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論文

Study of negative hydrogen ion beam optics using the 2D PIC method

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 小島 有志

AIP Conference Proceedings 1515, p.22 - 30, 2013/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:3.05

負イオンビーム光学を数値的に解析するため、統合2次元PICコードを開発している。このコードの特徴は、ソースプラズマから加速器までの全ての領域を含み計算することである。つまり、最初にプラズマメニスカスの形状を仮定することなく、負イオンの軌道を自己矛盾無く追跡することができる。今回、メニスカスの端部から引出された表面生成負イオンがビームハロの一因であることが分かった。これらの負イオンはメニスカスの曲率により過収束されるが、引出部の静電レンズでは修正されず、結果としてハロを形成する機構が示唆された。

論文

Study of plasma meniscus formation and beam halo in negative hydrogen ion sources

奥田 晋*; 宮本 賢治*; 福山 俊茂*; 西岡 宗*; 畑山 明聖*; 深野 あづさ*; 花田 磨砂也; 小島 有志

AIP Conference Proceedings 1515, p.107 - 113, 2013/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:2.35

負イオン源中のプラズマ-ビーム境界であるメニスカスは、負イオンビーム光学に大きく影響することは明らかである。近年、メニスカスの形状によるビームハロが発生することが示唆されている。これは、曲率の大きい負イオン放出面によるものと考えられている。そこで、このプラズマメニスカスの形状とビームハロに対する負イオン生成率の関係をPICコードを用いて調べた。その結果、プラズマメニスカスは負イオンの量で形が決まるため、ビームハロ形成は表面生成された負イオンの量に強く依存することが分かった。

論文

Study of beam optics and beam halo by integrated modeling of negative ion beams from plasma meniscus formation to beam acceleration

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 小島 有志

Applied Physics Letters, 102(2), p.023512_1 - 023512_4, 2013/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:29.22(Physics, Applied)

負イオンビーム中にハロ成分が形成される物理機構の解明のため、表面生成で生成された負イオン軌道を計算する2次元PICコードを開発している。結果として、実際の負イオンビームにて観測されているハロ成分を再現することができた。このハロ成分はプラズマメニスカスの周辺部で曲率の大きい場所から引き出された負イオンが引き出し領域で過収束されるため発生することが示唆された。

論文

Numerical analysis of surface produced H$$^{-}$$ ions by using two-dimensional particle-in-cell method

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02A723_1 - 02A723_4, 2012/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.5(Instruments & Instrumentation)

2次元PICシミュレーションを利用して負イオン源のモデリングと数値解析が進められており、今回プラズマ電極上に水素負イオンを発生させた場合の効果について調べた。自己矛盾のないPIC計算を行い、タイムステップあたりの負イオン発生量を増加させることにより負イオン電流密度を増加させると、負イオンと共に引出される電子電流が減少し、実際の負イオン源で発生している現象を再現することができた。さらに、プラズマ電極表面での準中性化は水素の正イオンと負イオンにより保たれていることが分かった。

論文

Simulation on nanostructured metals based on multiscale crystal plasticity considering effect of grain boundary

青柳 吉輝; 下川 智嗣*; 志澤 一之*; 加治 芳行

Materials Science Forum, 706-709, p.1751 - 1756, 2012/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:30.63

本研究では、粒界の影響を考慮した結晶塑性モデルを構築した。粒界の存在に起因する局所的な臨界分解せん断応力の増加を表現するために、結晶塑性論における硬化則に転位源としての役割を有する粒界の情報を導入した。さらに、本モデルを用い、FCC多結晶を想定したFEM解析を行い、降伏応力の増加や加工硬化率の減少といったバルクナノメタルの応力-ひずみ応答を再現した。本結果に基づき、転位挙動がバルクナノメタルの材料特性に与える影響を検討した結果、粒径の減少に伴う降伏応力の増加及び加工硬化率の減少は局所的な臨界分解せん断応力及び転位挙動に起因するといった知見を得た。

論文

転位パターニングに基づく結晶粒超微細化に関するマルチスケール結晶塑性シミュレーション

青柳 吉輝; 小林 遼太郎*; 志澤 一之*

日本機械学会論文集,A, 77(775), p.448 - 461, 2011/03

転位セル構造の形成及びセルサイズ減少を再現する反応-拡散方程式を導出し、すべり速度及び応力といった変形場の情報を考慮した反応速度係数モデル及びセル構造形成に関する転位の相互作用を考慮した反応速度係数モデルを提案した。また、反応-拡散方程式から得られる転位密度情報を結晶塑性論における結晶の硬化則に導入することによって転位パターニングを考慮した転位-結晶塑性モデルを構築した。本モデルを用いてFEM-FDM連成解析を行い、転位パターニングに基づく結晶粒微細化の初期プロセスを再現し、転位組織が超微細粒の形成に及ぼす影響について検討した。

論文

FCC超微細粒焼鈍材の降伏点降下現象に関するトリプルスケール転位-結晶塑性シミュレーション

黒澤 瑛介*; 青柳 吉輝; 志澤 一之*

日本機械学会論文集,A, 76(772), p.1547 - 1556, 2010/12

転位源としての粒界の役割を考慮し、転位密度が極めて低い結晶粒において流れ応力が変形の初期段階において一時的に増加することを表現できる新たな臨界分解せん断応力モデルを構築した。また、本モデルを既報で構築したトリプルスケールGN転位-結晶塑性モデルに導入した。本モデルを用いて、転位組織-結晶粒構造-巨視的試験片にまたがるマルチスケールFEM解析を初期粒径及び初期転位密度の異なるFCC多結晶に対して実施し、焼鈍されたFCC微細粒からなるマクロな試験片に発現する降伏点降下現象及びL$"{u}$ders帯の伝播を数値解析的に再現した。さらに、試験片レベルでの巨視的降伏及び結晶粒レベルでの微視的降伏状況について考察するとともに、粒径の減少に伴う降伏後の変形挙動の違いについて検討した。

論文

X-ray photon correlation spectroscopy study in valence fluctuation compound Eu$$_{3}$$S$$_{4}$$

中尾 裕則*; 大和田 謙二; 下村 晋*; 落合 明*; 並河 一道*; 水木 純一郎; 三村 秀和*; 山内 和人*; 村上 洋一*

AIP Conference Proceedings 1234, p.935 - 938, 2010/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:24.85

X-ray photon correlation spectroscopy (XPCS) is a powerful tool to perform direct measurements of the dynamics of fluctuations in condensed matter systems at atomic resolution. Here we have investigated spatial and time correlations of domains in the valence fluctuated phase in a typical valence fluctuation compound Eu$$_{3}$$S$$_{4}$$ near the charge ordering temperature ($$T_{CO}$$). The spatial correlation was observed at the fundamental reflection (4 4 4) using coherent diffraction techniques, which indicated that the domain size is longer than 200 nm near $$T_{CO}$$. The time correlation of the domain was measured by the XPCS technique, and we found that the slow fluctuation of the order of 10 second exists only near $$T_{CO}$$.

論文

X-ray intensity fluctuation spectroscopy using nanofocused hard X-rays; Its application to study of relaxor ferroelectrics

大和田 謙二; 並河 一道*; 下村 晋*; 中尾 裕則*; 三村 秀和*; 山内 和人*; 松下 三芳*; 水木 純一郎

Japanese Journal of Applied Physics, 49(2), p.020216_1 - 020216_3, 2010/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:81.06(Physics, Applied)

The use of a combination of coherent X-rays from a third-generation synchrotron light source and ultraprecise Kirkpatrick-Baez mirrors enables us to apply nanofocused hard X-rays in solid-state physics. We developed an apparatus for X-ray intensity fluctuation spectroscopy using the nanofocused hard X-rays and applied it to the study of relaxor ferroelectrics. We have successfully detected a large and slow intensity fluctuation of scattered X-rays above cubic-to-tetragonal phase transition temperature with a characteristic time scale on the order of 10 s. We speculated that the intensity fluctuation originates from domain number fluctuation, which is directly related to the dielectric response, particularly the frequency dispersion.

論文

液体金属・半導体の圧力誘起構造変化と化学結合性

服部 高典; 辻 和彦*

まてりあ, 47(10), p.507 - 512, 2008/10

四配位共有結合性物質の液体の圧力誘起構造変化を、放射光を用いたX線回折実験によって調べた。その結果、それらの液体は化学結合の共有結合性/イオン性によってさまざまな構造変化を示すことがわかった。すなわち、イオン性の小さな物質(液体GaSb, InSb, InAS等)は、数十万気圧に渡るきわめて広い圧力領域に渡って構造変化するのに対し、イオン性の大きな物質(液体CdTe, AgI等)は、数万気圧という比較的狭い圧力範囲で構造変化が終了する。本稿では、これらの結果をイオン性が与える局所構造の安定性という点から議論する。

報告書

磁気フィルター付水素負イオン源における負イオンビーム空間的一様性の研究; セシウム添加型負イオン源内での負イオン生成・輸送過程が負イオンビーム強度分布に与える影響(共同研究)

高戸 直之; 戸張 博之; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 関 孝義*; 加藤 恭平*; 畑山 明聖*; 坂本 慶司

JAEA-Research 2008-031, 44 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-031.pdf:4.05MB

セシウム添加型負イオン源から引き出された大電流密度負イオンビーム強度が空間的に非一様となるメカニズムを解明するため、JAEA10アンペア負イオン源内でのプローブ測定及び負イオンビーム強度測定を行った。実験結果を考察するため、レート方程式及び粒子(電子・原子・負イオン)軌道追跡を用いた数値解析を行った。その結果、(1)セシウムを導入して負イオンの表面生成反応を促進した状態では、体積生成時とは逆に高い電子温度の領域で高い負イオンビーム強度が得られることを明らかにした。レート方程式を用いた数値解析から、表面生成された負イオンは高速電子によって破壊される前に引き出されることが推定された。(2)1次電子はB$$times$$$$bigtriangledown$$Bドリフトによってイオン源内で局在化することを確認し、フィラメントの配置を改良して1次電子のドリフトを抑制することにより、負イオンビーム強度の空間的非一様性が改善されることを示した。

論文

Numerical analysis of the production profile of H$$^{0}$$ atoms and subsequent H$$^{-}$$ ions in large negative ion sources

高戸 直之*; 戸張 博之; 井上 多加志; 花谷 純次*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 坂本 慶司

Journal of Applied Physics, 103(5), p.053302_1 - 053302_12, 2008/03

 被引用回数:21 パーセンタイル:31.1(Physics, Applied)

3次元モンテカルロ輸送コードを用いて、H$$^{0}$$原子の輸送と生成の数値シミュレーションを行った。表面生成H$$^{-}$$イオンの空間分布を求めるために、本コードをCs添加条件下の大型のJAEA10アンペア負イオン源に適用した。H$$^{0}$$原子の輸送過程では、H$$^{-}$$イオンの表面生成に影響を及ぼすH$$^{0}$$原子のエネルギー緩和過程を考慮した。その結果、H$$^{0}$$原子の生成が局所的に促進されている高電子温度領域においてH$$^{-}$$イオンの表面生成が促進されることが明らかになった。

論文

Effect of energy relaxation of H$$^{0}$$ atoms at the wall on the production profile of H$$^{-}$$ ions in large negative ion sources

高戸 直之*; 松下 大介*; 藤野 郁朗*; 畑山 明聖*; 戸張 博之; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A503_1 - 02A503_4, 2008/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.02(Instruments & Instrumentation)

原子力機構の大型負イオン源「10アンペア負イオン源」内での、水素原子H$$^{0}$$生成と輸送過程を3次元モンテカルロ輸送コードで数値的に解析した。Cs添加による表面生成負イオンH$$^{-}$$生成促進があるものと仮定し、イオン源内の負イオン生成分布をも計算した。この解析では、水素原子から負イオンが表面生成する過程における水素原子のエネルギー緩和過程に注目した。解析結果は、水素原子の壁でのエネルギー緩和過程を考慮することによって、負イオン生成の空間分布は水素原子の生成分布を反映することが明らかになった。

論文

Numerical analysis of H$$^{-}$$ ion transport processes in Cs-seeded negative ion sources

松下 大介*; 高戸 直之*; 畑山 明聖*; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A527_1 - 02A527_4, 2008/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.75(Instruments & Instrumentation)

表面生成H$$^{-}$$イオンの引き出し機構理解のため、その輸送過程を数値計算した。本計算では、原子力機構の10アンペア負イオン源体系において、H$$^{-}$$イオン引き出し確率を計算するために、3次元モンテカルロ輸送コードを適用した。H$$^{-}$$イオン引き出しに及ぼす(1)磁気フィルター磁場、並びに(2)中性粒子(H$$^{0}$$及びH$$_{2}$$)との衝突、の効果を系統的に調べた。その結果、低ガス圧条件下では、H$$^{-}$$イオン引き出しは磁気フィルター磁場に大きく依存することが判明した。さらに、フィルター磁場がなければ引き出されるH$$^{-}$$イオン量は10アンペア負イオン源での実験結果よりも低くなるはずとの結果が得られた。今後さらに局所電場構造他の影響を議論する。

論文

Analysis of electron energy distribution of an arc-discharge H$$^{-}$$ ion source with Monte Carlo simulation

藤野 郁朗*; 畑山 明聖*; 高戸 直之*; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A510_1 - 02A510_3, 2008/02

 被引用回数:20 パーセンタイル:28.19(Instruments & Instrumentation)

負イオン源におけるH$$^{-}$$イオン生成量の予測と最適化のために、電子エネルギー分布関数(EEDF)解析が必要である。われわれはタンデム型アーク放電イオン源のEEDFを解析する数値計算コードを開発した。これは、カスプ,フィルター、そして引出し電極中の磁石の効果を考慮した、3次元モンテカルロシミュレーションコードである。電子間のクーロン衝突は滝塚モデルに、また幾つかの非弾性衝突はnull-collision法に基づいて取り扱う。このコードを原子力機構10アンペア負イオン源体系に適用した結果、電子密度のオーダーは実験結果と良い一致を見た。加えて、本シミュレーションにより得られたEEDFは実験結果と定量的によく一致した。

論文

Numerical analysis of the hydrogen atom density in a negative ion source

高戸 直之; 花谷 純次*; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 戸張 博之; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 谷口 正樹; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; et al.

AIP Conference Proceedings 925, p.38 - 45, 2007/09

水素負イオン源内における原子密度を得るため、水素原子生成・輸送過程の数値解析を行った。モンテカルロ法を用いた3次元輸送コードを、セシウム添加状態のJAEA10アンペア負イオン源に適用した。本研究においては、水素原子生成レートをラングミュアプローブのプローブ特性から推定した。加えて、水素原子のエネルギー緩和過程も考慮した原子の輸送計算を行った。その結果、高速電子及びエネルギー緩和過程は水素原子密度に強い影響を与えることが明らかとなった。

論文

Pressure dependence of the structure of liquid Sn up to 19.4 GPa

鳴島 崇*; 服部 高典; 木下 智裕*; Hinzmann, A*; 辻 和彦*

Physical Review B, 76(10), p.104204_1 - 104204_8, 2007/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:35.2(Materials Science, Multidisciplinary)

高圧下における液体Snの構造を19.4GPaの圧力まで放射光X線回折によって調べた。約3-6GPaまでの加圧において、局所構造の異方性を示す特徴の減少、つまりS($$Q$$)の第一ピークの右肩のこぶの現象,第一ピークに対する第二ピーク位置$$Q_{2}/Q_{1}$$の減少,配位数の増大が見られた。これらの特徴は、液体の局所構造が加圧に伴い単純なものになることを示唆する。しかしながら、さらに高い圧力まで加圧したとき、これらの変化はもはや見られなくなった。その時の構造パラメータは、依然単純液体のものからずれている。このことは、これまでの予想と異なり、液体は単調に単純液体に近づくのでなく、比較的安定な異方的な局所構造を持つ液体を経由することを示している。液体Snの構造変化を液体Si, Geの結果と比較し、14族元素の液体の構造変化の系統性を議論する。

論文

Experimental evidence for ferromagnetic spin-pairing superconductivity emerging in UGe$$_2$$; A $$^{73}$$Ge-nuclear-quadrupole-resonance study under pressure

原田 敦之*; 川崎 慎司*; 椋田 秀和*; 北岡 良雄*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 伊藤 公平*; Haller, E. E.*; 播磨 尚朝*

Physical Review B, 75(14), p.140502_1 - 140502_4, 2007/04

 被引用回数:26 パーセンタイル:24.24(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究で、異なったタイプの超伝導オーダパラメータがUGe$$_2$$の強磁性相で実現していることが、圧力下$$^{73}$$Ge-核四重極共鳴実験を通して明らかにされた。核格子緩和時間(1/$$T$$$rm$_1$$)の測定から、超伝導状態ではアップスピンバンドはラインノードの超伝導ギャップが開いているものの、ダウンスピンバンドは超伝導ギャップが開かないことが明らかにされた。この実験結果は、強磁性的に配列したスピンを持つ2電子間に超伝導クーパー対が形成されるというモデルで説明されることが明らかとなった。本研究結果は強磁性状態下における一次相転移点近傍に存在する強磁性的スピンのゆらぎによって媒介される強磁性超伝導の研究に重要な示唆を与えるものである。

論文

Unconventional supercondnuctivity in the itinerant ferromagnet UGe$$_2$$; $$^{73}$$Ge-NQR study under pressure

原田 敦之*; 川崎 慎二*; 椋田 秀和*; 北岡 良雄*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 伊藤 公平*; Haller, E. E.*; 播磨 尚朝*

Physica B; Condensed Matter, 378-380, p.963 - 964, 2006/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:91.96(Physics, Condensed Matter)

遍歴強磁性超伝導物質UGe$$_2$$$$^{73}$$Ge-NQRによる研究結果を報告する。低温・低圧相であるFM1と高温・高圧相FM2の臨界圧力$$P_x$$近辺で測定を行った。核緩和時間$$T_1$$は低温で温度に対して線型に振る舞い、コヒーレンスピークはない。実験結果は、スピン三重項の超伝導がアップスピンバンドで実現しており、ダウンスピンバンドでは超伝導ギャップが開いていないと考えると統一的に理解できる。

論文

Numerical analysis of primary electrons in a tandem-type negative ion source

加藤 恭平*; 高戸 直之*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 関 孝義; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A535_1 - 03A535_3, 2006/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:43.02(Instruments & Instrumentation)

タンデム型負イオン源におけるプラズマの非一様性発生の原因を明らかにするため、フィラメント陰極より放出された一次電子の軌道解析を行った。モンテカルロ法を用いた3次元輸送コードを、実形状の磁場分布を考慮したJAEA10アンペア負イオン源に適用した。また、中性粒子との主な非弾性衝突反応も合わせて考慮した。その結果、ドライバ領域の高速電子はドリフトにより引出し領域へと失われ得ること、及びそのドリフト方向は負イオン源上下端で逆方向となることが明らかになった。

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