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論文

Measurement of neutron scattering cross section of nano-diamond with particle diameter of approximately 5 nm in energy range of 0.2 meV to 100 meV

勅使河原 誠; 土川 雄介*; 市川 豪*; 高田 慎一; 三島 賢二*; 原田 正英; 大井 元貴; 河村 幸彦*; 甲斐 哲也; 河村 聖子; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 929, p.113 - 120, 2019/06

ナノダイアモンドは、冷中性子以下のエネルギーにおける反射材として注目されている。ナノダイアモンドを用いた中性子源の高度化には、断面積データの整備が必要である。そのため、この論文では、中性子の透過率の測定から0.2meVから100meVの範囲で全断面積を測定した結果を報告する。測定した全断面積は、エネルギーが低くなるにつれて大きくなり、グラファイトと比較すると0.2meVで約2桁以上高くなることが分かった。その全断面積に占める非弾性散乱の寄与を調べるため、中性子のエネルギー1.2, 1.5, 1.9及び5.9meVで中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、測定したエネルギーにおいて、全断面積に占める非弾性散乱の寄与がほぼ無視できることも分かった。さらに、中性子小角散乱実験の結果から、全断面積の高くなる要因として、前方方向、いわゆる小角方向への散乱の寄与が高いことが示された。

論文

Atom-photon coupling from nitrogen-vacancy centres embedded in tellurite microspheres

Ruan, Y.*; Gibson, B. C.*; Lau, D. W. M.*; Greentree, A. D.*; Ji, H.*; Ebendorff-Heidepriem, H.*; Johnson, B. C.*; 大島 武; Monro, T. M.*

Scientific Reports (Internet), 5, p.11486_1 - 11486_7, 2015/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.35(Multidisciplinary Sciences)

A technique for creating high quality tellurite microspheres with embedded nano-diamonds (NDs) containing nitrogen-vacancy (NV) centers was developed. TZN tellurite glass (TeO$$_{2}$$-ZnO-Na$$_{2}$$O) was fabricated in-house using the melt-quench technique and was formed to be glass fiber with a diameter of 0.16 mm. During this process, NDs with NV centers which were created by electron irradiation at 2 MeV were added into TZN tellurite glass above 690 $$^{circ}$$C. To obtain uniformly dispersed ND solutions, the NDs were processed using strong acid reflux and ultra-sonication before the mixture with TZN tellurite glass. This method can realize very bright fluorescence of the NVs in the NDs at room temperature. It is concluded that this new approach can be applied to a robust way of creating cavities for use in quantum and sensing applications.

論文

Nanodiamond in tellurite glass, 2; Practical nanodiamond-doped fibers

Ruan, Y.*; Ji, H.*; Johnson, B. C.*; 大島 武; Greentree, A. D.*; Gibson, B. C.*; Monro, T. M.*; Ebendorff-Heidepriem, H.*

Optical Materials Express (Internet), 5(1), p.73 - 87, 2015/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:22.85(Materials Science, Multidisciplinary)

Tellurite glass fibers with embedded nanodiamond are attractive materials for quantum photonics applications. Reducing the loss of these fibers in the 600-800 nm wavelength range of nanodiamond fluorescence is essential to exploit the unique properties of nanodiamond in the new hybrid material. We reported the origin of loss in nanodiamond-doped glass and impact of glass fabrication conditions, as part I. In this study, we report the fabrication of nanodiamond-doped tellurite fibers with significantly reduced loss in the visible through further understanding of the impact of glass fabrication conditions on the interaction of the glass melt with the embedded nanodiamond. We fabricated nanodiamond with Nitrogen-Vacancy (NV) centers by 2 MeV electron irradiation at 1$$times$$10$$^{18}$$ /cm$$^{2}$$ and subsequent annealing at 800 $$^{circ}$$C. The nanodiamonds with NV centers were added into molten Tellurite glass. Tellurite fibers containing nanodiamond with concentrations up to 0.7 ppm-weight were fabricated, while reducing the loss by more than an order of magnitude down to 10 dB/m at 600-800 nm.

論文

JT-60SAに向けたJT-60トカマクの解体; 放射化大型構造体の解体

岡野 文範; 池田 佳隆; 逆井 章; 花田 磨砂也; JT-60チーム

プラズマ・核融合学会誌, 90(10), p.630 - 639, 2014/10

臨界プラズマ試験装置(JT-60)の本体解体に平成21年度から着手し、平成24年度(平成24年10月)に完遂した。JT-60は、日欧共同で進めるサテライト・トカマク計画として、長パルス化と高圧力プラズマを目指した超伝導核融合実験装置JT-60SAに改修するため、JT-60トカマク本体及び周辺設備を解体・撤去する必要があった。JT-60解体は、核融合実験装置として放射線障害防止法に基づいて実施した最初のケースである。具体的な解体作業では、トロイダル磁場コイル(TFコイル)の補強溶接部の切断と真空容器の2分割が、工程的、技術的に大きな課題であったが、それぞれの解決策を見出して作業を進め、平成24年10月に3年にわたる解体を無事故・無災害で完遂することができた。本報告では、JT-60トカマク解体の概要を紹介する。

論文

Development of reliable diamond window for EC launcher on fusion reactors

高橋 幸司; Illy, S.*; Heidinger, R.*; 春日井 敦; 南 龍太郎; 坂本 慶司; Thumm, M.*; 今井 剛

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.305 - 310, 2005/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:33.95(Nuclear Science & Technology)

核融合炉におけるECランチャー用銅コーティングダイヤモンド窓を開発した。ダイヤモンド窓は周辺冷却で設計するが、そのディスクエッジに銅コーティングを施し、エッジが破損したとしても冷却水が伝送系内に浸透しないという機能を持つ。また、冷却構造を付加するためにディスクエッジにアルミロウ付けでインコネル製筒を接合するが、銅コーティングはそのロウ付け部の腐食防止にも効果的である。この窓の冷却性能を調べるため、170GHz、大電力伝送実験を行った。高周波パワーは55kW、パルス幅は3.0秒である。この時の温度上昇は45度程度となり、tan$$delta$$=4.4$$times$$10$$^{-4}$$,熱伝導率1.9kW/m/Kでの計算結果とよく一致する。実験で使用したダイヤモンドは誘電損が通常より20倍程高く(4.4$$times$$10$$^{-4}$$)、今回の実験で得られた温度上昇(誘電損失)は、実際使用する高品質ダイヤモンドにおける1MW伝送と同レベルである。本実験結果から、銅コーティングは冷却性能を阻害しないことを実証した。また、窓エッジ破損によるトラブルも回避できるという観点から、銅コーティングによりダイヤモンド窓の信頼性が向上したと言える。

論文

Preliminary measurements on single and multi-crystal diamond electron cathodes

峰原 英介

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.55 - 56, 2005/07

次世代,高輝度及び大電流の電子源は光陰極,熱電子陰極,結晶ダイアモンド電子陰極及びその他のものに似ており、次世代ERL(エネルギー回収型線型加速器)に基づいた光源及びSASEのX線の自由電子レーザーを実現すると期待されている。JAERI FELグループは、大電流,高輝度及び長命電子源のための新しい結晶ダイアモンド電子陰極技術を最近開発し始めた。発表では、私たちは、戦略について説明し、議論する。そして結晶ダイアモンド陰極及び関連するダイアモンド陰極評価システムの予備的実験の測定を報告する。

論文

Thermal desorption behavior of deuterium implanted into polycrystalline diamond

木村 博美*; 佐々木 政義*; 森本 泰臣*; 竹田 剛*; 児玉 博*; 吉河 朗*; 小柳津 誠*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛; et al.

Journal of Nuclear Materials, 337-339, p.614 - 618, 2005/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:53.79(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、炭素材料中でのトリチウムの化学的挙動をさらに理解するため、多結晶ダイアモンド(PD)に打ち込まれた重水素の脱離過程に注目し、同様の実験を行ったグラファイト単結晶(HOPG)からの重水素脱離挙動と比較した。HOPG及びPDから得られた重水素のTDSスペクトルの比較から、HOPGからの重水素脱離は、sp2C及びsp3Cからの脱捕捉であり、PDからのそれはsp3Cからの脱捕捉であることが示唆される。一方、メタンの脱離スペクトルをそれぞれ比較すると、それぞれの試料において、ピーク温度がそれぞれの重水素脱離ピーク温度と同じであった。このことより、メタンの脱離には重水素の脱離が関与していると考えられる。つまり、メタンの脱離過程は、CD3とDの表面での再結合律速過程であることを示唆している。これらの結果より、打ち込まれた重水素の脱離には材料中の炭素の化学状態、つまり、混成軌道の違いが関与しているものと考えられる。

論文

Tensile and fatigue strength of free-standing CVD diamond

Davies, A. R.*; Field, J. E.*; 高橋 幸司; 羽田 一彦

Diamond and Related Materials, 14(1), p.6 - 10, 2005/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:38.27(Materials Science, Multidisciplinary)

化学気相成長(CVD)法で合成する人工ダイヤモンドは、近年、特に電子デバイス分野への応用が期待されている。核融合分野では高周波加熱装置の真空窓材として使用する。その真空窓は、真空容器と同じ境界をなすことから、安全性及び構造健全性を示す必要がある。そのためのデータを得るべく3点曲げによる強度試験及び疲労試験を行った。その結果、基盤側及び成長側の強度は、それぞれ690$$pm$$90MPa及び280$$pm$$30MPaであることが判明した。また、疲労強度は、破壊強度の89%で10$$^{7}$$回の繰り返し荷重を加えても破壊することは無く、健全性を示した。

論文

Development of EC launcher components for ITER

高橋 幸司; 小林 則幸*; 春日井 敦; 坂本 慶司

Journal of Physics; Conference Series, 25, p.75 - 83, 2005/00

ITER水平ポートランチャーの構成機器、例えば、可動ミラー,導波管伝送系,ダイヤモンド窓の開発における最近の進展について報告する。可動ミラー開発では設計・解析を中心に、冷却水供給用のスパイラル配管の繰り返し応力試験等も実施し、現実的な可動ミラー系の構造を確立した。ダイヤモンド窓開発では、窓表面あるいは内部において発生する可能性があるクラックと、冷却している窓周辺までの到達を仮定したときに起こり得る冷却水漏洩を防止することを目的として、周辺部に銅コーティングした窓を開発し、1MW級相当の大電力実験を行った。その結果、温度上昇は従来窓と比べて大きな変化は無く、コーティング部には問題となり得る熱応力も発生しないことを実証し、銅コーティングによりダイヤモンド窓の安全性が向上することを明らかにした。

論文

Energetic deuterium and helium irradiation effects on chemical structure of CVD diamond

佐々木 政義*; 森本 泰臣*; 木村 宏美*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛; 奥野 健二*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.899 - 903, 2004/08

核融合炉用ミリ波帯高周波加熱システムのトーラス窓(高周波窓)の窓材として、CVDダイアモンドは標準となっている。トーラス窓は、トリチウム障壁としての役割も担うことから、トリチウムやヘリウム,放射性ダスト環境下にあり、したがって、ダイアモンドの化学構造に対する水素同位体等の影響を解明することは重要である。本研究では、窓と同一グレードのCVDダイアモンド試料($$phi$$=10.0mm, t=0.21mm)を、アルゴンイオンビームスパッタリング(E$$_{b}$$=1keV)による酸素等の不純物除去の後に、重水素及びヘリウムイオンを照射した。照射エネルギーはそれぞれ0.25keV, 0.45keVである。照射サンプルをX線光電子分光(XPS)測定によって調べたところ、C1ピークが低エネルギー側にシフトしていることが観測された。この結果は、ダイアモンドがC-D結合によりアモルファス化したことを示唆している。

論文

Energetic deuterium and helium irradiation effects on chemical structure of CVD diamond

佐々木 政義*; 森本 泰臣*; 木村 博美*; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛; 奥野 健二*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.899 - 903, 2004/08

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

核融合炉用電子サイクロトロン波加熱(ECH)装置における真空窓として使用するCVDダイヤモンドの$$gamma$$線照射実験を行った。照射にはコバルト60の$$gamma$$線源を使用し、ITERにおいて10年間の照射量に相当する約16kGyまで照射を行うと同時に、XPSにより構造変化を測定した。その結果、sp$$^{3}$$C+sp$$^{2}$$Cに対するsp$$^{2}$$Cの比が、酸素+炭素に対する酸素の比とほぼ等しいことがわかった。また、それらの比は3kGyまでは減少し、それ以降12kGyまでは上昇するということが判明した。これは、$$gamma$$照射によりカルボニル基から酸素とsp$$^{2}$$Cへの分離の可能性を示唆しており、$$gamma$$線照射による化学構造変化に対して、酸素の役割が非常に重要であると考えられる。

論文

The Toughness of free-standing CVD diamond

Davies, A. R.*; Field, J. E.*; 高橋 幸司; 羽田 一彦

Journal of Materials Science, 39(5), p.1571 - 1574, 2004/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:68.61(Materials Science, Multidisciplinary)

人工ダイヤモンドは工作機器や半導体等、さまざまな分野に応用される。核融合分野では高周波加熱装置の真空窓材として、化学気相成長(CVD)法で合成する人工ダイヤモンド使用する。その真空窓は、高周波パワーを通すだけでなく、真空容器に内包されるトリチウムや放射性物質を閉じ込める境界の役割を担うことから、安全性及び構造健全性を示す必要がある。そのための強度評価を行う必要があるが、その一環として、メカニカルグレードと光学グレードのCVDダイヤモンドの4点曲げ強度試験を行い、破壊じん性を調べた。その結果、それぞれの破壊靭性値(K$$_{1C}$$)は8.5$$pm$$1.0及び8.3$$pm$$0.4MPa($sqrt{m}$)であることを明かにした。これは、以前に得られた天然ダイヤのK$$_{1C}$$, 3.4$$pm$$0.5MPa($sqrt{m}$)より高い。

論文

Application of diamond window for infrared laser diagnostics in a tokamak device

河野 康則; 千葉 真一; 井上 昭*

Review of Scientific Instruments, 75(1), p.279 - 280, 2004/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:43.78(Instruments & Instrumentation)

トカマク装置JT-60Uにおける電子密度診断のための赤外CO$$_{2}$$レーザ干渉・偏光計測において、CVDダイヤモンド板を真空窓として適用することに成功した。従来のジンクセレン窓と比較して、ダイヤモンド窓では、窓部で発生するファラデー回転成分を無視できるほど小さくできた。結果として、偏光法によるトカマクプラズマでのファラデー回転測定の改善を得た。

論文

Strong anti-stokes luminescence from H$$^{+}$$-irradiated diamond

Xu, Y.; 楢本 洋; 鳴海 一雅; 宮下 喜好*; 神谷 富裕; 酒井 卓郎

Applied Physics Letters, 83(10), p.1968 - 1970, 2003/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:87.82(Physics, Applied)

超高純度人工ダイヤモンド結晶の断面に、マイクロビーム(H$$^{+}$$)を走査して、照射量が大きく異なる直方体状の照射スポットを多数形成した。さらに、圧電駆動型の試料ステージを有する共焦点型顕微ラマン分光器上で、断面からの距離の(深さ)関数として、発光強度を測定して、格子間原子型3H色中心のクラスター量が2-3個のC原子であることと、これを高密度に形成する条件を見いだした。その結果、この3H色中心が、多光子励起ではなく、格子振動と強く相互作用した励起に基づく、アンチストークス発光をもたらすことを、実験的に検証することに成功した。

論文

Development of EC H&CD launcher components for fusion device

高橋 幸司; 石塚 悦男; Moeller, C. P.*; 林田 一徳*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 林 健一*; 今井 剛

Fusion Engineering and Design, 66-68, p.473 - 479, 2003/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:35.63

核融合装置用ランチャーの健全性確認のために、ランチャー前方に可動ミラーを設置する先端可動型ランチャーモックアップを製作し、可動ミラー用冷却配管の動作試験及びベアリングの中性子照射効果を調べる試験を行った。何れもITERと同等の条件下で行い、冷却配管の応力は最大で60MPaで許容応力より十分低いことを実証し、また計算結果と合うことも確認した。ベアリング性能に中性子照射の影響もなく、先端可動型の有効性を実証した。後方に可動ミラーを設置する遠隔駆動型ランチャーのモックアップの大電力放射試験を行い、角度0-10$$^{circ}$$において0.5MW-3sec and 0.2MW-10secの放射に成功した。実験中及び実験後に放電や性能劣化は見られず。こちらも有効性を確認した。この結果を基に、実機と同等レベルのランチャーを設計し製作した。

論文

Formation of promising Co-C nanocompositions

Lavrentiev, V.; 阿部 弘亨; 山本 春也; 楢本 洋; 鳴海 一雅

Surface and Interface Analysis, 35(1), p.36 - 39, 2003/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:74.2(Chemistry, Physical)

反応性の低いCoとC$$_{60}$$よりなる混合物の薄膜を、同時蒸着法により作製して、その微細構造の評価を、電子顕微鏡,ラマン分光及び原子間力顕微鏡などで行った結果について報告する。CoとC$$_{60}$$は、ナノスペース特有のCoの凝集過程とC$$_{60}$$の同素体変換過程を経て、炭素同素体で被覆されたCoナノ粒子よりなる、複合物質を形成する。特にその構造特性は、熱処理後に顕著になり、ナノCo結晶粒子に整合したナノダイアモンドの成長と、単一壁炭素ナノチューブの形成がその典型となる。会議では、上記結論に至る、微細構造解析の結果について、発表する。

論文

Development of EC launcher and diamond window for ITER

高橋 幸司; 坂本 慶司; 今井 剛; 春日井 敦; Heidinger, R.*; Thumm, M.*; Moeller, C. P.*

Proceedings of IAEA TM on ECRH Physics and Technology for ITER (CD-ROM), 7 Pages, 2003/00

ECランチャーには先端可動型と遠隔駆動型がある。前者のキーコンポーネントである先端ミラー(銅合金)について1ビーム当たり1MW,CWという条件の下に熱解析を行い、ミラー表面で最高温度333$$^{circ}$$C,熱応力136MPaが生じることが判明した。応力は許容応力(200MPa)以下である。後者についてはRF伝送試験を行い、設計通りの放射角度範囲(-12$$^{circ}$$$$<$$$$theta$$$$<$$12$$^{circ}$$)で95%以上という高効率伝送に成功した。中性子を照射したダイアモンド窓(10$$^{21}$$n/m$$^{2}$$:ITERでの想定量より2$$sim$$3桁多い)について、RF伝送試験と圧力試験を行い、0.48MW-30sec及び0.2MW-132secの伝送と耐圧力0.4MPa(ITERの設計条件の2倍)を実証し、ダイアモンド窓がITERで使用できる見通しを得た。

論文

In situ X-ray observations of the decomposition of brucite and the graphite-diamond conversion in aqueous fluid at high pressure and temperature

岡田 卓; 内海 渉; 金子 洋*; 山片 正明*; 下村 理

Physics and Chemistry of Minerals, 29(7), p.439 - 445, 2002/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:49.16(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、マントル流体相候補物質を触媒として用いたダイヤモンド生成過程の高温高圧その場直接観察実験技術をはじめて確立した。ブルーサイト(Mg(OH)$$_{2}$$)と黒鉛を出発物質として、その場放射光X線回折実験を行った。3.6GPa・1050$$^{circ}C$$においてブルーサイトはペリクレース(MgO)とH$$_{2}$$Oに分解したが、6.2GPa・1150$$^{circ}C$$においてはブルーサイト分解後にペリクレースは生成されなかった。これはH$$_{2}$$O中のMgO成分溶解量が圧力増加とともに増大していることを示す。H$$_{2}$$O流体相中での黒鉛-ダイヤモンド変換は、7.7GPa・1835$$^{circ}C$$において観察された。さらに、この変換過程のX線回折プロファイル時間依存データが得られた。

論文

Modification of carbon related films with ion beams

楢本 洋; Xu, Y.; 鳴海 一雅; Zhu, X.; Vacik, J.; 山本 春也; 宮下 喜好*

JAERI-Review 2001-039, TIARA Annual Report 2000, p.183 - 185, 2001/11

イオンビーム蒸着法、及びイオンビーム誘起蒸着法を用いて合成した炭素薄膜に関する、構造状態評価、及び表面形態評価に関する報告である。イオンビーム蒸着からは、非晶質膜中に混在するナノダイアモンドが見つかり、DLC膜の研究者にインパクトを与えた。一方イオンビーム誘起蒸着法でも、イオン電流の値を大きくすると、高圧下で観察されているHCPナノダイアモンドの生成を確認することができた。

論文

Modification of carbon related films with energy beams

楢本 洋; Xu, Y.; 鳴海 一雅; Vacik, J.; Zhu, X.; 山本 春也; 宮下 喜好*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.647, p.O5.18.1 - O5.18.16, 2001/00

イオンやレーザー等の指向性エネルギービームを炭素系薄膜に照射することにより、例えばフラーレン薄膜は、さまざまな同位体へと変換する。この改質過程を、空間的に制御したり、結合状態を制御することにより、新しい機能を付与可能であることを、具体的事例を交えて、総合的に報告する。

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