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論文

Chemical-pressure-induced point defects enable low thermal conductivity for Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si single crystals

齋藤 亘*; 林 慶*; Huang, Z.*; 杉本 和哉*; 大山 研司*; 八方 直久*; 原田 正英; 及川 健一; 稲村 泰弘; 林 好一*; et al.

ACS Applied Energy Materials (Internet), 4(5), p.5123 - 5131, 2021/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Chemistry, Physical)

The development of thermoelectric (TE) materials, which can directly convert waste heat into electricity, is vital to reduce the use of fossil fuels. Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si are promising TE materials because of their superior TE performance. In this study, for future improvement of the TE performance, point defect engineering was applied to the Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si single crystals (SCs) via boron (B) doping. Their crystal structures were analyzed via white neutron holography and SC X-ray diffraction. Moreover, nanostructures and TE properties of the B-doped Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si SCs were investigated. The B-doping increased the chemical pressure on the Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si SCs, leading to induce vacancy defects as a point defect. No apparent change was observed in electronic transport, but thermal transport was significantly prevented. This study demonstrates that the vacancy defects can be controlled by the chemical pressure, and can aid in achieving a high TE performance for the Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si SCs.

論文

Preparation, thermoelectric properties, and crystal structure of boron-doped Mg$$_{2}$$Si single crystals

林 慶*; 齋藤 亘*; 杉本 和哉*; 大山 研司*; 林 好一*; 八方 直久*; 原田 正英; 及川 健一; 稲村 泰弘; 宮崎 譲*

AIP Advances (Internet), 10(3), p.035115_1 - 035115_7, 2020/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.88(Nanoscience & Nanotechnology)

Mg$$_{2}$$Si is a potential thermoelectric (TE) material that can directly convert waste energy into electricity. In expectation of improving its TE performance by increasing electron carrier concentration, the element boron (B) is doped in Mg$$_{2}$$Si single crystals (SCs). Their detailed crystal structures are definitely determined by using white neutron holography and single-crystal X-ray diffraction (SC-XRD) measurements. The white neutron holography measurement proves that the doped B atom successfully substitutes for the Mg site. The SC-XRD measurement confirms the B-doping site and also reveals the presence of the defect of Si vacancy (VSi) in the B-doped Mg$$_{2}$$Si SCs. Regarding TE properties, the electrical conductivity, $$sigma$$, and the Seebeck coefficient, S, decreases and increases, respectively, due to the decrease in the electron carrier concentration, contrary to the expectation. The power factor of the B-doped Mg$$_{2}$$Si SCs evaluated from $$sigma$$ and S does not increase but rather decreases by the B-doping.

論文

Longitudinal strain of epitaxial graphene monolayers on SiC substrates evaluated by $$z$$-polarization Raman microscopy

齊藤 結花*; 常磐 拳志郎*; 近藤 崇博*; Bao, J.*; 寺澤 知潮; 乗松 航*; 楠 美智子*

AIP Advances (Internet), 9(6), p.065314_1 - 065314_6, 2019/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

Longitudinal strains in epitaxial monolayer graphene (EMG) grown on SiC substrates were evaluated by $$z$$-polarization Raman microscopy. Due to the covalent bonds formed at the interface between graphene and the substrate, strong compressive strains were loaded on the EMG, which were sensitively detected by Raman spectroscopy. Our polarization Raman microscope was specially designed for evaluating the longitudinal ($$z$$-polarization) strain, as well as the lateral ($$xy$$-polarization). $$Z$$-polarization Raman microscopy revealed the relationship between the fluctuation of the local strains and the sample morphology in the SiC-graphene through submicron spatial resolution mapping. The amount of strain estimated through Raman shift and its spatial inhomogeneity have critical influence on the mobility of electrons, which are essential for future device applications of EMG.

論文

Nondestructive elemental depth-profiling analysis by muonic X-ray measurement

二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 長友 傑*; 髭本 亘; 伊藤 孝; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 鈴木 栄男*; et al.

Analytical Chemistry, 87(9), p.4597 - 4600, 2015/05

 被引用回数:13 パーセンタイル:53.62(Chemistry, Analytical)

Elemental analysis of materials is fundamentally important to science and technology. Many elemental analysis methods have been developed, but three-dimensional nondestructive elemental analysis of bulk materials has remained elusive. Recently, we developed a nondestructive depth-profiling elemental analysis method after a decade of research. This new method utilizes a new type of probe; a negative muon particle and high-energy muonic X-rays emitted after the muon stops in a material. We performed elemental depth profiling on an old Japanese gold coin (Tempo-Koban) using a low-momentum negative muon beam and successfully determined that the Au concentration in the coin gradually decreased with depth over a micrometer length scale.

論文

A Liquid-helium-free superconducting coil system forming a flat minimum-magnetic-field distribution of an electron cyclotron resonance ion source

吉田 健一; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 横田 渉

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A917_1 - 02A917_3, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.8(Instruments & Instrumentation)

近年のECRイオン源研究では閉じ込め磁場強度の増加だけでなく軸方向のミラー閉じ込め磁場強度B$$_{rm min}$$も多価イオン生成効率に関係すること、さらに従来はクラシカルタイプが一般的であったそのB$$_{rm min}$$形状もフラットタイプの方が多価イオン生成効率が高いことが分かってきた。一方、超電導技術の観点からは、GM冷凍機による伝導冷却型の超電導装置は非常に有利であるが、フラットタイプのB$$_{rm min}$$形状にするには複数のソレノイドコイルが必要になるために熱侵入が多くなり、伝導冷却型では冷凍機が多数必要になってしまう。そこで、フラットB$$_{rm min}$$形状について、低インダクタンスかつ少ない電流導入数で実現できるような磁気回路を考案した。本論文では、このフラットB$$_{rm min}$$に特化した液体ヘリウムを使用しない超電導ECRイオン源の開発について報告する。この磁気回路は、フラットB$$_{rm min}$$の形成を2つの閉じ込め用コイルの他に複数の中心コイルで行った。さらに、電流導入数を少なくするため、その中心コイルをシリーズに繋ぎ、様々なB$$_{rm max}$$でもフラットB$$_{rm min}$$形状となるよう、コイル形状を工夫した。

論文

Production of fullerene ions by combining of plasma sputtering with laser ablation

山田 圭介; 齋藤 勇一; 横田 渉

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A920_1 - 02A920_3, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.8(Instruments & Instrumentation)

A C$$_{60}$$$$^{+}$$ production with combination of plasma sputtering and laser ablation was carried out. A C$$_{60}$$ sample put in an electron cyclotron resonance type ion source was negatively biased and sputtered by argon plasma. A beam current of C$$_{60}$$$$^{+}$$ decreased rapidly and recovered transiently by a single laser shot for ablation of the thin sample surface on the sputtered area. The time variation of beam current with laser shots at few-minute intervals is reported.

論文

Development of nondestructive and quantitative elemental analysis method using calibration curve between muonic X-ray intensity and elemental composition in bronze

二宮 和彦; 長友 傑*; 久保 謙哉*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 喜多 真琴*; 篠原 厚*; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; et al.

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 85(2), p.228 - 230, 2012/02

 被引用回数:18 パーセンタイル:53.78(Chemistry, Multidisciplinary)

負ミュオンが物質中に停止しミュオン原子が形成すると、高エネルギーで透過力の強いミュオン特性エックス線が放出される。本研究ではミュオン特性エックス線測定による非破壊元素分析技術の開発を行った。元素の構成比が既知の青銅の標準試料に対して負ミュオンの照射を行い、ミュオン原子が形成した後に放出されるミュオン特性エックス線の強度から、青銅に含まれる元素構成を決定するための検量線を作成した。この関係を用いて成分が未知の中国の古銭について負ミュオンの照射を行い、得られたミュオン特性エックス線スペクトルから古銭の元素の構成比を非破壊で決定した。

論文

Operation of the electrostatic accelerators

上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 横田 渉; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 173, 2012/01

平成22年度にTIARA3台の静電加速器は順調に稼動し、計画されたイオン照射実験はユーザーの都合で中止及び東日本大震災(2011年3月11日)の影響による中止を除いてすべて実施した。10月以降に国際原子力人材育成イニシアチブ事業による土曜日運転を実施したため、年間運転時間は平年並みで、タンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置についてそれぞれ2116, 2367, 1800時間であった。整備では、シングルエンド加速器タンク内の高電圧ターミナルの発電機の交換を行った。また、イオン注入装置では新規ビームラインの増設を決定し、これに必要なビーム振分け電磁石を設置した。新ビーム開発においては、タンデム加速器でInイオンについて500nA程度の生成が可能となった。

論文

Operation of the AVF cyclotron

奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 百合 庸介; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 172, 2012/01

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの、2010年度における運転及び整備の状況、また、東北地方太平洋沖地震の影響並びに新しく開発したイオンビームや多重極電磁石を用いた大面積高均一照射などの技術開発の現状を報告する。

論文

Removal of cesium using cobalt-ferrocyanide-impregnated polymer-chain-grafted fibers

石原 量*; 藤原 邦夫*; 原山 貴登*; 岡村 雄介*; 内山 翔一朗*; 杉山 まい*; 染谷 孝明*; 天海 亘*; 海野 理*; 小野 翼*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(10), p.1281 - 1284, 2011/10

AA2011-0190.pdf:0.45MB

 被引用回数:41 パーセンタイル:95.7(Nuclear Science & Technology)

Zeolites combined with insoluble metal ferrocyanides are known as adsorbents capable of specifically capturing cesium ions and attract much attention, due to its easy operation at sites for processing water contaminated with radioisotopes. To achieve more effective adsorption, we prepared a novel M-FC-impregnated fiber by radiation-induced graft polymerization and subsequent chemical modifications. Cobalt ions were bound to a sodium styrene sulfonate-grafted 6-nylon fiber via an ion-exchange interaction. Subsequently, the bound cobalt ions were reacted with potassium ferrocyanide to form insoluble or sparingly soluble cobalt-ferrocyanide (Co-FC). The resultant Co-FC-impregnated fiber with a Co-FC content of 7.3% exhibited a high affinity to cesium ions in the presence of NaCl. Such fibers can be fabricated into various fiber modules suitable for the removal of radioisotopes at sites.

論文

原子力機構TIARA施設の現状

山田 圭介; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; et al.

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08

原子力機構のイオン照射研究施設TIARAが有するAVFサイクロトロン(K110),3MVタンデム加速器,3MVシングルエンド加速器,400kVイオン注入装置の2010年度の運転状況,保守・整備及び技術開発の概要を報告する。年間運転時間はサイクロトロン3343時間,タンデム加速器2115時間,シングルエンド加速器2367時間,イオン注入装置1800時間であった。サイクロトロンについてはイオン種・エネルギー変更回数234回,加速モードの変更回数55回であった。東北地方太平洋沖地震後の運転を点検及び東京電力の計画停電の影響のために中止した。地震により、サイクロトロンでは遮蔽扉のロックピンが破損した他、入射系のターボ分子ポンプが故障した。全加速器について点検後の調整運転でビーム加速・輸送に問題がないことを確認した。技術開発では、多重極磁場による大面積均一照射技術の開発を進めるために専用の照射チャンバーをサイクロトロンのビームラインに設置した。また、2009年に設置したサイクロトロンのアクセプタンス測定装置の性能試験を開始するとともに、主磁場の迅速切替え技術の開発をほぼ完了した。イオン注入装置ではクラスターイオン専用のビームラインを増設するために偏向電磁石の入れ替えを行った。新ビーム開発では、サイクロトロンで190MeV $$^{14}$$N$$^{5+}$$, 490MeV $$^{129}$$Xe$$^{4+}$$を、タンデム加速器でIn$$^{3+}$$、イオン注入装置でGd$$^{+}$$及びC$$_{70}$$$$^{+}$$をそれぞれ加速した。

論文

Operation of the electrostatic accelerators

上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 横田 渉; et al.

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 181, 2011/01

平成21年度にTIARA3台の静電加速器は順調に稼動し、計画されたイオン照射実験はユーザーの都合で中止したものを除いてすべて実施した。年間運転時間は、タンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置についてそれぞれ2100, 2416, 1866時間と例年並であった。整備では、シングルエンド加速器の高電圧ターミナルのイオン源用発信管とSBライン制御用シーケンサが故障し新品に交換した。また、イオン注入装置ではフリーマンイオン源のオーブンコントローラの更新を行った。新ビーム開発においては、タンデム加速器でMnイオンについて150nA程度の生成が可能となった。

論文

Operation of the AVF cyclotron

奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 百合 庸介; et al.

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 180, 2011/01

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの2009年度における運転及び整備の状況、また、新イオンビーム開発及びビーム計測技術並びにサイクロトロンのイオン種・エネルギー短時間切替技術開発の現状を報告する。

論文

TIARA静電加速器の現状

千葉 敦也; 宇野 定則; 山田 圭介; 横山 彰人; 上松 敬; 横田 渉; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 金井 信二*; 織茂 貴雄*; et al.

第23回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.119 - 122, 2010/11

各加速器のこの10年の年間運転時間は、タンデム加速器が約2000時間,シングルエンド加速器が約2500時間,イオン注入装置が約1900時間の水準を保っており、平成22年3月末までの積算運転時間は、各32,422時間, 36,864時間, 28,875時間となっている。21年度の主な整備内容は、タンデム加速器では、コロナプローブニードルをスチール材質のものからタングステン製(NPS)に交換した。これにより、ターミナル電圧は高い安定度を長時間維持できるようになった。イオン注入装置では、フリーマン型イオン源のオーブンコントロールシステムが製造中止になり、修理が困難になったため更新した。21年度はマシンタイムに影響するようなトラブルはなく、予定していた実験をすべてこなすことができた。

論文

原子力機構TIARA施設の現状

吉田 健一; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.23 - 26, 2010/08

原子力機構のイオン照射研究施設TIARAが有する各加速器の2009年度の運転状況と近年の技術開発の概要を報告する。2009年度はいずれの加速器においても大きなトラブルはなく、サイクロトロン:3148時間,タンデム加速器:2100時間,シングルエンド加速器:2416時間,イオン注入装置:1866時間の運転を行った。技術開発については、サイクロトロンのビーム引き出し効率の向上等を図るため、加速周波数を上下にスキャンしたときの引き出し前のビーム電流の変化からビームの加速位相を算出し、その結果をもとに中心領域の磁場分布を調整することでビームの加速位相を制御する方法を開発した。またタンデム加速器では、負イオンの荷電変換効率を高めるために重要なパラメータであるガスセル内のガス圧力を加速管の出口後の真空度から算出する方法を確立した。イオン注入装置では、フラーレンビーム形状を正確に測定するためのマルチファラデーカップを開発した。

論文

Development of elemental analysis by muonic X-ray measurement in J-PARC

二宮 和彦; 長友 傑*; 久保 謙哉*; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 齋藤 努*; 髭本 亘

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012040_1 - 012040_4, 2010/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:96.57

蛍光エックス線分析と同じように、負ミュオンの入射によって形成されるミュオン原子から放出される、ミュオン特性エックス線の測定による元素分析手法が考えられる。本研究ではJ-PARCミュオン施設において、ミュオン特性エックス線の測定による元素分析手法開発のため、半導体検出器からなる実験システムの構築を行った。元素分析のテスト実験として、天保小判(19世紀、日本)に負ミュオンの照射を行い、ミュオン特性エックス線を測定した。エックス線の強度から、天保小判の金含有率が56%と非破壊で定量でき、これは破壊分析による分析値とも良い一致を示している。

論文

Stability study of all-permanent-magnet electron cyclotron resonance ion source

吉田 健一; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 横田 渉

Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A312_1 - 02A312_4, 2010/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:14.37(Instruments & Instrumentation)

The beam intensity fluctuation was investigated using an electron cyclotron resonance ion source (ECRIS) of an all-permanent-magnet type under development for high stability of the beam intensity. While the source has achieved the stability better than 3.2% with strict regulation of the coolant temperature change within $$pm$$0.1$$^{circ}$$C, the intensity varies strongly depending on the temperature of the plasma chamber coolant when it is changed intentionally. The influence of the temperature on chamber expansion, magnetic field strength and vacuum was measured or estimated in detail. The result shows that the slight change in vacuum has significant influence on the intensity.

論文

Operation of the electrostatic accelerators

上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 横田 渉; et al.

JAEA-Review 2009-041, JAEA Takasaki Annual Report 2008, P. 175, 2009/12

平成20年度にTIARAの3台の静電加速器は順調に稼動し、計画されたイオン照射実験はユーザーの都合で中止したものを除いてすべて実施した。年間運転時間は、タンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置についてそれぞれ2009, 2426, 1882時間と例年並であった。整備では、タンデム加速器の制御系の更新を行うとともに、ターミナルの機械的振動による加速電圧の不安定をペレットチェーンの駆動機構の調整により改善した。また、シングルエンド加速器のSF$$_{6}$$ガスの高純度化及びストレージタンクの再塗装を行った。新ビーム開発においては、イオン注入装置でBi$$_{2}$$イオンについて0.5$$mu$$A程度の生成が可能となった。

論文

ナトリウム冷却型高速炉の原子炉容器内観察技術

板垣 亘; 齊藤 隆一; 今泉 和幸; 長井 秋則; 青山 卓史; 前田 幸基

第14回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.435 - 438, 2009/06

ナトリウム冷却型高速炉においては、原子炉容器内を常時Arガスで封じ、気密を維持した状態にあるとともに、高温,高線量下にあることから、原子炉容器内の観察を実施するためには、これらの課題を解決した観察装置の開発が必要である。高速実験炉「常陽」では、燃料集合体頂部までナトリウムレベルを下げ、原子炉容器内にファイバスコープを挿入して、炉内を観察する技術を確立した。この炉内観察を通じて、観察装置の遠隔操作技術や炉内の照明技術,ファイバスコープの放射線照射特性等について知見を得たので、報告する。

論文

The Present status of TIARA at JAEA-Takasaki

齋藤 勇一; 横田 渉; 奈良 孝幸; 上松 敬; 奥村 進; 宇野 定則; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; et al.

Proceedings of the 8th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-8), p.95 - 98, 2008/12

The accelerators at TIARA of Japan Atomic Energy Agency are dedicated to researches in the field of biotechnology and material science. These researches require beams of various ion species covering a wide range of energy and a number of different methods of irradiation. In order to satisfy the requirements, outstanding technologies such as microbeam formation and wide-area high-uniformity irradiation have been developed as well as accelerator technologies. The paper describes the major accelerator/ beam formation/ irradiation technologies developed in recent years.

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