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論文

Magnetic hysteresis induction with nanocolumnar defects in magnetic insulators

針井 一哉*; 埋田 真樹; 有沢 洋希*; 日置 友智*; 佐藤 奈々; 岡安 悟; 家田 淳一

Journal of the Physical Society of Japan, 92(7), p.073701_1 - 073701_4, 2023/07

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

Magnetic property modification of an easy-plane magnetic insulator caused by an accumulation of nanocolumnar defects along the film normal was investigated by numerical simulations and heavy-ion beam irradiation experiments. Micromagnetic simulations suggest that depending on the density of the nonmagnetic nanocolumnar defects, the microstructure of the fragmented ferromagnetic domains is formed leading to magnetic coercivity enhancement as well as magnetization reduction. To prove this prediction, gold ions with 300 MeV were used for the irradiation to create amorphous nanocolumnar defects in crystalline bismuth-doped lutetium iron garnet (Bi:LuIG) films. As increasing the ion-irradiation dose, the modifications of the saturation magnetization and magnetic coercivity were observed in an uncorrelated manner; the enhancement of magnetic coercivity exhibits a fluence threshold whereas the decrease of saturation magnetization caused by ion-beam damage is monotonic with increasing beam fluence. These behaviors qualitatively agree with the numerical simulations and the models by continuum percolation theory. Because the irradiation effects are controlled by beam fluences, the present method has the potential to be a microstructuring technique for magnetic insulator.

論文

Temperature-variable apparatus for measuring Barnett field

埋田 真樹; 中堂 博之; 今井 正樹; 佐藤 奈々; 齊藤 英治

Review of Scientific Instruments, 94(6), p.063906_1 - 063906_8, 2023/06

We have developed experimental equipment for observing the Barnett effect, in which mechanical rotation magnetizes an object, at low temperatures. A sample in a rotor is rotated bidirectionally using a temperature-controlled high-pressure gas. The stray field generated from the sample due to the Barnett effect was detected using a fluxgate magnetic sensor with a sensitivity on the order of several picoteslas, even at low temperatures. By replacing the rotor with a solenoid coil, the magnetic susceptibility of the sample was estimated from the stray field to be of the same order of magnitude as that due to the Barnett effect. The Barnett field was estimated using the dipole model. To assess the performance of the setup at low temperatures, measurements were performed on commercial magnetite (Fe$$_3$$O$$_4$$) nanogranules. We confirmed the accordance of the $$it{g'}$$ factor between the experimental results using the present setup and those of our previous study performed at room temperature.

論文

Nonlinear magnon polaritons

Lee, O.*; 山本 慧; 埋田 真樹; Zollitsch, C. W.*; Elyasi, M.*; 吉川 貴史*; 齊藤 英治; Bauer, G. E. W.*; 紅林 秀和*

Physical Review Letters, 130(4), p.046703_1 - 046703_6, 2023/01

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

We experimentally and theoretically demonstrate that nonlinear spin-wave interactions suppress the hybrid magnon-photon quasiparticle or "magnon polariton" in microwave spectra of an yttrium iron garnet film detected by an on-chip split-ring resonator. We observe a strong coupling between the Kittel and microwave cavity modes in terms of an avoided crossing as a function of magnetic fields at low microwave input powers, but a complete closing of the gap at high powers. The experimental results are well explained by a theoretical model including the three-magnon decay of the Kittel magnon into spin waves. The gap closure originates from the saturation of the ferromagnetic resonance above the Suhl instability threshold by a coherent back reaction from the spin waves.

論文

Electric readout of magnetic stripes in insulators

Chen, Y.*; 塩見 雄毅*; Qiu, Z.*; 新関 友彦*; 埋田 真樹*; 齊藤 英治

Scientific Reports (Internet), 9, p.19052_1 - 19052_8, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Multidisciplinary Sciences)

In superconductors, a topological configuration of the superconducting order parameter called a superconducting vortex carries magnetization. Such a magnetic topological object behaves like a minute particle generating a magnetic flux. Since the flux is localized with a nanometer scale, the vortex provides a nano-scale probe for local magnetic fields. Here we show that information of magnetic stripes in insulators can be read out by using vortices in an adjacent superconductor film as a probe. The orientation and width of magnetic micro stripes are both transcribed into resistance change of the superconductor through the modulation of vortex mobility affected by local magnetization. By changing the direction of external magnetic fields, zero-field resistance changes continuously according to the stripe orientation, and its modulation magnitude reaches up to 100%. The width of the stripes can also be estimated from the oscillatory magnetoresistance. Our results demonstrate a new possibility for non-volatile analog memory devices based on topological objects.

論文

C-face interface defects in 4H-SiC MOSFETs studied by electrically detected magnetic resonance

梅田 享英*; 岡本 光央*; 荒井 亮*; 佐藤 嘉洋*; 小杉 亮治*; 原田 信介*; 奥村 元*; 牧野 高紘; 大島 武

Materials Science Forum, 778-780, p.414 - 417, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.38

炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ(MOS FET)の界面欠陥を電流検出型磁気共鳴(EDMR)により調べた。SiC MOSFETはカーボン(C)面上に作製し、水蒸気酸化及び800$$^{circ}$$Cでの水素処理、又は、乾燥酸素を用いた二種類の方法によりゲート酸化膜を形成した。乾燥酸素によるゲート酸化膜を有するMOSFETのチャンネル移動度は1cm$$^{2}$$/Vs以下であるが、水素処理ゲート酸化膜を有するMOSFETは90cm$$^{2}$$/Vsである。低温(20K以下)でのEDMR測定の結果、シリコン面上に作製したMOSFETでは観測されないC面特有の欠陥シグナルが検出された。$$gamma$$線照射を行ったところ、このC面特有の欠陥シグナルが大きくなり、それとともにチャンネル移動度が低下することが判明した。これより、水素処理により終端されていたC欠陥が$$gamma$$線照射により離脱し、C面固有の欠陥となること、この欠陥がチャンネル移動度の低下に関与することが推測される。

論文

Negative-U system of carbon vacancy in 4H-SiC

Son, N. T.*; Trinh, X. T.*; L${o}$vile, L. S.*; Svensson, B. G.*; 河原 洸太朗*; 須田 淳*; 木本 恒暢*; 梅田 享英*; 磯谷 順一*; 牧野 高紘; et al.

Physical Review Letters, 109(18), p.187603_1 - 187603_5, 2012/11

 被引用回数:198 パーセンタイル:98.05(Physics, Multidisciplinary)

Nitrogen-doped n-type 4H-Silicon carbide (SiC) epitaxial layers were irradiated with electrons at 250 keV. Carbon vacancy (V$$_{C}$$) signals at both the h and k sites were studied using photoexitation Electron Paramagnetic Resonance (photo-EPR) and Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). As a result, double negative charge states of V$$_{C}$$, showing its negative-U system were revealed. By the direct correlation between EPR and DLTS data, it was concluded that Z$$_{1}$$ is V$$_{C}$$ at h site and Z$$_{2}$$ is V$$_{C}$$ at k site. In addition, we concluded that EH$$_{7}$$ is a single donor level of V$$_{C}$$.

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分にかかわる天然現象影響に関する研究

川村 淳; 牧野 仁史; 笹尾 英嗣; 新里 忠史; 安江 健一; 浅森 浩一; 梅田 浩司; 石丸 恒存; 大澤 英昭; 江橋 健; et al.

JAEA-Research 2010-027, 85 Pages, 2010/09

JAEA-Research-2010-027.pdf:9.37MB

日本原子力研究開発機構は、天然現象についてより現実的な影響評価を実施するための技術を整備しておくことという目的のために、高レベル放射性廃棄物地層処分への天然現象(地震・断層活動,火山・地熱活動,隆起・侵食/沈降・堆積及び気候・海水準変動)の影響を評価するための作業フレームを整備・高度化した。本報告では、作業フレームに則り、上記に挙げた天然現象に対して地質環境条件と天然現象の特性との関係の定量化及び処分環境における性能評価パラメータと地質環境条件との関係の定量化に関する情報整理を実施した。また、天然現象影響に関する研究を対象として、知識マネージメントの検討手法の一つである討論ダイヤグラムを用いた検討を試行し、今後の課題の抽出も試みた。その結果、天然現象とそれに起因する地質環境条件の変化については、既存の現象や現在の地質環境条件をモダンアナログとして用いるとともに地史の情報を組合せることにより、作業フレームに基づく統一的な情報整理の手法が適用可能であり、より適切なシナリオの選択が可能となる見通しを得た。また、討論ダイヤグラムの試行により、安全評価において重要な天然現象研究や地質環境に関するデータや知見などについて、その過不足も含めて効率的に課題点が抽出できる見通しを得た。

論文

Study on perturbation scenario for uplift and denudation in performance assessment of a HLW disposal system

川村 淳; 安江 健一; 新里 忠史; 常盤 哲也; 江橋 健; 大井 貴夫; 牧野 仁史; 石丸 恒存; 梅田 浩司

Proceedings of 2008 East Asia Forum on Radwaste Management Conference (2008 EAFORM 2nd Conference) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2008/10

隆起・侵食は火山活動などとは異なり広域的で緩慢な現象であるため、現象に起因する地質環境条件の変化をサイトにおける地質環境調査などから明示的に捉えることが困難である。本研究では、隆起・侵食による地質環境条件の変化を地史及びモダンアナログの観点から捉える方法論を検討した。その結果、地史及びモダンアナログに基づくことにより、隆起・侵食速度や場(山地,平野部あるいは沿岸域など)の差異による現象のバリエーションと推移のパターン、及びそれらに起因して生ずる可能性のある地質環境条件の変動パターンとそれらの時間的な変遷を温度-水理-力学-化学-幾何形状(THMCG)の情報として系統的に把握できるようになった。また、既に開発された現象論に基づき現実的かつ段階的に天然現象の発生から処分への影響を取り扱い評価シナリオやモデルを構築する枠組みをこの検討手順に適用することにより、現実に即した隆起・侵食シナリオを構築できる見通しを得た。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分における天然現象影響評価に関する研究

川村 淳; 大井 貴夫; 新里 忠史; 安江 健一; 常盤 哲也; 丹羽 正和; 島田 耕史; 黒澤 英樹; 浅森 浩一; 河内 進; et al.

JAEA-Research 2008-018, 47 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-018.pdf:24.18MB

本報告では、総合評価体系の一環として作業フレームの高度化を図り、地質環境条件(THMCG)と天然現象の特性との関係の定量化と処分環境における性能評価パラメータとTHMCG条件との関係の定量化に関する情報整理の考え方について検討した。また、上記の考え方に基づく情報整理手法をすべての天然現象へ適用し、その手法の適用性の確認を実施した。その結果、上記情報整理については、THMCGの変化に関する情報から、地層処分の安全評価において重要な天然現象研究や地質環境に関するデータや知見などについて、その過不足も含めた情報を効率的に整理できる見通しを得た。また、急激かつ局所的な現象である火山・熱水活動及び地震・断層活動のみならず、緩慢かつ広域的な現象である隆起・侵食/気候・海水準変動にも総合評価体系の考え方に基づく情報整理の手法が適用可能であることを確認できた。また、シナリオのスクリーニング技術に関しては、情報整理により適切なシナリオの選択が可能となる見通しを得た。

報告書

高レベル放射性廃棄物地層処分にかかわる天然現象影響評価に関する研究計画書; 当面5か年の計画,H18年度版

川村 淳; 大井 貴夫; 牧野 仁史; 梅田 浩司; 新里 忠史; 安江 健一; 河内 進; 石丸 恒存; 瀬尾 俊弘; 蛯名 貴憲*; et al.

JAEA-Review 2006-039, 60 Pages, 2007/01

JAEA-Review-2006-039.pdf:7.39MB

本計画では、高レベル放射性廃棄物地層処分にかかわる地質環境の長期安定性研究から天然現象影響評価に関する研究を対象として、研究の必要性や反映の意義に基づいた目的と「我が国における高レベル放射性廃棄物地層処分の技術的信頼性; 地層処分研究開発第2次取りまとめ(第2次取りまとめ)」までに実施された研究成果,「高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する知識基盤の構築(H17レポート)」までになされた研究成果とをまとめて、「研究とこれまでの経緯」として記述するとともに、今後の当面5年程度の計画を「フェーズ2における研究目的」,「研究内容」として記述し、それを実施するために必要となる天然現象に関する知見及び影響評価に必要となる個別現象にかかわる知見等を案としてまとめた。

論文

Study on evaluation method for potential impacts of "Natural Phenomena" on a HLW disposal system

川村 淳; 大井 貴夫; 牧野 仁史; 梅田 浩司; 新里 忠史; 石丸 恒存; 瀬尾 俊弘

Proceedings of 2006 East Asia Forum on Radwaste Management Conference (2006 EAFORM Conference), p.350 - 367, 2006/11

高レベル放射性廃棄物処分における天然現象影響評価技術の高度化として、事例研究成果を適切にシナリオに取り込み、そのうえで「影響のバリエーションを適切に整理したうえでシナリオを現実の特徴を失わない程度に適切に単純化すること」及び「影響の伝搬等の因果関係を明らかにすること」に着目した「作業フレーム」を構築した。本論で検討した「作業フレーム」により、シナリオの「現実性」のみならず「透明性」,「追跡性」,「整合性」を向上させることができた。また、シナリオ構築あるいは影響解析の作業向上の観点から必要となる、天然現象に関するデータ・知見の種類や量あるいは品質情報、及び現状におけるそれらの過不足などについて作業を通じて明らかにできると考えられる。このことは今後、天然現象の研究者が現象理解の研究フレームを効率的かつ適切に構築することにも役立ち、さらには将来の現実性や精度の高い評価の実施へつながっていくものと考えられる。

報告書

アスファルト固化処理施設火災・爆発事故の原因究明試験と環境影響評価

藤根 幸雄; 村田 幹生; 阿部 仁; 高田 準一; 塚本 導雄; 宮田 定次郎*; 井田 正明*; 渡辺 眞樹男; 内山 軍蔵; 朝倉 俊英; et al.

JAERI-Research 99-056, p.278 - 0, 1999/09

JAERI-Research-99-056.pdf:22.73MB

東海再処理施設アスファルト固化処理施設における火災爆発事故について、原研の調査検討会が行った原因究明にかかわる試験及び環境影響評価の結果を報告する。原因究明にかかわる試験においては、実廃液サンプルの化学分析、アスファルト塩混合物の熱分析、暴走的発熱反応試験、発煙時の可燃性ガス分析などを行った。環境影響評価では、環境モニタリングデータと大気拡散シミュレーションコードSPEEDIによる解析結果より、環境へ放出されたCs量を推定した。また、一般住民の被ばく線量評価を行った

口頭

放射性廃棄物処分にかかわる天然現象影響評価に関する影響解析パラメータの設定手法の検討

川村 淳; 牧野 仁史; 大井 貴夫; 梅田 浩司; 新里 忠史; 石丸 恒存

no journal, , 

本報告では、地質環境条件の変化が処分場の周辺岩盤,掘削影響領域,人工バリアにどのような影響を与え伝播していくかについて、情報整理と物質移行モデルや解析パラメータなどの解析条件の設定について方法論を提示した。また同時に、そのような情報を用いて人工バリア,施設領域,周辺岩盤におけるガラス溶解度や核種の移行速度,分配係数や収着係数などの解析パラメータなど解析条件の設定例を提示した。本報告による手法を用いることにより、解析条件の設定作業が容易になるだけではなく、作業内容が体系的に整理され全体の把握が容易になる。それにより天然現象影響評価の作業全体の追跡性の向上のみならず、整合性の向上にも役立つものと考えられる。また、これらの成果を地質環境や天然現象の調査研究にフィードバックすることにより、今後の「安全評価のための地質環境に関する調査・研究」に資するものと考えられる。

口頭

「火山活動」を例とした放射性廃棄物処分にかかわる影響解析パラメータの設定

川村 淳; 牧野 仁史; 梅田 浩司; 大井 貴夫; 新里 忠史; 石丸 恒存

no journal, , 

原子力機構では、THMC(温度-水理-力学-化学)で整理された地質環境条件の変化が、処分場の周辺岩盤,掘削影響領域,人工バリアにどのような影響を与えていくかなど、影響の伝播についての情報を整理すると同時に、そのような情報を用いて人工バリア,施設領域,周辺岩盤の領域の温度,流速,移行経路,ガラス溶解度,核種の分配係数や収着係数などの解析パラメータを設定するという方法論を提示した。本報告では「火山活動」を例とし、地質環境条件の変化に関するTHMCの情報を用い、影響解析パラメータの設定の検討例を報告する。本検討により、「火山活動」が起因となる、「処分場からやや離れた所に天然現象が発生しそれほど重大ではない影響」を及ぼすようなシナリオについても、処分システムへの影響を評価できる見通しを得た。

口頭

高レベル放射性廃棄物処分における隆起・侵食に起因するシナリオの検討

川村 淳; 大井 貴夫; 新里 忠史; 安江 健一; 梅田 浩司; 牧野 仁史; 石丸 恒存

no journal, , 

天然現象の一つである「隆起・侵食」にかかわる天然現象影響評価は、現象の発生が広域的で緩慢であり、影響の強弱に加え超長期に処分場が被る可能性のある地質環境条件の変化のバリエーションやそれらの時間変遷などを考慮する必要がある。本研究では隆起・侵食の「現象の推移」とそれに起因する「地質環境への影響」を中心として、既往の調査や評価に基づく知見・データなどの整理を行った。その結果、隆起・侵食速度や場(山地,平野部あるいは沿岸域など)の差異による現象のバリエーションと推移のパターン、及びそれらに起因して生ずる可能性のある地質環境条件の変化等の多様な変動パターンを、熱(Thermal)-水理(Hydraulic)-力学(Mechanical)-化学(Chemical)の変化の要因の組合せとして系統的に整理することが可能であるとの見通しを得た。このような整理を基盤にして評価を進めることにより、過度に保守側に偏らずに、現実に即した隆起・侵食シナリオを構築できるものと考えられる。

口頭

地層処分技術に関する知識管理システムの開発,2

梅木 博之; 大澤 英昭; 内藤 守正; 中野 勝志; 牧野 仁史; 宮本 陽一; 高瀬 博康*; McKinley, I. G.*; 梅田 浩司; 浅森 浩一; et al.

no journal, , 

地層処分技術に関する知識管理の基本的考え方に沿って、セーフティケースの作成を指向するという構造化のアプローチに基づく具体的知識モデルの開発と知識管理システムの基本設計の考え方を論ずる。

口頭

放射性廃棄物地層処分にかかわる天然現象影響評価研究; 地質環境の長期安定性研究から影響評価に至るまでの一連の研究開発

川村 淳; 大井 貴夫; 梅田 浩司; 新里 忠史; 江橋 健; 北村 暁; 河内 進; 牧野 仁史; 石丸 恒存; 柳川 玄永*; et al.

no journal, , 

本研究の目的は、天然現象による地質環境条件の変化やそれに起因する処分環境・処分システムの性能への影響を定量的に評価することである。これまでの検討を通じて、天然現象とTHMCとの関係を網羅的に整理すること、さらには、THMCの変化と処分システムの性能にかかわるパラメータ(核種移行パラメータ)の変化との関係を詳細に把握することの重要性が指摘された。本発表では、天然現象とTHMCとの関係を網羅的かつ合理的に整理するための方法と、整理されたTHMCと核種移行パラメータの関係の整理について2次元マトリクス上に展開する手法について検討した。このような手法により、地層処分システムの安全評価への反映の観点からの地球科学の分野で既に取得されているデータや知見の整理と、天然現象による地質環境条件の変化に起因する処分システムの性能への影響を定量的に評価するために必要となる核種移行パラメータに関する情報整理が効率的にできるようになり、評価に必要となる情報の過不足等を明らかにすることができた。

口頭

放射性廃棄物地層処分にかかわる天然現象影響評価研究; 地質環境条件変化の検討

川村 淳; 大井 貴夫; 梅田 浩司; 新里 忠史; 牧野 仁史; 河内 進; 石丸 恒存; 柳川 玄永*; 大久保 博生*

no journal, , 

本研究の目的は、天然現象とTHMCとの関係を網羅的かつ合理的に整理するため実際の天然現象が有する発生様式や規模などの特性を「観点」として理解・把握・整理し、それらの観点ごとに既存の地球科学の分野の研究で得られる天然現象の特性とTHMCとの関係を整理することである。このような整理により、地球科学の分野で既に取得されているデータや知見などの情報を地層処分システムの安全評価への反映の観点から整理することが可能となり、地球科学分野の情報の重要性や過不足を明らかにすることができた。これら得られた情報の重要性については、保守的な観点からTHMCに対する最大の影響を見積もることで対処可能かどうかを検討することや、処分システムの安全性に対するTHMCの影響特性に関する情報と照合するなどにより、その重要性を検討し、今後のデータ取得等の計画に反映することとする。今後は、マトリクス上の個々の要素ごとに情報収集整理を推進するとともに、抽出した観点の妥当性やTHMCの項目間の影響関係についても検討し、より精緻な情報整理と合理的な類型化手法を開発する。

口頭

高レベル放射性廃棄物処分における隆起・侵食に起因する変動シナリオのための情報整理の考え方

川村 淳; 新里 忠史; 安江 健一; 常盤 哲也; 大井 貴夫; 河内 進; 石丸 恒存; 梅田 浩司; 牧野 仁史

no journal, , 

本検討では、隆起・侵食に関する、具体的な調査・研究成果の網羅的な取りまとめやそれに基づく類型化の手法について整理した。まず、隆起・侵食現象の特性を系統的に整理・把握するため、「現象の様式」,「現象の推移の速度」,「評価したい場の情報」及び「時間推移」を「指標」として抽出した。次いで、抽出した指標と温度-水理-力学-化学-幾何形状(THMCG)との関係を地球科学に関する具体的な調査や研究成果に基づき、情報の有無や、情報の質にも留意しつつ整理した。このように、地質環境条件への影響に関する知見・データをTHMCG形式で統一的に収集・整理することにより、地球科学の分野で既に取得されているデータや知見などの情報を地層処分システムの安全評価への反映の観点から整理することが可能となり、放射性廃棄物処分の安全評価に関する地球科学分野の情報の過不足を明らかにすることがでるようになると考えられる。

口頭

Study on potential changes in geological and disposal environment caused by "natural phenomena" on a HLW disposal system

川村 淳; 梅田 浩司; 大井 貴夫; 石丸 恒存; 新里 忠史; 安江 健一; 牧野 仁史

no journal, , 

JAEA have developed a procedure to assess the potential impact of "natural phenomena" (earthquakes and fault movement; volcanism; uplift, subsidence and denudation; climatic and sea-level changes) on a High Level Radioactive Waste (HLW) Disposal System. This procedure is for describing such perturbation scenarios based on further studies of the characteristics of these natural perturbation phenomena in Japan. This procedure has two advantages. First one is assuring maintenance of traceability during the scenario construction processes, facilitating the production and structuring of suitable records. The second is providing effective elicitation and organization of information from a wide range of investigations of earth sciences within a performance assessment context. In this framework, scenario development work proceeds in a stepwise manner, to ensure clear identification of the impact of processes associated with these phenomena on a HLW disposal system. Output is organized to create credible scenarios with required transparency, consistency, traceability and adequate conservatism.

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