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論文

Optimization of dissolved hydrogen concentration for mitigating corrosive conditions of pressurised water reactor primary coolant under irradiation, 2; Evaluation of electrochemical corrosion potential

端 邦樹; 塙 悟史; 知見 康弘; 内田 俊介; Lister, D. H.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(8), p.867 - 880, 2023/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:59.27(Nuclear Science & Technology)

PWR一次冷却水中の腐食環境評価の1つの主要な目的は、主な構造材への悪影響を抑えつつ、PWRにおける一次冷却材応力腐食割れ(PWSCC)を抑制するための最適水素濃度を決定することにある。この目的に資するため、本研究ではラジオリシス解析と腐食電位(ECP)解析を併用したECP評価手法を提案した。前報では、ラジオリシス解析結果について報告した。この結果を踏まえて本報ではECP解析結果を報告する。ECP解析は混成電位モデルと酸化物層成長モデルを組み合わせたものであり、元々BWR用に開発したものである。本研究ではこれにLi$$^{+}$$とH$$^{+}$$のアノード分極曲線への影響を取り入れ、PWR用に拡張した。解析結果を過去のINCAインパイルループでの実験結果やその他の実験結果と比較し、本解析により$$pm$$100mVの誤差でECPを再現可能であることを示した。

論文

Large antisymmetric interlayer exchange coupling enabling perpendicular magnetization switching by an in-plane magnetic field

増田 啓人*; 関 剛斎*; 山根 結太*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一; Lau, Y.-C.*; 深見 俊輔*; 高梨 弘毅

Physical Review Applied (Internet), 17(5), p.054036_1 - 054036_9, 2022/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.4(Physics, Applied)

反対称層間交換結合(AIEC)が最近発見され、人工反強磁性体(SAF)の傾角磁化の誘起を通じた磁化スイッチングにおいて極めて重要な役割を果たしている。本研究では、くさび形の層を持つ垂直磁化多層膜Pt/Co/Ir/Co/Ptにおける大きなAIECを報告をする。AIECの有効磁場は、対称的な層間交換結合に関連しており、AIECを強化するための指針を提供する。SAFに対する拡張Stoner-Wohlfarthモデルを開発し、その磁化スイッチングの重要な要素を明らかにする。理論的知識と実験結果を組み合わせることで、面内磁場のみによる垂直磁化スイッチングが達成される。

論文

Development of an analysis method for electrochemical corrosion potential in PWR primary coolant under irradiation

端 邦樹; 内田 俊介; 塙 悟史; 知見 康弘

Proceedings of International Symposium on Contribution of Materials Investigations and Operating Experience to LWRs' Safety, Performance and Reliability (Fontevraud 10) (Internet), 11 Pages, 2022/00

Stress Corrosion Cracking (SCC) is one of the key phenomena to determine material degradation in nuclear power plants, and the electrochemical potential (ECP) is known as an environmental factor of SCC initiation and propagation. In the PWR primary coolant, the low ECP level is maintained due to H$$_{2}$$ injection. On the other hand, material degradation attributed to H$$_{2}$$ attack was also reported. Thus, the optimization of H$$_{2}$$ concentration has been still discussed. In JAEA, an ECP analysis method has been developed. This method was originally prepared for BWR primary coolant, but it is improved to apply to PWR primary coolant. In the recent study, this ECP analysis method was modified by introducing pH adjustment based on boron-lithium combined control, and ECP calculation for stainless steels and Ni-based alloys were carried out. ECP calculation assuming a reactor core region and a steam generator region was also tried and the optimal hydrogen concentration without any serious adverse effect was discussed.

論文

An Approach toward evaluation of long-term fission product distributions in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant after the severe accident

内田 俊介; 唐澤 英年; 木野 千晶*; Pellegrini, M.*; 内藤 正則*; 逢坂 正彦

Nuclear Engineering and Design, 380, p.111256_1 - 111256_19, 2021/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:74.69(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所の廃炉措置の安全な遂行に当たっては、プラント全体にわたる燃料デブリのみでなく核分裂生成物(FP)の長期的な分布を把握することが必須である。廃炉作業は、飛散したFPによる過酷な環境下でプラントから燃料デブリを取り出し、それらを回収核原料物質あるいは最終廃棄体として安全に保管することにより収束する。事故発生後廃炉の収束までの長期間にわたるプラント内でのFP分布を求めるために、短/中/長期FP挙動解析手法を開発した。本解析手法は、プラントで測定されたデータを用いて修正され、それを踏まえて更新されたデータに基づき妥当性確認されるものである。精度が改善された評価手法は、廃炉措置の各段階におけるFP分布の評価に適用可能である。

論文

Conversion factors bridging radioactive fission product distributions in the primary containment vessel of Fukushima Daiichi NPP and dose rates measured by the containment atmosphere monitoring system

内田 俊介; Pellegrini, M.*; 内藤 正則*

Nuclear Engineering and Design, 380, p.111303_1 - 111303_11, 2021/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:17.78(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所(1F)の事故進展解析と同時に廃炉計画立案のためには、プラント全体にわたるFP分布の定量化が必須で、このために多期間FP挙動解析手法を開発している。この解析手法の妥当性は、プラントで測定されたデータに基づいて立証する必要がある。この妥当性立証の有効な手法のひとつがCAMSでの線量率測定データの適用である。しかし、FPの分布(kg, Bq)と線量率(Sv/h)という特性、単位次元の異なるデータを比較するためには、両者を適切につなぐ手段が必要となる。線量率解析が可能な、迅速で、取り扱いが容易で、かつトレーサブルな手法として、多くの線源位置、多核種に関しての線量率換算係数を求めた。この線量率換算係数を用いると、多期間FP挙動解析手法で求めたFP分布から容易に線量率が算出可能である。

論文

Thickness dependence of spin Peltier effect visualized by thermal imaging technique

大門 俊介*; 内田 健一*; 氏家 奈緒美*; 服部 靖之*; 坪井 嶺*; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 13(10), p.103001_1 - 103001_4, 2020/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:46.13(Physics, Applied)

Magnon propagation length in a ferrimagnetic insulator yttrium iron garnet (YIG) has been investigated by measuring and analyzing the YIG-thickness $$t_mathrm{YIG}$$ dependence of the spin Peltier effect (SPE) in a Pt/YIG junction system. By means of the lock-in thermography technique, we measured the spatial distribution of the SPE-induced temperature modulation in the Pt/YIG system with the $$t_mathrm{YIG}$$ gradation, allowing us to obtain the accurate $$t_mathrm{YIG}$$ dependence of SPE with high $$t_mathrm{YIG}$$ resolution. Based on the $$t_mathrm{YIG}$$ dependence of SPE, we verified the applicability of several phenomenological models to estimate the magnon diffusion length in YIG.

論文

3.5.3 汚染水処理技術

内田 俊介

原子力のいまと明日, p.63 - 68, 2019/03

福島第一原子力発電所の事故後8年間の汚染水処理の状況をレビューし、汚染水に係わる課題、特にトリチウムの取り扱いと今後への提言を紹介した。

論文

Improvement of plant reliability based on combining of prediction and inspection of crack growth due to intergranular stress corrosion cracking

内田 俊介; 知見 康弘; 笠原 茂樹; 塙 悟史; 岡田 英俊*; 内藤 正則*; 小嶋 正義*; 木倉 宏成*; Lister, D. H.*

Nuclear Engineering and Design, 341, p.112 - 123, 2019/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.4(Nuclear Science & Technology)

原子力プラントでは、リスク基準保全(RBM)にサポートされた信頼性基準保全(RCM)に基づくプラント信頼性向上策が採用されつつある。RBMは主要な材料に生じつつある欠陥をその進展過程で予測し、検査、保全を最適に組合せて実施されるものである。プラント全体にわたり、IGSCCを早期検出することにより、水化学制御などの適切な対応策の適用が可能となる。腐食環境とき裂進展の予測を組合せ、IGSCC決定因子である腐食電位、材料のSCC感受性、残留応力の不確実さが余寿命予測に及ぼす影響を定量的に評価した。結論として、(1)予測による重点検査箇所の効率的な選定、(2)検査による予測精度の向上、を結合させることによりプラントの信頼性向上に貢献できることを示した。

論文

Observation of anisotropic magneto-Peltier effect in nickel

内田 健一*; 大門 俊介*; 井口 亮*; 齊藤 英治

Nature, 558(7708), p.95 - 99, 2018/06

 被引用回数:56 パーセンタイル:91.37(Multidisciplinary Sciences)

The Peltier effect, discovered in 1834, converts a charge current into a heat current in a conductor, and its performance is described by the Peltier coefficient, which is defined as the ratio of the generated heat current to the applied charge current. To exploit the Peltier effect for thermoelectric cooling or heating, junctions of two conductors with different Peltier coefficients have been believed to be indispensable. Here we challenge this conventional wisdom by demonstrating Peltier cooling and heating in a single material without junctions. This is realized through an anisotropic magneto-Peltier effect in which the Peltier coefficient depends on the angle between the directions of a charge current and magnetization in a ferromagnet. By using active thermography techniques, we observe the temperature change induced by this effect in a plain nickel slab. We find that the thermoelectric properties of the ferromagnet can be redesigned simply by changing the configurations of the charge current and magnetization, for instance, by shaping the ferromagnet so that the current must flow around a curve. Our experimental results demonstrate the suitability of nickel for the anisotropic magneto-Peltier effect and the importance of spin-orbit interaction in its mechanism. The anisotropic magneto-Peltier effect observed here is the missing thermoelectric phenomenon in ferromagnetic materials-the Onsager reciprocal of the anisotropic magneto-Seebeck effect previously observed in ferromagnets and its simplicity might prove useful in developing thermal management technologies for electronic and spintronic devices.

論文

An Empirical model for the corrosion of stainless steel in BWR primary coolant

内田 俊介*; 塙 悟史; 内藤 正則*; 岡田 英俊*; Lister, D. H.*

Corrosion Engineering, Science and Technology, 52(8), p.587 - 595, 2017/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:21.84(Materials Science, Multidisciplinary)

電気化学に対する静的解析と酸化皮膜成長に対する動的解析を組み合わせたECP評価モデルを開発した。このモデルで得られた主な結論は以下の通り。過酸化水素及び酸素のECPへの影響は、酸化皮膜の性状変化によるものとして説明できた。水化学条件の変更に起因するECPのヒステリシスを評価することができた。ECPに対する中性子照射効果として、酸化皮膜中の照射誘起拡散をモデルに導入することで、中性子照射によるアノード電流密度の低下に起因したECPの低下を予測した。

論文

Thermographic measurements of the spin Peltier effect in metal/yttrium-iron-garnet junction systems

大門 俊介*; 内田 健一*; 井口 亮*; 日置 友智*; 齊藤 英治

Physical Review B, 96(2), p.024424_1 - 024424_12, 2017/07

 被引用回数:34 パーセンタイル:82.73(Materials Science, Multidisciplinary)

The spin Peltier effect (SPE), heat-current generation due to spin-current injection, in various metal (Pt, W, and Au single layers and Pt/Cu bilayer)/ferrimagnetic insulator [yttrium-iron-garnet (YIG)] junction systems has been investigated by means of a lock-in thermography (LIT) method. The SPE is excited by a spin current across the metal/YIG interface, which is generated by applying a charge current to the metallic layer via the spin Hall effect. The LIT method enables the thermal imaging of the SPE free from the Joule-heating contribution. Importantly, we observed spin-current-induced temperature modulation not only in the Pt/YIG and W/YIG systems, but also in the Au/YIG and Pt/Cu/YIG systems, excluding the possible contamination by anomalous Ettingshausen effects due to proximity-induced ferromagnetism near the metal/YIG interface. As demonstrated in our previous study, the SPE signals are confined only in the vicinity of the metal/YIG interface; we buttress this conclusion by reducing a spatial blur due to thermal diffusion in an infrared-emission layer on the sample surface used for the LIT measurements. We also found that the YIG-thickness dependence of the SPE is similar to that of the spin Seebeck effect measured in the same Pt/YIG sample, implying the reciprocal relation between them.

論文

Concomitant enhancement of the longitudinal spin Seebeck effect and the thermal conductivity in a Pt/YIG/Pt system at low temperatures

井口 亮*; 内田 健一*; 大門 俊介*; 齊藤 英治

Physical Review B, 95(17), p.174401_1 - 174401_7, 2017/05

 被引用回数:46 パーセンタイル:87.97(Materials Science, Multidisciplinary)

We report a simultaneous measurement of a longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) and thermal conductivity in a Pt/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ (YIG)/Pt system in a temperature range from 10 to 300 K. By directly monitoring the temperature difference in the system, we excluded thermal artifacts in the LSSE measurements. It is found that both the LSSE signal and the thermal conductivity of YIG exhibit sharp peaks at the same temperature, different from previous reports. The maximum LSSE coefficient is found to be $$S_mathrm{LSSE} > 10 mu$$V/K, one-order-of magnitude greater than the previously reported values. The concomitant enhancement of the LSSE and thermal conductivity of YIG suggests the strong correlation between magnon and phonon transport in the LSSE.

論文

Thermal imaging of spin Peltier effect

大門 俊介*; 井口 亮*; 日置 友智*; 齊藤 英治; 内田 健一*

Nature Communications (Internet), 7, p.13754_1 - 13754_7, 2016/12

 被引用回数:97 パーセンタイル:95.54(Multidisciplinary Sciences)

The Peltier effect modulates the temperature of a junction comprising two different conductors in response to charge currents across the junction, which is used in solid-state heat pumps and temperature controllers in electronics. Recently, in spintronics, a spin counterpart of the Peltier effect was observed. The "spin Peltier effect" modulates the temperature of a magnetic junction in response to spin currents. Here we report thermal imaging of the spin Peltier effect; using active thermography technique, we visualize the temperature modulation induced by spin currents injected into a magnetic insulator from an adjacent metal. The thermal images reveal characteristic distribution of spin-current-induced heat sources, resulting in the temperature change confined only in the vicinity of themetal/insulator interface. This finding allows us to estimate the actual magnitude of the temperature modulation induced by the spin Peltier effect, which is more than one order of magnitude greater than previously believed.

論文

Evaluation of ECP measured in in-pile environment

塙 悟史; 内田 俊介; 端 邦樹; 知見 康弘; 笠原 茂樹*; 西山 裕孝

Proceedings of 20th Nuclear Plant Chemistry International Conference (NPC 2016) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2016/10

腐食電位(ECP)は、金属表面に形成される酸化被膜の性状で変化するため、ECPを解析的に評価する際の取扱が課題である。現在、周囲の水環境に応じた酸化被膜性状変化を計算し皮膜の電気的抵抗変化として取り扱う方法、水環境に応じた異なるアノード分極曲線を扱う方法の二つが提案されている。本研究では、後者の取扱をしたECP計算プログラムを構築し、試験炉であるハルデン炉で取得された照射環境下におけるECP測定データで検証した。その結果、水の放射線分解で発生する酸素及び過酸化水素が混在する照射環境下においても、構築したECP計算プログラムが適用できることを確認した。

論文

Study of irradiation effect on ECP using in-pile loops in the JMTR

塙 悟史; 内田 俊介; 端 邦樹; 知見 康弘; 笠原 茂樹*; 西山 裕孝

Proceedings of 20th Nuclear Plant Chemistry International Conference (NPC 2016) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2016/10

腐食電位(ECP)評価における放射線の影響は理論的には想定されるが具体的な検証は行われていない。われわれは、酸化皮膜への中性子照射効果を取り入れたECP解析コードを開発し、中性子の照射により酸化皮膜の電気的抵抗が低下すること、それによりECPが低下すること、ECP低下の程度は中性子線束に依存することを解析的に示した。材料試験炉(JMTR)は、照射環境下での水化学試験に適した照射ループを有していることから、JMTRで照射した場合のECPへの照射影響を解析で予測した。その結果、JMTRの照射ループを用いれば、ECPへの照射影響は十分に捉えられることを確認した。

論文

Complete suppression of longitudinal spin Seebeck effect by frozen magnetization dynamics in Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$

吉川 貴史*; 内田 健一*; 大門 俊介*; 齊藤 英治

Journal of the Physical Society of Japan, 85(6), p.065003_1 - 065003_2, 2016/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:63.06(Physics, Multidisciplinary)

The spin Seebeck effect (SSE) in a Pt-film/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ (YIG)-slab junction system has been investigated at low temperatures and under various magnetic fields in the longitudinal configuration. We found that, by increasing applied magnetic fields, the SSE signal gradually decreases and converges to zero without showing sign reversal. The complete field-induced suppression of the SSE is interpreted in terms of the effect of the Zeeman gap in magnon excitation.

論文

Corrosion of structural materials and electrochemistry in high-temperature water; Relationships among water chemistry, corrosion, oxide film and electrochemical corrosion potential

内田 俊介; 塙 悟史; Kysela, J.*; Lister, D. H.*

Power Plant Chemistry, 18(1), p.6 - 17, 2016/01

原子力発電所の信頼性維持のため、各プラントにはそのシステム,材料,運転履歴に基づくプラント固有の最適水化学制御が必要とされる。電気化学は腐食に係る問題の重要課題の一つである。FAC, IGSCC, PWSCCなど、腐食に係る問題は、ECP,導電率, pHなど電気化学指標に基づいて理解される。ECP,金属表面状態,浸漬時間,その他の環境条件の相関に基づき、電気化学と酸化被膜成長モデルを連成したECPと鋼の腐食速度を評価するためのモデルを開発した。連成モデルに関して得られた結論は以下の通りである。(1)FACによる減肉速度に及ぼす水化学の改善と編流による質量移行係数の影響は本モデルにより適切に評価することができた。(2)ECPに及ぼすH$$_{2}$$O$$_{2}$$, O$$_{2}$$の影響は本モデルで評価でき、浸漬時間の影響は酸化被膜の成長による結果として適切に説明できた。(3)中性子照射によるECPの低下は酸化膜の照射誘起拡散により説明できた。

論文

Advanced water chemistry control based on parameters determined with plant simulation models

内田 俊介; 塙 悟史; Lister, D. H.*

Power Plant Chemistry, 17(6), p.328 - 339, 2015/12

原子力発電プラントでは、放射線照射が構造材と水化学の相互作用に照射が作用するため、相互作用が火力プラントに比べてはるかに複雑となる。限られた数の水化学データに基づいて水化学を制御するだけでは、プラントの安全かつ信頼の高い運転を維持することは難しい。このため、測定された水化学データを必要な箇所での値に外挿し、構造材と水化学の相互作用の将来像を予測できる計算機モデルの適切な補助を受けて水化学を制御することが求められる。本論文では、プラントシミュレーションモデルにより決定されるパラメータに基づく水化学制御のプラントへの適用法についてまとめる。

論文

Critical suppression of spin Seebeck effect by magnetic fields

吉川 貴史*; 内田 健一*; 大門 俊介*; Qiu, Z.*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治

Physical Review B, 92(6), p.064413_1 - 064413_9, 2015/08

 被引用回数:150 パーセンタイル:97.26(Materials Science, Multidisciplinary)

The longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) in Pt/Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ (YIG) junction systems has been investigated at various magnetic fields and temperatures. We found that the LSSE voltage in a Pt/YIG-slab system is suppressed by applying high magnetic fields and this suppression is critically enhanced at low temperatures. The field-induced suppression of the LSSE in the Pt/YIG-slab system is too large at around room temperature to be explained simply by considering the effect of the Zeeman gap in magnon excitation. This result requires us to introduce a magnon-frequency-dependent mechanism into the scenario of LSSE; low-frequency magnons dominantly contribute to the LSSE. The magnetic field dependence of the LSSE voltage was observed to change by changing the thickness of YIG, suggesting that the thermospin conversion by the low-frequency magnons is suppressed in thin YIG films due to the long characteristic lengths of such magnons.

論文

Intrinsic surface magnetic anisotropy in Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ as the origin of low-magnetic-field behavior of the spin Seebeck effect

内田 健一*; 大江 純一郎*; 吉川 貴史*; 大門 俊介*; Hou, D.*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治

Physical Review B, 92(1), p.014415_1 - 014415_8, 2015/07

 被引用回数:33 パーセンタイル:78.92(Materials Science, Multidisciplinary)

The magnetic-field dependence of the longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) in a Pt/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ (YIG)-slab junction system was found to deviate from a bulk magnetization curve of the YIG slab in a low field range. In this paper, we show that the deviation originates from the difference between surface and bulk magnetization processes in the YIG slab and that it appears even when removing possible extrinsic magnetic anisotropy due to surface roughness and replacing the Pt layer with different materials. This result indicates that the anomalous field dependence of the LSSE is due to an intrinsic magnetic property of the YIG surface. Our numerical calculation based on the Landau-Lifshitz-Gilbert equation shows that the deviation between the LSSE and bulk magnetization curves is qualitatively explained by introducing easy-axis perpendicular magnetic anisotropy near the surface of YIG.

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