Observation of the structure and dynamics of water in aqueous alkaline chloride solutions under gigapascal pressure by neutron scattering

Jing, Z.*; 山口 敏男*; 服部 高典; 山田 武*; 玉造 博夢; 松浦 直人*; Zhou, Y.*

Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 17(29), p.8419 - 8428, 2026/07

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c01411

一連のアルカリ塩化物水溶液に対して高圧中性子回折および準弾性中性子散乱実験を行い、圧力およびイオンによって引き起こされる水構造および拡散の変化が、それぞれ異なる物理的メカニズムに起因することを明らかにした。ギガパスカル級の圧力を加えると、イオンの種類にかかわらず、第2および第3配位殻の崩壊と格子間水分子数の増加により、水の四面体状水素結合ネットワーク構造がデンス・ランダム・パッキング構造へと変化する。これに対し、溶解したイオンは常圧下では第2配位殻を乱すものの、水本来の四面体状ネットワーク構造を維持する。常圧条件下でLiからCsにかけて見られた水の拡散に関する異常な傾向は、ギガパスカル級の圧力下では消失し、すべてのイオンが構造形成イオンの挙動を示す。

Assessing and tackling the barocaloric fatigue for applicable solid-state refrigeration

Xue, J.*; Huang, D.*; 服部 高典; Li, L.*; Feng, Y.*; Wang, H.*; Fan, X.*; Yao, J.*; Wang, Y.*; Liu, Z.*; et al.

Applied Physics Letters, 128(20), p.201903_1 - 201903_8, 2026/05

https://doi.org/10.1063/5.0333322

NHIのサイクル疲労およびバロカロリック応答は、最大100MPaの応力を伴う加圧・減圧サイクル下で直接評価され、100サイクルの後に断熱温度変化()は15Kから約0.8Kまで減少した。emphその場X線回折、ラマン分光法、および中性子回折を併用した解析により、最初の荷重除去後であっても残留高圧相が存在することが明らかになり、その割合は100サイクル目までに急速に90%まで増加した。この疲労挙動を解明するために現象論的モデルが構築され、実験データとの良好な一致が得られた。粒界応力を緩和し、結晶粒の移動性を高めるため、NHI粒子とシリコーンオイルからなる複合体を、3Dプリントされたポリマーシェルに封入した。このような構造設計により、バロカロリック効果のサイクル安定性が著しく向上し、100サイクル後でもは約4.6Kまで上昇した。我々の結果は、気圧熱効果の疲労挙動に関する基礎的な理解を確立するとともに、実用的な気圧熱冷却技術への実現可能な道筋を示すものである。

Composition dependence of the anomalous Nernst effect in FeMnN and FeCoN films

Yin, W.*; 伊藤 啓太*; 坪和 優佑*; 辻川 雅人*; 白井 正文*; 梅津 理恵*; 高梨 弘毅

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 628, p.173157_1 - 173157_8, 2025/09

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2025.173157

FeN exhibits a large anomalous Nernst effect (ANE), which motivates a systematic study of enhancing the anomalous Nernst coefficient (S) by modulating its electronic and magnetic structures. In this study, Mn and Co substitution effects for Fe in FeN on S were investigated. FeMnN and FeCoN films in wide ranges of x and y were grown epitaxially on MgO(001) and (LaAlO)(SrTaAlO)(001) substrates, respectively, using molecular beam epitaxy. The S value of the FeN film is suppressed by substituting Fe with Mn or Co. By measuring the ANE, Seebeck effect, and anomalous Hall effect, the transverse thermoelectric conductivity () was evaluated. The composition dependence of S was dominated by the change of for both FeMnN and FeCoN films. First-principles calculations were conducted for the transverse electric conductivity () and of FeN and FeCoN, and large leading to large S was predicted in FeCoN.

Thermal aging effects on high temperature tensile strength of Mod.9Cr-1Mo steel with stress release treatment

豊田 晃大; 今川 裕也; 鬼澤 高志; 鈴木 章裕*

Proceedings of the ASME 2025 Pressure Vessels & Piping Conference (PVP2025) (Internet), 8 Pages, 2025/07

https://doi.org/10.1115/PVP2025-153101

Sodium-cooled fast reactors (SFRs) have been focused on to realize a decarbonized society and are being developed in Japan. Since there is concern that Mod.9Cr-1Mo steel, a candidate material for SFR steam generators, will be affected by thermal aging and lose strength when used at high temperatures for long periods of time, it is important to evaluate the effect of thermal aging over long periods of time. Mod.9Cr-1Mo steel requires post weld heat treatment (PWHT) after welding. In the Japan Society of Mechanical Engineers (JSME)code, Rules on the Design and Construction of Nuclear Power Plants, the allowable values for base metal are set using materials that have undergone stress relief heat treatment (SR) after normalizing and tempering (NT) to simulate the thermal history of the PWHT. This paper describes the post aging tensile strength of materials subjected to prolonged thermal aging in order to provide a more detailed evaluation of the effects of thermal aging on Mod. 9Cr-1Mo steels subjected to NT+SR than has been done in the past. The evaluation in this paper used tensile test results of material that had been actually thermal aged at 550C for approximately 200,000 hours. The results of post aging tensile tests showed that there was a difference in strength loss after aging between the NT materials and NT+SR materials. This paper discusses the differences between NT materials and NT+SR materials from the tensile test results obtained and identifies issues that need to be resolved for further analysis.

Scalar spin chirality Nernst effect

Go, G.*; Goli, D. P.*; 江崎 蘭世; Tserkovnyak, Y.*; Kim, S. K.*

Physical Review Research (Internet), 7(2), p.L022066_1 - L022066_7, 2025/06

https://doi.org/10.1103/y3m6-25rw

It remains an open question whether or not the scalar spin chirality itself can exhibit a Hall-type transport. In this work, we show that the answer is yes: The scalar spin chirality is Hall-transported in Kagome ferromagnets and antiferromagnets under an external bias, engendering a phenomenon which we dub the scalar spin chirality Nernst effect. Our findings call for the need to lift the conventional assumption that the scalar spin chirality is a static quantity in order to discover the active roles of the scalar spin chirality in transport properties.

Giant Hall effect in a highly conductive frustrated magnet GdCu

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

https://doi.org/10.1038/s41535-025-00774-3

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.

Magnetoferroelectric phase transition induced by latent spin-lattice coupling in the geometrically frustrated magnet

玉造 博夢; 内原 猛*; 満田 節生*; 石井 祐太*; 中尾 裕則*; 竹端 寛治*; 今中 康貴*

Physical Review B, 111(13), p.134403_1 - 134403_9, 2025/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.134403

In multiferroic CuFeAlO, applying uniaxial pressure generates a magnetoferroelectric phase distinct from the well-studied spin-driven ferroelectric phase associated with helical magnetic ordering in this system. Using a four-circle neutron diffractometer, the magnetic structure of the -induced magnetoferroelectric phase is determined as the collinear sinusoidal type, which itself does not break the inversion symmetry in this system. Additionally, synchrotron radiation X-ray diffraction experiments are conducted to investigate how the triangular lattice in CuFeAlO is distorted by applied . Although lattice distortion during the magnetic phase transition in CuFeAlO is mitigated by the substitution of nonmagnetic Al, the application of along the conjugate direction revives the "latent" spin-lattice coupling, causing the triangular lattice to distort during magnetic phase transition. The application of a magnetic filed considerably reduces -induced ferroelectric polarization, but does not affect lattice distortion. These results indicate that -induced ferroelectric polarization is not a consequence of the piezoelectric effect. Instead, the sinusoidal magnetic structure would contribute to the emergence of -induced ferroelectric polarization through spin-lattice coupling.

Assessment of individual external exposure doses based on environmental radiation in areas affected by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident

佐藤 里奈; 吉村 和也; 眞田 幸尚; 三上 智; 山田 勉*; 中曽根 孝政*; 金井塚 清一*; 佐藤 哲朗*; 森 翼*; 高木 毬衣*

Environment International, 194, p.109148_1 - 109148_8, 2024/12

https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.109148

周辺線量当量による個人の外部被ばく線量評価は、個人線量計が適用できない、予測的及び遡及的な評価に用いられる。しかし、様々なパラメータを用いるため個人線量測定による評価よりも誤差を含む傾向がある。そこで本研究では、周辺線量当量から個人の外部被ばく線量を精度良く評価するため、生活パターンと、建物や乗り物による遮蔽効果を考慮して実効線量を評価するモデルを作成した。モデルパラメータは、2020から2021年に福島第一原子力発電所の被災地域で測定した屋内外の環境放射線のロバストなデータセットを基に評価した。モデルの精度は、2020年に福島県内で測定した106人日の個人線量と比較し評価した。モデルによる推定実効線量は、実測個人線量をよく表し、モデルが個人線量計と同様に個人の被ばく線量推計に活用できることが示された。さらに、このモデルは、環境放射線データを用いることで、個人の被ばく線量を予測的及び遡及的に精度良く評価でき、放射線防護に有用なツールである。

放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明(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; 東京工業大学*

JAEA-Review 2024-026, 80 Pages, 2024/10

JAEA-Review-2024-026.pdf:1.96MB

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(以下、「1F」という。)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、令和元年度に採択された研究課題のうち、「放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明」の令和元年度から令和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、放射化学、核化学、核物理、燃料材料科学の専門家に環境微生物の専門家を加えた研究者により、模擬デブリの作製から、照射、化学的作用及び生物作用による溶出試験を行い、富岡町の国際共同研究棟等にJAEAが有する先端分析機器を駆使してデブリの性状の変化、元素の溶出挙動を分析し、放射線損傷と酸化環境下における化学的及び生物学的損傷の複合作用による燃料デブリの劣化機構を解明することを目的とした。令和4年度には、放射線・化学・生物的作用の複合効果による燃料デブリ劣化機構の解明のため、線照射下における微生物の模擬燃料デブリ劣化試験、Feと錯形成能を有するシデロフォアであるdesferrioxamine (DFO)あるいは代替物とFe、Uの錯形成能、模擬燃料デブリやマイクロ粒子を計測できるマイクロ流路を用いた溶解試験、Fe酸化物への収着へのシデロフォアなどの影響、モデル微生物や1F付近で採取した菌種による模擬燃料デブリの劣化に関する知見を実験により得た。更に、模擬デブリの劣化を時間の関数として表すモデルを作成し、計算を行った。

無人航走体を用いた燃料デブリサンプルリターン技術の研究開発(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; 海上・港湾・航空技術研究所*

JAEA-Review 2024-020, 77 Pages, 2024/09

JAEA-Review-2024-020.pdf:3.34MB

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2年度に採択された研究課題のうち、「無人航走体を用いた燃料デブリサンプルリターン技術の研究開発」の令和2年度から令和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、日英共同研究体制の下、耐放射線性を持ちつつ中性子検出効率を向上させた中性子検出器と、強力な切削能と収集能を持ったエンドエフェクタ並びにマニピュレータを融合させた燃料デブリサンプリング装置を開発し、それらを無人航走体へ搭載させた燃料デブリサンプリングシステムを構築することを目指したものである。さらに、システム位置を同定する測位システムと、光学カメラ、ソナー、今回開発する中性子検出器の計数情報を仮想現実システムへ投影させる技術を開発し、遠隔操作技術の向上に貢献する技術開発を行った。日本側が担当した燃料デブリマッピングツールの開発では、1)高耐放射線小型高効率中性子センサの開発、2)UUVプラットホームの開発、3)放射線環境シミュレーション及び積算中性子線量計の特性評価を実施した。実施項目1)ではシリコン半導体検出器に微細構造を施して中性子の感度を上げ、ガンマ線の感度を下げたMSNDの特性評価と専用集積回路を開発し、小型高効率中性子センサを実現した。実施項目2)では、燃料デブリマッピングツール構成要素(中性子センサ、水中カメラ、ソナー、LiDAR)が連動するための通信制御系とUUVプラットホームとのインターフェースを完成させた。