J-PARC陽子ビーム照射施設の概念設計

明午 伸一郎; 岩元 大樹; 杉原 健太*; 平野 幸則*; 堤 和昌*; 斎藤 滋; 前川 藤夫

JAEA-Technology 2024-026, 123 Pages, 2025/03

JAEA-Technology-2024-026.pdf:14.22MB

J-PARC核変換実験施設ADSターゲット試験施設(TEF-T)の設計をベースとし、J-PARC陽子ビーム照射施設の概念検討を行った。これは、文部科学省の分離変換技術評価タスクフォースの提言「ADSの工学的課題解決に加え、多様なニーズへの対応の可能性を含め、既存のJ-PARCの陽子加速器を利用可能な利点を最大限活用する施設仕様を検討することが望ましい。」を受けたものである。TEF-T設計で不要となった設備を削減する一方、多様なニーズに対応可能な設備の具体化を行った。多様なニーズとして、諸外国の大強度加速器施設の利用法の調査を行った。その結果、1)材料照射試験、2)核破砕中性子を用いた半導体機器のソフトエラー試験、3)医療用RI製造および4)陽子ビーム利用を主な利用目的と特定し、これらの利用に必要な施設の検討を行った。施設概念の検討にあたっては、2022年に施設のユーザーコミュニティを立ち上げ、ユーザーの意見を広く取り入れて施設設計に反映した。本報告書は、陽子ビーム照射施設の概念検討結果、多様なニーズとその対応、施設建設に向けたロードマップおよび今後の課題についてまとめたものである。

令和5年度東京電力福島第一原子力発電所周辺における航空機モニタリング及び無人飛行機による放射線モニタリングに係る技術開発(受託研究)

普天間 章; 眞田 幸尚; 中間 茂雄; 佐々木 美雪; 越智 康太郎; 長久保 梓; 澤幡 義郎*; 川崎 義晴*; 岩井 毅行*; 平賀 祥吾*; et al.

JAEA-Technology 2024-021, 232 Pages, 2025/03

JAEA-Technology-2024-021.pdf:25.79MB

2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震による津波に起因する東京電力福島第一原子力発電所事故では、大量の放射性物質が周辺環境に飛散した。事故直後から、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手段として、航空機を用いた空からの測定方法が採用されている。日本原子力研究開発機構は、原子力規制庁からの受託事業として、有人ヘリコプター及び無人ヘリコプターを使用して、東京電力福島第一原子力発電所周辺の航空機モニタリングを継続的に実施してきた。本報告書では、令和5年度に実施したモニタリング結果について取りまとめ、過去のモニタリング結果との比較から空間線量率等の変化量を評価し、その変化要因について考察した。また、航空機モニタリングによる計数率から空間線量率への換算精度向上のために、地形の起伏を考慮に入れた解析を行った。地形の起伏を考慮する前後の解析結果を比較し、本手法による換算精度向上の効果を評価した。さらに、有人ヘリコプターについては、空気中のラドン子孫核種の弁別手法を測定結果に適用し、ラドン子孫核種が航空機モニタリングに与える影響を評価した。加えて、より効率的に広範囲な航空機モニタリングを展開するため、無人航空機によるモニタリングの技術開発を進めた。

Comparative analysis of primary variables selection in modeling non-isothermal two-phase flow; Insights from EBS experiment at Horonobe URL

Kim, M.*; Lee, C.*; 杉田 裕; Kim, J.-S.*; Jeon, M.-K.*

Geomechanics for Energy and the Environment, 41, p.100628_1 - 100628_9, 2025/03

https://doi.org/10.1016/j.gete.2024.100628

この研究では、DECOVALEX-2023プロジェクトの一環として幌延の地下研究施設で実施された実規模大の人工バリア試験の数値解析を使用して、非等温二相流のモデリングに対する主要変数の選択の影響を調査した。検証済みの数値モデルを使用して、人工バリアシステム内の不均質多孔質媒体の熱-水連成挙動を解析した。支配方程式を離散化する際の2つの異なる主要変数スキームを比較したところ、結果に大きな違いがあることが明らかになった。

Massive Dirac magnons in the three-dimensional honeycomb magnetic oxide FeTiO

Chung, J.-H.*; Kwangwoo, S.*; Yokoo, Tetsuya R.; 植田 大地*; 今井 正樹; Kim, H.-S.; Kiem, D. H.; Han, M. J.*; 社本 真一

Scientific Reports (Internet), 15, p.5978_1 - 5978_10, 2025/02

https://doi.org/10.1038/s41598-025-90478-2

Two dimensional honeycomb ferromagnets host massless Dirac magnons which are a bosonic analogue of Dirac fermions in graphene. The Dirac magnons may become massive and topological when the time-reversal symmetry breaks and an energy gap opens up at the Dirac point, which was experimentally observed in Cr-based van der Waals magnets. Here, we investigate the spin wave excitations in the magnetic oxide FeTiO with Fe electrons (). Using inelastic neutron scattering, we observe two magnon bands separated by a 1.2-meV gap at the Dirac points indicating that its Dirac magnons are massive. Using the linear spin-wave and density functional theory calculations, we find that the spin-orbit-coupled antisymmetric Dzyaloshinskii-Moriya exchanges can best account for the observed Dirac gap opening. The associated Berry curvature and Chern number () indicate that FeTiO hosts topological spin excitations via time-reversal symmetry breaking of Dirac magnons.

New insight on the thermal impact on cementitious materials due to high-temperature with water supply; Continuous expansive spalling in water

三浦 泰人*; 宮本 慎太郎*; 丸山 一平*; Aili, A.*; 佐藤 拓未; 永江 勇二; 五十嵐 豪*

Case Studies in Construction Materials, 21, p.e03571_1 - e03571_14, 2024/12

https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03571

In this study, the expansion behavior of cement materials after high-temperature heating and water immersion was observed experimentally. Two experiments were conducted using mortar specimens with different sand-to-cement ratios subjected to different high-temperature histories up to 1000C. In Case 1, the specimens were immersed in water after high-temperature heating and then cooled naturally; in Case 2, the specimens were immersed in water at high temperatures without the cooling process. Based on the results, it was confirmed that lime expansion due to the rehydration of CaO by heating occurred in Case 1. In contrast, dynamic continuous explosive spalling occurred in Case 2 because of water penetration into the specimen at a high temperature. The explosive spalling in water observed in Case 2 is a phenomenon that has not been reported to date. Possible failure mechanisms for lime expansion and continuous expansive spalling in water are suggested.

Enhanced cryogenic mechanical properties of heterostructured CrCoNi multicomponent alloy; Insights from neutron diffraction

Naeem, M.*; Ma, Y.*; Knowles, A. J.*; Gong, W.; Harjo, S.; Wang, X.-L.*; Romero-Resendiz, L.*; 他6名*

Materials Science & Engineering A, 916, p.147374_1 - 147374_8, 2024/11

https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147374

Heterostructured materials (HSMs) improve the strength-ductility trade-off of alloys, but their cryogenic performance under real-time deformation is unclear. We studied heterostructured CrCoNi medium-entropy alloy via neutron diffraction at 77 K and 293 K. A significant mechanical mismatch between fine and coarse grains led to an exceptional yield strength of 918 MPa at 293 K, increasing to 1244 MPa at 77 K with a uniform elongation of 34%. This strength-ductility synergy at 77 K is attributed to high dislocation pile-up density, increased planar faults, and martensitic transformation. Compared to homogeneous alloys, HSMs show promise for enhancing cryogenic mechanical performance in medium-/high-entropy alloys.

Effect of radon inhalation on murine brain proteins; Investigation using proteomic and multivariate analyses

直江 翔太*; 田中 歩*; 神崎 訓枝; 竹中 伶樹*; 迫田 晃弘; 宮地 孝明*; 山岡 聖典*; 片岡 隆浩*

Acta Medica Okayama (Internet), 78(5), p.387 - 399, 2024/10

http://doi.org/10.18926/AMO/67663

Radon is a known risk factor for lung cancer; however, it can be used beneficially, such as in radon therapy. We have previously reported the enhancement of antioxidant effects associated with trace amounts of oxidative stress as one of the positive biological effects of radon inhalation. However, the biological effects of radon inhalation are incompletely understood, and more detailed and comprehensive studies are required. Although several studies have used proteomics to investigate the effects of radon inhalation on body proteins, none has focused on brain proteins. In this study, we evaluated the expression status of proteins in murine brains using proteomic and multivariate analyses to identify those whose expressions changed following two days of radon inhalation at a concentration of 1,500 Bq/m. We found associations of radon inhalation with the expressions of seven proteins related to neurotransmission and heat shock. These proteins may be proposed as biomarkers indicative of radon inhalation. Although further studies are required to obtain the detailed biological significance of these protein alterations, this study contributes to the elucidation of the biological effects of radon inhalation as a low-dose radiation.

Dynamics and functions of microbial communities in the plastisphere in temperate coastal environments

Battulga, B.; 中山 理智; 松岡 俊将*; 近藤 俊明*; 安藤 麻里子; 小嵐 淳

Water Research, 264, p.122207_1 - 122207_12, 2024/10

https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122207

環境中のマイクロプラスチック(MP、サイズ: 5mm)上の微生物の付着とバイオフィルムの形成に対する注目が高まっている。ここでは、微生物の生態と水生生態系への影響についての理解を深めるために、プラスティスフィア内の微生物群集を調査する。我々は、16S遺伝子とITS遺伝子のアンプリコン配列を使用して、日本の2つの対照的な沿岸地域のMP、地表水、底質、海岸砂における細菌および真菌群集の構成と多様性を特定した。サンプルの種類と研究場所に応じて、大幅に異なる微生物の多様性と分類学的組成が検出された。炭化水素分解群集の定着とMP上での病原体の発生の結果として、微生物分類群の複雑なプロセスがMP関連バイオフィルムの特性、ひいてはMPの特性に影響を与える。この研究は、MP関連バイオフィルムにおける微生物の代謝機能に焦点を当てており、これは地球生態系に対するプラスチック破片の真の影響を明らかにする鍵となる可能性がある。

高圧中性子回折実験のためのダイヤモンドアンビルセルの開発

町田 真一*; 服部 高典; 中野 智志*; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*; 阿部 淳*

高圧力の科学と技術, 34(3), p.134 - 142, 2024/09

https://doi.org/10.4131/jshpreview.34.134

J-PARC物質・生命科学実験施設PLANETビームラインにおいて、高圧中性子回折実験用ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を開発した。高圧発生には円錐形状で支持されたダイヤモンドアンビルを用いた。その結果、69.4GPaまでのDO氷の中性子データを得ることに成功した。また、中性子回折測定に適したガスケット材料を検討した。11種類の合金を試験し、SUS304, Inconel718, M2052 (73Mn-20Cu-5Ni-2Fe, at%)合金が優れた性能を示した。特にM2052ヌルマトリクス合金は、入射ビームがガスケットに当たることが避けられない中性子回折実験に有用であることが実証された。われわれは、DO氷に対して少なくとも43.3GPaまでリートベルト解析が可能な中性子回折プロファイルを得ることができた。

Application of the GIF safety design criteria and safety design guidelines on decay heat removal system to next generation sodium-cooled fast reactor in Japan

山野 秀将; 二神 敏; 日暮 浩一*

Proceedings of Advanced Reactor Safety (ARS 2024), p.121 - 130, 2024/08

本論文は、信頼性を向上させた崩壊熱除去系について、第4世代炉国際フォーラムで開発された安全設計クライテリアと安全設計ガイドラインを我が国で最近設計されたナトリウム冷却高速炉へ適用したことを記述する。