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報告書

平成30年度核燃料サイクル工学研究所放出管理業務報告書(排水)

中野 政尚; 藤井 朋子; 永岡 美佳; 井上 和美; 小池 優子; 山田 椋平; 吉井 秀樹*; 大谷 和義*; 檜山 佳典*; 菊地 政昭*; et al.

JAEA-Review 2019-045, 120 Pages, 2020/03

JAEA-Review-2019-045.pdf:2.54MB

本報告書は、原子力規制関係法令を受けた「再処理施設保安規定」、「核燃料物質使用施設保安規定」、「放射線障害予防規程」、「放射線保安規則」及び「茨城県等との原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定書」、「水質汚濁防止法」並びに「茨城県条例」に基づき、平成30年4月1日から平成31年3月31日までの期間に日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所から環境へ放出した放射性排水の放出管理結果をとりまとめたものである。再処理施設, プルトニウム燃料開発施設をはじめとする各施設からの放射性液体廃棄物は、濃度及び放出量ともに保安規定及び協定書等に定められた基準値を十分に下回った。

論文

Electronic structure of Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$; Photoelectron spectroscopy of the Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$[PF$$_{6}$$$$^{-}$$] salt and STM of the single Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$ molecules on Cu(111)

山田 洋一*; Kuklin, A. V.*; 佐藤 翔*; 江坂 文孝; 角 直也*; Zhang, C.*; 佐々木 正洋*; Kwon, E.*; 笠間 泰彦*; Avramov, P. V.*; et al.

Carbon, 133, p.23 - 30, 2018/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.7(Chemistry, Physical)

本研究では、超高真空中で高純度Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$[PF$$_{6}$$$$^{-}$$]塩の蒸発によってLi$$^{+}$$イオン内包フラーレンを調製し、走査型トンネル顕微鏡(STM)により明瞭に観察することに成功した。また、STM観察に先立って、光電子分光およびX線吸収分光などにより測定したところ、Liは正、PF$$_{6}$$は負のチャージを帯びており、C$$_{60}$$は中性であることが明らかとなった。

論文

Effective adsorption and collection of cesium from aqueous solution using graphene oxide grown on porous alumina

圓谷 志郎*; 本田 充紀; 下山 巖; Li, S.*; 楢本 洋*; 矢板 毅; 境 誠司*

Japanese Journal of Applied Physics, 57(4S), p.04FP04_1 - 04FP04_4, 2018/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:63.29(Physics, Applied)

Graphene oxide (GO) with a large surface area was synthesized by the direct growth of GO on porous alumina using chemical vapor deposition to study the Cs adsorption mechanism in aqueous solutions. Electronic structure analysis employing in situ near-edge X-ray absorption fine structure spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy measurements clarifies the Cs atoms bond via oxygen functional groups on GO in the aqueous solution. The Cs adsorption capacity was found to be as high as 650-850 mg g$$^{-1}$$, which indicates that the GO/porous alumina acts as an effective adsorbent with high adsorption efficiency for radioactive nuclides in aqueous solutions.

論文

派生断層の成長による地層処分システム周辺の地下水流動への影響評価

高井 静霞; 武田 聖司; 酒井 隆太郎*; 島田 太郎; 宗像 雅広; 田中 忠夫

日本原子力学会和文論文誌, 16(1), p.34 - 48, 2017/03

地層処分では、活断層による処分施設への直接的影響は立地選定の段階で回避することとされている。しかし、地下深部において活断層から派生した断層については事前に検知するのが困難なため、回避できない可能性が残されている。本研究では、検知できなかった分岐断層が将来成長し処分施設を直撃した場合に、地層処分システムの天然バリアに与える影響を評価した。まず国内における派生断層の事例調査を行い、断層成長に対する条件設定を行った。さらに、仮想的な堆積岩サイトにおいて派生断層の成長を仮定した水理・地質構造モデルを作成した。そして、処分施設の位置や深度および断層の成長速度をパラメータとして、地下水流動解析を実施した。その結果、処分施設からの移行経路は分岐断層の成長に伴い断層に沿って上昇する経路に変化し、地表到達までの平均流速が1-2桁程度上昇することが確認された。また、断層成長に伴い断層に沿った下向きの流れが形成することで、地表付近の酸化性地下水が処分施設へ流入する可能性があることが確かめられた。

論文

Spacing between graphene and metal substrates studied with total-reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 圓谷 志郎; 境 誠司; 望月 出海*; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 社本 真一

Carbon, 103, p.1 - 4, 2016/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:42.96(Chemistry, Physical)

本研究では、全反射高速陽電子回折法を用いて、貴金属および遷移金属基板上のグラフェンの構造を調べた。動力学的回折理論に基づく構造解析から、CuおよびCo基板上のグラフェンの高さをそれぞれ3.34${AA}$および2.06${AA}$と決定した。Cu基板上のグラフェンの高さはグラファイトの層間距離に近く、グラフェン・Cu基板間の相互作用は非常に弱いことがわかった。一方、Co基板上のグラフェンの高さは、Cu基板上のものに比べ1${AA}$以上も低く、Co基板上のグラフェンは基板と強く相互作用していることが実験的に確かめられた。

論文

Evaluation for influence of new volcanic eruption on geological disposal site

島田 太郎; 武田 聖司; 酒井 隆太郎*; 田窪 一也; 田中 忠夫

MRS Advances (Internet), 1(61), p.4081 - 4086, 2016/00

地層処分のサイト選定においては、火山噴火の直接的な影響を避けるため、既存の火山から十分な離隔をとることが求められている。しかしながら、既存火山からの離隔があっても将来の新規火山活動が発生する可能性を排除できない地域があり、回避しきれない不確かさが残る。そこで、仮に火山噴火が発生した場合の影響の程度を把握し、回避すべき期間のめやすを検討するため、新規火山活動の噴火様式を考慮した2つのシナリオに基づき被ばく線量評価を行った。ひとつは火道が処分坑道を直撃して噴火し、大気中に移流拡散後、地表に堆積した放射性物質を含む火山灰上で生活するシナリオであり、住民の被ばく線量は1000年後に噴火が生じた場合でも1mSv/yを超えない結果となった。もう一つは、メラピ式火砕流に伴い火口付近の地表への露出したむきだしの廃棄体に火山調査者などの公衆が放射性廃棄物の存在を知らずに一時的に接近するシナリオである。その公衆に対する線量率が1mSv/hを下回るには、Sn-126などの長寿命核種の影響で10万年程度の期間を要する結果となり、地表へ露出する廃棄体へ接近するシナリオの影響が大きいことを明らかにした。

論文

Possible singlet-triplet transition of ESR in the kagome-lattice antiferromagnet

坂井 徹; 肘井 敬吾*; 大久保 晋*; 太田 仁*; 中野 博生*; 宮下 精二*

Applied Magnetic Resonance, 46(9), p.997 - 1002, 2015/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

S=1/2カゴメ格子反強磁性体について18スピン・クラスターの数値対角化により研究した。ジャロシンスキー・守谷相互作用がある場合に起こり得るESRシングレット・トリプレット遷移の強度に比例する行列要素を計算した。いくつかの角度に依存した選択則を示した。

論文

Spin pumping blocked by single-layer graphene

白 怜士*; 田代 隆治*; 中山 裕康*; 家田 淳一; 圓谷 志郎; 境 誠司; 安藤 和也*

Applied Physics Express, 8(7), p.073009_1 - 073009_3, 2015/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:80.18(Physics, Applied)

Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt二重層の境界面に、単層グラフェン(SLG)を挿入するとスピンポンピングが強力に抑制されることを見いだした。Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt二重層におけるスピンポンピングは、強磁性層の磁化緩和を促進させる。このことは、強磁性共鳴線幅のマイクロ波周波数依存性により定量的に評価される。我々は、このスピンポンピングによる磁化緩和の促進が、Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/SLG/Pt三重層において消失することを示す。本成果は、単一原子層によってスピンポンピングが遮断されることを示しており、金属系のスピンポンピングにおける界面短距離スピン交換結合の重要性を明らかにするものである。

論文

Magnetotransport properties of a few-layer graphene-ferromagnetic metal junctions in vertical spin valve devices

圓谷 志郎; 楢本 洋*; 境 誠司

Journal of Applied Physics, 117(17), p.17A334_1 - 17A334_4, 2015/05

 被引用回数:15 パーセンタイル:32.54(Physics, Applied)

Magnetotransport properties were studied for the vertical spin valve devices with two junctions of permalloy electrodes and a few-layer graphene interlayer. The graphene layer was directly grown on the bottom electrode by chemical vapor deposition. X-ray photoelectron spectroscopy showed that the permalloy surface fully covered with a few-layer graphene is kept free from oxidation and contamination even after dispensing and removing photoresist. This enabled fabrication of the current perpendicular to plane spin valve devices with a well-defined interface between graphene and permalloy. Spin-dependent electron transport measurements revealed a distinct spin valve effect in the devices. The magnetotransport ratio was 0.8% at room temperature and increased to 1.75% at 50 K. Linear current-voltage characteristics and resistance increase with temperature indicated that ohmic contacts are realized at the relevant interfaces.

論文

Contracted interlayer distance in graphene/sapphire heterostructure

圓谷 志郎; Antipina, L. Y.*; Avramov, P.*; 大伴 真名歩*; 松本 吉弘*; 平尾 法恵; 下山 巖; 楢本 洋*; 馬場 祐治; Sorokin, P. B.*; et al.

Nano Research, 8(5), p.1535 - 1545, 2015/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:25.51(Chemistry, Physical)

Direct growth of graphene on insulators is expected to yield significant improvements in performance of graphene-based electronic and spintronic devices. In this study, we successfully reveal atomic arrangement and electronic properties of the coherent heterostructure of single-layer graphene and $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001). In the atomic arrangement analysis of single-layer graphene on $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001), we observed apparently contradicting results. The in-plane analysis shows that single-layer graphene grows not in the single-crystalline epitaxial manner but in the polycrystalline form with two strongly pronounced preferred orientations. This suggests the relatively weak interfacial interactions to be operative. But, we demonstrate that there exists unusually strong physical interactions between graphene and $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001), as evidenced by the short vertical distance between graphene and $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001) surface. The interfacial interactions are shown to be dominated by the electrostatic force involved in the graphene $$pi$$-system and the unsaturated electrons of the topmost O layer of $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001) rather than the van der Waals interactions. Such feature causes hole doping into graphene, which gives graphene a chance to slide on the $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001) surface with a small energy barrier despite the strong interfacial interactions.

論文

Contact-induced spin polarization in BNNT(CNT)/TM (TM=Co, Ni)nanocomposites

Kuzubov, A. A.*; Kovaleva, E. A.*; Avramov, P. V.*; Kuklin, A. V.*; Mikhaleva, N. S.*; Tomilin, F. N.*; 境 誠司; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; 楢本 洋*

Journal of Applied Physics, 116(8), p.084309_1 - 084309_4, 2014/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:56.09(Physics, Applied)

The interaction between carbon and BN nanotubes (NT) and transition metal Co and Ni supports was studied using electronic structure calculations. Several configurations of interfaces were considered, and the most stable ones were used for electronic structure analysis. All NT/Co interfaces were found to be more energetically favorable than NT/Ni, and conductive carbon nanotubes demonstrates lightly stronger bonding than semiconducting ones. The presence of contact-induced spin polarization was established for all nanocomposites. It was found that the contact-induced polarization of BNNT leads to the appearance of local conductivity in the vicinity of the interface while the rest of the nanotube lattice remains to be insulating.

論文

Atomic structure and physical properties of fused porphyrin nanoclusters

Avramov, P. V.*; Kuzubov, A. A.*; 境 誠司; 大伴 真名歩*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; Eleseeva, N. S.*; Pomogaev, V. A.*; 楢本 洋*

Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 18(7), p.552 - 568, 2014/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.12(Chemistry, Multidisciplinary)

A wide variety of planar and curved fused porphyrin/metalloporphyrin nanoclusters have been studied at the LC-GGA DFT level. It was found that curved and hollow-caged 0D and 1D nanoclusters are metastable and bear unique atomic and electronic structure and mechanical properties. Under different types of mechanical loads the nanoclusters display ultrastrong and superelastic properties. The curvature of the hollow cage nanoclusters leads to the redistribution of the metal d states near the Fermi level. The extremely high spin states allow one to use Fe-porphyrin nanoclusters as molecular supermagnets and logic quantum gates for holonomic quantum computations.

論文

Contact-induced spin polarization of monolayer hexagonal boron nitride on Ni(111)

大伴 真名歩; 山内 泰*; Kuzubov, A. A.*; Eliseeva, N. S.*; Avramov, P.*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 境 誠司

Applied Physics Letters, 104(5), p.051604_1 - 051604_4, 2014/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:48.69(Physics, Applied)

六方晶窒化ホウ素(h-BN)はグラフェン・スピントロニクスのトンネルバリア材料として有望視されている。本研究ではスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光法(SPMDS)を用いて、Ni(111)上の単層h-BNのスピン分解バンド構造を調べた。SPMDSの最表面敏感性により、Ni 3$$d$$ピークの重複を受けずに部分的に占有されたギャップ内順位を検出できた。さらにこのギャップ内順位は大きなスピン偏極を持ち、Niの多数スピン側に偏極していることが示された。この正のスピン偏極は、h-BN/Ni(111)界面における$$pi$$-$$d$$軌道混成によるものであると帰属できた。

論文

RBS study of disordering of Fe$$_{3-x}$$Mn$$_{x}$$Si/Ge(111) heteroepitaxial interfaces

野口 雄也*; 平田 智昭*; 川久保 雄基*; 鳴海 一雅; 境 誠司; 前田 佳均

Physica Status Solidi (C), 10(12), p.1732 - 1734, 2013/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

We have investigated thermal disordering and instability of Fe$$_{2}$$MnSi (FMS) (111)/Ge(111) heterointerfaces by Rutherford-backscattering spectrometry (RBS), and found pronounced degradation of axial orientation which appears as increase of the minimum yield of RBS when the FMS samples are annealed above 300$$^{circ}$$C. Analysis of interdiffusion at the heterointerface reveals that the disordering mainly comes from interdiffusion between Fe and Ge atoms. This situation is the same as that observed in off-stoichiometric Fe$$_{3}$$Si, ${it i.e.}$, Fe$$_{4}$$Si, but far from that in stoichiometric Fe$$_{3}$$Si.

論文

Ion beam analysis of quaternary Heusler alloy Co$$_{2}$$(Mn$$_{1-x}$$Fe$$_{x}$$)Si(111) epitaxially grown on Ge(111)

川久保 雄基*; 野口 雄也*; 平田 智昭*; 鳴海 一雅; 境 誠司; 山田 晋也*; 浜屋 宏平*; 宮尾 正信*; 前田 佳均

Physica Status Solidi (C), 10(12), p.1828 - 1831, 2013/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

We have investigated crystal quality of Co$$_{2}$$(Mn$$_{1-x}$$Fe$$_{x}$$)Si (CMFS) epitaxially grown on Ge(111) by using Rutherford-backscattering spectrometry and an axial-ion-channeling technique. It was found that the CMFS/Ge and Co$$_{2}$$FeSi (CMFS with x = 1)/Ge have larger static atomic displacement than Fe-based ternary Heusler alloy Fe$$_{2}$$MnSi and Fe$$_{2}$$CoSi/Ge(111). Quaternary alloys may be affected by increase of mixing entropy. Significant disordering at the interface of CMFS with x = 0.75 was found, and discussed on the basis of thermodynamics.

論文

Spin orientation transition across the single-layer graphene/nickel thin film interface

松本 吉弘; 圓谷 志郎; 小出 明広*; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 藤川 高志*; 境 誠司

Journal of Materials Chemistry C, 1(35), p.5533 - 5537, 2013/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:28.16(Materials Science, Multidisciplinary)

The spin-electronic structures across the interface between single-layer graphene and a Ni(111) thin film are explored by employing the depth-resolved X-ray absorption and magnetic circular dichroism spectroscopy with the atomic layer resolution. The depth-resolved Ni L-edge analysis clarifies that the Ni atomic layers adjacent to the interface show a transition of the spin orientation to the perpendicular one in contrast with the in-plane one in the bulk region. The C K-edge analysis reveals the intensifying of the spin-orbital interactions induced by the $$Pi$$-d hybridization at the interface as well as out-of-plane spin polarization at the $$Pi$$ band region of graphene. The present study indicates the importance of the interface design at the atomic layer level for graphene-based spintronics.

報告書

地下水の地球化学データに基づく地下水流動評価方法の検討,2; 幌延地域への適用例(受託研究)

酒井 隆太郎; 武田 聖司; 宗像 雅広; 木村 英雄

JAEA-Research 2013-006, 18 Pages, 2013/07

JAEA-Research-2013-006.pdf:2.77MB

放射性廃棄物の地層処分では、人間社会への核種移行を信頼性高く評価するため、地下深部の広域地下水流動を評価することが重要である。我が国の堆積岩地域には、地下深部に停帯性の化石塩水が広く分布しており、天水の侵入・希釈によって中間的な塩分濃度を持つ混合水が浅部に形成されている。混合水の水質形成は、化石塩水の組成と地下水流動によって影響を受けている。このため、本研究では、混合水中のCl/$$delta$$$$^{18}$$O比をトレーサーとして幌延地区を対象として、地下水流動が水質形成プロセスに与える影響について解析的検討を行った。解析では、幌延地区を模擬したCl/$$delta$$$$^{18}$$Oの初期地下水分布を設定したうえで、天水による洗い出し解析を実施した。その結果、天水と化石塩水との混合水のCl/$$delta$$$$^{18}$$O比から推定される地下水移動量は、地下水流速から算出された移動量とおおむね一致することから、混合水のCl/$$delta$$$$^{18}$$O比は地下水流動の評価に有用であることが示された。

論文

In-plane orientation control of 2,7-diphenyl[1]benzothieno[3,2-$$b$$][1]benzothiophene monolayer on bismuth-terminated Si(111) vicinal surfaces with wettability optimization

大伴 真名歩; 土田 裕也*; 村谷 直紀*; 柳瀬 隆*; 境 誠司; 米澤 徹*; 長浜 太郎*; 長谷川 哲也*; 島田 敏宏*

Journal of Physical Chemistry C, 117(22), p.11555 - 11561, 2013/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:89.33(Chemistry, Physical)

本研究では、近年開発された高移動度有機半導体2,7-Diphenyl[1]benzothieno[3,2-$$b$$][1]benzothiophene (DPh-BTBT)について、濡れ性と面内配向を制御して、高配向のエピタキシャル単分子膜を作成する手法を開発した。近年多くの高移動度有機半導体分子が開発されているが、分子間相互作用を重視した分子設計の反作用で凝集しやすく、また対称性の低い結晶構造のため配向も混ざりやすいため、光電子分光法などの分光研究を行った例が限られていた。そこで本研究では特に凝集しやすいDPh-BTBTを試行分子として、濡れの良い導電性・結晶性表面を探索した結果、1/3 ML Bi-Si(111)-(3$$times$$3)再構成面が適していることを見いだした。また基板表面の対称性を、微傾斜面を用いることで崩し、面内配向を制御できることを見いだした。これは、ステップが集まってできたファセット部に、異方的テンプレートになるようなナノ構造が出現していることによると考えられる。本研究で見いだした微傾斜面は、今後新規分子の物性測定のテンプレートとして用いられることが想定される。

論文

High spin polarization at the Fe/C$$_{60}$$ interface in the Fe-doped C$$_{60}$$ film

境 誠司; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; Avramov, P.; Sorokin, P. B.*; 楢本 洋*

Synthetic Metals, 173, p.22 - 25, 2013/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.91(Materials Science, Multidisciplinary)

A process of tunneling conduction and the spin-dependent resistivity change (so-called tunneling magnetoresitance effect) in the Fe-doped C$$_{60}$$ film with a granular structure is investigated for the current-into-plane device. Cooperative tunneling (cotunneling) through several Fe nanoparticles is suggested to be operative at temperatures lower than 20 K. By considering the effect of cotunneling on the magnetoresistance ratio, it is successfully shown that the spin polarization of tunneling electrons generated at the Fe/C$$_{60}$$ interface is much higher than that in Fe crystal at low temperature in a similar fashion to that at the Co/C$$_{60}$$ interface in the Co-doped C$$_{60}$$ films. A strong temperature dependence of spin polarization is observed, suggesting possible influences by the thermally-induced disorders ascribed in the Fe atoms bonded with C$$_{60}$$ in the C$$_{60}$$-Fe compound.

論文

Contact-induced spin polarization in graphene/$$h$$-BN/Ni nanocomposites

Avramov, P.; Kuzubov, A. A.*; 境 誠司; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; Eliseeva, N. S.*

Journal of Applied Physics, 112(11), p.114303_1 - 114303_10, 2012/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:39.29(Physics, Applied)

Atomic and electronic structure of graphene/Ni(111), $$h$$-BN/Ni(111) and graphene/$$h$$-BN/Ni(111) nanocomposites with different numbers of graphene and $$h$$-BN layers and in different mutual arrangements of graphene/Ni and $$h$$-BN/Ni at the interfaces was studied using LDA/PBC/PW technique. For the sake of comparison, corresponding graphene, $$h$$-BN and graphene/$$h$$-BN structures without the Ni plate were calculated using the same technique. It was suggested that C-$$top$$:C-$$fcc$$ and N-$$top$$:B-$$fcc$$ configurations are energetically favorable for the graphene/Ni and $$h$$-BN/Ni interfaces, respectively. The Ni plate was found to induce a significant degree of spin polarization in graphene and $$h$$-BN caused by direct exchange interactions of the electronic states located on different fragments.

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