2022/10/24 更新

写真a

クワハラ アキラ
桑原 彬
KUWAHARA Akira
所属
大学院工学研究科 総合エネルギー工学専攻 エネルギーシステム工学 助教
大学院担当
大学院工学研究科
学部担当
工学部 エネルギー理工学科
職名
助教
連絡先
メールアドレス
外部リンク

学位 1

  1. 博士(工学) ( 2019年9月   静岡大学 ) 

研究分野 6

  1. エネルギー / プラズマ応用科学

  2. エネルギー / 原子力工学

  3. ナノテク・材料 / エネルギー化学

  4. エネルギー / 地球資源工学、エネルギー学

  5. エネルギー / 原子力工学

  6. ナノテク・材料 / 分析化学

▼全件表示

経歴 1

  1. 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

    2013年4月 - 2020年1月

      詳細を見る

    国名:日本国

学歴 1

  1. 静岡大学   工学研究科

    - 2019年9月

      詳細を見る

    国名: 日本国

所属学協会 3

  1. 日本原子力学会

  2. 日本鉄鋼協会

  3. 応用物理学会

委員歴 1

  1. 日本原子力学会北関東支部   幹事  

    2019年4月 - 2020年1月   

      詳細を見る

    団体区分:学協会

受賞 6

  1. 優秀ポスター賞

    2018年1月   2018年冬季プラズマ分光分析会議  

  2. 一般の部 優秀発表賞

    2017年4月   平成29年度北関東支部原子力学会若手研究発表会  

    桑原 彬

  3. 一般の部 優秀発表賞

    2016年4月   平成28年度北関東支部原子力学会若手研究発表会  

  4. 日本機械学会三浦賞

    2013年3月  

  5. 学生セッション最優秀賞

    2012年11月   第56回宇宙科学技術連合講演会  

  6. 最優秀ポスター賞

    2011年10月   Young Researcher Workshop 2011  

▼全件表示

 

論文 8

  1. Doppler splitting and expansion dynamics of laser-produced plasma plume under a high vacuum ambience 査読有り

    Kuwahara Akira, Murakami Kenta, Tomita Hideki, Sawada Kayo, Enokida Youichi

    JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SPECTROMETRY   37 巻 ( 10 ) 頁: 2033 - 2041   2022年10月

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Analytical Atomic Spectrometry  

    The expansion behaviour and spectroscopic characteristics of laser ablation plumes under a high vacuum ambience (<10−1 Pa) have not been investigated to date. For isotope identification using resonance ionisation mass spectrometry combined with laser ablation, a time-resolved spectroscopic investigation of the laser-produced plasma plume is necessary as the direction of atomic motions affects spectral features upon resonance ionisation due to multi-stage electron transitions. In this article, laser absorption spectroscopic measurements were conducted for the ablated plasma plume generated from an Al2O3 target using a nanosecond-pulsed laser. Our study mainly highlights that (i) Doppler splitting appeared after the plume front passed because of the formation of the contact layer and quasi-cavity in the plasma plume and the movement of atoms in the lateral direction at a high vacuum (3.0 × 10−4 Pa), and (ii) the loss of ejected atoms due to the laser-produced plasma expansion amounted to 43% at 3.0 × 10−4 Pa. Moreover, the two-dimensional contour figure that showed the Doppler splitting zone can be used to visualise atomic motions in the vertical and lateral directions, making it a useful tool for isotope analysis by resonance ionisation mass spectrometry.

    DOI: 10.1039/d2ja00177b

    Web of Science

    Scopus

  2. Electrodeless hydrogen production from seawater using femtosecond laser pulses

    Kuwahara Akira, Mizushima Yuki, Matsui Makoto, Kozuka Tomoki, Mase Nobuyuki

    RSC ADVANCES   12 巻 ( 15 ) 頁: 9304 - 9309   2022年3月

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:RSC Advances  

    This study presents the first experimental evidence of direct H2 production from seawater without harmful gas emissions (e.g., CO2, Cl2), which uses multiphoton ionization water splitting with a femtosecond pulse laser. According to H2 analysis using a gas chromatograph, the H2 production rate in seawater was 70 μmol h−1, which was approximately 3.3 times more than the ultrapure water case reported in the literature. This positive effect derives from focusing through the cuvette wall and the more significant Kerr effect in seawater. Such ion enhancement was observed in the case of seawater and diluted seawater compared with the ultrapure water case, but excessive salt can lead to ion suppression and adverse effects. These differences in salinity suggest appearances of nonlinear optical effects near the focal point and ionization of metallic elements with low ionization potential and are discussed in relation to results of bubble visualization, gas composition analysis, and pressure measurement in gaseous products.

    DOI: 10.1039/d2ra01337a

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

  3. Lamb-Dip Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy in a Supersonic Plasma Jet for Isotope Identification

    Kuwahara Akira

    ISIJ INTERNATIONAL   62 巻 ( 9 ) 頁: 1967 - 1969   2022年

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ISIJ International  

    Isotope analysis is challenging because spectral resolution is reduced in high-temperature plasma. In this study, a method involving Lamb-dip laser-induced fluorescence spectroscopy combined with a supersonic plasma jet was developed for the detection of strontium (Sr) isotopes. This newly developed system, with a counter-propagating laser configuration to provide an incident laser beam intensity of 61.8 mW mm-2, selectively detected the Lamb-dip of 88Sr using a spectral frequency width of 35 MHz.

    DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2022-080

    Web of Science

    Scopus

    CiNii Research

  4. Plasma Atomization of Strontium Chloride Powder by a Supersonic Plasma Jet and Measurement of Its Efficiency Using Diode Laser Absorption Spectroscopy 査読有り

    Kuwahara Akira, Aiba Yasuaki, Matsui Makoto

    ACS OMEGA   6 巻 ( 17 ) 頁: 11750 - 11755   2021年5月

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Omega  

    Direct elemental and isotope analyses of solid samples have attracted considerable interest due to their potential role in preventing serious accidents at nuclear facilities. We previously developed an analytical method for detecting radioactive isotopes, combining diode laser absorption spectroscopy with a supersonic plasma jet. Its basic performance, that is, the detection limit as well as the translational temperature upstream and downstream of the supersonic nozzle, was investigated using stable Xe isotopes. The developed apparatus could atomize a solid sample and reduce the translational temperature for isotope identification. For direct isotope analysis, translational temperature and atomization efficiency during powder feeding are remarkably important. In the present study, a novel approach for the atomization of Sr powder samples containing isotopes with highly radiotoxic radionuclides is described. We found that the temperature of Sr atoms in the supersonic plasma jet decreased to approximately 85 K, which is comparable with the slight isotope shift of 88Sr-90Sr due to the difference in mass number. Moreover, based on the measured atomic number density and flow velocity, the atomization efficiency was found to be 10.4 ± 1.8%. The results of this study and further improvements in the efficiency can lead to the development of powerful tools for the rapid analysis of solid samples, particularly those contaminated with highly radioactive species, without the necessity for complex chemical separation.

    DOI: 10.1021/acsomega.1c01094

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

  5. Temperature Difference Between Gas Species in Absorption Measurements Using Diode Laser Absorption Spectroscopy and Its Effect on Temperature Reduction 査読有り

    Kuwahara Akira, Aiba Yasuaki, Nankawa Takuya, Matsui Makoto

    ATOMIC SPECTROSCOPY   42 巻 ( 3 ) 頁: 134 - 140   2021年

     詳細を見る

    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Atomic Spectroscopy  

    The observation of isotope shifts due to a difference in mass number by diode laser absorption spectroscopy (DLAS) is a powerful approach for the isotope analysis of radionuclides. The spectral resolution for the detection of slight shifts can also be enhanced by a temperature reduction using adiabatic expansion. In our previous studies, we reported that the translational temperature was successfully decreased to approximately 180 K in xenon isotope analysis using a supersonic plasma jet. However, there remains a considerable uncertainty regarding the significant temperature reduction compared with the temperature of argon atoms at the edge of the supersonic plasma jet, which is at 790 K. In this study, temperature differences between two species of three mixed gas patterns (neon/argon, argon/strontium, and argon/xenon) were investigated using low-pressure glow discharge plasma. The temperature differences for the mixed gas patterns were clearly observed and are sufficient evidence to support our previous results. The relationship between temperature differences and energy levels of lower states used as absorption transitions is also discussed.

    DOI: 10.46770/AS.2021.006

    Web of Science

    Scopus

  6. High spectral resolution of diode laser absorption spectroscopy for isotope analysis using a supersonic plasma jet 査読有り

    Journal of Analytical Atomic Spectrometry   33 巻   頁: 1150-1153   2018年5月

     詳細を見る

    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Royal Society of Chemistry ({RSC})  

    DOI: 10.1039/C8JA00120K

  7. Development of an isotope analysis method based on diode laser absorption spectroscopy using an arc-jet plasma wind tunnel 査読有り

    Akira Kuwahara, Yasuaki Aiba, Takuya Nankawa, Makoto Matsui

    Journal of Analytical Atomic Spectrometry   33 巻 ( 5 ) 頁: 893 - 896   2018年5月

     詳細を見る

    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Royal Society of Chemistry  

    Radioactive isotopes in nuclear fuel and radioactive waste must be quantified for safety control and management of various nuclear facilities. In this study, an isotope analysis method based on diode laser absorption spectroscopy by using an arc-jet plasma wind tunnel is developed for rapid analysis without sample preparation and sophisticated maintenance. The translational temperature and flow velocity downstream of a supersonic nozzle are measured using an atomic argon transition of 826.45 nm from an excited state, and then, the temperature upstream of the nozzle is estimated using the two measured values. Next, the trace gas measurement capability is verified by injecting natural xenon into argon plasma, and optical measurements are carried out at an atomic xenon transition to 823.16 nm from a metastable state. The detection limit of xenon over the argon molar ratio is estimated to be 140 parts per million downstream.

    DOI: 10.1039/c8ja00040a

    Scopus

  8. Development of vacuum ultraviolet absorption spectroscopy system for wide measurement range of number density using a dual-tube inductively coupled plasma light source 査読有り

    Akira Kuwahara, Makoto Matsui, Yoshiki Yamagiwa

      83 巻   頁: 123105   2012年12月

     詳細を見る

    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1063/1.4770118

▼全件表示

MISC 1

  1. 真空紫外吸収分光法におけるプローブ光プロファイルの評価と数密度測定への影響 査読有り

    桑原彬,松井信,山極芳樹  

    プラズマ応用科学20 巻 ( 2 ) 頁: 130-134   2012年12月

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

講演・口頭発表等 19

  1. Spectroscopic measurement of laser ablation plume under a high vacuum ambience and its application to resonance ionization mass spectrometry 招待有り

    Akira Kuwahara

    Workshop on laser spectroscopy/analysis of radioactive isotope and related topics  2022年10月20日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年10月

    記述言語:英語   会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)  

  2. Preliminary experiments of hydrogen production from water using nano-second YAG laser

    Shu Inoue, Akira Kuwahara, Yuki Mizushima, Makoto Matsui, Nobuyuki Mase

    15 th International Workshop on Plasma Application and Hybrid Functionally Materials 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:英語  

  3. フェムト秒レーザーを用いた海水からの直接水素製造法の開発

    第69回応用物理学会春季学術講演会  2022年3月22日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年3月

  4. A newly developed method of direct hydrogen production from seawater using femtosecond pulse laser 国際会議

    Mizushima Yuki, Kuwahara Akira, Matsui Makoto, Kozuka Tomoki, Mase Nobuyuki

    International Chemical Engineering Symposia 2022  2022年3月18日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:英語  

  5. 15wt%Na2O-38B2O3-47SiO2ガラスへのモリブデンの溶解

    南部篤史,澤田佳代,桑原彬,榎田洋一

    日本原子力学会中部支部第53回研究発表会  2021年12月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年12月

  6. 燃料再処理の液液抽出プロセスにおけるプルトニウムの蓄積に関する研究

    池田 怜央,澤田 佳代,桑原 彬,榎田 洋一

    日本原子力学会中部支部第53回研究発表会  2021年12月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年12月

  7. ステンレス鋼の鉛ホウ酸ガラスによる酸化溶解

    勝見 泰裕,澤田 佳代,桑原 彬,榎田 洋一

    日本原子力学会中部支部第53回研究発表会  2021年12月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年12月

  8. 低圧化におけるアブレーションプルーム中のAl原子のレーザー吸収分光計

    村上 健太,桑原 彬,澤田 佳代,榎田 洋一

    日本原子力学会中部支部第53回研究発表会  2021年12月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年12月

  9. 汚染水処理で発生した廃ゼオライトのガラス固化に関する研究

    山中友貴,澤田佳代,桑原彬,榎田洋一

    日本原子力学会中部支部第53回研究発表会   2021年12月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年12月

  10. 廃ゼオライトのガラス固化における結晶生成に関する研究

    知識 嵩瑛,桑原 彬,榎田 洋一

    日本原子力学会中部支部第53回研究発表会   2021年12月16日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年12月

  11. Novel Isotope Analysis Method Using a Supersonic Plasma Jet Combined with Diode Laser Absorption Spectroscopy 招待有り 国際会議

    Akira Kuwahara

    5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics  2021年9月29日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年9月 - 2021年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  12. レーザー共鳴イオン化質量分析のためのレーザーアブレーション原子化の基礎検討

    桑原 彬、村上 健太、富田 英生、榎田 洋一

    日本原子力学会2021年秋の大会  2021年9月8日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2021年9月

  13. 超音速プラズマ風洞を利用した革新的な元素・同位体分析技術 招待有り

    桑原彬

    未来2020 

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:日本国  

  14. New Approach for Isotope Analysis Using Supersonic Plasma Jet Combined with Laser Absorption Spectroscopy 招待有り 国際会議

    Akira Kuwahara, Takuya Nankawa, Makoto Matsui

    7th Annual Conference of AnalytiX-2019 

     詳細を見る

    開催年月日: 2019年4月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    国名:シンガポール共和国  

  15. アークジェットによる運動方向を制御したアルゴンプラズマを対象としたレーザー誘起蛍光分光システ ムの開発

    早川禎一郎、桑原彬、澤田佳代、榎田洋一

    日本原子力学会中部支部第52回研究発表会  2020年12月18日 

  16. 同位体分析を目的とした超音速プラズマ中のストロンチウム蛍光スペクトル測定

    桑原彬、早川禎一郎、澤田佳代、榎田洋一

    日本原子力学会2021年春の年会  2021年3月18日 

  17. Extraction of palladium with di-n-hexyl sulfide by micro bubble generator

    Chenyu Zhou、Kayo Sawada、Akira Kuwahara、Youichi Enokida

    2020年12月18日 

  18. ガラスへのモリブデンの溶解にガラス母材比表面積が与える影響

    嶋倉匠海、澤田佳代、桑原彬、榎田洋一

    日本原子力学会中部支部第52回研究発表会  2020年12月18日 

  19. セシウム吸着ゼオライトのガラス固化処理における結晶形成に及ぼすB2O3添加の影響

    氣田雅大、澤田佳代、桑原彬、榎田洋一

    日本原子力学会中部支部第52回研究発表会  2020年12月18日 

▼全件表示

共同研究・競争的資金等の研究課題 6

  1. 極短パルスレーザーを用いた水素製造技術の事業化に向けた性能向上に関する検証

    2022年8月 - 2023年3月

    START大学エコシステム推進型GAPファンドプログラム 

  2. 原子運動制御に基づくレーザー誘起蛍光法を利用した鉄鋼中の元素・同位体分析法の開発

    2021年4月 - 2023年3月

    鉄鋼研究振興助成 

      詳細を見る

    担当区分:研究代表者 

  3. 光導波路フィルムを用いた水膜厚・波速度・温度の同時分布計測センサーの開発

    2021年4月 - 2023年3月

    中部電力原子力安全技術研究所公募研究(一般) 

      詳細を見る

    担当区分:研究分担者 

  4. Plasma Atomization of Strontium Chloride Powder by a Supersonic Plasma Jet and Measurement of Its Efficiency Using Diode Laser Absorption Spectroscopy

    2021年4月 - 2022年3月

    公益財団法人中部電気利用基礎研究振興財団  出版助成 

  5. 高温プラズマ中でのレーザー分光を利用した全試料対応型の万能分析法の開発

    2017年4月 - 2019年3月

    環境総合研究推進費 

      詳細を見る

    資金種別:競争的資金

  6. プラズマ風洞を用いた同位体比分析法の開発

    2015年10月 - 2016年9月

    公益財団法人谷川熱技術振興基金  平成27年度研究助成金 

▼全件表示

科研費 4

  1. 非平衡プラズマと触媒による協奏的原子化プロセスと精密ウラン同位体分析の実現

    研究課題/研究課題番号:21H01858  2021年4月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    桑原 彬, 富田 英生, 澤田 佳代

      詳細を見る

    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:17160000円 ( 直接経費:13200000円 、 間接経費:3960000円 )

    原子力分野の同位体分析では、前処理なしで固体サンプルを直接分析できるレーザー共鳴イオン化質量分析法が開発されてきた。しかし、ウラン同位体分析では、酸化物の原子化において、①酸化物が高融点、②酸化物の収率が支配的、であることからウラン原子収率が他元素に比べ極めて低く、ナノグラム級の分析は困難であった。そこで、本研究では、スパッタリング等の従来法ではなく、非平衡プラズマと触媒を応用した新しいアプローチで、ウラン原子収率を10倍向上させる。さらに、イオン化にプラズマジェット技術を応用し、ガス温度を100K以下に冷却することで、フェムトグラム級のマイナー核種を検出できる精密分析を実現する。

  2. 光共振器内の吸収飽和現象を利用した革新的な同位体分析法の開発

    2018年4月 - 2021年3月

    科研費(若手研究) 

    桑原 彬

      詳細を見る

    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

  3. 光共振器内の吸収飽和現象を利用した革新的な同位体分析法の開発

    研究課題/研究課題番号:18K14162  2018年4月 - 2021年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    桑原 彬

      詳細を見る

    担当区分:研究代表者 

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    光共振器内の吸収飽和で出現する同位体毎のラムディップ信号により、高感度・高波長分解能を兼ね備える同位体分析法を開発するため、光共振器から構成される高感度レーザー分光システムを開発した。本研究では、実験的及び理論的アプローチにより、吸収飽和の実現性を実証した。まず、実験より、2mWのレーザー光の光共振器への入射で原子電子遷移に吸収飽和が生じ、ピーク強度が数%低下することを確認した。また、キャビティリングダウン分光の数値計算モデルをより、数mWのレーザー光条件下においては、リングダウン信号の初期の飽和現象と緩和現象を確認できることが示唆された。
    従来の同位体分析では、サンプルを装置に導入する前の人手による前処理作業が分析コストや被ばくリスクの増加をもたらしている。本研究では、人手を要さずにサンプル分析を実現するため、高温プラズマとレーザー分光を組み合わせ、特定条件下で出現する物理現象を駆使する新しい分析法について、原理実証を行った。本手法は、化学分離等の専門的知識や付帯設備を必要とせず、単一装置のみで分析を完結できる利点もあり、原子力工学分野以外への適用も期待できる。

  4. 超音速プラズマ風洞を用いた同位体比分析法の開発と極低温プラズマによる高分解能化

    2016年4月 - 2018年3月

    科研費(挑戦的萌芽研究) 

    桑原 彬

      詳細を見る

    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

産業財産権 2

  1. 水素ガス製造方法および水素ガス製造装置

     詳細を見る

    出願番号:2021-200814  出願日:2021年12月

  2. 同位体分析装置及び同位体分析方法

    桑原彬,南川卓也,藤平俊夫,松井信

     詳細を見る

    出願番号:特願2017-064440  出願日:2017年3月

    公開番号:公開2018-169179 

    特許番号/登録番号:6918307  登録日:2021年7月 

    出願国:国内