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論文

Incorporation of a bromine atom into DNA-related molecules changes their electronic properties

平戸 未彩紀*; 横谷 明徳*; 馬場 祐治*; 森 聖治*; 藤井 健太郎*; 和田 真一*; 泉 雄大*; 芳賀 芳範

Physical Chemistry Chemical Physics, 25(21), p.14836 - 14847, 2023/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Physical)

To understand the mechanism underlying the high radio-sensitization of living cells possessing brominated genomic DNA, X-ray photoelectron spectroscopy was used. It was found that the bromine atom significantly reduced the energy gap between the valence and conduction states, although the core level states were not greatly affected.

論文

Development of nondestructive elemental analysis system for Hayabusa2 samples using muonic X-rays

大澤 崇人; 長澤 俊作*; 二宮 和彦*; 高橋 忠幸*; 中村 智樹*; 和田 大雅*; 谷口 秋洋*; 梅垣 いづみ*; 久保 謙哉*; 寺田 健太郎*; et al.

ACS Earth and Space Chemistry (Internet), 7(4), p.699 - 711, 2023/04

小惑星試料中の炭素をはじめとする主要元素の濃度は、地球上の生命の誕生や太陽系の進化について非常に重要な情報を与えてくれる。ミュオンX線を用いた元素分析は、固体物質の元素組成を決定する最も優れた分析方法の一つであり、特にバルク試料中の軽元素濃度を非破壊で測定できる唯一の方法である。我々は、探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから回収した貴重な微小試料中の炭素などの主要元素の濃度を測定するために、ミュオンX線を用いた新しい分析システムを開発した。この分析システムは、ステンレス製の分析チャンバー、クリーンな環境で小惑星サンプルを操作するためのアクリル製のグローブボックス、分析チャンバーを囲むように配置されたGe半導体検出器から構成されている。測定に重要なバックグラウンドレベルを含め、分析装置の性能は初期から後期まで大幅に向上した。フィージビリティスタディの結果、最新型のミュオンX線分析装置は、「はやぶさ2」のサンプルモデル中の炭素濃度を6日間の測定で10%以下の不確かさで決定できることがわかった。

論文

Design and actual performance of J-PARC 3 GeV rapid cycling synchrotron for high-intensity operation

山本 風海; 金正 倫計; 林 直樹; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 谷 教夫; 高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(9), p.1174 - 1205, 2022/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:82.38(Nuclear Science & Technology)

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで中性子実験及び下流の主リングシンクロトロンに供給することを目的に設計された。2007年の加速器調整運転開始以降、RCSではビーム試験を通じて加速器の設計性能が満たされているかの確認を進め、必要に応じてより安定に運転するための改善を行ってきた。その結果として、近年RCSは1MWのビーム出力で連続運転を行うことが可能となり、共用運転に向けた最後の課題の抽出と対策の検討が進められている。本論文ではRCSの設計方針と実際の性能、および改善点について議論する。

論文

Development of ARKADIA-Safety for severe accident evaluation of sodium-cooled fast reactors

青柳 光裕; 曽根原 正晃; 石田 真也; 内堀 昭寛; 川田 賢一; 岡野 靖; 高田 孝

Proceedings of Technical Meeting on State-of-the-art Thermal Hydraulics of Fast Reactors (Internet), 3 Pages, 2022/09

Development of Advanced Reactor Knowledge- and Artificial Intelligence (AI)-aided Design Integration Approach through the whole plant lifecycle (ARKADIA) has been started in Japan Atomic Energy Agency. ARKADIA can automatically provide possible solutions of design, safety measures, and a maintenance program to optimize the lifecycle performance of advanced reactors by using the state-of-the-art numerical simulation technologies. In the first phase of this project, ARKADIA-Safety is developed for the purpose of automatic optimization of the severe accident (SA) management and its feedback to the plant design of sodium-cooled fast reactors (SFRs). This paper describes the overview of ARKADIA-Safety and its application for SA evaluation.

論文

東海再処理施設高放射性廃液貯蔵場周辺における地盤改良工事

大森 一樹; 山内 祥; 柳橋 太; 佐々木 俊一; 和田 拓也; 鈴木 久規; 堂村 和幸; 竹内 謙二

日本保全学会第18回学術講演会要旨集, p.245 - 248, 2022/07

廃止措置段階に移行した東海再処理施設においては、高放射性廃液貯蔵場に多量の高放射性廃液を保管している。高放射性廃液によるリスク低減のためのガラス固化処置を鋭意実施しているものの、高放射性廃液の処理が完了しリスクが無くなるまでには20年程度の期間を要することから、重要な安全機能(閉じ込め機能及び崩壊熱除去機能)が損なわれることのないよう、地震に対する安全性向上対策を図ることを最優先の課題としている。耐震評価の結果、高放射性廃液貯蔵場建家自体は耐震性を有するものの、建物と地盤に作用する拘束力が不足するおそれがあることから、高放射性廃液貯蔵場周辺の地盤をコンクリートで置換する工事を行こととした。工事にあたっては、既設埋設物を防護する対策や、近傍で実施する他工事との調整など、安全と品質を確保しながら工事を行う必要があったため、専属のチームを設置し、工程管理,保安管理の対応を図った。

論文

Long-term density-dependent groundwater flow analysis and its effect on nuclide migration for safety assessment of high-level radioactive waste disposal with consideration of interaction between fractures and matrix of rock formation in coastal crystalline groundwater systems

Park, Y.-J.*; 澤田 淳; 小堤 健紀*; 田中 達也*; 橋本 秀爾*; 森田 豊*

Proceedings of 3rd International Conference on Discrete Fracture Network Engineering (DFNE 2022) (Internet), 8 Pages, 2022/00

高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価には地層中の長期にわたる地下水流動と核種移行プロセスの把握が求められる。沿岸部地下環境において、地下水流動は海水起源の塩水と陸水起源の淡水の密度差による複雑な相互作用の影響を受ける。加えて、数百万年の長期においては、海進・海退に伴う海水準変動の影響を受ける。本研究では、そのような沿岸域における亀裂性の結晶質岩を対象とした処分場の地下水流動と核種移行を評価するため、塩分濃度と地下水流速などの地下水環境の長期的な変遷を評価するための広域スケールとブロックスケールを組み合わせた評価フレームを構築した。

論文

Development and validation of fuel stub motion model for the disrupted core of a sodium-cooled fast reactor

川田 賢一; 鈴木 徹*

Nuclear Engineering and Technology, 53(12), p.3930 - 3943, 2021/12

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

混合酸化物燃料を用いたナトリウム冷却高速増殖炉(SFR)の炉心損傷事象(CDA)の初期過程解析コードSAS4Aの解析能力の向上のために、著者らは前報において炉心流量喪失時炉停止機能喪失(ULOF)条件下での物理現象を詳細に検討した。その前報の研究成果として、燃料ピン崩壊後に残存した燃料ペレットが炉心中央部に移動する現象(燃料スタブモーション)が、適切に模擬すべき重要現象の一つとして選択された。本論文では、実験データの分析をもとに、スタブモーションに関わる挙動を評価し、概略を数値化し、従来のSAS4Aコードではモデル化されていなかった、燃料スタブの動きを表現するシンプルなモデルを新たに提案した。開発したモデルの適用性をCABRI試験の一連の解析を通じて検証し、崩壊炉心の反応性評価において、スタブモーションが合理的な保守性をもって再現されることを確認した。

論文

Prediction of stability constants for novel chelates design in minor actinides partitioning over lanthanides using density functional theory calculation

金子 政志; 佐々木 祐二; 和田 恵梨子*; 中瀬 正彦*; 竹下 健二*

Chemistry Letters, 50(10), p.1765 - 1769, 2021/10

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

密度汎関数計算を用いて、マイナーアクチノイドとランタノイドの新規分離試薬の分子設計に向けて水溶液中におけるEu$$^{3+}$$及びAm$$^{3+}$$錯体の安定度定数を予想した。実験値の安定度定数の対数と計算した錯生成エンタルピーは、一次の決定係数R$$^{2}$$ $$>$$ 0.98で相関した。さらに、新規キレート配位子の安定度定数の予測を試み、ジエチレントリアミン五酢酸キレート配位子の誘導体が、酸性条件での使用やAm$$^{3+}$$分離性能の観点から有用であることが示唆された。

論文

ナトリウム冷却高速炉におけるDPD法を用いた溶融燃料挙動解析手法の開発

曽根原 正晃; 内堀 昭寛; 青柳 光裕; 川田 賢一; 高田 孝; 大島 宏之

第25回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 3 Pages, 2021/07

ナトリウム(Na)冷却高速炉において、炉心損傷を伴うシビアアクシデント(SA)発生時の際、炉心部から溶融燃料が流出し、ナトリウム冷却材との相互作用により数mm$$sim$$数百オーダーの径を持つデブリ粒子として固化し、原子炉容器下部に堆積する可能性が指摘されている。そのためSA事象進展を評価する際にはこうしたデブリ粒子の挙動を適切に把握する必要がある。これらの要求に応えるため、原子力機構で開発中のSAを含むNa高速炉事故シナリオでの炉内/炉外事象を一貫解析可能なツールSPECTRAコードの一部として、粒子法の一種である散逸粒子動力学(DPD: Dissipative Particle Dynamics)を用いた溶融燃料挙動解析コードを開発した。本報では解析コード開発に使用したモデルの詳細について述べた後、デブリ粒子の炉心下部への堆積を模擬したテスト解析の結果について報告する。

論文

Study on dominant aspects of unprotected loss-of-flow to be evaluated in the initiating phase for a sodium-cooled fast reactor

川田 賢一; 鈴木 徹*

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(3), p.347 - 360, 2021/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.83(Nuclear Science & Technology)

SAS4Aコードは、混合酸化物燃料を用いたナトリウム冷却高速増殖炉(SFR)の炉心損傷事象(CDA)の初期過程解析コードとして、現在世界標準の解析コードである。SFRの安全評価に適用する際のSAS4Aコードの解析能力の向上のために、炉心流量喪失時炉停止機能喪失(ULOF)条件下での物理現象の詳細な調査を実施し、重要度ランクテーブル(Phenomena Identification and Ranking Table: PIRT)手法を用いて、開発や改良の必要なモデルを特定した。その結果、燃料ピン崩壊後に残存した燃料ペレットが炉心中央部に移動する現象(燃料スタブモーション)が、適切に模擬すべき重要現象の一つとして選択され、燃料スタブモーションモデルの主要概念を示した。

論文

Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.

Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03

 被引用回数:30 パーセンタイル:97.01(Astronomy & Astrophysics)

2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300$$^{circ}$$Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200$$^{circ}$$Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。

論文

Validation study of SAS4A code for the unprotected loss-of-flow accident in an SFR

石田 真也; 川田 賢一; 深野 義隆

Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00523_1 - 19-00523_17, 2020/06

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故(CDA)の起因過程を評価する安全解析コードSAS4Aの客観的な検証の十分性を示すためにSAS4Aの検証にPIRT(Phenomena Identification and Ranking Table)手法を導入した。当該手法に基づいて、課題と検証の目的の明確化、対象施設とシナリオの選定、FOMと重要現象の選定を行い、解析モデルと試験の検討結果を併せて検証マトリクスを作成した。作成した検証マトリクスと試験解析の結果によって、起因過程評価に必要な解析モデルが不足なく検証されていることを示した。加えて、今回の検証マトリクスは各物理現象の関連性も含んだ総合的な検証となっているため、この検証マトリクスを用いた検証は高い信頼性を有する検証であると言える。すなわち、本研究によって、SAS4Aコードの信頼性を大きく向上させることができた。

論文

An Experimental setup for creating and imaging $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ excimer cluster tracers in superfluid helium-4 via neutron-$$^{3}$$He absorption reaction

Sonnenschein, V.*; 辻 義之*; 國立 將真*; 久保 渉*; 鈴木 颯*; 富田 英生*; 鬼柳 善明*; 井口 哲夫*; 松下 琢*; 和田 信雄*; et al.

Review of Scientific Instruments, 91(3), p.033318_1 - 033318_12, 2020/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Instruments & Instrumentation)

For the purpose of future visualization of the flow field in superfluid helium-4, clusters of the triplet state excimer $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ are generated along the micro-scale recoil tracks of the neutron-absorption reaction n + $$^{3}$$He $$rightarrow$$ $$^{3}$$T + p. This reaction is induced by neutron irradiation of the $$^{3}$$He fraction contained in natural isotopic abundance liquid helium with neutron beams either from the Japan Proton Accelerator Research Complex, Materials and Life Science Experimental Facility (J-PARC)/Materials and Life Science Experimental Facility or from the Kyoto University Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science. These $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ clusters are expected to be ideal tracers of the normal-fluid component in superfluid helium with several advantageous properties. Evidence of the excimer generation is inferred by detection of laser induced fluorescence emitted from the $$^{4}$$He$$_{2}$$$$^{ast}$$ clusters excited by a purpose-built short pulse gain-switched titanium:sapphire (Ti:sa) laser operating at a wavelength of 905 nm. The setup and performance characteristics of the laser system including the Ti:sa and two continuous wave re-pumping lasers are described. Detection at the fluorescence wavelength of 640 nm is performed by using optical bandpass filtered photomultiplier tubes (PMT). Electrical noise in the PMT acquisition traces could successfully be suppressed by post-processing with a simple algorithm. Despite other laser-related backgrounds, the excimer was clearly identified by its fluorescence decay characteristics. Production of the excimer was found to be proportional to the neutron flux, adjusted via insertion of different collimators into the neutron beam. These observations suggest that the apparatus we constructed does function in the expected manner and, therefore, has the potential for groundbreaking turbulence research with superfluid helium.

論文

Anomalous small-angle X-ray scattering (ASAXS) study of irradiation-induced nanostructure change in Fe-ion beam irradiated oxide dispersion-strengthened (ODS) steel

熊田 高之; 大場 洋次郎; 元川 竜平; 諸岡 聡; 冨永 亜希; 谷田 肇; 菖蒲 敬久; 金野 杏彩; 大和田 謙二*; 大野 直子*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 528, p.151890_1 - 151890_7, 2020/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.83(Materials Science, Multidisciplinary)

ステンレス鋼の放射線照射によるナノ構造変化観測用異常分散X線小角散乱(ASAXS)装置を開発した。イオンビーム照射前後のMA956試料の散乱パターンを比較したところ、Cr析出物の形状は全く変化していないことが判明した。

論文

Electronic properties of DNA-related molecules containing a bromine atom

平戸 未彩紀*; 鬼澤 美智*; 馬場 祐治*; 芳賀 芳範; 藤井 健太郎*; 和田 真一*; 横谷 明徳*

International Journal of Radiation Biology, 7 Pages, 2020/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:25.41(Biology)

The electronic properties of DNA-related molecules containing Br were investigated by X-ray spectroscopy and specific heat measurement. Our results suggest that the Br atom may not contribute substantially to the LUMO and core-level electronic states of the molecule, but rather to the microscopic states related to the excitation of lattice vibrations, which may be involved in valence electronic states.

論文

Generation of $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ clusters via neutron-$$^{3}$$He absorption reaction toward visualization of full velocity field in quantum turbulence

松下 琢*; Sonnenschein, V.*; Guo, W.*; 林田 洋寿*; 廣井 孝介; 広田 克也*; 井口 哲夫*; 伊藤 大介*; 北口 雅暁*; 鬼柳 善明*; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 196(1-2), p.275 - 282, 2019/07

For flow visualization study of quantum turbulence in superfluid $$^{4}$$He, $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers are unique tracers which follow only normal-fluid component flow above 1 K. To generate detectable small $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ clouds (clusters) required for full-space velocity field measurements, we have adopted a new method based on neutron absorption reaction of $$^{3}$$He impurities in $$^{4}$$He and conducted proof-of-principle experiments. Generation of the $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers was detected by laser-induced fluorescence using photomultiplier tubes. The fluorescence was observed to increase proportionally to the neutron flux, suggesting that a sufficient amount of $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers were generated by neutrons. We also estimated the number of $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers possibly generated by $$gamma$$-rays and found that the relevant contribution was less than 40%. Thus, the majority of the $$^{4}$$He$$_2^{*}$$ excimers was confirmed to be generated via n-$$^{3}$$He absorption reactions.

論文

Validation study of initiating phase evaluation method for the core disruptive accident in an SFR

石田 真也; 川田 賢一; 深野 義隆

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 10 Pages, 2019/05

高速炉の安全研究の分野では炉心損傷事故(CDA)が評価上重要な課題であるとして、当該事故に関する評価手法の研究開発が進められて来ている。その中でSAS4AはCDAの起因過程(IP)の事象進展を評価するために開発が進められている解析コードである。本研究ではSAS4Aの信頼性向上のため、PIRT手法を適用したSAS4Aの検証を行った。SAS4Aの検証は、(1) CDAの代表的な事象であるULOFに対する評価指標(FOM)の選択、(2) ULOFに関連する物理現象の抽出、(3)物理現象のランク付け、(4)評価マトリクスの構築、(5)評価マトリクスに基づく試験解析、という流れで実施し、これによりSAS4Aの信頼性向上を図ることができた。

論文

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:233 パーセンタイル:99.74(Multidisciplinary Sciences)

小惑星探査機はやぶさ2のターゲット天体であるリュウグウは、始原的な炭素質物質で構成されていると考えられている。はやぶさ2に搭載された近赤外分光計(NIRS3)によって、天体の表面組成を得た。天体全体の観測で、弱く細い吸収が2.72ミクロンに確認され、OHを含む鉱物の存在を示している。弱いOH吸収と低いアルベドは熱やショックによって変質を受けた炭素質コンドライトに似ている。OHバンドの位置はほとんど一定であり、衝撃片の集合によって形成されたリュウグウは組成的に均質であることを示している。

論文

Machine-learning guided discovery of a new thermoelectric material

岩崎 悠真*; 竹内 一郎*; Stanev, V.*; Gilad Kusne, A.*; 石田 真彦*; 桐原 明宏*; 井原 和紀*; 澤田 亮人*; 寺島 浩一*; 染谷 浩子*; et al.

Scientific Reports (Internet), 9, p.2751_1 - 2751_7, 2019/02

 被引用回数:50 パーセンタイル:93.1(Multidisciplinary Sciences)

Thermoelectric technologies are becoming indispensable in the quest for a sustainable future. Recently, an emerging phenomenon, the spin-driven thermoelectric effect (STE), has garnered much attention as a promising path towards low cost and versatile thermoelectric technology with easily scalable manufacturing. However, progress in development of STE devices is hindered by the lack of understanding of the fundamental physics and materials properties responsible for the effect. In such nascent scientific field, data-driven approaches relying on statistics and machine learning, instead of more traditional modeling methods, can exhibit their full potential. Here, we use machine learning modeling to establish the key physical parameters controlling STE. Guided by the models, we have carried out actual material synthesis which led to the identification of a novel STE material with a thermopower an order of magnitude larger than that of the current generation of STE devices.

論文

SAS4A simulations of selected CABRI-1 oxide fuel experiments

Karahan, A.*; 川田 賢一; Tentner, A.*

Proceedings of 2018 ANS Winter Meeting and Nuclear Technology Expo; Embedded Topical International Topical Meeting on Advances in Thermal Hydraulics (ATH 2018) (USB Flash Drive), 4 Pages, 2018/11

An initial comparison of the SAS4A version 5.2 code predictions and observed results of two of the CABRI-1 Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) Oxide Fuel tests has been accomplished. The selected experiments are (1) AI3, a Transient Over-Power test and (2) BI3, a Loss-of-Flow and Transient Over-Power test. The initial simulations describe the test events up to the time of cladding failure and results such as onset of the coolant boiling, time and spatial variation of the fuel pin temperature, and clad failure time and location are given. The calculated clad failure results are in reasonable agreement with the corresponding experimental results. Directions for further improvement of the mixed oxide fuel models of the SAS4A code are outlined.

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