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論文

5.1.2 放射線の性質と特徴

高橋 史明

原子力のいまと明日, p.106 - 109, 2019/03

日本原子力学会では、一般向けの解説として、「原子力のいまと明日-東京電力福島第一原子力発電所事故の経験から」の出版を企図した。この解説書では、原子力発電所の概要、東京電力福島第一原子力発電所事故やその後の対応等とともに、放射線の基礎知識や利用についても解説を与える。本稿では、$$alpha$$線, $$beta$$線, $$gamma$$線及び中性子の各種類の放射線の性質として、電離や励起の相互作用の起こり方や物質中の透過等を解説する。また、これらの各種放射線の性質に起因して異なる被ばくの特徴とともに、その防護策について解説する。特に、東京電力福島第一原子力発電所事故後にサイト外で観測されたヨウ素131やセシウム137については、内部被ばくの特徴や事故後に進められた防護対策等を紹介する。

論文

Spectroscopy of odd-odd nuclei within the interacting boson-fermion-fermion model based on the Gogny energy-density functional

野村 昂亮; Rodr$'i$guez-Guzm$'a$n, R.*; Robledo, L. M.*

Physical Review C, 99(3), p.034308_1 - 034308_10, 2019/03

相互作用するボゾン模型やその拡張された模型は、原子核の集団運動準位をよく説明するが、経験的パラメータを多く含んでおり、それを非経験的に決めるのは重要な課題である。本研究では、相互作用するボゾンフェルミオン模型のパラメータの多くをGogny密度汎関数によって決定し、それを用いて$$^{194,196,198}$$Auの準位を計算した。実験データをよく再現し、提案した手法の妥当性を示した。

論文

Two-neutron transfer reactions and shape phase transitions in the microscopically formulated interacting boson model

野村 昂亮; Zhang, Y.*

Physical Review C, 99(2), p.024324_1 - 024324_11, 2019/02

希土類の原子核では、中性子数の変化とともに変形が大きく変わる、変形の相転移現象が知られている。その様相を調べるには二中性子移行反応が考えられる。この研究では、発表者が発展させた、密度汎関数法を基礎とした相互作用するボゾン模型において、二中性子移行反応を定式化した。それを$$^{146-158}$$Sm, $$^{148-160}$$Gd、および$$^{150-162}$$Dyに対する$$(t,p)$$反応と$$(p,t)$$反応に適用した結果、二中性子移行反応によって変形の相転移をとらえることが可能であることがわかった。

論文

"$$K^-pp$$", a $$bar K$$-meson nuclear bound state, observed in $$^3$$He($$K^-,Lambda p)n$$ reactions

橋本 直; 谷田 聖; 他67名*

Physics Letters B, 789, p.620 - 625, 2019/02

 パーセンタイル:100(Astronomy & Astrophysics)

$$^{3}{rm He}(K^-, , Lambda p)n$$における$$Lambda p$$不変質量分布において$$m_K + 2m_p$$、つまり$$K^-$$が2つの陽子に束縛する質量閾値以下に顕著なピークを観測した。$$q$$ = 350$$sim$$650MeV/$$c$$という比較的大きな運動量移行領域を選ぶことで、準弾性散乱($$overline{K}N rightarrow overline{K}N$$)に続いて残りの2各紙に吸収される反応($$overline{K}NN rightarrow Lambda N$$)をはっきり分離することができる。観測したピークの単純なフィットによってBreit-Wignerポール位置$$B_{rm {it Kpp}} = 47 pm 3 , (stat.) ,^{+3}_{-6},(sys.)$$ MeV、幅$$Gamma_{rm {it Kpp}} = 115 pm 7 , (stat.),^{+10}_{-20} ,(sys.)$$ MeV、そして$$S$$波ガウス形状因子パラメータ$$Q_{rm {it Kpp}} = 381 pm 14 , (stat.),^{+57}_{-0} ,(sys.)$$MeV/$$c$$という値が"$$K^-pp$$"というストレンジネスを含む新しい原子核束縛システムについて得られた。

論文

Magnetic anisotropy by Rashba spin-orbit coupling in antiferromagnetic thin films

家田 淳一; Barnes, S. E.*; 前川 禎通

Journal of the Physical Society of Japan, 87(5), p.053703_1 - 053703_4, 2018/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:49.95(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic anisotropy in an antiferromagnet (AFM) with inversion symmetry breaking (ISB) is investigated. The magnetic anisotropy energy (MAE) resulting from the Rashba spin-orbit and $$s$$-$$d$$ type exchange interactions is determined for two different models of AFMs. The global ISB model, representing the effect of a surface, an interface, or a gating electric field, results in an easy-plane magnetic anisotropy. In contrast, for a local ISB model, i.e., for a noncentrosymmetric AFM, perpendicular magnetic anisotropy (PMA) arises. Both results differ from the ferromagnetic case, in which the result for PMA depends on the band structure and dimensionality. These MAE contributions play a key role in determining the direction of the N$'{e}$el order parameter in antiferromagnetic nanostructures, and reflect the possibility of electrical-field control of the N$'{e}$el vector.

論文

わかりやすい放射線物理学; 改訂3版

多田 順一郎*; 中島 宏; 早野 龍五*; 小林 仁*; 浅野 芳裕*

わかりやすい放射線物理学; 改訂3版, 305 Pages, 2018/03

本書は、放射線物理学の入門書である。高校卒業程度の学力のある読者を対象に、「高校の物理と放射線物理学をつなぐ」というコンセプトの下に、定性的な説明を主体としたできるだけ平易な解説を行っている。本書は、「放射線物理とは何か」から始まり、特殊相対性理論入門、量子論入門、原子及び原子核の構造、放射線、放射能、放射線と物質との相互作用、加速器、放射線量などの12章から構成される。

論文

「高速炉冷却材液体金属ナトリウムの化学的活性度抑制技術」の紹介

斉藤 淳一

日本機械学会動力エネルギーシステム部門ニュースレター, (56), p.2 - 3, 2017/09

液体金属ナトリウムは伝熱流動性、構造材との良好な共存性などの多くの冷却媒体として優れた特性を有していることから、高速炉の冷却材として使用されている。一方で酸素や水と反応しやすく、その際の反応熱量が大きく、反応速度が速いという化学的活性度が高い。そこで、ナトリウム自身の化学的活性度を抑制するというアイデアを創出し、その研究開発を進めてきた。その結果、ナノ粒子分散ナトリウムの化学的活性度の抑制が確認され、プラントの安全性が向上し、通常運転を超える厳しい条件での事故時にも裕度を持って対応が可能となる見通しが得られている。これまでに取得したナノ流体の主な反応抑制よりプラントへの効果について述べる。

論文

Interaction of rare earth elements and components of the Horonobe deep groundwater

桐島 陽*; 久野 温*; 雨宮 浩樹; 窪田 卓見*; 紀室 辰伍*; 天野 由記; 宮川 和也; 岩月 輝希; 水野 崇; 佐々木 隆之*; et al.

Chemosphere, 168, p.798 - 806, 2017/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.76(Environmental Sciences)

高レベル放射性廃棄物地層処分における性能評価上重要な核種である3価マイナーアクチニド(MA(III))は、天然の地下水中に存在する懸濁粒子や溶存イオン、コロイドなどと吸着反応や錯形成反応などの相互作用を起こし、見かけ上の溶解度が増加する可能性が知られている。このため、これらの放射性核種と地下水中に含まれる物質との相互作用を理解しておくことは、地層中でのこれらの放射性核種の移行評価を行う上で重要である。本研究では、堆積岩地域である幌延地域の深部地下水を用いて、MA(III)のナチュラルアナログである希土類元素(REEs)を添加し、フィルターでろ過することにより、REEsの天然地下水中における挙動を調べた。その結果、イオン半径の小さいREEsほど地下水中に多く溶存している傾向が明らかになった。また、比較的大部分のREEsはリン酸塩として存在している可能性が強く示唆された。この結果は、高レベル放射性廃棄物の廃棄体から遠い将来に放出されると予想されているMA(III)の移行挙動を予測する上で、リン酸陰イオンが重要な役割を果たすことを示唆している。

論文

スピン偏極陽電子ビームの応用研究

河裾 厚男

放射線と産業, (139), p.18 - 22, 2015/12

スピン偏極陽電子ビームを用いた強磁性材料のバンド構造に関する研究、及び、最表面における電流誘起スピン蓄積に関する研究について平易に解説する。スピン偏極陽電子をハーフメタルとして期待されるCo$$_{2}$$MnSiとCo$$_{2}$$MnAlに打込み、消滅$$gamma$$線のドップラー拡がりスペクトルを観測した。その結果、これら合金のバンド構造がCo-Mn間の無秩序化に対して安定であることが知られた。また、バンド理論との比較からCo$$_{2}$$MnSiが高いハーフメタル性を持っていることが分かった。Au, Cu, Pt, Pd, TaそしてW薄膜表面における電流誘起スピン蓄積をポジトロニウム消滅法により観測した。その結果、AuとCuではスピン蓄積が非常に小さいのに対して、それら以外の薄膜については数%オーダーのスピン蓄積が見られた。また、PtとPd対WとTaでは、同じ電流の向きに対して誘起されるスピン偏極の方向が異なることが分かった。これらは電流誘起スピン蓄積が、スピン軌道相互作用によってもたらされていることを示唆している。

論文

Effects of ionic strength on the coordination of Eu(III) and Cm(III) to a Gram-negative bacterium, Paracoccus denitrificans

尾崎 卓郎; 木村 貴海; 大貫 敏彦; Francis, A. J.

Radiochimica Acta, 94(9-11), p.715 - 721, 2006/11

4種のグラム陰性菌(Pseudomonas fluorescens, Alcaligenes faecalis, Shewanella putrefaciens, Paracoccus denitrificans)とユウロピウム(Eu)との相互作用をpH3から5の範囲でバッチ実験法及び時間分解レーザー誘起蛍光分光法(TRLFS)で調べた。細胞へEuの吸着時間変化を調べたところ、どの菌についても大きな吸着速度が観測された。P. fluorescensはpH3で、A. faecalisとP. denitrificans.ではすべてのpHで、またS. putrefaciensではpH4と5において5分以内に吸着量は最大に達した。P. denitrificansでは、吸着量は最大に達した後に徐々に減少した。これは、Euに親和性を有する物質を細胞が放出することを示す。TRLFSにより、Euはどの微生物についても多座配位で安定化されていることがわかった。また、P. denitrificans上でのEuの配位子場は好塩微生物上でのそれに匹敵するほど強く、P. fluorescens, A. faecalis及びS. putrefaciens上での配位子場は、非好塩微生物での典型的な強さとほぼ同じであった。本研究により、類似の細胞膜構造を有するグラム陰性菌どうしでも、Euの吸着状態は異なることがわかった。

論文

Quasi-monoenergetic electron beam generation during laser pulse interaction with very low density plasmas

山崎 淳; 小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 近藤 修司; 金沢 修平; 本間 隆之*; 中島 一久; et al.

Physics of Plasmas, 12(9), p.093101_1 - 093101_5, 2005/09

 被引用回数:63 パーセンタイル:8.76(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザープラズマ相互作用による単色エネルギー電子ビーム発生が世界中で研究されており、最近、幾つかの実験データーが出始めているが、発生機構についてはわかっておらず、安定な電子ビーム発生はできていない。われわれは、シングルレーザーパルスにおける単色エネルギー電子ビーム発生についての、理論的研究及び粒子シミュレーションによる研究,実験研究を行い、非常によく一致した。実験については、レーザーパワーが5.5TW,パルス幅70fs,中心波長800nmのチタンサファイアレーザーをガスジェット中に集光して行った。単色エネルギー電子ビームは、電子ビームが加速位相から減速位相に移るときに得られ、その位置で真空中に電子ビームを取り出してやれば、単色エネルギー電子ビーム発生が可能となる。電子ビームが加速位相から減速位相に移る距離はプラズマ密度によって決定されるため、プラズマ密度によって加速距離のコントロールが必要となる。この研究によって、1パルスでの単色エネルギー電子ビーム発生には電子ビームの加速距離とプラズマ密度のコントロールが必要であること見いだした。

論文

JT-60Uの加熱用中性粒子ビーム中の酸素量とプラズマ中の酸素量との関係

仲野 友英; 小出 芳彦; 本田 敦; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 東島 智; 竹永 秀信; 久保 博孝

プラズマ・核融合学会誌, 81(9), p.708 - 716, 2005/09

中性粒子ビーム入射実験を開始した直後では中性粒子ビームには重水素に対して8%以上の酸素が含まれており、炉心プラズマに含まれる酸素量のうち約50%が中性粒子ビームに由来するものであった。中性粒子ビームに含まれる酸素量はビーム入射を重ねるごとに減少し、約850ショット後には約1%になった。このとき、プラズマに含まれる酸素量のうち中性粒子ビームに由来する酸素量は20%以下であった。中性粒子ビームから入射された酸素のプラズマにおける閉じ込め時間は0.18秒と評価された。

論文

Experimental validation of beam particle self interaction in JT-60U by use of N-NB

岡野 邦彦*; 鈴木 隆博; 梅田 尚孝; 日渡 良爾*; 正木 圭; 飛田 健次; 藤田 隆明

プラズマ・核融合学会誌, 81(8), p.579 - 580, 2005/08

トロイダル系では中性粒子ビーム入射により生成されトーラスを循環する高速イオンが中性粒子ビーム自身の停止断面積に影響を与える。この効果は主著者(岡野)により初めて提案され「ビーム粒子自己相互作用(BPSI)」と名付けられた。最近のJT-60Uにおける350keV軽水素原子ビーム入射実験によって、世界で初めてこのBPSI効果を同定した。電子密度1$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$程度の低密度放電においてビームの突き抜けはビーム入射開始後数100ms以内に35%減少した。この結果はBPSI理論による予言と一致する。

論文

Study of plasma wall interactions in the long-pulse NB-heated discharges of JT-60U towards steady-state operation

竹永 秀信; 朝倉 伸幸; 東島 智; 仲野 友英; 久保 博孝; 木島 滋; 大山 直幸; 諫山 明彦; 井手 俊介; 藤田 隆明; et al.

Journal of Nuclear Materials, 337-339, p.802 - 807, 2005/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:28.49(Materials Science, Multidisciplinary)

JT-60Uでは、高性能プラズマの電流拡散時間以上の定常維持及びプラズマ壁相互作用の長時間スケールでの変化の解明を目的に、放電時間を従来の15秒から65秒へ、NB加熱時間を10秒から30秒に伸長した。本論文では、長時間放電を用いてダイバータ板・第一壁での粒子吸収率や不純物発生率等の長時間スケールでの変化、及びその粒子バランス,プラズマ性能,粒子挙動への影響について明らかにした。長時間放電実験の開始時には、ほぼ一定のガスパフ量で30秒間密度が一定に保たれており、粒子バランス解析からこの時のダイバータ板・第一壁での粒子吸収量はダイバータ排気量より大きいと評価される。数ショット長時間放電を繰り返した後の放電では、密度を一定に維持するためのガスパフ量が減少し始め、最終的にはガスパフなしでも密度が上昇した。この時の粒子バランス解析は、壁での粒子吸蔵量が飽和状態にあることを示唆している。このように放電途中に粒子吸収率が大きく変化する現象が、放電・加熱時間を伸長することではじめて観測された。粒子吸蔵量が飽和状態にある場合には、主プラズマ周辺での圧力の低下,タイプIII ELMの出現が観測された。また、X点近傍のCII発光強度や内側ダイバータでのCDバンド光の強度が、粒子吸蔵量が飽和状態になる前から増加し始めることが観測された。

論文

Modeling of hydrogen transport through plasma facing materials by use of cellular automaton

志村 憲一郎*; 山口 憲司; 寺井 隆幸*; 山脇 道夫*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 66(2-4), p.684 - 689, 2005/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:91.5(Chemistry, Multidisciplinary)

核融合炉における燃料リサイクリング、トリチウムインベントリー・透過の問題は、さまざまな速度過程が関与し、その複雑さゆえ、特に過渡特性が十分に理解されていないとされる。本研究では、セルオートマトン(CA)法を用い、金属材料における水素の輸送をモデル化することを試みた。今回は、本手法を用いた従来の研究をさらに発展させ、プラズマ-表面ならびに表面-バルク間の相互作用を複合的にモデル化することに重点を置いた。モデルでは、バルクを2次元の格子で構成し、これを等しいサイズのセルに分割する。両端の縦方向のセルを表面とみなし、その他はバルクに属するものとする。水素同位体の有無によって各セルは2つの状態をとるとし、吸着,脱着,吸収,放出,バルクならびに表面拡散に対応する遷移則を与えた。計算結果は、実験結果と定性的に符合した。

論文

Characterization of extreme ultraviolet emission from laser-produced spherical tin plasma generated with multiple laser beams

島田 義則*; 西村 博明*; 中井 光男*; 橋本 和久*; 山浦 道照*; Tao, Y.*; 重森 啓介*; 奥野 智晴*; 西原 功修*; 河村 徹*; et al.

Applied Physics Letters, 86(5), p.051501_1 - 051501_3, 2005/01

 被引用回数:104 パーセンタイル:4.75(Physics, Applied)

EUV光源として用いられるSnプラズマの基本的な輻射流体力学的な特性を明らかにするために、阪大レーザー研の激光XII号レーザーで球状のSnターゲットを照射し、生成したプラズマからのEUV光のスペクトル,発光強度分布,波長13.5nm領域の2%帯域中の発光強度とその時間変化,変換効率の測定を行った。照射強度5$$times$$10$$^{10}$$W/cm$$^{2}$$において最大効率3%が得られた。変換効率のレーザー強度依存性を等温膨張プラズマを仮定した理論モデルと比較した。

論文

High spin structure of $$^{34}$$S and the proton-neutron coupling of intruder states

Mason, P.*; M$u{a}$rginean, N.*; Lenzi, S. M.*; Ionescu-Bujor, M.*; Della Vedova, F.*; Napoli, D. R.*; 大塚 孝治*; 宇都野 穣; Nowacki, F.*; Axiotis, M.*; et al.

Physical Review C, 71(1), p.014316_1 - 014316_8, 2005/01

 被引用回数:23 パーセンタイル:17.31(Physics, Nuclear)

Legnaro国立研究所のタンデム加速器で$$^{34}$$Sの高スピン状態を初めて観測し、その結果を原研らのグループによるモンテカルロ殻模型計算と比較した。実験では、$$^{34}$$Sの高スピン状態を$$^{24}$$Mg($$^{16}$$O,$$alpha 2p$$)反応によって生成し、脱励起$$gamma$$線を観測することによって$$^{34}$$Sの準位を組み上げた。その結果、$$10^+$$までの正パリティ状態及び$$8^-$$までの負パリティ状態のイラスト状態に加え、幾つかの非イラスト状態を見つけた。さらに、DSAM法により幾つかの遷移の$$B(E2)$$, $$B(M1)$$を得た。実験結果を殻模型計算と比較したところ、$$5^+$$までの(正パリティ)イラスト状態は$$sd$$殻配位空間内で計算した殻模型計算とよく一致するが、それよりも高いスピンのイラスト状態はN=20の殻ギャップを超えた励起が必要であることがわかった。さらに詳しく調べると、$$6^+$$, $$8^+$$については中性子が2個励起する配位が主であるのに対し、他のスピンでは陽子の励起も重要であることも明らかになった。モンテカルロ殻模型計算はこのような特質を全体としてはよく再現する一方、陽子・中性子励起する状態については実験よりも高い励起エネルギーとなった。この実験及び計算結果は、陽子・中性子間相互作用が多体構造に及ぼす影響について大きな知見を与えている。

論文

Energetic neutral particle measurement with natural diamond detector in JT-60U

草間 義紀; 石川 正男; 武智 学; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; 笹尾 真実子*; 磯部 光孝*; Krasilnikov, A.*; Kaschuck, Y.*

Proceedings of Plasma Science Symposium 2005/22nd Symposium on Plasma Processing (PSS-2005/SPP-22), p.395 - 396, 2005/00

JT-60の重水素放電による中性子/$$gamma$$線発生環境下において、天然ダイアモンド検出器を用いた高エネルギー中性粒子の測定に成功した。中性子及び$$gamma$$線のノイズを低減するため、ダイアモンド検出器をポリエチレンと鉛で覆った。そのシールドは期待通りの性能を示した。負イオン源中性粒子ビーム入射(NNBI)で生成される高エネルギーイオンによってトロイダル・アルヴェン固有モード(TAE)が励起された際に、高エネルギーイオンの輸送を示唆する中性粒子束の急激な上昇を観測した。中性粒子の上昇が観測されたエネルギー範囲は、高エネルギーイオンとTAEとの共鳴的な相互作用で予測されるエネルギー範囲と一致した。

論文

核融合関連材料と水素

長崎 正雅*; 山口 憲司; 小西 哲之*

日本原子力学会誌, 46(11), p.770 - 779, 2004/11

プラズマ-壁相互作用,固体増殖材におけるトリチウム生成とその回収など、核融合炉材料と水素の間で繰り広げられる重要な現象に着目しつつ、これを素過程の観点より概観した。核融合炉材料として用いられる材料は、金属から、黒鉛や酸化物系セラミックスなど多岐にわたるため、まず、共通する知識のベースを確認したうえで、個々の材料や現象の特異性に依拠する事象を明らかにするというアプローチを採用した。材料と水素の問題は古くから研究されている問題ではあるが、最後に、核融合環境下での特異性に関連して解明が求められている点を列挙した。

論文

Impurity release and deuterium retention properties of a ferritic steel wall in JFT-2M

小川 宏明; 山内 有二*; 都筑 和泰; 川島 寿人; 佐藤 正泰; 篠原 孝司; 神谷 健作; 河西 敏; 草間 義紀; 山口 薫*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.678 - 682, 2004/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.37(Materials Science, Multidisciplinary)

JFT-2Mでは原型炉の構造材として有力視されている低放射化フェライト鋼(F82H)を段階的に真空容器内に設置して高性能プラズマとの適合性を試験する「先進材料プラズマ適合性試験」を実施している。フェライト鋼はその化学的特性(錆びやすい)から酸素不純物の増加が懸念されている。また、重水素保持特性に関してはこれまで十分なデータの蓄積がない。そこで、フェライト鋼を真空容器内壁の20%に設置した場合と全面に設置した場合の不純物挙動を分光診断で測定した。その結果、真空容器内壁全面に設置した場合であっても、プラズマが直接相互作用をしない位置に設置した場合では、不純物放出が大きな問題とならないことを示す結果を得た。また、フェライト鋼の重水素保持特性では、重水素はおもに酸化層に吸蔵され、機械研摩等により酸化層を除去した状態では、構造材として広く用いられているSUS-316Lと同様であることを示す結果を得た。

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