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論文

Study of catalytic reaction at electrode-electrolyte interfaces by a CV-XAFS method

草野 翔吾*; 松村 大樹; 朝澤 浩一郎*; 岸 浩史*; 坂本 友和*; 山口 進*; 田中 裕久*; 水木 純一郎*

Journal of Electronic Materials, 46(6), p.3634 - 3638, 2017/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:75.57(Engineering, Electrical & Electronic)

A method combining cyclic voltammetry (CV) with X-ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy, viz. CV-XAFS, has been developed to enable in situ real-time investigation of atomic and electronic structures related to electrochemical reactions. We use this method to study the reaction of a Pt/C cathode catalyst in the oxygen reduction reaction (ORR) in an alkaline electrolyte. It was found that the current induced by the ORR was first observed at approximately 0.08 V versus Hg/HgO, although the Pt valence remained almost unchanged. The electronic structure of the catalytic surface in the ORR was observed to be different in the negative and positive scan directions of CV measurements. Hydrogen adsorption is also discussed on the basis of the observation of this spectral change. We have demonstrated that CV-XAFS provides dynamical structural and electronic information related to electrochemical reactions and can be used for in situ real-time measurements of a catalyst.

論文

Negative correlation between electrical response and domain size in a Ti-composition-gradient Pb[(Mg$$_{1/3}$$Nb$$_{2/3}$$)$$_{1-x}$$Ti$$_{x}$$]O$$_{3}$$ crystal near the morphotropic phase boundary

清水 大輔*; 塚田 慎也*; 松浦 直人*; 坂本 潤哉*; 小島 誠治*; 並河 一道*; 水木 純一郎; 大和田 謙二

Physical Review B, 92(17), p.174121_1 - 174121_5, 2015/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.91(Materials Science, Multidisciplinary)

Ti組成が傾斜した単結晶試料Pb[(Mg$$_{1/3}$$Nb$$_{2/3}$$)$$_{1-x}$$Ti$$_{x}$$]O$$_{3}$$を用いてモルフォトロピック相境界(MPB)近傍の相図ならびに電気応答と結晶コヒーレンス長の相関を調べた。結晶は29mol%と34.7mol%付近に相境界がありそれらは単斜晶相MB-単斜晶相MC,単斜晶相MC-正方晶相境界と対応する。結晶コヒーレンス長のTi濃度依存性は電気応答と強い負の相関を示しており、これらはMPB近傍におけるドメインサイズ効果として説明可能である。

論文

Progress of divertor simulation research toward the realization of detached plasma using a large tandem mirror device

中嶋 洋輔*; 武田 寿人*; 市村 和也*; 細井 克洋*; 大木 健輔*; 坂本 瑞樹*; 平田 真史*; 市村 真*; 池添 竜也*; 今井 剛*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 463, p.537 - 540, 2015/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:5.53(Materials Science, Multidisciplinary)

A divertor simulation experimental module (D-module) with a V-shaped divertor target is installed in the west end-sell in GAMMA 10 large tandem mirror device, and a hydrogen plasma irradiation experiment to the target have been started to investigate radiation cooling mechanism on the target. A gas injection system is installed in the D-module and Langmuir probe and calorie meter array are mounted on the target plate. During the plasma irradiation, the highest electron density of 2.4 $$times$$ 10$$^{18}$$ m$$^{-3}$$ and a significant reduction of the electron temperature from a few tens of eV to 2 eV are achieved on the target plate by hydrogen and noble gas injection into the D-module.

論文

Development of divertor simulation research in the GAMMA 10/PDX tandem mirror

中嶋 洋輔*; 坂本 瑞樹*; 吉川 正志*; 大木 健輔*; 武田 寿人*; 市村 和也*; 細井 克洋*; 平田 真史*; 市村 真*; 池添 竜也*; et al.

Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 8 Pages, 2014/10

In the large tandem mirror device GAMMA 10/PDX, a divertor simulation experimental module (D-module) with a V-shaped divertor target have been installed in the end-mirror. A massive gas injection of hydrogen and noble gases (argon and xenon) into the D-module during hydrogen plasma irradiation onto the target was performed, and plasma detachment from the target was investigated. Electron temperature measured by Langmuir probe array on the target was significantly reduced from a few tens of eV to $$<$$ 3 eV, and particle flux was also reduced. A bright H$$alpha$$ emission in the upstream region of the D-module and strong reduction near the target were observed by a two-dimensional image of H$$alpha$$ emission in the target observed with a high-speed camera. Molecular activated recombination (MAR) process is expected to contribute to the reduction of the electron temperature and the particle flux.

論文

直線型プラズマ生成装置の現状とDEMOのダイバータ設計における課題

坂本 瑞樹*; 大野 哲靖*; 朝倉 伸幸; 星野 一生

プラズマ・核融合学会誌, 90(8), p.473 - 479, 2014/08

国際熱核融合実験炉ITERの建設が進む中、近年、原型炉(DEMO)に関する課題が活発に議論され、国内では文部科学省の原子力科学技術委員会核融合研究作業部会の下に「核融合原型炉開発のための技術基盤構築の中核的役割を担うチーム(合同コアチーム)」が作られ、IAEAではDEMO Programme Workshopが開催されている。このような背景の中で、直線型プラズマ生成装置の果たす役割とDEMOにおけるダイバータ設計の課題を議論する。直線型プラズマ生成装置の研究状況についての説明、トカマクDEMOでのダイバータの役割と熱粒子制御における課題の説明、現状のDEMO概念とダイバータ検討の概要、DEMO設計で重要な役割を果たすダイバータシミュレーションとモデリングの開発課題について解説する。

論文

ダイバータ, スクレイプオフ層およびプラズマ壁相互作用

仲野 友英; 坂本 瑞樹*

プラズマ・核融合学会誌, 88(11), p.672 - 674, 2012/11

JT-60SAのリサーチプランの第8章ダイバータ,プラズマ壁相互作用研究分野の要旨を日本語で簡潔に、なおかつ広い読者向けに平易に概説した。ITERや原型炉での最重要課題として(1)定常熱負荷、(2)パルス状の熱・粒子負荷、(3)トリチウム・インヴェントリー、及び(4)ヘリウム排気を挙げ、それぞれに対してJT-60SAでどのようなアプローチにより研究を展開してゆくのかをJT-60SAのハードウェアの特徴に触れつつ記述した。このうち、(1)定常熱負荷についてはシミュレーションコードによる定量的な評価結果に基づき、不純物入射によるプラズマ冷却手法の開発が重要な課題であることを強調した。また、将来計画としてプラズマ対向壁を炭素材から金属材へ変更するオプションについても、メリットや制限事項とともに述べた。

論文

Eddy current-adjusted plasma shape reconstruction by Cauchy condition surface method on QUEST

中村 一男*; Jiang, Y.*; Liu, X.*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 長谷川 真*; 徳永 和俊*; 図子 秀樹*; et al.

Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1080 - 1084, 2011/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:57.93(Nuclear Science & Technology)

CCS (Cauchy Condition Surface) method is a numerical approach to reproduce plasma shape, which has good precision in conventional tokamak. In order to apply it in plasma shape reproduction of ST (Spherical Tokamak), the calculation precision of the CCS method in CPD ($$B$$$$_{rm t}$$ = 0.25 T, $$R$$ = 0.3 m, $$a$$ = 0.2 m) has been analyzed. The precision was confirmed also in ST and decided to be applied to QUEST ($$B$$$$_{rm t}$$ = 0.25 T, $$R$$ = 0.68 m, $$a$$ = 0.40 m). In present stage from the magnetic measurement, it is known that the eddy current effect is large in QUEST experiment, and there are no special magnetic measurements for eddy current now, so some proper model should be selected to evaluate the eddy current effect. The eddy current density by not only CS (Center Solenoid) coil but also plasma current is calculated using EDDYCAL (JAEA), the eddy currents are taken as unknown variables and solved together with plasma shape reconstruction. The result shows that the CCS method with eddy current adjustment achieves stable, accurate reconstruction of plasma shape in application to QUEST.

論文

Structural changes in surface and bulk LiNi$$_{0.5}$$Mn$$_{0.5}$$O$$_{2}$$ during electrochemical reaction on epitaxial thin-film electrodes characterized by ${it in situ}$ X-ray scattering

坂本 和幸*; 平山 雅章*; 小西 宏明*; 園山 範之*; Dupr$'e$, N.*; Guyomard, D.*; 田村 和久; 水木 純一郎; 菅野 了次*

Physical Chemistry Chemical Physics, 12(15), p.3815 - 3823, 2010/04

 被引用回数:25 パーセンタイル:25.54(Chemistry, Physical)

X線散乱法を用いて、LiNi$$_{0.5}$$Mn$$_{0.5}$$O$$_{2}$$リチウムイオン電池薄膜電極の電池反応中における表面及びバルクの構造変化を追跡した。その結果、(110)面が露出した電極では、バルク構造の変化が認められたが、(003)面が露出した電極では、電極電位が3-5Vの範囲でリチウムイオンの(デ)インターカレーションが認められたかった。一方で、3Vより負になると、不可逆なインターカレーションが起こることがわかった。

論文

Surface structure of LiNi$$_{0.8}$$Co$$_{0.2}$$O$$_{2}$$; A New experimental technique using in situ X-ray diffraction and two-dimensional epitaxial film electrodes

坂本 和幸*; 平山 雅章*; 園山 範之*; 森 大輔*; 山田 淳夫*; 田村 和久; 水木 純一郎; 菅野 了次*

Chemistry of Materials, 21(13), p.2632 - 2640, 2009/05

 被引用回数:31 パーセンタイル:25.23(Chemistry, Physical)

放射光を用いたX線回折とエピタキシャル薄膜電極を用いて、LiNi$$_{0.8}$$Co$$_{0.2}$$O$$_{2}$$の充放電過程における表面とバルク構造の変化を調べた。(110)面電極では、充放電に伴うバルク構造の変化が確認できたのに対して、(003)面電極では、3$$sim$$5Vで(デ)インターカレーションが確認できなかったが3Vより負側で3次元的なリチウムの拡散が起こることが確認できた。このことから、電極表面近傍では、表面とバルクでは構造変化が異なることが明らかになった。

論文

プラズマ実時間制御を考慮したプラズマ断面位置形状再構築システムのST装置への適用検討

栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

九州大学応用力学研究所RIAMフォーラム2008講演要旨, p.66 - 69, 2008/06

JT-60で開発したプラズマ最外殻磁気面の同定法であるコーシー条件面(CCS)法は、穴の開いた特異性のある真空場の厳密解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて精度よくプラズマの断面形状を同定できる。このCCS法を九州大学で平成20年度より稼動計画のプラズマ境界力学実験装置QUEST(Q-shu University Experiment with Steady State Spherical Tokamak)のプラズマ平衡実時間制御へ適用し、高精度にプラズマ断面形状を再構築することを確認した。本発表は、QUESTに対して、JT-60での経験に基づいた実時間制御システム構成や実時間プラズマ形状再構築手法の提案における一連の検討結果報告である。

論文

Characterization of electrode/electrolyte interface using ${it in situ}$ X-ray reflectometry and LiNi$$_{0.8}$$Co$$_{0.2}$$O$$_{2}$$ epitaxial film electrode synthesized by pulsed laser deposition method

平山 雅章*; 坂本 和幸*; 平出 哲也*; 森 大輔*; 山田 淳夫*; 菅野 了次*; 園山 範之*; 田村 和久; 水木 純一郎

Electrochimica Acta, 53(2), p.871 - 881, 2007/12

 被引用回数:34 パーセンタイル:34.2(Electrochemistry)

X線を用いたリチウムイオン電池中の電極/溶液界面の構造変化を調べるための手法について検討を行った。電極は単結晶SrTiO$$_{3}$$基板上に、パルスレーザー堆積法により作成した。SrTiO$$_{3}$$の面方位を変えることで、堆積するLiNiCoO$$_{2}$$薄膜の方位を制御した。実験の結果、LiNiCoO$$_{2}$$(110)/溶液界面では、充放電第一サイクル目で固液界面で新たな薄膜が形成されるのに対して、(003)面/溶液界面では薄膜は形成されずに、ラフネスが増加することがわかった。

論文

Mechanistic study on lithium intercalation using a restricted reaction field in LiNi$$_{0.5}$$Mn$$_{0.5}$$O$$_{2}$$

坂本 和幸*; 小西 宏明*; 園山 範之*; 山田 淳夫*; 田村 和久; 水木 純一郎; 菅野 了次*

Journal of Power Sources, 174(2), p.678 - 682, 2007/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:47.48(Chemistry, Physical)

パルスレーザー堆積法を用い、エピタキシャル成長させて形成したリチウムイオン電池正極(LiNi$$_{0.5}$$Mn$$_{0.5}$$O$$_{2}$$)の充放電過程をX線散乱法により追跡した。その結果、LiNi$$_{0.5}$$Mn$$_{0.5}$$O$$_{2}$$(003)面では、2次元構造を取っている金属層を通してリチウムイオンが三次元的に拡散していることがわかった。

論文

Overview of national centralized tokamak program; Mission, design and strategy to contribute ITER and DEMO

二宮 博正; 秋場 真人; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井上 信幸; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S428 - S432, 2006/12

現在検討が進められているJT-60のコイルを超伝導コイルに置き換える計画(トカマク国内重点化装置計画)の概要について述べる。本計画はITER及び原型炉への貢献を目指しているが、その位置づけ,目的,物理設計及び装置設計の概要,今後の計画等について示す。物理設計については、特に高い規格化ベータ値を実現するためのアスペクト比,形状因子及び臨界条件クラスのプラズマや完全非誘導電流駆動のパラメータ領域等について、装置については物理設計と整合した設計の概要について示す。

論文

Magnetic sensor dependence of CCS method to reproduce ST plasma shape

Wang, F.*; 中村 一男*; 御手洗 修*; 栗原 研一; 川俣 陽一; 末岡 通治; 佐藤 浩之助*; 図子 秀樹*; 花田 和明*; 坂本 瑞樹*; et al.

九州大学応用力学研究所RIAMフォーラム2006講演要旨, p.138 - 141, 2006/06

JT-60で開発されたプラズマ最外殻磁気面の再構築法であるコーシー条件面(CCS)法は、真空場の解析解を基本とし、電磁気センサー信号を用いて極めて高い精度でプラズマの形状を同定でき、JT-60Uの実時間制御において既に使用されているという実績を持っている。本発表は、このCCS法を九州大学で計画されている球状トカマク装置(ST)のプラズマに対して利用することを想定して行っている導入開発の成果報告である。高精度再構築に必要な電磁気センサーの配置種類を検討した結果、それらの適切な選択でCCS法と正解のプラズマ形状とは図では確認できないほどの高い精度で一致することがわかった。

論文

Overview of the national centralized tokamak programme

菊池 満; 玉井 広史; 松川 誠; 藤田 隆明; 高瀬 雄一*; 櫻井 真治; 木津 要; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; et al.

Nuclear Fusion, 46(3), p.S29 - S38, 2006/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:51.44(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク国内重点化装置(NCT)計画は、大学における成果を取り込みつつJT-60Uに引き続き先進トカマクを進めるための国内計画である。NCTのミッションは発電実証プラントに向けて高ベータ定常運転を実現するとともに、ITERへの貢献を図ることである。高ベータ定常運転を実現するために、装置のアスペクト比,形状制御性,抵抗性壁モードの帰還制御性,電流分布と圧力分布の制御性の機動性と自由度を追求した。

論文

Engineering design and control scenario for steady-state high-beta operation in national centralized tokamak

土屋 勝彦; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; et al.

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1599 - 1605, 2006/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.21(Nuclear Science & Technology)

JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)は、経済的な核融合炉の実現を目指した定常高ベータプラズマ運転の実証が重要なミッションの一つである。現在、プラズマ形状及びアスペクト比について広いパラメータ領域で研究を行えるように、装置の物理的・技術的設計検討を進めている。本装置の目標とする高ベータプラズマは、自由境界MHD安定性限界を超えた領域にあるため、電子サイクロトロン加熱による新古典テアリングモードの抑制に加えて、安定化板及び容器内コイルを用いた壁不安定性モードの抑制など、さまざまなMHD不安定性の制御手法を駆使する必要がある。それらを踏まえて、今回は、高ベータと臨界条件クラスのプラズマを同時に達成できるプラズマパラメータの解析評価、及び自由境界MHD安定性限界を超えた高ベータプラズマの非誘導電流駆動制御シナリオの検討結果について報告する。また、広いパラメータ領域で定常高ベータプラズマ運転を実現させるための装置設計の現状に関して、超伝導コイル及び放射線遮へい材を中心に報告する。

論文

Design study of national centralized tokamak facility for the demonstration of steady state high-$$beta$$ plasma operation

玉井 広史; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; 細金 延幸; 市村 真*; et al.

Nuclear Fusion, 45(12), p.1676 - 1683, 2005/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:47.76(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマク国内重点化装置の設計研究をまとめた。装置の設計は、プラズマのアスペクト比と形状制御性に関して自由度を広く確保できることが求められている。これは、ITERと平行して研究を進めるとともに、定常高ベータプラズマ運転についての科学的なデータベースをDEMOへ提供する観点から重要である。この目標に合致するように、プラズマのアスペクト比と形状の自由度の確保について、これまで比較的困難であったダイバータ排気性能との両立が図られるように装置設計を行った。この装置設計に基づいて、閉じ込め,安定性,電流駆動,ダイバータプラズマ等の物理性能を評価し、主目的である定常高ベータプラズマを実現するための制御方法を検討した。

論文

Progress in physics and technology developments for the modification of JT-60

玉井 広史; 松川 誠; 栗田 源一; 林 伸彦; 浦田 一宏*; 三浦 友史; 木津 要; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 工藤 祐介; et al.

Plasma Science and Technology, 6(1), p.2141 - 2150, 2004/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:92.17(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60定常高ベータ化計画(JT-60改修計画)の最重要課題は高ベータ,臨界クラスのパラメータを持つ高性能プラズマの100秒程度以上の維持を実証することである。このため、高ベータプラズマを達成するためのプラズマパラメータや運転シナリオ,制御手法の検討を行うとともに、超伝導磁場コイルの要素技術の開発を始め、放射線遮蔽や真空容器等の設計検討及び試験開発を行い、その成立性を確認した。本発表は、以上の物理・工学設計と試験開発の進捗状況を詳述する。

論文

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Chujo, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

原型炉の経済性と環境適合性のさらなる向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉と同様に強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御を持ち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。JT-60の既存設備を最大限活用し、新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現を目指し、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という重要課題に取り組むことができるよう設計を行った。

論文

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Cho, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

 被引用回数:33 パーセンタイル:25.13(Physics, Fluids & Plasmas)

原型炉の実現に向けて経済性と環境適合性の向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉で想定されているように、強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御をもち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。既存のJT-60設備を最大限に生かし、原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現に向けて、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という克服すべき課題に取り組むための設計を行った。

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