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報告書

イオン駆動透過法によるニッケル中のトリチウムと重水素の拡散及び表面再結合に関する同位体効果の測定と評価(協力研究)

中村 博文; 西 正孝; 杉崎 昌和*

JAERI-Research 2003-018, 32 Pages, 2003/09

JAERI-Research-2003-018.pdf:1.32MB

核融合炉の安全評価上必要な材料中のトリチウム輸送挙動の評価は、トリチウム輸送物性値、もしくは、軽水素,重水素輸送特性の同位体効果理論によるトリチウムへの外挿値により評価される。しかしながら、トリチウム輸送物性値の測定例は稀少であり、また、同位体効果理論の外挿性についてもトリチウムデータの稀少さゆえに完全に確証されておらず、材料中トリチウム挙動予測に不確実性が存在する。そこで本研究では、この材料中におけるトリチウムの輸送特性を評価するために、イオン駆動透過法を用いて、水素透過挙動がよく知られたニッケルに対するトリチウムの拡散係数及び表面再結合係数を測定し、全く同じ条件で実施した重水素の結果との比較により拡散と表面再結合のトリチウム-重水素間の同位体効果を評価した。その結果、拡散係数の同位体間効果に関しては、古典拡散理論から予測される同位体効果を示さず、トリチウムが重水素よりも大きな拡散係数を持つこと及び拡散の活性化エネルギーがトリチウムの方が小さいという傾向を得た。これらの結果は、振動温度を従来報告値より若干高く仮定することにより、既存の修正拡散モデルで説明可能であることを明らかにした。さらに、表面再結合に関する同位体効果に関しても、修正溶解モデルにより同様に説明可能なことを示した。

論文

Influence of superfluidity on recombination reactions of H+T$$rightarrow$$HT and T+T$$rightarrow$$T$$_{2}$$ in $$^{3}$$He-$$^{4}$$He quantum media under saturated vapor pressure at 1.6 K

荒殿 保幸; 井口 一成; 奥野 健二*; 熊田 高之

Journal of Physical Chemistry A, 107(19), p.3741 - 3746, 2003/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:87.43(Chemistry, Physical)

ヘリウム-3,ヘリウム-4量子媒体中におけるH+T$$rightarrow$$HT,T+T$$rightarrow$$T$$_{2}$$再結合反応への超流動の影響を1.6Kで調べた。その結果、超流動,常流動の相転移点で反応が変化することを見いだした。また、反応の同位体効果が非常に大きいことから、H,Tバブル原子のトンネル反応機構を提案した。

論文

Review of soft X-ray laser researches and developments

大道 博行

Reports on Progress in Physics, 65(10), p.1513 - 1576, 2002/10

 被引用回数:169 パーセンタイル:24.78(Physics, Multidisciplinary)

X線レーザー開発は1960年代の再結合型の提唱に始まる。本論文では、初期の提案,70年代の分光学的研究,80年代の疑う余地のないX線レーザーの実現,その後の短波長レーザー,放電型レーザー,長波長レーザーの発振について詳細にレビューしている。方式は電子衝突励起型,再結合励起型を中心に紹介している。次に極短波長域X線レーザー(h,$$nu>$$1keV)の開発につながる光励起方式,内殻電離方式等、これまで成功は収めてないものの、超短パルス高出力レーザー励起方式により新しい展開の望める方式を紹介している。最後に主として電子衝突励起方式X線レーザーを用いたX線レーザー干渉計,ラジオグラフィー,モアレディフレクトメーター,顕微鏡等のX線レーザー応用研究の系統的レビューを行っている。最後のまとめで、今後の開発計画に対する見解を述べている。

論文

Polarization of photons emitted in radiative electron capture by bare high-Z ions

Eichler, J.*; 市原 晃

Physical Review A, 65(5), p.052716_1 - 052716_5, 2002/05

 被引用回数:18 パーセンタイル:36.73(Optics)

裸の高Z原子核上で生じる輻射電子捕獲反応は、光電効果の逆反応である輻射再結合の理論を用いて解析できる。輻射再結合反応によって放出される光子の直線及び円偏光の偏光度を計算するための公式を、相対論的量子力学に基づいて導いた。公式中では、光子の全ての多重極項が考慮されている。得られた式を用いて直線偏光及び円偏光の偏光度の、光子放出角度に対する依存性及び入射電子エネルギー(放出光子エネルギー)依存性を計算した。そして、直接偏光の偏光度の符号が変化する際に偏光度がゼロとなる、(cross-over)光子放出角度に対する予見を行った。この結果、高Zイオンの光電効果中で予測されるcross over現象が、逆反応である輻射電子捕獲の実験によって測定できることを示した。

論文

Angle-differential cross sections for radiative recombination and the photoelectric effect in the ${it K, L,}$ and ${it M}$ shells of one-electron systems calculated within an exact relativistic description

市原 晃; Eichler, J.*

Atomic Data and Nuclear Data Tables, 79(2), p.187 - 222, 2001/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:44.83(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

原子核と電子との衝突において、光電効果の逆反応である輻射再結合が生じる。電荷が18,36,54,66,79,82,92の原子核のK,L,及びM殻中への輻射再結合に対する角度微分断面積を、電子の入射エネルギーが1.0keVから1.5eVの範囲で計算し、表にまとめた。計算方法は相対論的量子力学に基づくとともに光子の全ての多重極項を考慮している。角度分布の形状は核電荷の増加とともにゆっくりと変化する。このため、表の値を内挿することにより、他の核電荷に対する角度分布を見積もることができる。また論文中で、輻射再結合断面積を光電効果の断面積に変換するための簡単な変換式を与えた。

論文

Theoretical study on dielectronic recombination of O$$^{6+}$$ ions in metastable states

Zhao, L.-B.*; 白井 稔三

Physical Review A, 64(5), p.052704_1 - 052704_6, 2001/11

高励起状態の共鳴エネルギー領域にある二電子再結合を取り扱うために、Bell and Seaton [J. Phys. B 18, 1589 (1985)] の連続-束縛遷移理論と緊密結合R-行列法を組み合わせた計算法を開発した。この方法に加えて、我々が開発した低励起状態の共鳴エネルギー領域にある二電子再結合を取り扱う方法 [Phys. Rev. A 022706 (2000)] を準安定状態 $$1s2s ^3S$$ 及び $$1s2s ^1S$$にあるO$$^{6+}$$ イオンの測定スペクトルを解析するために応用した。また比較のために、摂動論的方法も適用した。これらの計算法はすべて測定スペクトルを良く再現するが、 $$sim$$6-8 eVにある二重ピーク構造のみが再現できなかった。この結果は、理論計算はもとより実験についても、さらに高精度の研究を実施する必要があることを示している。

論文

Tritium permeation behavior implanted into pure tungsten and its isotope effect

中村 博文; 林 巧; 角田 俊也*; 鈴木 卓美; 西 正孝

Journal of Nuclear Materials, 297(3), p.285 - 291, 2001/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.76(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉の安全を考えるうえで重要なトリチウムの金属透過挙動研究の一環として、ニッケル中のトリチウム及び重水素のイオン注入透過挙動を測定し、その同位体効果を検証した。同位体効果の検証に先立ち、重水素及びトリチウムの透過の律速過程を同定し、各々、550K以下の低温領域では入射側再結合律速-透過側拡散律速であり、550K以上の高温領域では入射側、透過側共に表面再結合律速であることを明らかとした。低温側の透過の過渡解析により、ニッケル中の重水素、トリチウムの拡散係数を求め、重水素との文献値との良い一致を得た。一方、拡散の同位体効果に関しては、拡散の活性化エネルギーに同位体依存性があることを見いだした。表面再結合係数に関しても重水素、トリチウムそれぞれに対して導出し、これも文献値との一致を見ると共に、重水素-トリチウム間の同位体効果の存在を明らかにした。得られた結果より、ニッケル中の重水素、トリチウムのイオン注入透過で観察された同位体効果に関しては、拡散係数よりも、表面再結合係数の寄与が大きいことが判明した。

論文

Strong relativistic effects on dielectronic recombination of metaotable Li$$^{+}$$ ions

Zhao, L.-B.; 白井 稔三

Physical Review A, 63(1), p.703_1 - 703_4, 2001/01

準安定状態1s2s $$^{3}$$SにあるLi$$^{+}$$イオンの二電子性光再結合断面積を緊密結合R-行列と摂動論的方法を用いて計算した結果を高分子解能実験の結果と比較した。非常に良く実験結果を説明することができた。0.1-0.2eVの衝突エネルギー領域の実験結果に現れる二重ピーク構造は相対論的効果に起因していること、その第二ピークの強さは輻射減衰の効果に非常に敏感であること、また1s2p($$^{1}$$P)nl(n=5-7)共鳴領域において、高軌道角運動量状態(1$$>$$3)からの断面積への寄与は非常に小さいことがわかった。最後の点はSaghiri et al. [Phys. Rev. A 60, R3350 (1999)]の結論と著しく異なる。

論文

Multichordal charge exchange recombination spectroscopy on the JT-60U tokamak

小出 芳彦; 逆井 章; 坂本 宜照; 久保 博孝; 杉江 達夫

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.119 - 127, 2001/01

 被引用回数:35 パーセンタイル:15.9(Instruments & Instrumentation)

JT-60U用荷電交換分光装置を開発した。本装置は、加熱用中性粒子ビームと完全電離炭素イオンとが荷電交換反応を行う際の発光スペクトルを分光測定し、そのドップラー拡がり、ドップラーシフト、発光強度からそれぞれ、イオン温度、プラズマ回転速度、炭素密度の情報を得るものである。本装置は以下の特徴を有する。(1)対物光学系等、JT-60U装置と直接接触する部品は、真空容器のベーキング温度である300度の耐熱性を持つと同時にディスラプションに伴う振動に耐える機械的強度を持つ(60gの加速度に耐えることを衝撃試験により確認)。(2)空間、時間に関して、十分な分解能(5cm,16.7ms)と測定点数(59空間点,900時刻点)を持つ。(3)ビームを見ない光学系の併用によりデータ処理を簡略化し、導出した物理情報が実験の方針決定に反映できる程度の高速処理を実現した。本論文では、装置の構成、較正方法、得られた空間分布データを示す。

論文

Cross sections for radiative recombination and the photoelectric effect in the K, L and M shells of one-electron systems with 1$$leq$$Z$$leq$$112 calculated within an exact relativistic description

市原 晃; Eichler, J.*

Atomic Data and Nuclear Data Tables, 74(1), p.1 - 121, 2000/01

 被引用回数:57 パーセンタイル:8.3(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

光電効果の逆反応である輻射再結合反応は、核融合炉内で生じる主要な電子-イオン衝突反応である。電荷Zが1から112の原子核のK-,L-,M-殻上への輻射再結合に対する断面積を、電子の入射エネルギーが1eVから数千keVの範囲において計算し、表にまとめた。計算方法は相対論的量子論に基づくとともに光子のすべての多重極項を考慮しており、表中の断面積は3桁までの厳密解である。また論文中には、輻射再結合断面積を光電効果の断面積に変換するための簡単な変換式も与えた。

論文

Collisional effects on population inversion in optical-field-ionized plasmas

匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*

Journal of the Physical Society of Japan, 68(4), p.1221 - 1227, 1999/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.2(Physics, Multidisciplinary)

高強度極短パルスレーザーを用いた光電界電離(OFI)による再結合型X線レーザーの場合、生成される電子のエネルギー分布は非マクスウェル分布となる。そのため、加熱機構を含む分布関数の時間変化を計算し、X線レーザーの反転分布生成に与える影響を定量的に評価する必要がある。本研究では、水素様ヘリウムに注目し利得の計算を行った。電子の分布関数については、電子-電子衝突による緩和過程を取り入れフォッカー・プランク方程式により計算した。この結果、緩和過程の影響が大きく、非マクスウェル性が抑制されてしまうことがわかった。しかしながら、入力レーザーのパルス幅を短くしていくことで(~10fs)最大12cm$$^{-1}$$の利得を得られることが示され、X線レーザーの発振の可能性が期待される。

論文

Spectrum analysis of three-body recombination rates for no-Maxwellian electron distributions under ultra-fast laser irradiation

山極 満; Koga, J. K.; 匂坂 明人*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 32(12), p.2881 - 2887, 1999/00

三体再結合率の計算手続に関して、各速度の電子の寄与がより明らかとなるような再定式化を行い、超高速レーザー照射下における電子速度分布に対して再結合率のスペクトル解析を行った。電子速度分布関数は2次元フォッカー-プランクシミュレーションにより求めた。ピッチ角平均速度分布をf(v)として、速度に関する再結合率スペクトル形状はvf(v)により、よく規定されることを見いだした。低速電子成分の増大により再結合率が効果的に増加することを視覚的に示した。再結合率に対するモデルエネルギー損失の効果についても議論した。

論文

Spectroscopic study of the W-shaped divertor in JT-60U

久保 博孝; 東島 智; 竹永 秀信; 清水 勝宏; 熊谷 晃*; 石島 達夫*; 鈴木 慎悟*; 伊丹 潔; 杉江 達夫; 逆井 章; et al.

Proc. of 1998 ICPP & 25th EPS Conf. on Contr. Fusion and Plasma Physics, 22C, p.427 - 430, 1998/00

近年、非接触ダイバータ・プラズマでは重水素イオンの体積再結合が重要な過程であると言われているが、再結合によるイオンのシンクを定量的に評価した研究はほとんどない。JT-60Uの部分非接触ダイバータ・プラズマにおいて、重水素のバルマー系列のスペクトル線強度を測定し、衝突・放射モデルを用いて解析することにより、再結合によるイオン・シンクが電離によるイオン・ソースの1-3%程度しかないことを明らかにした。また、JT-60Uのダイバータ・プラズマでは1-2eV程度の運動エネルギーを有するヘリウム原子が観測されているが、この原子は主プラズマのヘリウム混合率及びヘリウム排気効率に大きな影響を与えると考えられるので、その生成過程に関して弾性散乱を考慮した中性粒子輸送コードを用いて調べた。その他、炭素不純物の輸送に対するダイバータ・ドームの効果について報告する。

論文

Radiative electron capture and the photoelectric effect at high energies

市原 晃; 白井 稔三; J.Eichler*

Physical Review A, 54(6), p.4954 - 4959, 1996/12

 被引用回数:32 パーセンタイル:18.09(Optics)

裸の高Z入射イオンと低Z標的原子との高エネルギー原子衝突では、電子が入射イオンに輻射を伴って捕獲される(REC)。この輻射の角度分布は、自由電子と入射イオンの輻射再結合(RR)によるものとして非常に良く表すことができる。この過程は光電子効果の逆過程である。本論文では、これまでに計算された場合よりもはるかに高い0.2~10GeV/uの入射エネルギーでのAu$$^{79+}$$とU$$^{92+}$$に対する厳密な微分RR断面積を示した。また、入射エネルギーに相当するX-線エネルギーでの光電効果に対する微分断面積も示した。その結果、高エネルギーでの断面積の著しい前方ピークのために低Z標的からのRECの測定が光電効果を研究する最も実用的方法であることが分かった。特別な場合としてAu標的に入射した10.8GeV/uのAu$$^{79+}$$については、標的原子の電子数をかけたRR断面積は、インパルス近似でのREC断面積に近くなることも分かった。

論文

Photon angular distributions from radiative electron capture in relativistic atomic collisions

J.Eichler*; 市原 晃; 白井 稔三

Physical Review A, 51(4), p.3027 - 3035, 1995/04

 被引用回数:49 パーセンタイル:9.32(Optics)

重イオン原子核と軽元素原子との衝突で生じる輻射電子捕獲について、放出光子の角度分布を計算し、重イオンの電荷および入射エネルギーに対する依存性を調べた。輻射電子捕獲の断面積はradiative recombinationの断面積により定量的に再現されるため、radiative recombinationに関する厳密計算を行い、放出光子の角度分布を求めた。また、電子スピンの与える影響について考察を行った。

論文

L$$_{3}$$M$$_{4,5}$$M$$_{4,5}$$ spectator auger processes in 4d transition metal compounds

吉井 賢資; 馬場 祐治; 佐々木 貞吉

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 72, p.107 - 112, 1995/00

標準酸化物における、Y、Zr、Nb 2P$$_{3/2}$$軌道電子を放射光によって伝導帯に共鳴励起し、その後に起こる崩壊過程について調べたところ、次のような現象を観測した。(1)共鳴励起付近の入射光エネルギーにおいて、Y、Zr、Nb(L$$_{3}$$ M$$_{4,5}$$ M$$_{4,5}$$)オージェピークがノーマルオージェピークとスペクテータオージェピークの2本に分裂し、さらに後者は入射光エネルギーの増加とともに高エネルギー側にシフトする。このエネルギーシフト幅はX線吸収ピーク幅とほぼ同じことと、共鳴ラマン散乱(RRS)における類似の現象から、これは固体特有のバンド構造とRRSによって説明できる。(2)同じ入射光エネルギー付近でY、Zr 3d光電子ピークの強度比が期待値から大幅に変化する。これは直接再結合(direct-recombination)の寄与によるものである。

報告書

Ion-driven permeation of deuterium in metals

W.Shu*; 奥野 健二; 林 安徳*

JAERI-M 93-043, 62 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-043.pdf:1.37MB

定常状態でのイオン注入による透過過程の律速についての一般的なモデルを提出した。このモデルでは、入射飛程を考慮し、はっきりした物理的な意味のあるパラメータを導入して、定常状態でのイオン注入による透過過程の律速を識別しようとした。このモデルにより、透過過程の律速は、入射フラックス、試料の厚み、入射飛程、入射側と裏側との拡散係数と再結合係数に依存する。イオン注入法により、純鉄とFe-Ti合金および純モリブデルにおける重水素の透過挙動を調べた。透過スパイクと透過過程の律速および透過量に及ぼす入射エネルギーの影響を議論した。

論文

Ion-driven permeation and surface recombination coefficient of deuterium for iron

長崎 正雅; 西堂 雅博; 山田 礼司; 大野 英雄

Journal of Nuclear Materials, 202, p.228 - 238, 1993/00

 被引用回数:9 パーセンタイル:31.6

鉄の薄板に重水素(5keVD$$_{3+}$$,1.0$$times$$10$$^{15}$$D-atoms cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$)を注入し、その透過速度を30-1050$$^{circ}$$Cの範囲で測定した。200$$^{circ}$$C以上では、透過速度は温度とともに増加したのに対し、150$$^{circ}$$C以下では透過速度はほぼ一定であった。このような温度依存性は、ニッケル及び銅の場合と同じであり、金属薄板中の重水素の移動を律速する過程が変化することに起因すると考えられる。また、透過速度から、鉄表面における重水素の再結合係数を求めた。得られた値は、吸着確率と溶解度の文献値を用いて計算した半理論値とよく一致した。これは、水素の放出速度が、吸着に対する活性化障壁を反映していることを示している。

論文

Ion-driven permeation and surface recombination coefficient of deuterium for copper

長崎 正雅; 山田 礼司; 大野 英雄

J. Vac. Sci. Technol., A, 10(1), p.170 - 179, 1992/01

金属銅薄板に重水素イオンを注入し、その透過速度及び表面再結合定数を測定した。透過速度のパラメータ依存性(温度、注入フラックス等)は、高温側と低温側とで異なり、温度に伴い律速過程が変化することが明らかとなった。入射側表面での再結合が律速である領域の透過速度から、金属表面での重水素の再結合係数を求めた。銅の場合には、ニッケル及び鉄の場合と異なり、水素の表面吸着に対するエネルギー障壁をもっているモデルにより、実験値を定量的に説明できた。

論文

Ion-driven permeation and surface recombination coefficient of deuterium for silver

長崎 正雅; 山田 礼司; 大野 英雄

Journal of Nuclear Materials, 195, p.324 - 328, 1992/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:46.2(Materials Science, Multidisciplinary)

銀の薄板に重水素イオンを注入し、その定常透過速度を160-700$$^{circ}$$Cで測定した。透過速度は、400$$^{circ}$$C以上では温度とともに増加したが、300$$^{circ}$$C以下では温度に依らずほぼ一定であった。このような温度依存性は、ニッケル、銅、鉄の場合に見られた温度依存性と基本的に同じであり、水素の移動を律速する過程が300-400$$^{circ}$$Cで変化することを示している。また、透過速度から、銀表面における重水素の再結合係数を求めた。得られた値は、銀に対する重水素の吸着確率が非常に小さいことを示唆している。

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