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論文

Spin-orbital magnetic response of relativistic fermions with band hybridization

荒木 康史; 末永 大輝*; 鈴木 渓; 安井 繁宏*

Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023098_1 - 023098_17, 2021/05

相対論的フェルミオンのスピンは軌道自由度と強い相関を持つ。このような相対論的粒子と非相対論的粒子が混在する場合の効果として、本研究ではスピン-軌道帯磁率に着目する。スピン-軌道帯磁率は軌道磁場(粒子の軌道運動に対してベクトルポテンシャルとして働く磁場の効果)に対するスピン偏極の応答として定義されるものであり、スピン-軌道相互作用に起因するものである。理論解析の結果、相対論的粒子と非相対論的粒子の混成がある場合、スピン-軌道帯磁率はバンド混成点近傍のフェルミエネルギーで変化することが示された。この混成効果により、磁場下では非相対論的粒子のスピン偏極も誘起されることが明らかになった。さらにこの混成効果は、熱平衡を破るような動的な磁場の摂動下では増強されることを明らかにした。スピン-軌道帯磁率に対するこれらの効果は、固体中のディラック電子に対する結晶対称性の破れや不純物ドープ、および相対論的重イオン衝突における軽いクォークと重いクォークの混成といった状況下で、実験的に実現されうることを議論する。

論文

Chiral separation effect catalyzed by heavy impurities

末永 大輝*; 荒木 康史; 鈴木 渓; 安井 繁宏*

Physical Review D, 103(5), p.054041_1 - 054041_17, 2021/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:63.46(Astronomy & Astrophysics)

本論文ではクォーク物質中のカイラル分離効果に対して、近藤効果、すなわち重い不純物による非摂動的効果が与える影響を議論する。カイラル分離効果は、相対論的フェルミオンが磁場下でカイラリティ依存のカレント(軸性カレント)を示す現象であり、クォーク物質等の相対論的フェルミオンに特徴的な現象である。本研究では、軽いクォークと重いクォークによって構成される近藤凝縮を含む有効模型に基づき、静的および動的な磁場下での軸性カレントの応答関数を評価した。その結果、磁場が静的・動的どちらの場合も、近藤効果によりカイラル分離効果は増強されることが示された。特に動的な磁場下では、カイラル分離効果は約3倍に増強されることを明らかにした。以上の効果により、クォーク物質中に不純物として含まれる重いクォークは、磁場下での軽いクォークのカレントに対して重要な役割を果たすことが示唆される。

論文

Two relativistic Kondo effects; Classification with particle and antiparticle impurities

荒木 康史; 末永 大輝*; 鈴木 渓; 安井 繁宏*

Physical Review Research (Internet), 3(1), p.013233_1 - 013233_12, 2021/03

本論文では、不純物自由度の性質によって類別される二種類の相対論的近藤効果について、理論的考察を行う。特に、軽いディラックフェルミオンと重い不純物フェルミオンから構成される「凝縮」を含む基底状態の分散関係に注目する。ここでの重いフェルミオン自由度は、高エネルギー物理学においてヘビークォーク有効理論(HQET)として知られている有効理論(すなわち、ディラックフェルミオンに対して非相対論的極限をとることで得られる低エネルギー有効理論)を用いて記述される。ここでは二種類のHQETを採用し、一つ目のHQETは重いフェルミオンの粒子成分のみを含み、二つ目のHQETは粒子成分と反粒子成分の両方を含む(粒子と反粒子は逆のパリティを持つ)。これらの二つの有効理論から定性的に異なる二種類の近藤効果が現れることを示す。二種類の近藤効果を比較すると、フェルミ面近傍における(近藤効果としての)性質は類似している一方、運動量が小さい領域(赤外領域)のバンド構造は異なることが分かる。これらの近藤効果はディラック/ワイル反金属やクォーク物質における観測量に影響するだけでなく、格子シミュレーションや冷却原子シミュレーションによって数値的に検証されることが期待される。

論文

Kondo effect driven by chirality imbalance

末永 大輝*; 鈴木 渓; 荒木 康史; 安井 繁宏*

Physical Review Research (Internet), 2(2), p.023312_1 - 023312_13, 2020/06

近藤効果はフェルミ面近傍の軽いフェルミオンと重い不純物との相互作用によって引き起こされ、物質の電気的・熱的・輸送的性質に影響を及ぼす。一方、カイラリティ(右巻き・左巻き)はディラック粒子・ワイル粒子などの相対論的フェルミオンが持つ基本的な性質の一つである。通常の物質においては右巻き・左巻き粒子の数は均衡しているが、これらが不均衡となる系もクォーク物質や電子系において興味が持たれている。本論文では、相対論的フェルミオンのカイラリティ不均衡(有限の「カイラル化学ポテンシャル」を持つ系)によって生じる近藤効果を理論的に提案した。この効果は右巻き(または左巻き)の軽いフェルミオンと重い不純物粒子との混合によって引き起こされるが、これは有限密度(化学ポテンシャル)によって生じる通常の近藤効果とは少し異なる状況である。我々は相対論的フェルミオンと不純物粒子間の相互作用を持つ有効模型を構築し、(1)摂動計算と(2)平均場近似による非摂動的アプローチの二つの手法を用いてこの効果が実現することを示した。さらに、近藤効果に対する温度依存性・結合定数依存性・感受率の振る舞いや相転移の次数などを議論した。このような近藤効果の性質は、将来的な格子シミュレーションで検証されることが期待される。

論文

次世代原子力技術開発の国際協力の意義と将来のエネルギー供給における重要性,セッション1

鈴木 康文

原子力eye, 50(6), p.10 - 11, 2004/06

原子力産業会議主催で開催された国際シンポジウム「原子力開発における課題と国際協力の意義」における議論のなかで、GIFで代表される次世代原子力技術開発の国際会議の意義等についてとりまとめを行う。

論文

Research activities on advanced nuclear fuel cycle in NUCEF

鈴木 康文; 土尻 滋; 大野 秋男; 前多 厚; 杉川 進

Proceedings of International Conference on Back-End of the Fuel Cycle: From Research to Solutions (GLOBAL 2001) (CD-ROM), 7 Pages, 2001/09

NUCEFで行われている核燃料サイクル分野における研究活動の現状と今後の予定を紹介する。臨界安全,新しい再処理技術,群分離,廃棄物管理,超ウラン元素化学などについて、最近の成果を概要するとともに、研究計画の概要を述べる。

論文

Post-irradiation examination of high burnup Mg doped UO$$_{2}$$ in comparison with undoped UO$$_{2}$$, Mg-Nb doped UO$$_{2}$$ and Ti doped UO$$_{2}$$

藤野 威男*; 白鳥 徹雄; 佐藤 修彰*; 福田 幸朔; 山田 耕太*; 鈴木 康文; 芹澤 弘幸

Journal of Nuclear Materials, 297(2), p.176 - 205, 2001/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:72.93(Materials Science, Multidisciplinary)

高燃焼度用LWR酸化物燃料の開発を目的として、Mgを添加したUO$$_{2}$$燃料の照射挙動を調べた。2.5~15mol% MgO添加UO$$_{2}$$と比較用無添加UO$$_{2}$$の焼結体小ディスク試料をJRR-3Mで最高94GWd/t($$<$$1000$$^{circ}C$$) まで照射した。照射後試験で、試料の外観と健全性、組織観察、スエリング率測定、FP放出挙動、熱伝導率測定等の高燃焼度における挙動のデータを得た。65GWd/t($$<$$700$$^{circ}C$$) 以上では試料全体にリム組織の生成がみられた。Mg添加UO$$_{2}$$でMgの固溶度が小さく、おもにMgOとしてUO$$_{2}$$マトリックス中に分散している燃料の高燃焼度照射挙動は、全般的に無添加UO$$_{2}$$と顕著な相違はみられない結果となった。(U,Mg)O$$_{2}$$の固溶体の照射挙動が今後の課題である。

論文

Distribution behavior of plutonium and americium in LiCl-KCl eutectic/liquid cadmium systems

坂村 義治*; 白井 理; 岩井 孝; 鈴木 康文

Journal of Alloys and Compounds, 321(1), p.76 - 83, 2001/05

 被引用回数:53 パーセンタイル:89.97(Chemistry, Physical)

金属あるいは窒化物などの新型燃料の乾式再処理ではLiCl-KCl/液体Cd系での分配挙動を利用した各元素の分離・回収やLiCl-CKl共晶塩中での電解による各元素の分離・回収が考えられている。特にLiCl/KCl共晶塩/Cd系でのPu等の分配挙動の基礎的な理解は重要である。本研究では、PuとAmのLiCl-KCl共晶塩/液体Cd系での分配挙動を、平衡電位との関係を調べながら明らかにした。特に、Amは塩中で、-1.45V以上では3価,-1.45V以下では2価で存在することが判明した。

論文

Waste management in NUCEF

鈴木 康文; 前多 厚; 杉川 進; 竹下 功

Proceedings of International Conference on Scientific Research on the Back-end of the Fuel Cycle for the 21st Century (ATALANTE 2000) (Internet), 8 Pages, 2000/10

NUCEFで発生する放射性廃棄物の管理について紹介する。NUCEFでは、STACY,TRACY,セル等を用いた研究活動からさまざまな廃棄物が発生する。特に、プルトニウム硝酸溶液を用いたSTACYでの臨界実験準備で生ずるアメリシウム廃棄物の管理が課題のひとつである。これらの廃棄物の処理及び管理等について概説する。また、廃棄物の安定化、減容等を目的としてNUCEFで実施されているタンニンゲルを用いたアメリシウム廃液処理、銀電解酸化法を応用した有機廃液の無機化等にかかわる技術開発の現状を報告する。

論文

Recovery of Neptunium by electrolysis of NpN in LiCl-KCl eutectic melts

白井 理; 飯塚 政利*; 岩井 孝; 鈴木 康文; 荒井 康夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(8), p.676 - 681, 2000/08

窒化物燃料サイクルへの乾式法の適用を念頭においてNpCl$$_{3}$$を含むLiCl-KCl系でのNpNの電解挙動を検討した。サイクリックボルタモグラムの解析よりNpNの溶解反応は非可逆で遅いことが判明した。ただし、NpNがNp$$^{3+}$$として溶解し始める電位は理論的に導出された値に近かった。さらに、低電位及び低電流印加によるNpNの電解実験を行い、約0.5gのNp金属を回収することができた。電析物は塩と金属の混合体であるので、800$$^{circ}C$$に加熱し1時間保持することにより、塩と金属を分離した。

論文

Simultaneous determination of X-ray Debye temperature and Grueneisen constant for actinide oxides; PuO$$_{2}$$ and ThO$$_{2}$$

芹澤 弘幸; 荒井 康夫; 鈴木 康文

Journal of Nuclear Materials, 280(1), p.99 - 105, 2000/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:79.11(Materials Science, Multidisciplinary)

デバイ温度及びグリューナイゼン定数は、セラミックの熱的及び機械的特性を評価するうえで、重要なパラメータである。当研究グループでは、これまでに、高温X線回折装置を用いて、NpO$$_{2}$$について同パラメータの同時測定を行い、発表している。本論文では、PuO$$_{2}$$及びThO2について、同様な手法を用いて行ったデバイ温度及びグリューナイゼン定数の測定結果について報告する。両酸化物の温度因子は、NpO$$_{2}$$の場合と同様に、温度の上昇とともに非直線的に増加した。この直線からのずれを定量的に評価することによってグリューナイゼン定数を求め、その値を使ってデバイ温度を計算した。また、一連のアクチニド酸化物のデバイ温度を、熱膨張率との関係から評価し、得られた値の妥当性について、定性的に検討した。

論文

Electrolysis of plutonium nitride in LiCl-KCl eutectic melts

白井 理; 岩井 孝; 塩沢 憲一; 鈴木 康文; 坂村 義治*; 井上 正*

Journal of Nuclear Materials, 277(2-3), p.226 - 230, 2000/02

 被引用回数:23 パーセンタイル:81.29(Materials Science, Multidisciplinary)

プルトニウム窒化物(PuN)のLiCl-KCl共晶塩系での溶解挙動をボルタモグラム測定等により検討した。理論的に導出したPuNの溶解電位(-0.865V)と実験値はほぼ一致した。陽極にはタングステンかご状電極を用い、その中にPuNを入れ、陰極にはモリブデン線を使用して、約0.54wt%のPuCl$$_{3}$$を含む塩中でPuの電解回収実験を行った。陰極電位を固定した定電位電解と陰極・陽極間の電流を一定とした定電流電解を行い、グラムオーダーのPu金属を回収することに成功した。電解時の各電極の電位をモニターすることにより、陽極ではPuNが溶解してプルトニウムイオン(Pu$$^{3+}$$)になり、陰極ではPu$$^{3+}$$がPuに還元されて析出することを確認した。電析物は$$alpha$$-Puを含むことをX線回折法により確かめたが、塩を多量にまき込んでいるため、Pu金属の単離は困難であった。

論文

Thermodynamics of neptunium in LiCl-KCl eutectic/liquid bismuth systems

坂村 義治*; 白井 理; 岩井 孝; 鈴木 康文

Journal of the Electrochemical Society, 147(2), p.642 - 649, 2000/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:57.25(Electrochemistry)

使用済燃料の乾式再処理における基礎知見として、400~500$$^{circ}$$CにおけるLiCl-KCl共晶塩/液体ビスマス系でのネプツニウムの熱力学的特性を調べた。LiCl-KCl系でのネプツニウムの標準酸化還元電位は、E$$^{0Np/Np(I}$$II$$_{=}$$-2.0667+0.0007892$$times$$T(Ag/AgCl参照電極に対して、T:温度)であった。液体ビスマス上の電位は、ビスマス中のネプツニウムの濃度の関数となるが、これを解析したところ、ビスマスへのネプツニウムの溶解度は、400,450及び500$$^{circ}$$Cでそれぞれ0.34$$pm$$0.02,0.61$$pm$$0.08及び1.06$$pm$$0.09であった。液体ビスマス中のネプツニウムの過剰化学ポテンシャル(自由エネルギー)は、$$Delta$$G$$_{Np}$$(kcal/g・atom)=-32.5($$pm$$0.7)+0.00723$$times$$Tであった。これらの値は、ウランよりむしろプルトニウムに近いものであった。

論文

炭窒化物燃料

鈴木 康文

日本原子力学会誌, 41(4), p.376 - 377, 1999/04

主に窒化物燃料について、その特長と開発目的を概説するとともに、現在の主要な研究課題である窒素解離現象や乾式再処理への適用に対する考え方などを紹介する。

論文

X-ray Debye temperature and Grueneisen constant of NpO$$_{2}$$

芹澤 弘幸; 荒井 康夫; 高野 公秀; 鈴木 康文

Journal of Alloys and Compounds, 282, p.17 - 22, 1999/00

 被引用回数:20 パーセンタイル:75.97(Chemistry, Physical)

デバイ温度及びグリューナイゼン定数は、セラミックスの熱的性質を推定するうえで、重要なパラメータである。本論文では高温X線回折装置を用いて、これら2つの定数を同時に決定する手法を考案し、NpO$$_{2}$$について測定を行った結果を発表する。高温X線回折測定の結果から計算したデバイ温度の値は、測定温度の上昇に伴い減少した。通常本測定温度領域では、デバイ温度は一定である。したがってこの現象は、格子振動の非調和性に起因していると考えられる。一方グリューナイゼン定数は、その非調和性を表すパラメータであることから、この減少の程度を評価することによって計算した。さらに、得られたグリューナイゼン定数を用いて、デバイ温度を計算した。

論文

Vaporization behavior of NpN coloaded with PuN

中島 邦久; 荒井 康夫; 鈴木 康文

Journal of Nuclear Materials, 275(3), p.332 - 335, 1999/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:52.33(Materials Science, Multidisciplinary)

クヌーセンセルを組み合わせた四重極型質量分析計を用いてPuNが共存しているNpN上のNp分圧及びPu分圧を1950-2070Kの温度領域で測定した。測定されたNp分圧は、金属Np上のNp分圧よりも明らかに低くなり、以前行ったNpNの高温質量分析測定により示唆された金属相は析出していないと考えられた。一方、測定されたPu分圧は相合蒸発するPuN上のPu分圧とほぼ一致した。NpNの生成自由エネルギーを評価するために必要なセル内の窒素分圧をPuNが相合蒸発しているものと仮定し、測定されたPu分圧から推定した。今回評価されたNpNの生成自由エネルギーは、以前われわれが評価したNpNの生成自由エネルギーとほぼ一致した。また、この値はUNとPuNの生成自由エネルギーと比較し中間的な値を示すことが再確認された。

論文

Vaporization behavior of BaPuO$$_{3}$$

中島 邦久; 荒井 康夫; 鈴木 康文; 山脇 道夫*

Journal of the Mass Spectometry Society of Japan, 47(1), p.46 - 48, 1999/00

ペロブスカイト型複合酸化物であるBaPuO$$_{3}$$の高温質量分析を1673-1873Kの温度領域で行った。検出された蒸気種はBa及びBaOであった。BaPuO$$_{3}$$の蒸気圧測定結果を熱力学第2法則、第3法則を用いて処理し、BaPuO$$_{3}$$の標準生成エンタルピーをそれぞれ-1661kJ/mol、-1673kJ/molであると評価した。これらの値は、過去に報告されている推定値とほぼ一致した。

論文

Experimental research on nitride fuel cycle in JAERI

荒井 康夫; 岩井 孝; 中島 邦久; 白井 理; 鈴木 康文

Proc. of the Int. Conf. on Future Nuclear Systems (GLOBAL'99)(CD-ROM), 8 Pages, 1999/00

原研における窒化物燃料サイクルに関する実験研究の最近の成果を紹介するものである。照射挙動に関しては、JMTRにおける照射試験により基礎的な燃料挙動を把握したのに引き続き、2本の(U,Pu)N燃料ピンが高速実験炉常陽で現在照射中である。約4.7%FIMAの燃焼度達成後、11年度後半からは照射後試験の開始が予定されている。高温特性に関しては、アクチニド窒化物相互の固溶体以外に、ZrNあるいはTiN等の不活性母材を含む窒化物燃料の調製条件の確立及び熱伝導度の評価等が行われた。また、新規装置を用いた熱容量及び熱膨張の測定に着手した。溶融塩電解に関しては、塩化物共晶塩中におけるNpN及びPuNの電解試験が行われ、電気化学測定により陽極溶解機構を調べるとともに固体陰極においてアクチノイド金属の回収に成功した。

論文

Studies on pyrochemical reprocessing for metallic and nitride fuels; Behavior of transuranium elements in LiCl-KCl/liquid metal systems

坂村 義治*; 井上 正*; 白井 理; 岩井 孝; 荒井 康夫; 鈴木 康文

Proc. of the Int. Conf. on Future Nuclear Systems (GLOBAL'99)(CD-ROM), 8 Pages, 1999/00

金属及び窒化物燃料用に開発されている高温化学再処理に関する研究の一環として、LiCl-KCl/液体金属系での超ウラン元素の挙動を調べた。ここではLiCl-KCl/液体Bi系でのNpの挙動に関する実験と、LiCl-KCl/液体Cd系でのPu及びAmの挙動に関する実験を行った。前者の実験では、液体Bi中へのNpの固溶度と過剰部分モル自由エネルギーを求めた。後者の実験では、液体Cd中でのPuの活量係数及びPuとAmの分配係数を評価したほか、溶融塩中においてAmが還元条件下ではII価で存在することを示した。さらにNp/Np(III)及びPu/Pu(III)の標準電極電位を決定したほか、得られた実験結果を用いて、LiCl-KCl/液体金属系中でのアクチノイドとランタノイドのふるまいについて、熱力学的側面から議論した。

論文

Development of rock-like fuels for plutonium annihilation of plutonium in LWRs

山下 利之; 秋江 拓志; 二谷 訓子; 中野 佳洋; 中村 武彦; 白鳥 徹雄; 鈴木 康文

Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (GLOBAL '99) (CD-ROM), p.8 - 0, 1999/00

軽水炉で余剰プルトニウムを消滅させるための岩石型燃料(ROX)の研究を展開した。ROX-LWRシステムは、核拡散抵抗性、環境安全性及びプルトニウム消滅率の観点から優れた特性を有する。不活性マトリックス及び燃料照射の研究から、最も有望な岩石型燃料として、プルトニウムと若干の添加物を加えた安定化ジルコニア粒子をスピネルマトリックス中に均質分散された粒子分散型燃料を開発した。また、炉心安全解析から、岩石型燃料装荷PWRは反応度事故や冷却水喪失事故条件下でも現行UO$$_{2}$$燃料装荷PWRと同等の安全性を有することが明らかになった。岩石型燃料のプルトニウム消滅量はMOX燃料と比べ約2倍大きいことがわかった。

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