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論文

Giant spin hydrodynamic generation in laminar flow

高橋 遼*; 中堂 博之; 松尾 衛; 針井 一哉*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 11, p.3009_1 - 3009_6, 2020/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

Hydrodynamic motion can generate a flux of electron-spin's angular momentum via the coupling between fluid rotation and electron spins. Such hydrodynamic generation, called spin hydrodynamic generation (SHDG), has recently attracted attention in a wide range of fields, especially in spintronics. Spintronics deals with spin-mediated interconversion taking place on a micro or nano scale because of the spin-diffusion length scale. To be fully incorporated into the interconversion, SHDG physics should also be established in such a minute scale, where most fluids exhibit a laminar flow. Here, we report electric voltage generation due to the SHDG in a laminar flow of a liquid-metal mercury. The experimental results show a scaling rule unique to the laminar-flow SHDG. Furthermore, its energy con- version efficiency turns out to be about 105 greater than of the turbulent one. Our findings reveal that the laminar-flow SHDG is suitable to downsizing and to extend the coverage of fluid spintronics.

論文

Guidance for ${it in situ}$ gamma spectrometry intercomparison based on the information obtained through five intercomparisons during the Fukushima mapping project

三上 智; 石川 大輔*; 松田 秀夫*; 星出 好史*; 奥田 直敏*; 坂本 隆一*; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 210, p.105938_1 - 105938_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

2011年12月から2015年8月の間に、6$$sim$$7チームが参加したin situ$$gamma$$スペクトロメトリ(土壌沈着量評価)の相互比較を福島第一原子力発電所からの放射性物質に汚染された3つのサイトで計5回実施した。放射性セシウム($$^{134}$$Cs and $$^{137}$$Cs)の土壌沈着量 と$$^{40}$$Kの土壌中濃度の各チームによる評価値は、最良でそれぞれ変動係数で5-6%と4-5%以内で一致した。また、$$^{134}$$Cs/$$^{137}$$Cs比は変動係数で1-2%以内で一致した。これらの比較結果はこれまでのマップ事業における沈着量測定精度を保証するものである。また、放射性セシウムがほぼ均一に分布しているある一つのサイトにおいて2つの相互比較方法を実施した。1つは全く同じ地点上で各チームが交替で測定を行うシーケンシャル法、もう一つは半径3m程度以内の狭い範囲に全ての検出器を配置し同時に測定を行う同時測定法である。この両法の相互比較結果を比較したところ、参加チームによる評価値の一致の程度は両法で同程度であった。このような知見を踏まえ、2つの相互比較法の標準手法を提案した。${it in situ}$$$gamma$$スペクトロメトリの信頼性確認のために効果的に活用されることを期待する。

論文

The Deposition densities of radiocesium and the air dose rates in undisturbed fields around the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant; Their temporal changes for five years after the accident

三上 智; 田中 博幸*; 松田 秀夫*; 佐藤 昭二*; 星出 好史*; 奥田 直敏*; 鈴木 健夫*; 坂本 隆一*; 安藤 正樹; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 210, p.105941_1 - 105941_12, 2019/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:17.5(Environmental Sciences)

2011年から2016年にかけて福島第一原子力発電所から80km圏内の撹乱のない多数の測定点で放射性セシウムの沈着量と空間線量率を繰り返し測定し、それらの経時変化の特徴を明らかにした。この地域のバックグラウンド放射線量を除いた平均空間線量率は、2011年6月から2016年8月までの期間中に初期の約20%に減少した。これは主に$$^{134}$$Cs(半減期2.06y)の壊変の結果である。空間線量率の減少は放射性セシウムの壊変から予想されるものよりも約2倍早く、この減少の大部分は放射性セシウムの土壌への浸透によるものである。除染されていない土壌における$$^{134}$$Csと$$^{137}$$Csの平均沈着量は、ほぼ放射性壊変から予想されるペースで減少していた。すなわち水平方向の放射性セシウムの移動が比較的小さいことを示した。空間線量率と沈着量の測定結果では除染の効果が明らかに観察された。測定点の平均空間線量率は、その詳細な定量分析は今後の課題だが、除染やその他の人間の活動によって約20%減少した。

論文

Reconstruction of a Fukushima accident-derived radiocesium fallout map for environmental transfer studies

加藤 弘亮*; 恩田 裕一*; Gao, X.*; 眞田 幸尚; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 210, p.105996_1 - 105996_12, 2019/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:38.8(Environmental Sciences)

Ascertaining the initial amount of accidentally released radiocesium is fundamental for determining the extent of radioactive contamination following nuclear accidents, and is of key importance to environmental transfer models. A series of the airborne monitoring surveys of radioactivity have conducted by the Japanese MEXT, and provide basic information on radioactive contamination following the accident. However, there are no clear guidelines regarding the selection of airborne monitoring survey results for estimating the initial fallout input in studies of the environmental transfer of radiocesium. This study reconstructed a fallout map of Fukushima accident-derived radiocesium based on a comparison of the radiocesium deposition densities derived from the third and fifth airborne monitoring surveys.

論文

Preface: Integration of knowledge on the radiological environment around the Fukushima Nuclear Power Plant site over a period of six years

斎藤 公明; 恩田 裕一*; 久松 俊一*

Journal of Environmental Radioactivity, 210, p.106003_1 - 106003_2, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

福島第一原子力発電所事故から6年間の放射線環境の変化について記載した論文19編を集約した特集号の序文である。福島における状況の変化や知識集約の重要性、今後の課題等について簡潔にまとめている。

論文

Temporal change in radiological environments on land after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident

斎藤 公明; 三上 智; 安藤 真樹; 松田 規宏; 木名瀬 栄; 津田 修一; 佐藤 哲朗*; 関 暁之; 眞田 幸尚; Wainwright-Murakami, Haruko*; et al.

Journal of Radiation Protection and Research, 44(4), p.128 - 148, 2019/12

Massive environmental monitoring has been conducted continuously after the Fukushima accident with different monitoring methods having different features together with migration studies of radiocesium in diverse environments. At three months after the accident, multiple radionuclides were detected at many places; while it was confirmed that radiocesium was most important from the viewpoint of long-term exposures. The air dose rates in environments related to human living have decreased faster than expected from radioactive decay by a factor of 2-3 on average. An empirical model for predicting air dose rate distribution was developed based on statistical analysis of massive car-borne survey data. Some trials were performed to integrate different types of contamination maps to obtain an integrated map of better quantity. Annual external exposure doses for residents who would return to their home were estimated to less than a few mSv as a whole. The environmental data and knowledge have been provided for diverse-spectrum of people in different ways.

論文

Transport and redistribution of radiocesium in Fukushima fallout through rivers

谷口 圭輔*; 恩田 裕一*; Smith, H. G.*; Blake, W.*; 吉村 和也; 山敷 庸亮*; 倉元 隆之*; 斎藤 公明

Environmental Science & Technology, 53(21), p.12339 - 12347, 2019/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:13.82(Engineering, Environmental)

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) accident released the largest quantity of radiocesium into the environment since Chernobyl. Here, we show for the first time, how redistribution of radiocesium by river and watershed-scale hydrological processes in Fukushima is driving localized decline in terrestrial dose rates in populated areas. The rate of Fukushima recovery greatly exceeds initial post-disaster expectations and indicates that landscape-scale recovery from such large contamination events is highly dependent on local hydrological and land use controls.

論文

Dry cleaning process test for fuel assembly of fast reactor plant system, 1; Pilot scale test for fuel pin bundle

工藤 秀行*; 大谷 雄一*; 原 正秀*; 加藤 篤志; 石川 信行; 大高 雅彦; 永井 桂一; 斉藤 淳一; 荒 邦章; 井手 章博*

Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 10 Pages, 2019/05

次世代ナトリウム冷却炉では、プラント経済性向上の観点から、使用済燃料の洗浄プロセスとして革新的な乾式洗浄プロセスを採用している。本論文は、グローブボックス内において、燃料ピンバンドルを模擬した試験体を用いた、ナトリウムを試験体の共存性、残存ナトリウム量に係る基礎試験の結果を報告するものである。

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:6 パーセンタイル:17.09(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:7 パーセンタイル:33.3(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

Atmospheric modeling of $$^{137}$$Cs plumes from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant; Evaluation of the model intercomparison data of the Science Council of Japan

北山 響*; 森野 悠*; 滝川 雅之*; 中島 映至*; 速水 洋*; 永井 晴康; 寺田 宏明; 斉藤 和雄*; 新堀 敏基*; 梶野 瑞王*; et al.

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 123(14), p.7754 - 7770, 2018/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:27.84(Meteorology & Atmospheric Sciences)

日本学術会議のモデル相互比較プロジェクト(2014)で提供された、福島第一原子力発電所事故時に大気中に放出された$$^{137}$$Csの計算に用いられた7つの大気輸送モデルの結果を比較した。本研究では、東北及び関東地方に輸送された9つのプルームに着目し、モデル結果を1時間間隔の大気中$$^{137}$$Cs濃度観測値と比較することにより、モデルの性能を評価した。相互比較の結果は、$$^{137}$$Cs濃度の再現に関するモデル性能はモデル及びプルーム間で大きく異なることを示した。概してモデルは多数の観測地点を通過したプルームを良く再現した。モデル間の性能は、計算された風速場と使用された放出源情報と一貫性があった。また、積算$$^{137}$$Cs沈着量に関するモデル性能についても評価した。計算された$$^{137}$$Cs沈着量の高い場所は$$^{137}$$Csプルームの経路と一致していたが、大気中$$^{137}$$Cs濃度を最も良く再現したモデルは、沈着量を最も良く再現したモデルとは異なっていた。全モデルのアンサンブル平均は、$$^{137}$$Csの大気中濃度と沈着量をともに良く再現した。これは、多数モデルのアンサンブルは、より有効で一貫したモデル性能を有することを示唆している。

論文

塩化カルシウムを用いた金属ナトリウムの消火/処理方法の開発

阿部 雄太; 永井 桂一; 真家 光良*; 中野 菜都子*; 川島 裕一*; 武末 尚久*; 斉藤 淳一

第23回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 5 Pages, 2018/06

ナトリウム火災ではナトレックスで窒息消火させるが、消火能力の向上や純ナトリウムの安定化を目指した消火手法を考案した。もんじゅ等の高速炉やナトリウム施設の廃止では大量ナトリウム処理でのアルカリ廃液及び水素管理が課題となる。ナトリウムは電気陰性度が他の金属より小さいため高い化学的活性度である。Na$$^{+}$$を塩化カルシウムのCl$$^{-}$$とイオン結合させ、中性かつ安定な塩化ナトリウムを生成する消火/処理方法を考案した。基礎的特性(熱分析, 元素分析等)と小規模試験から、適用が期待できる結果を得た。

論文

熱スピン相互変換

大沼 悠一; 松尾 衛*; 前川 禎通; 齊藤 英治

まぐね, 12(5), p.217 - 224, 2017/10

熱とスピンの相互変換現象であるスピンゼーベック効果及びスピンペルチェ効果について微視的理論に基づき議論を行う。まずはじめに、熱流からスピン流を生成するスピンゼーベック効果について議論する。スピンゼーベック効果の最近の進展を紹介し、フェリ磁性体でのスピンゼーベック効果の符号反転について説明する。次に、スピン流による熱流生成法であるスピンペルチェ効果について議論する。最後に、スピンゼーベック効果とスピンペルチェ効果がオンサーガの相反関係によってまとめられることを示し、スピンと熱の輸送に関するケルビンの関係式を導出する。

論文

Ion species/energy dependence of irradiation-induced lattice structure transformation and surface hardness of Ni$$_{3}$$Nb and Ni$$_{3}$$Ta intermetallic compounds

小島 啓*; 金野 泰幸*; 越智 雅明*; 千星 聡*; 堀 史説*; 斎藤 勇一*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Materials Transactions, 58(5), p.739 - 748, 2017/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.31(Materials Science, Multidisciplinary)

Ni$$_{3}$$Nb及びNi$$_{3}$$Ta金属間化合物に対して、1-200MeVの広範囲のエネルギーのイオン(He-Au)を照射して、照射効果のイオン種依存性とエネルギー依存性を、斜入射X線回折とX線吸収微細構造分析を利用して系統的に調べた。どちらも、照射量レベルは異なるものの、イオン照射によって秩序構造の結晶構造から非晶質構造に変態することが分かった。また、そのような照射効果を決定づけるのは、弾性衝突に伴う材料への付与エネルギーであることが判明した。

論文

Study on the deterioration mechanism of layered rock-salt electrodes using epitaxial thin films; Li(Ni, Co, Mn)O$$_{2}$$ and their Zr-O surface modified electrodes

阿部 真知子*; 射場 英紀*; 鈴木 耕太*; 南嶋 宏映*; 平山 雅章*; 田村 和久; 水木 純一郎*; 齋藤 智浩*; 幾原 雄一*; 菅野 了次*

Journal of Power Sources, 345, p.108 - 119, 2017/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.56(Chemistry, Physical)

Ni, Co, Mn三元系リチウムイオン電池正極材料について、その劣化機構について、電気化学測定、X線・中性子線測定により調べた。実験の結果、Ni, Co, Mn三元系正極は、層状岩塩型構造とスピネル構造で構成されており、充放電を繰り返すと、充放電に関与しないスピネル構造が表面を覆っていくことが分かった。一方で、Zr-Oで表面をコートした材料は劣化しないことが知られており、その原因を調べた結果、層状岩塩型構造が安定に存在し続けていることが分かった。さらに、電極/溶液界面のLi濃度を上昇していることも分かった。

論文

Radiation enhanced precipitation of solute atoms in AlCu binary alloys; Energetic ion irradiation experiment and computer simulation

眞弓 蓮*; 千星 聡*; 岡本 芳浩; 斎藤 勇一*; 義家 敏正*; 岩瀬 彰宏*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 42(1), p.9 - 14, 2017/02

アルミ銅2元合金を各種重イオンで照射し、銅の偏析に伴う硬度と銅原子周辺の局所原子配列変化をビッカース硬度計、EXAFS法により評価した。照射による硬度変化は、高温時効による変化よりも早く起こり、硬度上昇も大きい。また、実験で得られたEXAFSスペクトルとFEFFによって計算したスペクトルの比較により、照射によって微細な銅析出物が形成されていることが示唆された。反応方程式による計算機シミュレーションでも、銅析出物の形成と成長が再現され、それは実験結果と定性的に一致する。

論文

Lattice structure transformation and change in surface hardness of Ni$$_3$$Nb and Ni$$_3$$Ta intermetallic compounds induced by energetic ion beam irradiation

小島 啓*; 吉崎 宥章*; 金野 泰幸*; 千星 聡*; 堀 史説*; 齋藤 勇一; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 372, p.72 - 77, 2016/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:29.89(Instruments & Instrumentation)

複雑な結晶構造を示す金属間化合物Ni$$_3$$Nb and Ni$$_3$$Taを、室温で16MeV Au$$^{5+}$$を使い照射した。X線回折測定の結果、これらの金属間化合物の構造が、照射によって、秩序型構造からアモルファス状態へと変化したことが分かった。照射によるアモルファス化により、ビッカース硬度が上昇した。これらの結果は、以前得られたNi$$_3$$AlおよびNi$$_3$$Vの結果と比較し、試料固有の構造の点から議論された。

論文

Origin of the spin Seebeck effect in compensated ferrimagnets

Gepr$"a$gs, S.*; Kehlberger, A.*; Coletta, F.*; Qiu, Z.*; Guo, E.-J.*; Schulz, T.*; Mix, C.*; Meyer, S.*; Kamra, A.*; Althammer, M.*; et al.

Nature Communications (Internet), 7, p.10452_1 - 10452_6, 2016/02

 被引用回数:78 パーセンタイル:2.84(Multidisciplinary Sciences)

Magnons are the elementary excitations of a magnetically ordered system. Here, we show that the spin Seebeck effect is sensitive to the complexities of the magnon spectrum. The spin Seebeck effect is caused by a thermally excited spin dynamics that is converted to a voltage by the inverse spin Hall effect at the interface to a heavy metal contact. By investigating the temperature dependence of the spin Seebeck effect in the ferrimagnet gadlinium iron garnet, with a magnetic compensation point near room temperature, we demonstrate that high-energy exchange magnons play a key role in the spin Seebeck effect.

論文

Magnon instability driven by heat current in magnetic bilayers

大沼 悠一*; 安立 裕人; 齊藤 英治; 前川 禎通

Physical Review B, 92(22), p.224404_1 - 224404_8, 2015/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:57.17(Materials Science, Multidisciplinary)

We theoretically demonstrate that in a ferromagnet/paramagnet bilayer, a magnon instability accompanied by a gigahertz microwave emission can be driven simply by means of a temperature bias. Employing many-body theory for investigating the effects of a phonon heat current on the magnon lifetime, we show that the magnon instability occurs upon the suppression of the umklapp scattering at low temperatures, leading to microwave emission. The present finding provides crucial information about the interplay of spin current and heat current.

論文

Changes in ambient dose equivalent rates around roads at Kawamata town after the Fukushima accident

木名瀬 栄; 佐藤 仁士; 坂本 隆一*; 山本 英明; 斎藤 公明

Radiation Protection Dosimetry, 167(1-3), p.340 - 343, 2015/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:45.16(Environmental Sciences)

Changes in ambient dose equivalent rates through the vehicle-borne surveys have elucidated ecological half-lives of radioactive caesium in the environment. To confirm that the ecological half-lives are appropriate for predicting ambient dose equivalent rates within living areas, it is important to ascertain ambient dose equivalent rates on/around roads. In this present study, radiation monitoring on/around roads at Kawamata town located about 37km northwest of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant was performed using monitoring vehicles and survey meters. It was found that the ambient dose equivalent rates around roads were higher than those on roads as of October of 2012. And withal the ecological half-lives on roads were essentially consistent with those around roads. As basis of dose predictions using ecological half-lives on roads, it is necessary to make corrections to ambient dose equivalent rates through the vehicle-borne surveys against those within living areas.

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