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論文

Machine learning potentials for tobermorite minerals

小林 恵太; 中村 博樹; 山口 瑛子; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Computational Materials Science, 188, p.110173_1 - 110173_14, 2021/02

セメント水和物(セメントペースト)は建築材はもとより、放射性セシウムの閉じ込め材料として利用される。本論文はセメント水和物の代表的なモデル物質であるトバモライトの機械学習力場の構築を行ったものである。トバモライトに対し第一原理計算を実施し、様々な原子配置とそのポテンシャルデータを大量に生成し、ニューラルネットを用いた機械学習力場の学習を行った。構築した機械学習力場はトバモライトの弾性係数,振動状態密度をほぼ第一原理と同等の精度で計算可能であることを確かめた。また、機械学習分子動力学法を実行し、トバモライト細孔における水,イオンの輸送特性の解析を行った。

報告書

鉛ビスマス冷却型加速器駆動核変換システムにおける酸素消費量の評価

菅原 隆徳; 小松 篤史

JAEA-Research 2020-016, 44 Pages, 2021/01

JAEA-Research-2020-016.pdf:2.94MB

液体鉛ビスマス共晶合金(LBE)を用いた原子炉システムでは、酸素濃度を制御することにより、LBEによる鋼材腐食を防ぐ必要がある。本研究では、LBE冷却型加速器駆動核変換システム(ADS)について、そのプラントで用いられる酸素消費量の評価を行った。評価は、実験に基づく酸化被膜厚さの評価式を用い、その厚さから酸素消費量を評価した。その結果、燃料集合体の発熱部については、2サイクルの炉内滞在で、最大で約35[$$mu$$m]の酸化被膜が作られ、ビーム窓については、1サイクルの運転で約20[$$mu$$m]の酸化被膜が作られることがわかった。これらの結果から求めたサイクルあたりの酸素消費量は、燃料集合体全体とビーム窓それぞれで、25[kg]と0.3[kg]となり、プラント全体としては約30[kg]となった。最終的な結果として、JAEA-ADSでは、定格運転時3-4[g/h]、ピーク時約150[g/h]の酸素を供給でき、1サイクル(=1年間)約30[kg]、40年間で約1200[kg]を供給できる酸素供給装置が必要となる。

論文

Individual dosimetry system for targeted alpha therapy based on PHITS coupled with microdosimetric kinetic model

佐藤 達彦; 古田 琢哉; Liu, Y.*; 仲 定宏*; 永森 收志*; 金井 好克*; 渡部 直史*

EJNMMI Physics (Internet), 8, p.4_1 - 4_16, 2021/01

標的$$alpha$$核医学治療は、高い治療効果と低い副作用を兼ね備えた新しいがん治療方法として注目を集めているが、その治療計画に患者の個性(体格や薬剤集積性など)は反映されていなかった。そこで本研究では、患者個人のPET-CT画像から自動で体内の積算放射能分布を推定し、PHITSを用いて吸収線量分布を計算するシステムを構築した。$$alpha$$線の高い細胞殺傷効果や腫瘍内における薬剤不均一性を考慮し、同じ効果を与えるX線治療の線量(等効果線量)を推定する新しいモデルを確立した。構築したシステムは、PET用核種をラベルした新しいプローブ(NKO-035)を健常者に投与した臨床試験結果を用いて検証した。その結果、重要臓器の吸収線量は、従来手法と比べて最大で20%程度の差があることが分かった

論文

Numerical interpretation of hydrogen thermal desorption spectra for iron with hydrogen-enhanced strain-induced vacancies

海老原 健一; 杉山 優理*; 松本 龍介*; 高井 健一*; 鈴土 知明

Metallurgical and Materials Transactions A, 52(1), p.257 - 269, 2021/01

応力腐食割れの原因の1つと考えられている水素脆化に関し、近年、材料の変形時に水素により過剰生成した空孔が直接の原因と考える水素助長ひずみ誘起空孔モデルが提案されている。しかし、その定量的考察はあまりなされておらず、誘起空孔の挙動の定量的評価が必要である。このことから、本研究では、水素添加と同時にひずみを与えた純鉄の薄膜試料の水素熱脱離スペクトルを、空孔及び空孔クラスターの挙動を考慮したモデルでシミュレーションした。モデルでは、9個の空孔からなる空孔クラスター($$V_9$$)までを考慮し、空孔及び空孔クラスターの水素トラップエネルギーとして、分子静力学で見積もった値を用いた。また、拡散に関するパラメータも原子レベル計算で評価した値を用いた。結果として、モデルは、全体としてスペクトルを再現し、時効処理の温度に対するスペクトルの変化も再現した。一方、実験との2つの特徴的な違いも現れ、その考察から、$$V_2$$及び$$V_3$$の拡散はモデルより遅いこと、また、水素と共にひずみを与える際に、空孔クラスターも生成されることの可能性が見出された。本モデルは、照射で生成した空孔の挙動の考察にも応用可能と考える。

論文

Dynamics of enhanced neoclassical particle transport of tracer impurity ions in ion temperature gradient driven turbulence

井戸村 泰宏; Obrejan, K.*; 朝比 祐一; 本多 充*

Physics of Plasmas, 28(1), p.012501_1 - 012501_11, 2021/01

運動論的電子,バルクイオン,低Zおよび中Zのトレーサ不純物を含む大域的full-fジャイロ運動論シミュレーションを用いてイオン温度勾配駆動(ITG)乱流におけるトレーサ不純物輸送を調べた。この結果、乱流粒子輸送に加えて、乱流輸送と新古典輸送の相乗効果による拡張新古典輸送がトレーサ不純物輸送に大きく寄与することがわかった。ITGモードのバースト的励起が電子とバルクイオンの非両極性乱流粒子束を生成し、これが両極性条件に従う径電場の速い成長をもたらす。これに伴う$$Etimes B$$流の発散が磁気ドリフトによる輸送に関連する上下非対称な密度揺動を圧縮する。この密度揺動の振幅は$$Etimes B$$圧縮効果と磁力線方向運動による帰還電流の競合によって決まるため、拡張新古典輸送はイオン質量に依存する。この機構は温度には働かず、粒子輸送のみを選択的に増大する。

論文

Re-evaluation of radiation-energy transfer to an extraction solvent in a minor-actinide-separation process based on consideration of radiation permeability

樋川 智洋; 津幡 靖宏; 甲斐 健師; 古田 琢哉; 熊谷 友多; 松村 達郎

Solvent Extraction and Ion Exchange, 39(1), p.74 - 89, 2021/00

マイナーアクチノイド分離プロセスの放射線に対する成立性を評価するうえで、抽出溶媒の吸収線量の予測は不可欠である。本論文では、溶媒抽出時に現れるエマルションなどの構造を考慮した吸収線量評価手法を提案する。モンテカルロ法に基づいた放射線輸送コードであるPHITSを活用し、高レベル放射性廃液からのマイナーアクチノイド一括回収するプロセスを対象として、抽出溶媒への放射線エネルギー付与シミュレーションを行った。シミュレーションの結果、アルファ線によるエネルギー付与量はエマルション構造に、ベータ線及びガンマ線については抽出に用いる装置サイズに依存することを示した。さらにこれまでの線量評価では評価されてこなかった透過力の高いガンマ線によるエネルギー付与がマイナーアクチノイドの大量処理を考えるうえで重要になることを示唆した。

報告書

令和元年度計算科学技術研究実績評価報告

システム計算科学センター

JAEA-Evaluation 2020-002, 37 Pages, 2020/12

JAEA-Evaluation-2020-002.pdf:1.59MB

システム計算科学センターにおいては、「国立研究開発法人日本原子力研究開発機構の中長期目標を達成するための計画(中長期計画)」に基づき、原子力分野における計算科学技術研究に関する研究開発を実施してきた。本研究開発は原子力基礎基盤研究のうちの1分野として位置づけられていることから、原子力基礎工学研究・評価委員会による助言と評価がなされるが、計算科学技術研究については、それを支援するために原子力基礎工学研究・評価委員会の下に計算科学技術研究専門部会が設置され、課題の詳細な内容等を評価することとなった。本報告は、令和元年度にシステム計算科学センターにおいて実施された計算科学技術研究の実績と、それに対する計算科学技術研究専門部会による評価をとりまとめたものである。

報告書

Proceedings of the 2019 Symposium on Nuclear Data; November 28-30, 2019, Kyushu University, Chikushi Campus, Fukuoka, Japan

渡辺 幸信*; 執行 信寛*; 金 政浩*; 岩本 修

JAEA-Conf 2020-001, 236 Pages, 2020/12

JAEA-Conf-2020-001.pdf:13.75MB

2019年度核データ研究会は、2019年11月28日$$sim$$30日に、福岡県春日市にある九州大学筑紫キャンパスの総合研究棟(C-Cube)にて開催された。本研究会は、日本原子力学会核データ部会が主催、日本原子力学会「シグマ」調査専門委員会,日本原子力研究開発機構原子力基礎工学研究センター,日本原子力学会九州支部,九州大学加速器・ビーム応用科学センターが共催した。今回、チュートリアルとして「共鳴理論から統計模型へ」を、講演・議論のセッションとして、「核データ研究及び関連トピックス」、「炉物理研究」、「国際協力」、「原子核物理」、「高エネルギー核データと応用」の5セッションを企画し実施した。さらに、ポスターセッションでは、実験,理論,評価,ベンチマーク,応用等、幅広い研究内容について発表が行われた。参加者総数は85名、それぞれの口頭発表及びポスター発表では活発な質疑応答が行われた。本報告集は、本研究会における口頭発表13件、ポスター発表29件の論文を掲載している。

論文

Neutronics design for molten salt accelerator-driven system as TRU burner

菅原 隆徳

Annals of Nuclear Energy, 149, p.107818_1 - 107818_7, 2020/12

 被引用回数:0

余剰プルトニウムの扱いは、日本における原子力利用の最重要課題の一つである。本研究では、この課題に取り組むため、超ウラン元素(TRU)核種の核変換をするための溶融塩加速器駆動システム(ADS)の検討を行った。MARDS(Molten salt Accelerator Driven System)と名付けられたこの概念は、硬いスペクトルを実現するため、鉛塩化物とTRU塩化物の混合物を燃料塩として用いる。この燃料塩は核破砕ターゲットとして用いられ、専用のターゲットを必要としない。さらに、ビーム窓が燃料塩と接しない設計にすることで、ADS検討で最も困難なビーム窓設計の設計条件を大きく緩和する。本研究では、この概念について核設計を行い、400MW熱出力、800MeV-7mA陽子ビームを用いることで、約4400kg/40年のプルトニウムを核変換できることを示した。この概念では、加速器としてLINACに代わり円形加速器を用いることができ、従来のJAEA-ADSに比べてより柔軟な設計が可能となる。

論文

Recent progress in space weather research for cosmic radiation dosimetry

佐藤 達彦

Annals of the ICRP, 49(1_suppl), p.185 - 192, 2020/12

宇宙空間には様々な放射線が飛び交っている。それらの中で宇宙放射線防護上重要となるのは、銀河宇宙線,捕捉陽子,太陽高エネルギー粒子である。銀河宇宙線は、太陽系外から飛来する高エネルギー宇宙線で、その強度は約11年周期を持つ。捕捉陽子は、地球磁場に捕捉された陽子で、地球軌道ミッションの線量評価のみで重要となる。太陽高エネルギー粒子は、突発的な太陽フレア事象により太陽から放出される粒子で、場合によっては宇宙飛行士に大きな線量をもたらす。会議では、これら3種類の宇宙線について解説するととも、宇宙放射線防護に関連する宇宙天気研究の最新の動向について紹介する。

論文

Global budget of atmospheric $$^{129}$$I during 2007-2010 estimated by a chemical transport model: GEARN-FDM

門脇 正尚; 寺田 宏明; 永井 晴康

Atmospheric Environment; X (Internet), 8, p.100098_1 - 100098_17, 2020/12

大気中の$$^{129}$$Iの挙動や全球収支は、観測データの時間-空間分解能の低さや、観測データに基づくモデル研究が少ないことから、完全には理解されていない。そこで本研究では、2007年から2010年の期間を対象とした$$^{129}$$Iの全球収支を定量することを目的として、これまでに開発された大気$$^{129}$$I拡散モデルGEARN-FDMに新たに2つの気相化学反応、6つの光分解反応、2つのヨウ素化学を導入し、さらに核燃料再処理施設からの$$^{129}$$Iの大気放出過程及び海洋と陸域からの$$^{129}$$Iの揮発過程を導入することで、大気中の$$^{129}$$Iをシミュレートする化学輸送モデルを開発した。本モデルを用いたシミュレーション結果から、海洋からの$$^{129}$$Iの放出量は7.2GBq/yと推定され、放出量の約半分が英国海峡起源であった。一方、陸域からの$$^{129}$$Iの放出量は1.7GBq/yと推定され、大規模な使用済核燃料再処理施設が稼働する/していたヨーロッパ,ロシア,北米の陸域放出が顕著であった。大気-海洋間及び大気-陸地間における$$^{129}$$Iの正味の交換フラックスはそれぞれ18.0GBq/y及び5.3GBq/yと推定された。海洋と陸域からの放出量は本研究で考慮した使用済核燃料再処理施設の総放出量(23.3GBq/y)よりも小さく、2007年から2010年においては、稼働中の使用済核燃料再処理施設からの大気放出が大気中の$$^{129}$$Iの重要なソースであることを示している。

論文

格子ボルツマン法のアンサンブル計算に基づく汚染物質拡散解析

長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏

第34回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 3 Pages, 2020/12

都市風況および汚染物質拡散解析を行うため、局所細分化格子ボルツマン法を用いた実時間アンサンブル計算コードを開発した。開発したコードを、産業技術総合研究所による風洞実験、およびオクラホマシティでの野外拡散実験JU2003と比較した。風洞実験に対する検証では、風況は実験とよく一致するとともに、トレーサ物質の濃度は、環境アセスメントガイドラインで示されている評価指標であるFACTOR2に対し、61.2%の正答率を達成した。野外拡散実験JU2003においては、風速の瞬時値は実験とよく一致したが、風向は最大で100$$^{circ}$$のずれがあった。一方で、トレーサ物質濃度の平均値は、全時間区間においてFACTOR2を満たした。以上の結果より本コードは環境アセスメントに対して十分な精度を持つことを示した。

論文

富岳およびSummitにおける核融合プラズマ流体解析の高速化

井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*

第34回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2020/12

ジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dにおける半陰解法差分計算用に新しいFP16(半精度)前処理付き省通信クリロフソルバを開発した。このソルバでは、大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ部分空間法によって解決し、さらに収束特性を向上するFP16前処理によって袖通信を削減した。FP16前処理は演算子の物理特性に基づいて設計し、A64FXで新たにサポートされたFP16SIMD処理を用いた実装した。このソルバをGPUにも移植し、約1,000億格子のITER規模計算の性能を富岳(A64FX)とSummit(V100)で測定した。従来の非省通信型ソルバに比べて、新しいソルバはGT5Dを$$2 sim3$$倍加速し、富岳とSummitの両方で5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングが得られた。

論文

Development of multi-group neutron activation cross-section library from JENDL/AD-2017

今野 力

JAEA-Conf 2020-001, p.193 - 197, 2020/12

JENDL原子炉施設廃止措置用放射化断面積ファイル2017(JENDL/AD-2017)が2018年に公開された。このファイルには311核種について10$$^{-5}$$eVから20MeVまでの中性子入射核反応断面積が入っている。原子力施設廃止措置の放射化計算のために、奥村氏が作られたMAXS2015と同じ形式の多群放射化断面積ライブラリ(MAXS/AD-2017)をPREPRO 2018コードを用いてJENDL/AD-2017から作成した。今後、MAXS/AD-2017からORIGEN-Sのライブラリを作成し、JPDRの放射化計算でテストし、公開する予定である。

論文

Recent progress and future plan on the JENDL project

岩本 修

JAEA-Conf 2020-001, p.11 - 16, 2020/12

After the release of JENDL-4.0 in 2010, many special purpose files have been released: JENDL FP Decay Data File 2011 (JENDL/FPD-2011), JENDL FP Fission Yields Data File 2011 (JENDL/FPY-2011), JENDL-4.0 High Energy File (JENDL-4.0/HE), JENDL Decay Data File 2015 (JENDL/DDF-20215), JENDL Photonuclear Data File 2016 (JENDL/PD-2016), JENDL Activation Cross Section File for Nuclear Decommissioning 2017 (JENDL/AD-2017), JENDL LLFP Transmutation Cross Section File 2018 (JENDL/ImPACT-2018). These files were developed to meets needs from expanding fields of applications such as backends of nuclear energy and accelerator utilizations. In addition to the special purpose files, development of the next version of general purpose file JENDL-5 is in progress. For JENDL-5, we are aiming at increasing completeness and reliability from JENDL-4.0 in viewpoints of target nuclide species and data uncertainties by taking into accounts the current knowledge of cross section measurements, nuclear theory and integral benchmark tests.

論文

Two-step-pressurization method in pulsed electric current sintering of MoO$$_{3}$$ for production of $$^{99m}$$Tc radioactive isotope

末松 久幸*; 佐藤 壮真*; 中山 忠親*; 鈴木 達也*; 新原 晧一*; 南口 誠*; 土谷 邦彦

Journal of Asian Ceramic Societies (Internet), 8(4), p.1154 - 1161, 2020/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Ceramics)

$$^{99}$$Moと$$^{rm 99m}$$Tc核医学の製造として、照射ターゲットを製造するために三酸化モリブデン(MoO$$_{3}$$)ペレットが、一段および二段の加圧法によりパルス電流焼結で行われた。二段加圧法による550$$^{circ}$$Cでの相対密度は93.1%、一段加圧法による相対密度は76.9%であった。試料の温度は、パンチに熱電対を挿入することで直接測定した。二段加圧法により、ほぼ同じ金型でも試料温度は一段加圧法よりも高くなった。これは、電圧波形と電流波形から、2段階加圧法により試料の導電率が増加し、試料温度と相対密度が上昇すると考えられた。二段加圧法により、リサイクルされた粗粒$$^{98}$$Mo濃縮MoO$$_{3}$$粉末から低温でも高密度ターゲットを製作できる見通しを得た。

論文

Impact of soil erosion potential uncertainties on numerical simulations of the environmental fate of radiocesium in the Abukuma River basin

池之上 翼; 嶋寺 光*; 近藤 明*

Journal of Environmental Radioactivity, 225, p.106452_1 - 106452_12, 2020/12

土壌侵食モデルUniversal Soil Loss Equation (USLE)におけるパラメータの不確実性が、放射性セシウム輸送モデルによる阿武隈川流域における$$^{137}$$Csの動態予測結果に及ぼす影響を評価した。USLEは、降雨量(R)や地質特性(K), 地形的特徴(LS), 土地被覆や土壌侵食防止策(CとP)の5つの物理的に意味のある係数を持つ。土壌, $$^{137}$$Cs総流出量に対し、USLEの係数の中で最も高い感度を持っていたのはCとPであった。そのため、土地被覆や土壌侵食防止策が土壌,$$^{137}$$Csの流出に大きな影響を与えることが分かった。土地利用に着目すると、森林,耕作地,未攪乱の水田からの$$^{137}$$Cs流出率が大きかった。この研究は、土地利用、特に森林,耕作地,未攪乱の水田が$$^{137}$$Csの環境動態に大きな影響を与えることを示した。

論文

$$^{rm 208,207,206,nat}$$Pb(p,x)$$^{207}$$Bi and $$^{209}$$Bi(p,x)$$^{207}$$Bi excitation functions in the energy range of 0.04 - 2.6 GeV

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Pavlov, K. V.*; Titarenko, A. Yu.*; Malinovskiy, S. V.*; Rogov, V. I.*; Zhivun, V. M.*; Kulevoy, T. V.*; Chauzova, M. V.*; Lushin, S. V.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 984, p.164635_1 - 164635_8, 2020/12

 被引用回数:0

0.04から2.6GeVの陽子入射による$$^{rm 208,207,206,nat}$$Pb及び天然Biからの$$^{207}$$Bi生成断面積を直接$$gamma$$線スペクトロメトリの手法を用いて測定した。測定した結果は、モンテカルロ計算コードMCNP6.1, PHITS, Geant4及び核データライブラリTENDL-2019と比較した。その結果、一部の反応に対して計算と実験に不一致があることが分かり、その点について議論した。

論文

Modernization of the DCHAIN-PHITS activation code with new features and updated data libraries

Ratliff, H.; 松田 規宏; 安部 晋一郎; 三浦 孝充*; 古田 琢哉; 岩元 洋介; 佐藤 達彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 484, p.29 - 41, 2020/12

This paper details the recent improvements made to the DCHAIN-PHITS code, the activation, buildup, burnup, and decay code coupled to and distributed with PHITS. The recent improvements include the addition of numerous new decay and cross section nuclear data libraries, statistical uncertainty propagation implementation, support for 3-D grid mesh and tetrahedral geometries, reaction tracking, performance improvements, and more. The paper covers the DCHAIN's history, theory, usage, and improvements made to it and also includes example calculations showcasing these improvements. This is the first publication covering DCHAIN since the PHITS group obtained the code and will become the new reference journal paper for DCHAIN-PHITS. (The current reference document for DCHAIN is a JAERI document in Japanese only from 2001.)

論文

Comprehensive understanding of hillocks and ion tracks in ceramics irradiated with swift heavy ions

石川 法人; 田口 富嗣*; 小河 浩晃

Quantum Beam Science (Internet), 4(4), p.43_1 - 43_14, 2020/12

LiNbO$$_{3}$$, ZrSiO$$_{4}$$, Gd$$_{3}$$Ga$$_{5}$$O$$_{12}$$, SrTiO$$_{3}$$について、200MeV Auイオンを照射し、透過型電子顕微鏡で、照射損傷組織(イオントラックとヒロック)を詳細に観察した。その結果、LiNbO$$_{3}$$, ZrSiO$$_{4}$$, Gd$$_{3}$$Ga$$_{5}$$O$$_{12}$$は、イオントラックとヒロックともにアモルファス化していることが確認され、耐照射性の低い「アモルファス化可能材料」に分類されることが確認された。一方で、CaF$$_{2}$$などのフッ化物は、耐照射性の高い「非アモルファス化可能材料」に分類されることが、我々の前回の研究で判明している。ところが、本研究で調べたSrTiO$$_{3}$$は、2つの分類の中間に当たることが判明した。耐照射性の観点から区別される2つの材料分類を分ける材料基準が何なのか従来から問題となっていたが、本研究により、イオン結合性の強さ、結晶対称性の高さが、その材料基準となることが示唆された。

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