Three-dimensional spin susceptibility in ; Out-of-plane modulation revealed by neutron spectroscopy and theoretical modeling

村井 直樹; 鈴木 雄大*; 中島 正道*; 古府 麻衣子*; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 梶本 亮一

Physical Review B, 113(13), p.134430_1 - 134430_12, 2026/04

https://doi.org/10.1103/w1lf-837b

本研究では、鉄系超伝導体におけるスピン揺らぎの三次元性を、非弾性中性子散乱実験と密度汎関数理論(DFT)に基づく理論計算を組み合わせて調べた。中性子散乱実験により、低エネルギーの磁気散乱強度が面間方向に明瞭な変調を示し、奇数位置で強度が最大となることを明らかにした。この結果は、面直方向の反強磁性的相関を反映している。一方、エネルギーの増加とともにこの変調は徐々に弱まり、スピン揺らぎが三次元的な応答からほぼ二次元的な応答へとクロスオーバーすることが示された。さらに、三次元電子構造を考慮した理論計算により、実験で観測された面間方向の強度変調とそのエネルギー依存性を再現した。本研究は、現実的なDFT由来のバンド構造に基づく遍歴電子モデルが、現象論的なパラメータ調整に頼ることなく三次元から二次元へのクロスオーバーを捉えられることを示し、鉄系超伝導体の電子構造モデルを検証する上で重要な指針を与えるものである。

Efficient control and removal of laser-generated aerosol particles by combining water spray with pre-injection of electrical charged mist for nuclear reactor decommissioning

Xu, R.*; Sharma, A. K.*; Ahmed, Z.*; Kumar, R.*; Laffolley, H.; 横山 諒*; 三輪 修一郎*; 鈴木 俊一*; 小菅 淳

Nuclear Science and Techniques, 37(1), p.12_1 - 12_19, 2026/01

https://doi.org/10.1007/s41365-025-01825-x

Laser-induced aerosols, predominantly submicron in size, pose significant environmental and health risks during the decommissioning of nuclear reactors. This study experimentally investigated the removal of laser-generated aerosol particles using a water spray system integrated with an innovative system for pre-injecting electrically charged mist in our facility. To simulate aerosol generation in reactor decommissioning, a high-power laser was used to irradiate various materials (including stainless steel, carbon steel, and concrete), generating aerosol particles that were agglomerated with injected water mist and subsequently scavenged by water spray. Experimental results demonstrate enhanced aerosol removal via aerosol-mist agglomeration, with charged mist significantly improving particle capture by increasing wettability and size. The average improvements for stainless steel, carbon steel, and concrete were 40%, 44%, and 21%, respectively. The results of experiments using charged mist with different polarities (both positive and negative) and different surface coatings reveal that the dominant polarity of aerosols varies with the irradiated materials, influenced by their crystal structure and electron emission properties. Notably, surface coatings such as ZrO and CeO were found to possibly alter aerosol charging characteristics, thereby affecting aerosol removal efficiency with charged mist configurations. The innovative aerosol-mist agglomeration approach shows promise in mitigating radiation exposure, ensuring environmental safety, and reducing contaminated water during reactor dismantling. This study contributes critical knowledge for the development of advanced aerosol management strategies for nuclear reactor decommissioning. The understanding obtained in this work is also expected to be useful for various environmental and chemical engineering applications such as gas decontamination, air purification, and pollution control.

Accurate automatic analysis of individual uranium particles to improve the timeliness of safeguards environmental sample analysis using an LG-SIMS instrument and SEM-micromanipulation

富田 涼平; 富田 純平; 蓬田 匠; 鈴木 大輔; 宮本 ユタカ; 安田 健一郎

Analytical Methods, 17(44), p.9017 - 9025, 2025/10

https://doi.org/10.1039/D5AY01481F

A new method of automated overnight analysis of individual uranium particles using a large-geometry secondary ion mass spectrometry (LG-SIMS) instrument was proposed and demonstrated to improve the timeliness of safeguards environmental sample (ES) analysis in this study. In SIMS analysis of ES, the particle-mixing effect, which indicates non-existent uranium isotopic abundances within a sample, reduces the accuracy of SIMS results and makes automatic SIMS analysis of individual uranium particles challenging. Therefore, we proposed and demonstrated a new automatic SIMS analysis combined with micromanipulation using test samples to compare accuracy among the new automatic method and the conventional manual and automatic methods. Specifically, 22.5% and 57.5% of the results measured by the conventional manual and automatic methods were inaccurate due to the particle-mixing effect, respectively. In contrast, all results obtained with the new automatic method agreed with the respective reference values of uranium isotopic standard powders in test samples. The new automatic method successfully improved the accuracy of automatic individual particle analysis. The new automatic method also demonstrated the capability of improving the timeliness of ES analysis through overnight automated measurement of 40 individual uranium particles with high accuracy.

原子力科学研究所放射性廃棄物処理場の新規制基準対応; 第3廃棄物処理棟、解体分別保管棟及び減容処理棟の耐震補強

池谷 正太郎; 鈴木 武; 横堀 智彦; 菅原 聡; 横田 顕; 菊地 絃太; 村口 佳典; 北原 理; 瀬谷 真南人; 黒澤 剛史; et al.

JAEA-Technology 2025-001, 169 Pages, 2025/08

JAEA-Technology-2025-001.pdf:14.22MB

原子力科学研究所の放射性廃棄物処理場は、多様な施設により構成されており、その中に、第3廃棄物処理棟、解体分別保管棟及び減容処理棟がある。これらの3建家は、核原料物質、核燃料物質及び原子炉の規制に関する法律による規制を受けており、耐震重要度分類でCクラスに分類されている。東京電力福島第一原子力発電所の事故を契機として原子力規制委員会が策定した新規制基準に対応するため、最新の建築基準法に基づき3建家の耐震評価を実施したところ、許容応力度評価で一部基準を満足しない箇所が認められた。これに対応すべく、令和3年3月5日に設計及び工事の計画の認可(設工認)を取得し、令和3年(2021)から令和4年(2022)までの期間にて耐震補強を行った。本報告書は、第3廃棄物処理棟、解体分別保管棟及び減容処理棟の各建家の耐震設計の概況をはじめ、耐震改修工事の工事概要、作業体制、安全管理、使用前事業者検査について取りまとめたものである。

第2廃棄物処理棟 建家耐震補強工事

木下 淳一; 坂本 裕; 鈴木 一朗; 中嶋 瞭太; 森田 祐介; 入江 博文

JAEA-Technology 2024-027, 55 Pages, 2025/05

JAEA-Technology-2024-027.pdf:8.49MB

第2廃棄物処理棟は、原子力科学研究所内で発生する比較的放射能レベルの高い放射性廃棄物を処理することを目的として建設された施設であり、旧建築基準法に基づき設計、建設されたものである。平成25年12月に施行された「試験研究の用に供する原子炉等の位置、構造及び設備の基準に関する規則」の要求事項に従い、現行の建築基準法に基づき耐震評価した結果、耐震強度が不足していることが判明したことから、耐震強度を向上させるための耐震補強工事を平成30年11月から令和2年2月にかけて行った。本稿は、第2廃棄物処理棟の耐震補強工事の設計、工事及び試験検査について取りまとめたものである。

Existence of local polar domains in perovskite oxyfluoride, BaFeOF

勝又 哲裕*; 鈴木 涼*; 佐藤 直人*; 小田 良哉*; 本山 慎吾*; 鈴木 俊平*; 中島 護*; 稲熊 宜之*; 森 大輔*; 相見 晃久*; et al.

Chemistry of Materials, 36(8), p.3697 - 3704, 2024/04

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c03275

ペロブスカイト型酸窒化物のBaFeOFを高圧合成によって作製した。得られた物質はSHGシグナルが観測されたことから自発分極の存在を示唆していたため、分極発現機構を放射光高エネルギーX線回折で調べた。得られた2体相関分布関数をフィットした結果、方位の異なる局所的な分極発現機構を見出した。BaFeOFは磁性材料でもあるため、磁気ドメインと強誘電ドメインが共存していると考えられる。

Intercalative and non-intercalative photo-recharge using all-solid-state cells for solar energy conversion and storage

吉本 将隆*; 田村 和久; 渡邊 健太*; 清水 啓佑*; 堀澤 侑平*; Kobayashi, Takeshi*; Tsurita, Hanae*; 鈴木 耕太*; 菅野 了次*; 平山 雅章*

Sustainable Energy & Fuels (Internet), 8(6), p.1236 - 1244, 2024/03

https://doi.org/10.1039/D3SE01636F

1つのデバイスで、効率的に太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換可能である光再充電システムは、太陽光を効率的に使用するのに重要である。光-(デ)インターカレーションは、光再充電システムの機能において重要な役割を果たしている。しかしながら、光-(デ)インターカレーション過程は、電解液の分解や電極材料の溶出などの副反応などのため、いまだ十分に理解されていない。本研究では、エピタキシャル成長させて作成したNbドープのアナターゼTiO薄膜から構成される薄膜全固体電池を用いて光応答Liデインターカレーションに成功したことを示す。光照射下、放電時は、Liのデインターカレーションが起き、引き続いて、可逆的にTiOにインターカレーションする。さらに、光照射下では、充電容量の一部はキャパシタと同様、インターカレーションに寄らない電子移動に基づいていることがわかった。

二次イオン質量分析法を利用した保障措置環境試料中のウラン粒子に対する同位体組成分析法の発展と分析技術開発

富田 涼平; 富田 純平; 鈴木 大輔; 安田 健一郎; 宮本 ユタカ

放射化学, (48), p.1 - 15, 2023/09

二次イオン質量分析法は酸素などのイオンビームを試料に照射することで試料の構成元素から放出されたイオンを質量分析する手法である。この手法は僅かなイオンであっても高感度の計測が可能であり、極微量の元素の同位体比分析に広く用いられる。我々は高分解能を有する二次イオン質量分析装置を用いて、ウランを主とした核物質を含む微小粒子の同位体組成分析技術を開発するとともに、IAEAが原子力施設等の立ち入り査察で採取した試料に含まれるウラン粒子の同位体組成を日本のIAEAネットワーク分析所として分析し、その結果を報告している。本稿では、二次イオン質量分析法の解説と従来型の二次イオン質量分析装置から始まり、現在、主流となっている大型二次イオン質量分析装置が開発されるまでの二次イオン質量分析法を使用した保障措置環境試料中のウラン粒子に対する分析技術の発展について、我々が行った分析技術開発の成果を中心に述べる。

Spontaneous topological Hall effect induced by non-coplanar antiferromagnetic order in intercalated van der Waals materials

高木 寛貴*; 高木 里奈*; 見波 将*; 野本 拓也*; 大石 一城*; 鈴木 通人*; 柳 有起*; 平山 元昭*; Khanh, N.*; 軽部 皓介*; et al.

Nature Physics, 19(7), p.961 - 968, 2023/07

https://doi.org/10.1038/s41567-023-02017-3

In ferromagnets, electric current generally induces a transverse Hall voltage in proportion to the internal magnetization. This effect is frequently used for electrical readout of the spin up and down states. While these properties are usually not expected in antiferromagnets, recent theoretical studies predicted that non-coplanar antiferromagnetic order with finite scalar spin chirality - meaning a solid angle spanned by neighboring spins - can induce a large spontaneous Hall effect even without net magnetization or external magnetic field. This phenomenon, the spontaneous topological Hall effect, can potentially be used for the efficient electrical readout of the antiferromagnetic states, but it has not been experimentally verified due to a lack of appropriate materials hosting such magnetism. Here, we report the discovery of all-in-all-out type non-coplanar antiferromagnetic order in triangular lattice compounds CoTaS and CoNbS. These compounds are reported to host unconventionally large spontaneous Hall effect despite their vanishingly small net magnetization, and our analysis reveals that it can be explained in terms of the topological Hall effect that originates from the fictitious magnetic field associated with scalar spin chirality. These results indicate that the scalar spin chirality mechanism offers a promising route to the realisation of giant spontaneous Hall response even in compensated antiferromagnets, and highlight intercalated van der Waals magnets as a promising quasi-two-dimensional material platform to enable various nontrivial ways of electrical reading and possible writing of non-coplanar antiferromagnetic domains.

Sodium diffusion in hard carbon studied by small- and wide-angle neutron scattering and muon spin relaxation

大石 一城*; 五十嵐 大輔*; 多々良 涼一*; 河村 幸彦*; 廣井 孝介; 鈴木 淳市*; 梅垣 いづみ*; 西村 昇一郎*; 幸田 章宏*; 駒場 慎一*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012048_1 - 012048_5, 2023/03

https://doi.org/10.1088/1742-6596/2462/1/012048

Hard carbon is the most common anode material for Na-ion battery. The structure of the hard carbon and the dynamics of Na-ion in hard carbon were studied with small- and wide- angle neutron scattering and muon spin relaxation technique. The neutron scattering revealed the increase of interlayer distance between graphenes and decrease of the size of nanopores with increasing sodium intercalation in hard carbon. The muon spin relaxation revealed that a systematic increase in the field fluctuation rate with increasing temperature evidenced a thermally activated sodium diffusion. Assuming the two-dimensional diffusion of Na-ion in the graphene layers, the self-diffusion coefficient of Na-ion was estimated to be 2.610 cm/s at 310 K, with a thermal activation energy of 39(7) meV.