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Molecular dynamic simulations evaluating the effect of the stacking fault energy on defect formations in face-centered cubic metals subjected to high-energy particle irradiation

寺山 怜志*; 岩瀬 祐樹*; 早川 頌*; 沖田 泰良*; 板倉 充洋; 鈴木 克幸*

Computational Materials Science, 195, p.110479_1 - 110479_12, 2021/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

Austenitic stainless steels, which are used as incore structural materials in light water reactors, are characterized by an extremely low stacking fault energy (SFE) among face-centered cubic (FCC) metals. To evaluate the effects of SFE on defect formation under high-energy particle irradiation, molecular dynamics simulations were performed using the interatomic potential sets for FCC metals with different SFEs and a primary knock-on atom energy (E$$_{rm PKA}$$) of 100 keV at 600 K. The results show that the number of residual defects is independent of the SFE. However, the characteristics of self-interstitial atom (SIA) clusters do depend on the SFE. For clusters smaller than a certain size, the ratio of glissile SIA clusters decreases as the SFE increases, which is similar to the trend observed at the low E$$_{rm PKA}$$. However, for larger clusters, which can be detected only at a high E$$_{rm PKA}$$, the ratio of glissile clusters increases. These results correspond to static energy calculations, in which the difference in the formation energy between a Frank loop and perfect loop ($$Delta$$E$$_{rm F-P}$$) for the small clusters decreases as the SFE increases. In contrast, for the larger clusters, the SFE dependence of $$Delta$$E$$_{rm F-P}$$ changes due to the shape restrictions of stable perfect loops. At a high temperature of 600 K, large vacancy clusters with stacking faults can be detected at E$$_{rm PKA}$$ = 100 keV, resulting in the enhanced formation of these clusters at lower SFEs. Furthermore, several of these clusters were similar to perfect loops, with the edges split into two partial dislocations with stacking faults, although the largest clusters detected at low E$$_{rm PKA}$$s were similar to stacking fault tetrahedrons.


MA回収プロセスにおける物質移動係数評価試験; 単一液滴法を用いた評価

坂本 淳志; 木部 智*; 川野邊 一則*; 藤咲 和彦*; 佐野 雄一; 竹内 正行; 鈴木 英哉*; 津幡 靖宏; 伴 康俊; 松村 達郎

JAEA-Research 2021-003, 30 Pages, 2021/06


日本原子力研究開発機構(JAEA)では、使用済核燃料溶解液中からマイナーアクチノイド(以下、「MA」という)を回収するプロセスの一つとして、SELECTプロセスの適用が検討されている。SELECTプロセスでは従来から用いられてきたリン(P)系の抽出剤ではなく、炭素(C),水素(H),酸素(O),窒素(N)といった非リン系のみで構成される新たな抽出剤を開発し、その適用検討を進めているところである。その中でMA・ランタノイド(以下、「Ln」という)を一括回収するための抽出剤として$$N,N,N',N'$$-tetradodecyldiglycolamide(テトラドデシルジグリコールアミド(以下、「TDdDGA」という))、MA/Lnを相互分離するための抽出剤として$$N,N,N',N',N",N"$$-hexaoctylnitrilotriacetamide(ヘキサオクチルNTAアミド(以下、「HONTA」という))、Am/Cmを相互分離するための抽出剤としてAlkyl diamide amine(アルキルジアミドアミン(ADAAM))を用いたフローシートの構築を進めている。本試験では、SELECTプロセスにおいてラフィネート中からMA及びLnを回収するためのTDdDGA及びHONTAを対象に、フローシートを構築する上で必要となる物質移動係数の取得を単一液滴法により進めた。単一液滴法により物質移動係数を評価するに当たっては、あらかじめ装置の形状変更等の改良を重ねた上で試験的な評価を実施し、既報値と同様な物質移動係数値が得られることを確認した。また、取得したTDdDGAの物質移動係数を用いることで、これまでにmixer-settlers(ミキサセトラ(MS))やcentrifugal contactors(遠心抽出器(CC))を用いて実施してきた連続多段試験結果の妥当性についても評価することがdできた。さらに、HONTAに関しても評価を行い、10$$^{-6}$$m/s以下の低い物質移動係数を有することが明らかとなった。


Determination of atomistic deformation of tricalcium silicate paste with high-volume fly ash

Jee, H.*; Im, S.*; 兼松 学*; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 小山 拓*; 町田 晃彦*; Bae, S.*

Journal of the American Ceramic Society, 103(12), p.7188 - 7201, 2020/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:43.78(Materials Science, Ceramics)

We examined the influence of incorporating high-volume fly ash (FA) on the atomic structure and deformation behavior of calcium silicate hydrates (C-S-H) in tricalcium silicate (C$$_{3}$$H) paste upon exposure to external forces. Atomic structural changes and strains under compressive load were assessed using synchrotron in situ high-energy X-ray scattering-based atomic pair distribution function (PDF) analysis. Three different strain types, namely macroscopic strains, measured by a gauge attached to the specimen, strain in reciprocal space, (Bragg peak shifts), and strain in real space (PDF peak shift), were compared. All monitored and calculated strains for C$$_{3}$$H-FA (50 wt.% FA) paste were compared with those of pure C$$_{3}$$H paste. In the range of $$r$$ $$<$$ 10 ${AA}$, PDF analysis showed that C$$_{3}$$H-FA had a similar atomic structure to synthetic C-S-H followed by pure C$$_{3}$$H paste. The atomic strain of C$$_{3}$$H-FA in real space ($$r$$ $$<$$ 20 ${AA}$) was smaller than that of C$$_{3}$$H under compression, which suggests that the incompressibility of C-S-H on an atomistic scale is enhanced by fly ash incorporation. This may be caused by increased silicate polymerization of C-S-H due to the additional silicate provided by the fly ash.


Spallation and fragmentation cross sections for 168 MeV/nucleon $$^{136}$$Xe ions on proton, deuteron, and carbon targets

Sun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.

Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:38.19(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射による$$^{136}$$Xeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。


External exposure dose estimation by electron spin resonance technique for wild Japanese macaque captured in Fukushima Prefecture

岡 壽崇; 高橋 温*; 小荒井 一真; 光安 優典*; 木野 康志*; 関根 勉*; 清水 良央*; 千葉 美麗*; 鈴木 敏彦*; 小坂 健*; et al.

Radiation Measurements, 134, p.106315_1 - 106315_4, 2020/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:42.23(Nuclear Science & Technology)



How different is the core of $$^{25}$$F from $$^{24}$$O$$_{g.s.}$$ ?

Tang, T. L.*; 上坂 友洋*; 川瀬 頌一郎; Beaumel, D.*; 堂園 昌伯*; 藤井 俊彦*; 福田 直樹*; 福永 拓*; Galindo-Uribarri. A.*; Hwang, S. H.*; et al.

Physical Review Letters, 124(21), p.212502_1 - 212502_6, 2020/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:90.12(Physics, Multidisciplinary)

中性子過剰核$$^{25}$$Fの構造が($$p,2p$$)反応で調査した。$$pi 0d_{5/2}$$軌道の分光学的因子は1.0$$pm$$0.3と大きいが、一方で残留核である$$^{24}$$Oが基底状態である割合は約35%,励起状態は約0.65%であることが明らかになった。この結果は、$$^{25}$$Fのコア核$$^{24}$$Oは基底状態とは大きく異なり、$$^{24}$$Oの$$0d_{5/2}$$軌道に陽子がひとつ加わることで$$^{24}$$Oと$$^{25}$$Fの中性子軌道が相当に変化していると推測される。これは酸素同位体ドリップライン異常のメカニズムである可能性がある。


Final report on feasibility study of Pu monitoring and solution measurement of high active liquid waste containing fission product at Reprocessing Facility

関根 恵; 松木 拓也; 鈴木 敏*; 蔦木 浩一; 西田 直樹; 北尾 貴彦; 富川 裕文; 中村 仁宣; LaFleur, A.*; Browne, M.*

JAEA-Technology 2019-023, 160 Pages, 2020/03




Analysis of atomistic structural deformation characteristics of calcium silicate hydrate in 53-year-old tricalcium silicate paste using atomic pair distribution function

Bae, S.*; Jee, H.*; Suh, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡; Geng, G.*; et al.

Construction and Building Materials, 237, p.117714_1 - 117714_10, 2020/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.39(Construction & Building Technology)

Although the atomistic structure and the deformation characteristics of calcium silicate hydrates (C-S-H) are of primary interest in cement chemistry, they have not been fully investigated. In this study, pair distribution function (PDF) analysis was conducted on a 53-year-old fully hydrated tricalcium silicate (C$$_{3}$$S) paste using in situ synchrotron high-energy X-ray scattering to probe the atomic structural deformation of C-S-H under external loading. The results were compared with those from our previous PDF study of a 131-day-old C$$_{3}$$S paste in order to elucidate the effect of aging on the mechanical characteristics of C-S-H. Three different strains measured by the strain gauge, by the lattice shifts (d-spacing) in the reciprocal space, and by the shift of the interatomic distance (r) in the real space were compared. In the range of r $$<$$ 20 ${AA}$, where most of the information was derived from C-S-H, the 53-year-old C$$_{3}$$S paste had a higher overall elastic modulus (18.3 GPa) and better resistance to compressive stress than the 131-day-old C$$_{3}$$S paste (elastic modulus: 8.3 GPa). Moreover, it was found that the macroscopic strains of the 53-year-old C$$_{3}$$S paste were presumably induced by mechanical deformation such as microcracks at the macroscale. The results provide experimental evidence for the atomistic and mesoscale mechanical behavior of C-S-H in the early and late ages.


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:16 パーセンタイル:84.17(Environmental Sciences)




生島 一樹*; 柴原 正和*; 河尻 義貴*; 沖見 優衣*; 内田 友樹*; 秋田 貢一*; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

日本船舶海洋工学会論文集, (30), p.123 - 130, 2019/12



Enhancement of element production by incomplete fusion reaction with weakly bound deuteron

Wang, H.*; 大津 秀暁*; 千賀 信幸*; 川瀬 頌一郎*; 武内 聡*; 炭竃 聡之*; 小山 俊平*; 櫻井 博儀*; 渡辺 幸信*; 中山 梓介; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.78_1 - 78_6, 2019/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:63.62(Physics, Multidisciplinary)



Study on loss-of-cooling and loss-of-coolant accidents in spent fuel pool, 1; Overview

加治 芳行; 根本 義之; 永武 拓; 吉田 啓之; 東條 匡志*; 後藤 大輔*; 西村 聡*; 鈴木 洋明*; 大和 正明*; 渡辺 聡*

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 8 Pages, 2019/05



The Surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 荒井 武彦*; 仲内 悠祐*; 中村 智樹*; 松岡 萌*; et al.

Science, 364(6437), p.272 - 275, 2019/04

 被引用回数:138 パーセンタイル:99.8(Multidisciplinary Sciences)




副島 吾郎; 岩井 紘基; 中村 保之; 都築 聡*; 安永 和史*; 久米 恭*

平成29年度公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター研究年報,20, P. 80, 2018/11

「ふげん」で利用されている原子炉構造材(SUS304)や二重管(Zr-2.5%Nb, Zry-2)の模擬材を対象とし、プラズマアーク切断工法及びレーザ切断工法を用いて、気中切断や水中切断を行った際に発生する粉じんの挙動を調査した。


Feasibility study result of advanced solution measurement and monitoring technology for reprocessing facility

関根 恵; 松木 拓也; 鈴木 敏*; 蔦木 浩一; 富川 裕文; 中村 仁宣; LaFleur, A.*; Browne, M.*

Proceedings of IAEA Symposium on International Safeguards; Building Future Safeguards Capabilities (Internet), 8 Pages, 2018/11



Demonstration of $$gamma$$-ray pipe-monitoring capabilities for real-time process monitoring safeguards applications in reprocessing facilities

Rodriguez, D.; 谷川 聖史; 西村 和明; 向 泰宣; 中村 仁宣; 栗田 勉; 高峰 潤; 鈴木 敏*; 関根 恵; Rossi, F.; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(7), p.792 - 804, 2018/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)



原子力材料評価のための最新ナノミクロ分析技術の新展開,2; 中性子回折法による材料強度研究

諸岡 聡; 鈴木 裕士

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 60(5), p.289 - 293, 2018/05



Prediction method of improved residual stress distribution by shot peening using large scale analysis method

生島 一樹*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(3), p.NT87_1 - NT87_5, 2017/11

In this work, an analysis system that can analyze the modification of the residual stress distribution by peening is proposed based on IEFEM. In the proposed analysis system, IEFEM is extended to consider the dynamic effect to analyze the dynamic phenomenon with an impulsive load. The impulsive load due to the collision of shots is modeled as an equivalent load model. The equivalent load model is integrated with IEFEM considering the dynamic effect to calculate spatially and temporally random load in dynamic analyses. Using the proposed analysis system, the residual stress distribution modification by shot peening in a multi-pass welded pipe joint is predicted. The residual stress distributions obtained by the analysis are compared with those measured by X-ray diffraction (XRD), and the effect of the number of shot collisions on the change in residual stress distribution is discussed.



副島 吾郎; 岩井 紘基; 門脇 春彦; 中村 保之; 都築 聡*; 安永 和史*; 中田 吉則*; 久米 恭*

平成28年度公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター研究年報,19, P. 9, 2017/10



Shell evolution beyond $$Z$$=28 and $$N$$=50; Spectroscopy of $$^{81,82,83,84}$$Zn

Shand, C. M.*; Podoly$'a$k, Zs.*; G$'o$rska, M.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Nowacki, F.*; Otsuka, T.*; Sieja, K.*; Tostevin, J. A.*; Tsunoda, T.*; et al.

Physics Letters B, 773, p.492 - 497, 2017/10

 被引用回数:18 パーセンタイル:88.76(Astronomy & Astrophysics)

Low-lying states in neutron-rich $$^{81,82.83.84}$$Zn nuclei were measured for the first time via in-beam $$gamma$$-ray spectroscopy at RIKEN. These include the 4$$_1^+$$ to 2$$_1^+$$ in $$^{82}$$Zn and the 2$$_1^+$$ to 0$$_1^+$$ and 4$$_1^+$$ to 2$$_1^+$$ in $$^{84}$$Zn. The reduced E($$2^+$$) energies and increased E(4$$^+$$)/E(2$$^+$$) ratios at $$N$$=52,54 compared to $$^{80}$$Zn attest that the magicity is confined just on the neutron number $$N$$=50 only. The levels observed in $$^{84}$$Zn suggest the onset of deformation towards heavier Zn isotopes. The data were compared to state-of-the-art shell model calculations.

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