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1
Measurements of neutronic characteristics of rectangular and cylindrical coupled hydrogen moderators
甲斐 哲也; 加美山 隆*; 平賀 富士夫*; 大井 元貴; 広田 克也*; 鬼柳 善明*
Journal of Nuclear Science and Technology, 55(3), p.283 - 289, 2018/03
Extensive simulation calculations were performed in the design studies of the coupled hydrogen moderator for the pulsed spallation neutron source of the Japan Proton Accelerator Research Facility (J-PARC). It was indicated that a para-hydrogen moderator had an intensity-enhanced region at the fringe part, and that pulse shapes emitted from a cylindrical para-hydrogen moderator gave higher pulse-peak intensities with narrower pulse widths than those from a rectangular one without penalizing the time-integrated intensities. To validate the peculiar distribution and advantages in pulse shapes experimentally, some measurements were performed at the neutron source of the Hokkaido University electron linear accelerator facility. It was observed that the neutron intensity was enhanced at edges of the para-hydrogen moderators, whereas it decreased at the same part of the ortho-rich-hydrogen moderator, where the dimension of those moderators was 50 mm in thickness and 120 mm in width and height. The spatial distribution and pulse shapes were also measured for a cylindrical coupled para-hydrogen moderator that has the same dimensions as for the coupled moderator employed for J-PARC. The measured results from the cylindrical moderator were consistent with the results obtained in the design studies for the moderator for J-PARC.
2
Technical investigation on small water leakage incident occurrence in mercury target of J-PARC
羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; 直江 崇; 高田 弘
Journal of Nuclear Science and Technology, 55(2), p.160 - 168, 2018/02
J-PARCの核破砕中性子源で稼働中の水銀ターゲット容器は、水冷却流路を有する保護容器で水銀容器を覆う薄肉の多重容器構造であり、ステンレス316L鋼を材料に用いている。2015年、陽子ビーム出力500kWで運転中に保護容器から冷却水が滲出する事象が発生したため、原因究明の調査を行った。目視検査、模擬体による試験や解析評価の結果から、製作過程において水銀容器と保護容器を締結するボルト頭部の溶接で生じた大きな熱応力により隣接する拡散接合に欠陥が生じ、更にビーム運転中のビームトリップ毎に付加される繰り返し熱応力による熱疲労で、シール溶接部に欠陥が生じたことが原因と考えられた。このことから、製作過程における溶接部の初期欠陥を排除し、溶接構造部の堅牢性と信頼性を確保する重要性が改めて認識された。次の水銀ターゲット容器は、ワイヤー放電加工による一体構造の部品を多用し、溶接個所を低減するとともに、初期欠陥を排除すべく試験検査を強化するなど大幅な改良を施し製作された。この水銀ターゲット容器のビーム運転は2017年10月から開始される予定である。
3
A Novel microemulsion phase transition; Toward the elucidation of third-phase formation in spent nuclear fuel reprocessing
Mu, J.*; 元川 竜平; 阿久津 和宏*; 西辻 祥太郎*; Masters, A. J.*
Journal of Physical Chemistry B, 122(4), p.1439 - 1452, 2018/02
We present evidence that the transition between organic and third phases, which is an unusual transition between two isotropic, bi-continuous micro-emulsion phases. This system contains quaternary; water, n-dodecane, nitric acid, tributyl phosphate (TBP). This quaternary system has been shown to exhibit, under appropriate conditions, three coexisting phases: a light organic phase, an aqueous phase, and the so-called third phase. In this work, we focused on the coexistence of the light organic phase with the third phase using methods of molecular dynamics (MD) simulation and small-angle X-ray scattering (SAXS). Snapshots from the MD simulations as well as a cluster analysis of the organic and third phases revealed structures akin to bi-continuous micro-emulsion phases, with the polar species residing within a mesh, and with the surface of the mesh formed by amphiphilic TBP molecules. The non-polar n-dodecane molecules were observed in these snapshots to be outside this mesh. The only large-scale structural differences observed between the two phases were the dimensions of the mesh. Evidence for the correctness of these structures was provided by the results of SAXS studies, where the profiles obtained for both the organic and third phases agreed well with those calculated from simulation.
4
Mn$$_{2}$$VAl Heusler alloy thin films; Appearance of antiferromagnetism and exchange bias in a layered structure with Fe
土屋 朋生*; 小林 亮太*; 窪田 崇秀*; 斉藤 耕太郎*; 小野 寛太*; 大原 高志; 中尾 朗子*; 高梨 弘毅*
Journal of Physics D; Applied Physics, 51(6), p.065001_1 - 065001_7, 2018/02
Mn$$_{2}$$VAl Heusler alloy films were epitaxially grown on MgO(100) single-crystal substrates by ultra-high-vacuum magnetron sputtering. A2- and L21-type Mn$$_{2}$$VAl order was controlled by the deposition temperature. A2-type Mn$$_{2}$$VAl films showed no spontaneous magnetization, while L21-type Mn$$_{2}$$VAl films showed ferrimagnetic behaviour with a maximum saturation magnetization of 220 emu/cm$$^{3}$$ at room temperature (RT). An antiferromagnetic reflection was observed with neutron diffraction at RT for an A2-type Mn$$_{2}$$VAl film deposited at 400$$^{circ}$$C. A bilayer sample of the antiferromagnetic A2-type Mn$$_{2}$$VAl and Fe showed an exchange bias of 120 Oe at 10 K.
5
Mechanisms responsible for two possible electrochemical reactions in Li$$_{1.2}$$Ni$$_{0.13}$$Mn$$_{0.54}$$Co$$_{0.13}$$O$$_{2}$$ used for lithium ion batteries
小西 宏明*; 平野 辰巳*; 高松 大郊*; 軍司 章*; Feng, X.*; 古月 翔*; 奥村 壮文*; 寺田 尚平*; 田村 和久
Journal of Solid State Chemistry, 258, p.225 - 231, 2018/02
リチウムイオン電池の正極材料であるLi$$_{1.2}$$Ni$$_{0.13}$$Mn$$_{0.54}$$Co$$_{0.13}$$O$$_{2}$$について、充放電過程における構造変化について調べた。実験結果から、充電過程ではSOCが大きくなるとともに、Li$$_{2}$$MnO$$_{3}$$、LiNi$$_{0.33}$$Mn$$_{0.33}$$Co$$_{0.33}$$O$$_{2}$$、Li$$_{2}$$MnO$$_{3}$$の順に結構構造が変化するのに対して、放電過程では、Li$$_{2}$$MnO$$_{3}$$、LiNi$$_{0.33}$$Mn$$_{0.33}$$Co$$_{0.33}$$O$$_{2}$$の順に結晶構造が変化することが分かった。
6
Control of Ga-oxide interlayer growth and Ga diffusion in SiO$$_{2}$$/GaN stacks for high-quality GaN-based metal-oxide-semiconductor devices with improved gate dielectric reliability
山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 永*; 高橋 言緒*; 清水 三聡*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*
Applied Physics Express, 11(1), p.015701_1 - 015701_4, 2018/01
GaN MOSFETは高耐圧・大電流・低損失の次世代スイッチング素子として期待されている。その実現には絶縁膜/GaN界面の特性改善が課題である。本研究ではプラズマCVDによりSiO$$_{2}$$膜を形成したSiO$$_{2}$$/GaN構造の後酸化処理を行い、極薄GaO$$_{x}$$界面層の形成による界面特性向上の効果について検討した。放射光XPS分析から、SiO$$_{2}$$/GaN界面に極薄GaO$$_{x}$$界面層が形成されることを確認した。その界面欠陥密度は、700-800$$^{circ}$$Cでの最適な後酸化処理を施すことによってコンダクタンスピークが確認されず、10$$^{10}$$cm$$^{-2}$$eV$$^{-1}$$台以下の低い値となった。一方、SiO$$_{2}$$/GaO$$_{x}$$/GaN構造の後酸化処理は、SiO$$_{2}$$層中へのGa拡散を誘発し、絶縁性を著しく劣化させた。そこで、後酸化時間を30分間から30秒間とする急速酸化処理を施した。その結果、SiO$$_{2}$$層中へのGa拡散が制限され、優れた界面特性と高い絶縁性を有する高品質なSiO$$_{2}$$/GaO$$_{x}$$/GaN MOS構造が実現できることがわかった。
7
J-PARCパルス核破砕中性子源の現状
高田 弘
JAEA-Conf 2017-001, p.51 - 56, 2018/01
大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス核破砕中性子源は、エネルギー3GeV、繰り返し25Hz、ビーム強度1MWの陽子ビームで生成した中性子ビームを中性子実験装置で利用し、物質科学の多様な先端的研究を推進することを目的としている。2015年には、1MW相当の陽子ビームパルスを初めて入射し、また、利用運転のビーム強度を500kWに上げた。この中性子源の減速材システムは最適化設計により、(1)濃度100%のパラ水素を使用して高いピーク強度かつ幅の狭いパルス中性子ビームをつくる、(2)直径14cm、長さ12 cmの円筒形状を採用し、高強度の中性子を50.8$$^{circ}$$の広角度範囲に取り出すことができる、(3)Ag-In-Cd合金による中性子吸収材を使用し、幅が狭く減衰の早いパルス中性子が得られる。これにより、世界最高強度のパルス中性子ビームを供給する性能を有している。現在、1MWで 年間に5000時間の運転を行うという目標に向けて、水銀標的容器前部で生じるキャビテーション損傷を、微小気泡を注入して抑制する技術開発を実施中である。また、2015年に500kWのビーム強度で運転中、水銀標的の水冷保護容器が2回不具合を起こしたため、標的容器構造の設計改良に取り組んでいる。
8
Pair distribution function analysis of nanostructural deformation of calcium silicate hydrate under compressive stress
Bae, S.*; Jee, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士
Journal of the American Ceramic Society, 101(1), p.408 - 418, 2018/01
 パーセンタイル:100(Materials Science, Ceramics)
ケイ酸カルシウム水和物(CSH)に関する原子レベルの構造や変形機構には不明な点が多い。本研究では、X線散乱法に基づく原子対相関関数(PDF)により、ケイ酸三カルシウム(C$$_{3}$$S)ペースト中に存在するCSH相のナノ構造変形挙動を評価した。単軸圧縮負荷を受けるC$$_{3}$$Sペーストの変形を、ひずみゲージ,ブラッグピークシフト, PDFから求められるマクロからミクロな変形より評価した。PDF解析により、0-20${AA}$の範囲ではCSH相の影響が支配的であること、その一方で、20${AA}$を超える範囲では、他の結晶相の影響が支配的であることが明らかとなった。CSHの変形に支配的である20${AA}$以下の範囲では、塑性変形を示すステージI(0-10MPa)と、弾性変形を示すステージIIの2つの変形過程に分けられることが分かった。その一方で、20${AA}$以上の範囲では、水酸化カルシウムに似た変形を示した。10MPa以下では、層間水やゲル水の移動に伴い、CSHの高密度化を生じたと考えられるが、除荷後には、その移動した水がCSH中に戻ることにより、変形が回復している可能性がある。
9
Instability of paramagnetic state toward glassy state in random Ising antiferromagnet on tetrahedron cactus lattices
横田 光史
Physica A, 490, p.458 - 464, 2018/01
 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)
Ising antiferromagnet on tetrahedron cactus lattices with randomness in the exchange interactions is studied. Instability line of the paramagnetic state, beyond which glassy or antiferromagnetic state is (meta)stable is obtained. The model is investigated by the replica method. Instability toward antiferromagnetic state does not occur for $$Mle 4$$ where $$M$$ is the number of corner sharing tetrahedra for the cactus lattices. Instability toward glassy state occurs at as weak randomness as $$J/(-J_0)simeq 0.056, 0.020$$, and $$le 10^{-4}$$ for $$M=2, 3$$, and $$4$$, respectively, where $$J_0$$ and $$J^2$$ are the mean and variance of the Gaussian random exchange interaction, respectively.
10
Electronic structure and magnetic properties of the half-metallic ferrimagnet Mn$$_{2}$$VAl probed by soft X-ray spectroscopies
永井 浩大*; 藤原 秀紀*; 荒谷 秀和*; 藤岡 修平*; 右衛門佐 寛*; 中谷 泰博*; 木須 孝幸*; 関山 明*; 黒田 文彬*; 藤井 将*; et al.
Physical Review B, 97(3), p.035143_1 - 035143_8, 2018/01
フェリ磁性体Mn$$_{2}$$VAl単結晶の電子構造を軟X線吸収磁気円二色性(XMCD)、軟X線共鳴非弾性散乱(RIX)によって調べた。全ての構成元素のXMCD信号を観測した。Mn L$$_{2,3}$$ XMCDの結果は、密度汎関数理論を基にしたスペクトル計算により再現でき、Mn 3$$d$$状態の遍歴的性質が明らかとなった。V L$$_{2,3}$$XMCDの結果はイオンモデル計算によって定性的に説明され、V 3$$d$$電子はかなり局在的である。この描像は、V L$$_{3}$$ RIXSで明らかとなった局所的な$$dd$$遷移と矛盾しない。
11
放射光X線回折によるCFRP/Ti積層板のTi層におけるひずみ測定
秋田 貢一; 中谷 隼人*; 荻原 慎二*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 井川 直樹; 下条 豊
SPring-8/SACLA利用研究成果集(Research Report) (インターネット), 6(1), p.105 - 108, 2018/01
炭素繊維強化プラスチックとチタン箔を交互に積層したCFRP/Ti積層板に機械的曲げ負荷を与え、それに伴う各Ti層のひずみ挙動を放射光X線回折により測定した。実験結果から、CFRP/Ti積層板内の各Ti層の弾性ひずみ挙動が、放射光X線回折によって非破壊的に測定できることが示された。
12
次世代中性子生物学; J-PARCワークショップ「次世代中性子生物学」の報告; 2017年3月22日$$sim$$23日,いばらき量子ビーム研究センター
杉山 正明*; 中川 洋; 井上 倫太郎*; 川北 至信
JAEA-Review 2017-024, 40 Pages, 2017/12
現在、我が国ではJ-PARC・JRR-3等の高強度高品質の中性子源が整備され中性子線を用いた生命科学研究の推進が強く望まれている。そこで、我が国中性子生物学の発展に寄与することを目指して2017年3月22日$$sim$$23日国際Workshop「Neutron biology for next generation」がJ-PARCワークショップとして開催された。このWorkshopには日本国内の中性子分光器の装置研究者及び中性子散乱を精力的に利用している国内外の生命科学者が集まり、上記テーマについて装置・実験手法、最新の研究成果及びその動向について多方面より議論した。本レポートはオーガナイザーによるWorkshopの報告である。
13
Photo-oxidative doping in $$pi$$-conjugated zig-zag chain of carbon atoms with sulfur-functional group
池浦 広美*; 関口 哲弘
Applied Physics Letters, 111(23), p.231605_1 - 231605_4, 2017/12
-SCH$$_{3}$$側鎖をもつトランス-ポリアセチレン(PA)骨格の光酸化ドーピング過程を研究した。本分子系はジグザグ状のグラフェン-ナノリボン末端のヘテロ置換による材料機能化に関連している。硫黄K殻X線吸収端近傍構造(XANES)分光法を用い、S-CH$$_{3}$$と大気O$$_{2}$$との反応によりPA骨格に結合したS(O)CH$$_{3}$$や-SO$$_{3}$$$$^{-}$$など酸化生成物が選択的に生じることを示した。硫黄の酸化状態とXANESピーク位置との相関から、CH$$_{3}$$S$$^{delta+}$$ -PA$$^{delta-}$$の部分電荷分布を評価した。陽電荷的な硫黄原子は高い電気陰性度の酸素原子をより引き付け、更なる光酸化を促進すると期待できる。SO$$_{3}$$$$^{-}$$側鎖が生成していることから、明らかにPA骨格へのホールドーピングが起こっている。本結果はUV光照射を用いた原子レベルにおけるドーピング制御や空間選択ドーピングといった創製戦略を提供する。
14
レーザー加工プロセスの計算科学シミュレーション
村松 壽晴
光アライアンス, 28(12), p.31 - 35, 2017/12
本論文では、加工材料にレーザー光が照射されてから加工が完了するまでの複合物理過程を定量的に取扱えるようにするために開発中の、計算科学シミュレーションコードSPLICEの概要と評価例、およびオーバーヘッドの大幅低減を目指し、SPLICEコードをディジタルモックアップ装置として利用したフロントローディング実現に対する見通しを紹介した。
15
Development of a bump cathode element for two-dimensional neutron detection
藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*
Journal of Instrumentation, 12(12), p.C12011_1 - C12011_9, 2017/12
 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)
円形のバンプカソードを用いた中性子検出素子を開発し、$$^{252}$$Cf中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子は三角配置した小型の円形カソードバンプを持っており、それらのバンプは入射位置を導出するためx, y方向にそれぞれ接続されている。照射試験はガス圧7気圧(He: 85%、CF$$_{4}$$: 15%)の条件下で実施された。試験の結果、均一性10.1%の優れた二次元応答を確認した。中性子により生成する二次粒子の飛程の違いから計算した位置分解能は1.89mm(半値幅)であることを確認することができた。
16
J-PARC RCS入射ビーム荷電変換用薄膜の昇温脱離特性
神谷 潤一郎; 金正 倫計; 山崎 良雄; 吉本 政弘; 柳橋 亨*
Journal of the Vacuum Society of Japan, 60(12), p.484 - 489, 2017/12
J-PARC 3GeVシンクロトロンにおいては、入射ビームと周回ビームのマッチングをとるためにマルチターンH$$^{-}$$入射方式を用いている。この方式は、リニアックからのH$$^{-}$$ビームの2つの電子を入射点の薄膜を通過することでストリップし、残った陽子を周回させ次のバンチと合わせることでビームの大強度化を図るものである。入射点にはカーボン薄膜があり、ビームのエネルギーロスによりフォイルは発熱し、放出ガスを発生する。そのためこの薄膜の放出ガス特性を調査することは、ビームラインを超高真空に保ちビームと残留ガスによるビーム損失を低減することにつながるため、加速器の安定運転維持に必須である。本調査では、フォイル発熱時の放出ガスを昇温脱離分析により測定した。試料として実際に3GeVシンクロトロンで用いているもしくは候補である数種のフォイルを用いた。その結果、PVD蒸着薄膜は多層グラフェン薄膜に比べ放出ガスが多く、特に低温での水蒸気成分が多いことがわかった。講演では、各種カーボンフォイルの昇温脱離分析結果及び加速器安定運転のための実機フォイルの脱ガス処理の展望について述べる。
17
流路長の長い矩形スリットのコンダクタンス測定
荻原 徳男; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 金正 倫計; 吉田 肇*; 新井 健太*
Journal of the Vacuum Society of Japan, 60(12), p.475 - 480, 2017/12
In order to achieve stable operation of J-PARC accelerator, we studied the conductance of a slit used for a gas sheet monitor. The flow rate of a rarefied gas through a long rectangular channel with a very small height (H) to width (W) ratio was experimentally investigated using N$$_{2}$$ and Ar for the wide range of the Knudsen number Kn, which is defined as a ratio of H to the mean free path. Here the dimensions of the channel are as follows: H=0.1 mm, W=50 mm, and the length L=100 mm. The conductance, which is proportional to the dimensionless flow rate, decreases from the value in free-molecular regime and reaches the Knudsen minimum at Kn $$sim$$ 1.2, as the inlet gas pressure increases. Then, assuming fully developed gas flow, the reduced flow rate G has been estimated as a function of the local rarefaction parameter using the experimental data.
18
放射光XAFSおよびイメージングXAFS法による模擬ガラス試料中のロジウム元素の化学状態分析
岡本 芳浩; 永井 崇之; 塩飽 秀啓; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*
日本原子力学会和文論文誌, 16(4), p.180 - 190, 2017/12
模擬ガラス中のロジウムの化学状態を調べるために、X線吸収微細構造(XAFS)およびイメージングXAFS分析を実施した。ガラス中のロジウムの化学形は、EXAFSデータの線形結合解析の結果から、84%がRhO$$_{2}$$、残り16%がRh金属と見積もられた。イメージングXAFS分析によると、ルテニウムと共存しているロジウムの化学形は、RhO$$_{2}$$であった。これは、模擬ガラス中に、安定な(Ru,Rh)O$$_{2}$$固溶体が存在することを示唆している。一方、ルテニウムと分布が一致しないロジウムの化学形は金属であった。ガラス中の金属ロジウムは、凝集体になる傾向があった。これらの結果から、ロジウムの化学状態は、ルテニウム元素の存在とその分布に強く影響を受けると結論付けられた。
19
超高圧中性子回折装置PLANETで何ができるか?
服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 舟越 賢一*; 岡崎 伸生*
日本結晶学会誌, 59(6), p.301 - 308, 2017/12
PLANETは、高圧実験専用の中性子ビームラインである。J-PARCの強力な中性子源と飛行時間型粉末中性子回折用に設計された高圧デバイスを組み合わせることにより、0-20GPaおよび77-2000Kの広い温度圧力範囲にわたって、結晶、液体および非晶質固体の精密な構造解析が可能になる。このビームラインは、地球物理学, 惑星科学, 物理学, 化学における様々な研究に有効である。本稿では、ビームラインを概説し、PLANETで得られた最新の結果を紹介する。
20
Resistive-wall impedances of a thin non-evaporable getter coating on a conductive chamber
菖蒲田 義博; Chin, Y. H.*
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2017(12), p.123G01_1 - 123G01_22, 2017/12
J-PARCのRCS(Rapid-Cycling Synchrotron)の真空容器は ビームを不安定にしないように、内面をTiN(窒化チタン)でコーティングして電子雲の発生を抑制してある。以前、著者らがRCS用に考案したこのようなタイプの真空容器にビームが誘起する電磁場の計算手法は、TiN以外の抵抗性物質をコーティングした場合の他の加速器施設にも適用可能なものである。今回、われわれは、SLS-II (Swiss Light Source)の研究者と議論する機会があり、非蒸発性ゲッタ材料(NEG)の薄膜をコーティングした銅製の真空容器が作るビームの結合インピーダンス(電磁場)の性質について検討した。銅製の真空容器の肉厚の効果も考慮すると、ビームのもつ周波数が小さいうちは、ビームの結合インピーダンスに外界の大気の効果が現れるが、周波数が上がっていくにつれて、銅やNEGの効果が支配的になることがわかった。さらに、銅が支配的な領域からNEGが支配的な領域への遷移は、0.1-100GHzでゆっくりと起こり、100GHz付近で従来の理論とは著しく異なる結果が得られた。このような検討結果は、特にSLS-IIなどの電子型の加速器を設計するときの指針となることが期待される。