開発、遠隔操作によるターゲット保守技術とともにターゲットの詳細設計を実施している。250kW核破砕ターゲット最適化の最新の状況を報告する。
KrFlavigny, F.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Delaroche, J.-P.*; Girod, M.*; Libert, J.*; Rodriguez, T. R.*; Authelet, G.*; 馬場 秀忠*; Calvet, D.*; et al.
Physical Review Letters, 118(24), p.242501_1 - 242501_6, 2017/06
被引用回数：32 パーセンタイル：86.8(Physics, Multidisciplinary)The first -ray spectroscopy of very neutron rich Kr isotopes was carried out at the RIBF at RIKEN Nishina center. Excited states in these isotopes were populated via (p,2p) reactions using radioactive 
Rb beams accelerated to 220 MeV/nucleon. The new data show a significant increase in deformation beyond N=60, as well as competing configurations (shape-coexistence) at low energy. The data were compared with beyond-mean-field calculations which predict level energies in good agreement with observation, and suggest oblate-prolate shape coexistence.
decay of unbound neutron-hole states in 
SnVaquero, V.*; Jungclaus, A.*; Doornenbal, P.*; Wimmer, K.*; Gargano, A.*; Tostevin, J. A.*; Chen, S.*; Ncher, E.*; Sahin, E.*; 志賀 慶明*; et al.
Physical Review Letters, 118(20), p.202502_1 - 202502_5, 2017/05
被引用回数：18 パーセンタイル：77(Physics, Multidisciplinary)Excited states in Sn were populated following one-neutron knockout reaction from an unstable 
Sn beam at the RIBF laboratory in RIKEN. In addition to the already known rays, additional strength was observed for the first time in the excitation-energy range 3.5-5.5 MeV. Since the neutron separation energy of Sn is low, this observation provides direct evidence for the radioactive decay of neutron-unbound states in this nucleus. The ability of decay to compete with neutron emission was attributed to a mismatch between the wave functions of the initial and final states in the neutron emission case. These findings suggest that in the region south-east of 
Sn, nuclear structure effects play a significant role in the decay of unbound states, which are instead usually ignored in the evaluation of neutron-emission probabilities in astrophysical simulations.
Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Rodriguez, T. R.*; Authelet, G.*; 馬場 秀忠*; Calvet, D.*; Ch
teau, F.*; Corsi, A.*; Delbart, A.*; et al.
Physical Review C, 95(4), p.041302_1 - 041302_6, 2017/04
被引用回数：22 パーセンタイル：87.49(Physics, Nuclear)Neutron-rich isotopes of selenium, 
Se, where studied via in beam -ray spectroscopy after nucleon removal reactions at RIBF in RIKEN. The low-energy excitations of these nuclei were investigated using - coincidences, and the first and second excited 2 states were found at remarkably low energies. The analysis and comparison with self-consistent beyond-mean field calculations suggest that both shape coexistence and triaxiality are needed to describe these isotopes.
