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松井 哲也; 下平 昌樹; 山口 義仁; 外山 健; 勝山 仁哉
JAEA-Research 2025-017, 41 Pages, 2026/03
JAEA-Research-2025-017.pdf:4.52MB
日本原子力研究開発機構安全研究センターでは、2024年度より先進的な検査・構造健全性評価技術に関する基盤研究を進めており、その一環として超音波シミュレータによる模擬探傷画像及び機械学習を活用して超音波探傷結果診断技術を開発予定である。本研究では、そこで用いる超音波シミュレータの適用性を検証するため、シミュレータによるフェーズドアレイ超音波探傷での解析結果と実機事例を比較した。実機事例として、数少ない公開結果である2020年に報告された関西電力大飯発電所3号機加圧器スプレイライン配管溶接部における粒界割れの超音波探傷結果を比較対象とした。配管溶接部に対する入射角45
のフェーズドアレイリニアスキャンを模擬した解析において、亀裂によるコーナーエコー及び端部エコーはその亀裂の位置に正しく検出された。一方、解析において溶接金属部内に強い柱状晶伝搬エコーが検出され、その強度は柱状晶異方性の対称軸角度への依存性が高いことがわかった。また、入射角31の場合にも強い柱状晶伝搬エコーが得られ、その柱状晶伝搬エコーは亀裂のコーナーエコーと繋がって、配管内表面における亀裂位置から溶接内部にまたがる形状であった。これは、実機事例とよく一致していることから、フェーズドアレイの入射角31で実測された溶接内部エコーの原因としては柱状晶伝搬エコーも考えられる可能性が示唆された。
Cho, K.*; 山下 葵平*; 角谷 心之輔*; 齊藤 拓馬*; 佐々木 泰祐*; 澤泉 克彦*; 奥川 将行*; 小泉 雄一郎*; 眞山 剛*; 菊川 泰地*; et al.
Acta Materialia, 303, p.121696_1 - 121696_18, 2026/01
被引用回数：6 パーセンタイル：83.48(Materials Science, Multidisciplinary)The deformation behavior and strengthening mechanism of Inconel 718 with a hierarchical structure composed of microscale crystallographic lamellar microstructure (CLM) and nanoscale cellular structure, fabricated by laser powder bed fusion, were clarified via nanoscale microstructural and in-situ neutron diffraction analyses. The CLM is a layered structure parallel to the building direction (BD) and consists of relatively wide main and narrow sub-layers with 
110
and 100 orientations, respectively, with respect to BD. This is the first study to demonstrate that the yield stress of the alloys depends strongly on deformation stresses of the sub-layers, even though Schmid factors of the primary slip system for both layers are the same. The sub-layer continues to deform elastically even beyond the micro-yield point of the main layer, which results in the macroscopic strengthening at an early stage of deformation. On the other hand, the cellular structure is formed in both layers, associated with a dendritic cell growth along 100 direction, Nb segregation between the cells and an accumulation of dislocations to decrease a residual stress. The cell boundaries with numerous dislocations and Nb segregation act as a strong barrier to dislocation motion resulting in a stress increase through the Hall-Petch law, even though they are low-angle grain boundaries. The spacing and morphology of the cell boundary depend strongly on fabrication conditions. The optimized cellular structure provides significant strengthening comparable to or greater than that caused by large-angle grain boundaries, thereby increasing the macroscopic strength of the alloys through hardening of the sub-layer.
汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発(委託研究); 令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業廃炉環境国際共同研究センター; 北海道大学*
JAEA-Review 2025-021, 63 Pages, 2025/10
JAEA-Review-2025-021.pdf:5.71MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和5年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、「汚染可視化ハンドフットモニタ」及び「・
汚染可視化クロスモニタ」の装置開発を目標としている。線シンチレータ材料として、令和4年度に引き続きAD法によるZnS(Ag)厚膜作製及び希土類錯体について検討した。AD法による厚膜作製においては、ZnS(Ag)単独粉末及びZnS(Ag)/アルミナ混合粉末によるAD成膜体について、シンチレーション特性評価を実施した。その結果、線に対する発光量は令和4年度から向上した。また、希土類錯体をポリスチレンに分散させた膜を用いて、市販プラスチックシンチレータ(サンゴバン製、BC400)よりも最大で12.5倍大きいシンチレーション強度を得た。線撮像技術の開発においては、新規シンチレータの評価を重点的に行った。AD法によるZnS膜については5分測定で、希土類錯体については1分測定で線の分布を確認できた。ホスウィッチ用シンチレータの開発では、La-GPS多結晶体薄板の製造工程における、成形用金型、焼結条件、切断工程、アニール条件、研削/研磨工程を最適化し、50mm角のLa-GPS多結晶薄板をほぼルーチンに製造する工程を確立した。また、線検出用材料として、十分な性能を発揮できることを確認した。・汚染可視化クロスモニタの開発では、現場での使い勝手も含めた改善点を抽出・改良型の装置に反映した。さらに、試作したクロスモニタの基本性能を評価し、線エネルギーと位置分布情報を得た。ホスウィッチ検出器の評価試験では、検出器出力波形の全積分と部分積分から、線と線を明確に弁別することに成功した。
斎藤 幸太郎*; 松尾 拓紀*; 米田 安宏; Ye, Z.-G*; 野口 祐二*
Journal of Applied Physics, 138(9), p.094102_1 - 094102_9, 2025/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)The phase transition behavior of relaxor ferroelectric Bi
KTiO
(BKT) is investigated in ceramic from based on synchrotron radiation X-ray diffraction measurements and dielectric measurements as a function of temperature. The structural transformation from the cubic non-ergodic (NER) relaxor state to the tetragonal NER state triggers the spontaneous relaxor-to-ferroelectric phase transition. Based on the experimental observations, a temperature phase diagram of BKT is established in terms of average crystal structure and polar order.
渡邉 拓*; 前島 結衣*; 上田 祐生; 元川 竜平; 高畠 愛*; 武田 真一*; 不動寺 浩*; 岸川 圭希*; 桑折 道済*
Langmuir, 41(34), p.22762 - 22773, 2025/09
被引用回数：2 パーセンタイル：52.89(Chemistry, Multidisciplinary)メラニン粒子の集合構造、つまりメラニンポリドーパミン(PDA)層で被覆されたコロイド粒子は、鮮やかな構造色を作り出す。PDA層の厚さは粒子の配列や光学特性に影響を与えるが、その根本的なメカニズムについては議論が続いている。我々は、PDAの水膨潤特性が、溶液中でのこれらの粒子の分散と凝集を支配する重要な要因であることを実証した。乾燥状態と湿潤状態の詳細な比較から、PDA層は水分子を容易に吸収し、厚い層では著しい膨潤を引き起こすことが明らかになった。PDA層の膨潤は、粒子が水中で分散したままか、部分的に凝集したままかを決定し、最終的には水が蒸発した後の乾燥状態での粒子配列を制御した。これらの知見は、コロイド粒子の自己組織化に関する洞察を提供し、周期的な粒子秩序を調整する戦略を提供する。この特徴は、光学技術やセンシング技術における様々な応用にとって極めて重要である。
伊東 達矢; Xu, S.*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 貝沼 亮介*
Shape Memory and Superelasticity, 11(2), p.167 - 175, 2025/06
The microstructure, crystal structures, cold workability, and martensitic transformation temperatures of several Cu
Mn
Al
(40 
55; 10 
13; at%) alloys were analyzed. For the first time, martensitic transformation was revealed Mn-rich Cu-Mn-Al alloys. The surface relief of the martensite phase reversibly appeared and disappeared during cooling and heating, along with small thermal hysteresis, implying a thermoelastic transformation. The crystal structures of the parent and martensite phases are B2 and 2M(BCT), respectively, with c
Mn
Al
(at%) sample. This alloy demonstrates moderate cold workability and cost-effectiveness, exhibiting potential as an alternative for conventional shape memory alloys in various applications.
軽部 皓介*; 大貫 惇睦*; 中島 多朗*; Chen, H.-Y.*; 石塚 大晃*; 木俣 基*; 大原 高志; 宗像 孝司*; 野本 拓也*; 有田 亮太郎*; et al.
npj Quantum Materials (Internet), 10, p.55_1 - 55_9, 2025/06
被引用回数：8 パーセンタイル：92.22(Materials Science, Multidisciplinary)The Hall effect is one of the most fundamental but elusive phenomena in condensed matter physics due to the rich variety of underlying mechanisms. Here we report an exceptionally large Hall effect in a frustrated magnet, GdCu, with high conductivity. The Hall conductivity at the base temperature shows abrupt sign changes under magnetic fields. Our systematic measurements indicate that the unusual Hall effect can be understood in terms of spin-splitting-induced emergence/disappearance of Fermi pockets as well as skew scattering from spin-chiral cluster fluctuations in a field-polarized state. The present study demonstrates a complex interplay among magnetization, spin-dependent electronic structure, and spin fluctuations in producing the giant Hall effect in highly conductive frustrated magnets with a distorted triangular lattice.
Metcalfe, R.*; 舘 幸男; 笹尾 英嗣; 川間 大介*
Science of the Total Environment, 957, p.177375_1 - 177375_17, 2024/12
放射性廃棄物の地層処分の安全評価では、将来において地下水を介した放射性核種の移行が岩盤のバリア性能によって遅延されることを示す必要がある。サイトが選定される前の初期段階の安全評価は、特定のサイト条件を考慮しない一般的なものであり、保守的なパラメータ値や簡略化された安全評価モデルに基づくことになる。その後の特定のサイトを対象とした安全評価では、長期的な地質環境の変遷やその放射性核種の移行・遅延への影響を考慮可能な、より現実的なモデルが必要となる。隆起はそのような長期的な地質環境の変遷の一つである。ここでは、日本の既往の研究に基づき、花崗岩の特性が隆起に伴ってどのように変化するかについての知見をレビューする。また、花崗岩の隆起に伴う放射性核種の移行と遅延過程に関する概念モデルと一般的なシナリオを提示し、安全評価を支える現実的な数値モデルの基礎を提示する。
田村 浩司; 中西 隆造; 大場 弘則; 狩野 貴宏; 柴田 卓弥; 平等 拓範*; 若井田 育夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 61(8), p.1109 - 1116, 2024/08
被引用回数：2 パーセンタイル：28.31(Nuclear Science & Technology)For the development of the remote elemental analysis method in a radiation environment based on the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), the radiation effects on the laser oscillation properties of the single crystal (SC) Nd: YAG microchip laser (MCL) were investigated and compared with those of ceramics Nd: YAG MCL. The laser oscillation properties were measured under gamma-ray irradiation as a function of dose rate. The effects on the SC MCL properties were found to be very small compared to those on the ceramics, indicating minimal radiation effects on the LIBS signal when using SC MCL. Pulse energy and oscillating build-up time (BUT) were measured for a cumulative dose exceeding 1400 kGy. The pulse energy remained stable, and the laser continued to oscillate under irradiation. The BUT also remained stable, demonstrating negligible optical loss accumulation that could affect laser properties even at the demonstrated cumulative dose. The results indicate that the effects of dose rate and cumulative dose on SC MCL laser properties were minimal. The SC MCL was then integrated into the LIBS system, and the gadolinium signal of composite oxides, simulating fuel debris, was successfully measured at the dose rate of 5 kGy/hr. These findings highlight the radiation tolerance of SC MCL as a laser medium for remote LIBS applications in harsh radiation environments.
比嘉 良太*; 藤原 比呂*; 戸田 裕之*; 小林 正和*; 海老原 健一; 竹内 晃久*
Materials Transactions, 65(8), p.899 - 906, 2024/08
被引用回数：2 パーセンタイル：11.50(Materials Science, Multidisciplinary)Al-Zn-Mg合金では、水素(H)によって機械的特性が著しく劣化することから、そのような合金の強度を向上させるためには、水素脆化(HE)と呼ばれるこの現象を抑制することが不可欠である。粒界破壊(IGF)は主にHE発生時に観察されるため、HEを抑制するためにはIGFの発生挙動を理解する必要がある。通常、応力、ひずみ、H濃度の不均一な分布は、多結晶材料におけるIGFの発生に影響を与える。本研究では、X線イメージング技術により得られた多結晶体の3次元微細構造データをもとに作成した3次元イメージベースモデルを用いた結晶塑性有限要素法とH拡散解析によるシミュレーションから、実際の破壊領域における応力、ひずみ、H濃度の分布を調べた。そして、シミュレーション結果とX線CTによる引張試験試料のその場観察を組み合わせ、実際のき裂発生挙動における応力、ひずみ、H濃度の分布を調べ、粒界き裂の発生条件を検討した。その結果、結晶塑性に起因する粒界垂直応力が粒界き裂の発生を支配することが明らかになった。一方、応力による内部Hの蓄積はき裂発生にほとんど影響しないことがわかった。
汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発(委託研究); 令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業廃炉環境国際共同研究センター; 北海道大学*
JAEA-Review 2024-006, 54 Pages, 2024/06
JAEA-Review-2024-006.pdf:2.21MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和4年度に採択された研究課題のうち、「汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発」の令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、1Fの廃炉事業に携わる作業者の安心・安全を確保するべく、汚染頻度の高い足裏、両手表面を対象とした「汚染可視化ハンドフットモニタ」と着衣等の汚染検査に使用する「・汚染可視化クロスモニタ」(・汚染分布・エネルギー計測可搬型ホスウィッチ検出器)から構成される新規装置の開発を目標として、新しいシンチレータ材料及び装置の実用化の可能性について基礎的な検討を行った。汚染可視化ハンドフットモニタ用の線検出用材料としてAD法によるZnS(Ag)厚膜作製及び希土類錯体について検討し、両者ともに線によるシンチレーションを観察した。また、市販のZnS(Ag)シンチレータとCMOSカメラ等を用いて線が撮像できること、手部及び靴底の汚染を一度に可視化できる可能性があることを確認した。・汚染可視化クロスモニタにおけるホスウィッチ用シンチレータの開発では、La-GPSの単相化を実現するとともに、窒素雰囲気中の高温でのアニールがフォトルミネッセンス強度の増大に効果的であることを見出した。エネルギー・分布計測装置の試作と基本性能評価では、これまでに得られたノウハウに基づき、取得データのハンドリング・分析プログラムの仕様を策定した。さらに、既存の測定装置と組み合わせることで次年度以降の装置製作で必要となる改良点を抽出した。
高梨 弘毅; 関 剛斎*
まぐね, 19(3), p.100 - 106, 2024/06
薄膜の垂直磁気異方性は、磁気記録のみならずスピントロニクスにおいても重要な役割を果たしている。本解説記事では、垂直磁気異方性に関して、磁気多層膜、規則合金膜、希土類遷移金属アモルファス合金多層膜、不均一膜やグラニュラー膜など、垂直磁化を持つ具体例を示しながら、基礎からこれまでの研究、そして最近の研究動向を概説する。それぞれの具体例について、構造対称性の破れによる界面磁気異方性、ひずみによる磁気弾性異方性、バルクの結晶磁気異方性、原子の方向性規則配列などの垂直磁気異方性の物理的起源を議論する。
Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 村上 龍敏
Materialia, 32, p.101943_1 - 101943_8, 2023/12
The construction of the halite unit-cell from the ionic radii of the constitutive species is proposed with the use of our hybrid model, considering flexible anion and cation radii. 312 binary halite-structured stoichiometric compounds were analyzed. This systematic study focuses first on the revision of the ionic radii of the considered species then on the proposition of relations between the anionic radius as a function of the cation's size.
Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 村上 龍敏
Materialia, 32, p.101934_1 - 101934_12, 2023/12
The construction of the fluorite unit-cell from the ionic radii of the constitutive species is proposed with the use of our hybrid model, considering flexible anion and cation radii. 27 binary and stoichiometric compounds crystallizing in this structure were investigated to find a correlation between the anion's radius as a function of the cation's size.
Fe
Mn
Si Heusler alloysNabialek, A.*; Chumak, O. M.*; Aleshkevych, P.*; Domagala, J. Z.*; Pacewicz, A.*; Salski, B.*; Krupka, J.*; 関 剛斎*; 高梨 弘毅; Baczewski, L. T.*; et al.
Scientific Reports (Internet), 13, p.17016_1 - 17016_9, 2023/10
被引用回数：8 パーセンタイル：56.18(Multidisciplinary Sciences)The perpendicular magnetocrystalline anisotropy, magnetoelastic properties as well as the Gilbert damping factor in CoFeMnSi thin films were found to depend on a magnetic layer thickness, and they can be also tuned by the application of additional Ag buffer layer. The tetragonal distortion of a magnetic layer was found to increase with decreasing thickness, and after the application of an additional Ag buffer layer, the character of this distortion was changed from tensile to compressive in the plane of a film. A correlation between the tetragonal distortion and perpendicular magnetocrystalline anisotropy was found. However, the magnitude of the observed tetragonal distortion for most samples seems to be too small to explain alone the experimentally found large magnitude of the perpendicular magnetocrystalline anisotropy. For these samples, other mechanisms including both surface and volume effects must be taken into account.
鈴木 誠也; 根本 善弘*; 椎木 菜摘*; 中山 佳子*; 竹口 雅樹*
Annalen der Physik, 535(9), p.2300122_1 - 2300122_12, 2023/09
被引用回数：1 パーセンタイル：14.71(Physics, Multidisciplinary)Germanene is a two-dimensional (2D) germanium (Ge) analogous of graphene, and its unique topological properties are expected to be a material for next-generation electronics. However, no germanene electronic devices have yet been reported. One of the reasons for this is that germanene is easily oxidized in air due to its lack of chemical stability. Therefore, growing germanene at solid interfaces where it is not oxidized is one of the key ideas for realizing electronic devices based on germanene. In this study, the behavior of Ge at the solid interface at high temperatures was observed by transmission electron microscopy (TEM). To achieve such in situ heating TEM observation, we fabricated a graphene/Ge/graphene encapsulated structure. In situ heating TEM experiments revealed that Ge like droplets moved and coalesced with other Ge droplets, indicating that Ge remained as a liquid phase between graphene layers at temperatures higher than the Ge melting point.
Vauchy, R.; 廣岡 瞬; 渡部 雅; 加藤 正人
Scientific Reports (Internet), 13, p.2217_1 - 2217_8, 2023/02
被引用回数：14 パーセンタイル：67.54(Multidisciplinary Sciences)Using the hard-sphere model with the existing tabulated values of ionic radii to calculate the lattice parameters of minerals does not always match experimental data. An adaptation of this crystallographic model is proposed by considering the cations and anions as hard and soft spheres, respectively. We demonstrate the relevance of this hybrid model with fluorite and antifluorite-structured systems.
川崎 卓郎; 高橋 美和子*; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志
Acta Crystallographica Section C; Structural Chemistry (Internet), 78(12), p.743 - 748, 2022/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)Structural changes of the raffinose crystal on dehydration from the pentahydrate to the tetrahydrate were investigated by single-crystal time-of-flight neutron diffraction. It was revealed that during the dehydration, rearrangement occurs in the hydrogen bonds related to the lost water molecule, while the symmetry of the crystal structure is retained. The hydrogen-bonding status of raffinose pentahydrate and tetrahydrate were discussed comprehensively according to Jeffrey's hydrogen-bonding classification. It was shown that water molecules are hydrogen bonded to the surrounding molecules by 
O-H...O hydrogen bonds and 
C-H...O hydrogen bonds, and the number of these two types of hydrogen bonds determines the water molecules that are removed by dehydration. The lattice constant c showed a significant decrease on dehydration and further dehydration leads to loss of crystallinity of the raffinose crystals.
Rh
Sn
Opletal, P.; Duverger-N
dellec, E.*; Miliyanchuk, K.*; Malick, S.*; Hossain, Z.*; Custers, J.*
Journal of Alloys and Compounds, 927, p.166941_1 - 166941_7, 2022/12
被引用回数：5 パーセンタイル：27.04(Chemistry, Physical)Single crystals of a new ternary compound CeRhSn were synthesized by flux method and its crystal structure and magnetic properties were studied by single crystal X-ray diffraction and magnetic susceptibility, specific heat and resistivity measurements. CeRhSn crystallizes in a new monoclinic crystal structure, space group 
2
m (No. 11) with Z = 2 and lattice parameters 
= 9.8708(5) 
, 
= 4.5779(3) ; and 
= 14.2381(7) , = 109.535(5), and V = 606.35(6) 
. The structure exhibits three inequivalent Ce-sites. A striking structural motif is the tetragonal pyramid of Rh-ions surrounding the Ce2 yielding an extreme short Ce2-Rh1 spacing of 
= 2.7486(10) . This strong hint to mixed valent cerium behavior is supported by the entropy analysis. We argue that the Ce2-ion is in a nonmagnetic Ce
state while the other 2 Ce-sites are in a trivalent state. At low temperatures these latter become partially Kondo screened (
4 K) and order antiferromagnetic below 
= 2.31 K. The ordering is accompanied by a superzone gap-opening in direction of the magnetic propagation vector Q = (0, 0, l).
津田 修一; 斎藤 公明
Radiation Protection Dosimetry, 198(17), p.1283 - 1291, 2022/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Environmental Sciences)環境中の線量率測定では、土壌または空気中に存在する放射性同位元素から放出されるガンマ線を検出するため、方向特性のよい球形または円筒形の測定器が通常使用される。われわれは、環境中において種々の測定器を用いた線量率相互比較実験を行い、方向特性に起因した線量率指示値のばらつきの程度を評価するとともに、ある直方体形状のCsI(Tl)結晶を有するシンチレーション検出器の線量率が、円筒形形状の測定器とほぼ同等になるデータに着目した。PHITSコードを用いて、様々な結晶形状のCsI(Tl)シンチレーション検出器のシミュレーションを実施した結果、方向依存性の小さいアスペクト比があることを明らかにした。この結果は、製作コスト面で有利な直方体形状のCsI(Tl)結晶を有するシンチレーション検出器を環境中の線量率測定に活用する可能性を示している。
