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原子力科学研究部門 原子力科学研究所
JAEA-Review 2023-050, 178 Pages, 2024/03
JAEA-Review-2023-050.pdf:7.06MB
原子力科学研究所(原科研)は、従来からの部署である保安管理部、放射線管理部、工務技術部、研究炉加速器技術部、臨界ホット試験技術部、バックエンド技術部の6部及び計画管理部に加えて、先端基礎研究センター、原子力基礎工学研究センター、原子力エネルギー基盤連携センター及び物質科学研究センターで構成され、各部署は、中長期計画の達成に向け、施設管理、研究技術開発などを行っている。本報告書は、今後の研究開発や事業推進に資するため、令和3年度の原科研の活動(各センターでの研究開発活動を除く)、並びに原科研を拠点とする廃炉環境国際共同研究センター、安全研究センター、原子力人材育成センターなどが原科研の諸施設を利用して実施した研究開発及び原子力人材育成活動の実績を記録したものである。
三浦 靖史*; 鈴木 賢治*; 諸岡 聡; 菖蒲 敬久
Quantum Beam Science (Internet), 8(1), p.1_1 - 1_14, 2024/03
Probabilistic fracture mechanics (PFM) is expected as a reasonable structural integrity assessment method for nuclear components such as piping, whose main degradation phenomenon is stress corrosion cracking (SCC). Some input parameters are necessary for PFM analysis, and welding residual stress is one of the most important parameters because welding residual stress affects SCC initiation and propagation. Recently, a double exposure method (DEM) with synchrotron X-ray has been proposed, and the method is an expected candidate for the measurement of welding residual stress with a high spatial resolution. In this paper, the DEM was applied to measure the residual stress of the plate specimen, which was cut from the welded pipe using electrical discharge machining, and detailed stress maps under a plane stress state were obtained. Furthermore, the residual stress distributions of the welded pipe under a triaxial stress state were also evaluated using neutron diffraction. From these results, the method for obtaining a detailed stress map of the welded pipe by the complementary use of high-energy synchrotron radiation X-rays and neutrons was proposed.
CoSi山内 宏樹; Sari, D. P.*; 安井 幸夫*; 坂倉 輝俊*; 木村 宏之*; 中尾 朗子*; 大原 高志; 本田 孝志*; 樹神 克明; 井川 直樹; et al.
Physical Review Research (Internet), 6(1), p.013144_1 - 013144_9, 2024/02
-Mn-type family alloys Mn
have three-dimensional antiferromagnetic (AFM) corner-shared triangular network. The antiferromagnet MnRhSi shows magnetic short-range order (SRO) over a wide temperature range of approximately 500 K above the N
el temperature 
= 190 K. MnCoSi has the smallest lattice parameter and the lowest in the family compounds. The quantum critical point (QCP) from AFM to the quantum paramagnetic state is expected near a cubic lattice parameter of 6.15 
of MnCoSi is only 140 K, quantum critical behavior is observed in MnCoSi as the enhancement of the electronic specific heat coefficient 
. We study how the magnetic SRO appears in MnCoSi by using neutron scattering, 
SR, and physical property measurements. The experimental results show that the neutron scattering intensity of the magnetic SRO does not change much regardless of the suppressed magnetic moment in the long-range magnetic ordered state compared to those of MnRhSi. The initial asymmetry drop ratio of SR above becomes small, and the magnetic SRO temperature 
is suppressed to 240 K. The results suggest that the MnCoSi is close to the QCP in the Mn system.
徐 平光; Zhang, S.-Y.*; Harjo, S.; Vogel, S. C.*; 友田 陽*
Quantum Beam Science (Internet), 8(1), p.7_1 - 7_13, 2024/01
Comprehensive information about the 
microstructure and crystal structure evolution during the preparation/production processes of various materials is in great demand in order to precisely control the microstructure morphology and the preferred orientation characteristics for the excellent strength-ductility-toughness balance of advanced engineering materials. 
isothermal annealing experiments of cold rolled 17Ni-0.2C (mass %) martensitic steel sheets were carried out by using the TAKUMI and ENGIN-X time-of-flight neutron diffractometers, respectively. The inverse pole figures based on full-profile refinement were extracted to roughly evaluate the preferred orientation features along three principal sample directions of investigated steel sheets using the General Structure Analysis System (GSAS) software with built-in generalized spherical harmonic functions. The consistent rolling direction (RD) inverse pole figures from TAKUMI and ENGIN-X have confirmed that the time-of-flight neutron diffraction has high repeatability and statistical reliability, revealing that the principal preferred orientation evaluation of steel materials is available through 90
TD 
ND (transverse direction normal direction) rotation of the investigated specimen on the sample stage during two neutron diffraction experiments. Moreover, these RD, TD and ND inverse pole figures before and after in situ experiments were compared with the corresponding inverse pole figures recalculated respectively from the MUSASI-L complete pole figure measurement and the HIPPO in situ microstructure evaluation. The similar orientation distribution characteristics suggested that the principal preferred orientation evaluation method can be applied to in situ microstructure evolution of bulk orthorhombic materials and spatially resolved principal preferred orientation mappings of large engineering structure parts.
Zhou, L.*; Zhang, H.*; Qin, T. Y.*; Hu, F. F.*; 徐 平光; Ao, N.*; Su, Y. H.; He, L. H.*; Li, X. H.*; Zhang, J. R.*; et al.
Metallurgical and Materials Transactions A, 11 Pages, 2024/00
被引用回数：0High-speed railway S38C axles undergo surface induction hardening for durability, but are susceptible to fatigue cracks from foreign object impact. The neutron diffraction method was employed to measure the residual strain in S38C axles, obtaining microscopic lattice distortion data, for the gradient layer at a depth of 8 mm under the surface. The results showed that after induction-hardening, the microscopic lattice distortion had a gradient distribution, decreasing with the distance from the surface. However, in the case of impacting speed of 600 km/m, the average microscopic lattice distortion increased with the distance from the surface, reaching a maximum augmentation of 55 pct. These findings indicate a strong experimental basis, and improve our understanding of the relationship between macroscopic residual stress and decision-making, in regard to operation and maintenance.
熊田 高之; 元川 竜平; 大場 洋次郎; 中川 洋; 関根 由莉奈; Micheau, C.; 上田 祐生; 杉田 剛; 美留町 厚; 佐々木 未来; et al.
Journal of Applied Crystallography, 56(6), p.1776 - 1783, 2023/12
被引用回数：1 パーセンタイル：65.66(Chemistry, Multidisciplinary)既存のメイン検出器および高位置分解能フォトマル検出器に加えて新規に導入した前面検出器を組み合わせることにより、波数0.002nm
から6nmにわたる散乱を3つの光学機器配置により切れ目なく測定できるようになった。またグラフィカルユーザーインターフェースの導入と併せて装置のユーザビリティが大幅に向上した。
辻 勇人*; 中畑 雅樹*; 菱田 真史*; 瀬戸 秀紀*; 元川 竜平; 井上 大傑*; 江川 泰暢*
Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 14(49), p.11235 - 11241, 2023/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Physical)This work investigates the water-fraction dependence of the aggregation behavior of hydrophobic solutes in water-tetrahydrofuran (THF) and the elucidation of the role of THF using fluorescence microscopy, dynamic light scattering, neutron and X-ray scattering, as well as photoluminescence measurements. Based on the obtained results, the following model is proposed: hydrophobic molecules are molecularly dispersed in the low-water-content region (10-20 vol %), while they form mesoscopic particles upon increasing the water fraction to 
30 vol percent. This abrupt change is due to the composition fluctuation of the water-THF binary system to form hydrophobic areas in THF, followed by THF-rich droplets where hydrophobic solutes are incorporated and form loose aggregates. Further increasing the water content prompts the desolvation of THF, which decreases the particle size and generates tight aggregates of solute molecules. This model is consistent with the luminescence behavior of the solutes and will be helpful to control the aggregation state of hydrophobic solutes in various applications.
Pt
Al
太田 玖吾*; 松本 裕司*; 渡部 悠貴*; 金子 耕士; 田端 千紘; 芳賀 芳範
New Physics; Sae Mulli, 73(12), p.1170 - 1173, 2023/12
ハニカム格子を持つ反強磁性体UPtAlの磁気構造を決定するために中性子散乱実験を行った。UPtAlは
=9Kと
=26Kで二つの相転移を示す。 
の第一相では、
=(1/3, 0, 0)の伝搬ベクトルで記述される磁気反射が観測された。のフェーズIIでは、=(1/3, 0, 0)と
=(1/2, 0, 0)の磁気反射が観測され、=(1/3, 0, 0)の磁気反射強度は弱いが有限であった。温度依存強度のヒステリシスはでの相転移にまたがって観測され、での転移が1次転移であることを示唆している。
柴田 基樹*; 中西 洋平*; 阿部 淳*; 有馬 寛*; 岩瀬 裕希*; 柴山 充弘*; 元川 竜平; 熊田 高之; 高田 慎一; 山本 勝宏*; et al.
Polymer Journal, 55(11), p.1165 - 1170, 2023/11
被引用回数：1 パーセンタイル：51.7(Polymer Science)Marine ecosystem degradation due to micro plastics is a significant environmental problem, as acknowledged by Sustainable Development Goal 14. Decomposition of plastics using near critical or supercritical water is one of the promising methods to reduce micro plastics. To attain the optimization of the method for improving environmental friendliness, it is necessary to clarify the structural change of materials during the process. We, thus, investigated the decomposition processes of polystyrene particles dispersed in deuterated water (DO) during heating under near critical or supercritical conditions by using in situ small-angle neutron scattering. Under subcritical conditions, the PS particles were swollen by DO due to increased compatibility with temperature. Near the critical point in subcritical conditions, the cleavage of PS chains in the particles occurred, so that the swollen ratio was much enhanced though the PS particles kept their shapes. In a supercritical condition, the PS particles were degraded into oil including oligomers or monomers and the phase-separated structures with styrene-rich and DO-rich regions.
栗田 圭輔; 飯倉 寛; 土川 雄介; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 松林 政仁
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012005_1 - 012005_6, 2023/10
2021年2月26日にJapan Research Ractor-3(JRR-3)の運転が再開され、2021年7月には利用運転が再開された。JRR-3の運転再開に伴い、TNRFとCNRFと呼ばれる2つのイメージング施設も利用を再開している。本発表では、これら2つの中性子施設の詳細について報告する。
伊藤 大介*; 大平 直也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012024_1 - 012024_6, 2023/10
多くの熱交換器において発現する気液二相流という現象を理解するためには、二相流のダイナミクスを明らかにする必要がある。本研究では、高速中性子イメージングを二相流ダイナミクスの計測に適用し、ボイド率計測の精度を検討した。
齊藤 泰司*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012028_1 - 012028_6, 2023/10
中性子イメージングで流速分布を観察するためには、適切なトレーサーが必要である。その要件は、密度,視認性,濡れ性(液体金属に適用する場合)である。金カドミウムトレーサーは、Pb-Bi二相流に適用するために開発されたが、粒子径や測定システムによっては、可視性が検証されていない。トレーサー粒子の候補として、Ag, Cd, Au-Cd, Ag-Cdを組成と粒径を変えてテストした。その結果、1mm以上の粒子径であれば、十分な視認性が得られることがわかった。また、Cdトレーサー粒子を流動層に適用し、流動層材料として直径1mmのステンレス鋼製の金属粒子を用いた。Cdトレーサーの直径は約1.5mmである。中性子イメージングにより、トレーサーの視認性は流動層内の速度分布を測定するのに十分であることが確認された。
千葉 薫*; 松井 拓郎*; 茶竹 俊行*; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 油谷 克英*; 新村 信雄*
Protein Science, 32(10), p.e4765_1 - e4765_13, 2023/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Biochemistry & Molecular Biology)In structural biology, peptide bonds, fundamental linkages between hundreds of amino acids, of which a protein molecule is composed, have been commonly treated as a plane structure just as Linus Pauling et al. proposed. In this paper, a site-specific peptide bond relaxation mechanism by deuterons whose localization has been suggested by neutron crystallography is proposed. A comprehensive study using X-ray and neutron diffraction and 
N chemical shifts of individual amide nitrogen atoms within the same peptide bond strongly suggests the relaxation of the electronic resonance structure because of site-specific modulation by protons/deuterons localized on the electron orbital of the carbonyl oxygen.
中村 詔司; 芝原 雄司*; 木村 敦; 遠藤 駿典; 静間 俊行*
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(9), p.1133 - 1142, 2023/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)近年、鉛冷却高速炉や加速器駆動システムの研究が進められており、Pb同位体の中性子捕獲断面積の高精度化が求められている。
Pbは、天然存在比は小さいが中性子捕獲反応により長寿命放射性核種
Pb(1730万年)を作るため、その重要性は高いと考えられる。しかし、原子炉を用いた通常の放射化法では、生成するPbからの放射線が弱いため測定するのが難しい。そこで、マススペクトロメトリーを適用した断面積測定を行った。本発表ではマススペクトロメトリーを適用したPbの中性子捕獲断面積測定について実験の詳細と得られた結果を報告する。
金子 耕士; 田端 千紘; 萩原 雅人; 山内 宏樹; 久保田 正人; 長壁 豊隆; 大貫 惇睦*
Journal of the Physical Society of Japan, 92(8), p.085001_1 - 085001_2, 2023/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)A magnetic order in orthorhombic GdCu was investigated by a single crystal neutron diffraction with thermal neutron. Magnetic peaks were observed at incommensurate positions described by the ordering vector 
=(
~1~0) with =0.678 at 4~K. This ordering vector is close to the commensurate one with 
=(2/3~1~0) reported earlier, but clearly deviates. The incommensurate nature of the magnetic order in GdCu is further corroborated by the peak shift with temperature below .
Micheau, C.; 上田 祐生; 元川 竜平; Bauduin, P.*; Girard, L.*; Diat, O.*
Langmuir, 39(31), p.10965 - 10977, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Chemistry, Multidisciplinary)Understanding clay flotation mechanisms has become a major concern because of the increasing level of environmental contamination of soil and ground water by heavy metals and radionuclides. Clays are often used as sorbents for extracting metals in indirect flotation processes but can function simultaneously as defoamers. However, how foam generation and stability depend on the molecular interactions between the clays and surfactant is still controversial. In the present study, an amine polyethoxylated surfactant was used as a bifunctional surfactant that collected clay particles and acted as a foaming agent in the flotation process. The pH conditions strongly affected the surfactant physicochemical properties, allowing the clay extraction efficiency to be tuned. The interfacial recovery factor of the clays almost reached 100 percent under acidic (pH lower than 6) and neutral (pH 6-10) conditions, whereas it was negative under alkaline conditions (pH higher than 10), contrary to expectations. To elucidate the mechanisms involved in the particle flotation process for each of the pH conditions, the bulk and foam phases were analyzed. The effects of electrostatic interactions between the solutes and multiscale structure on the clay extraction behavior were investigated by electrophoretic measurements, dynamic light scattering, small-angle neutron scattering, and image analysis. Based on these results, three flotation processes were found depending on pH range: surfactant foam fractionation at pH higher than 10; clay particle foam flotation at pH 6-10; and particle froth flotation at pH lower than 6.
原子力科学研究部門 原子力科学研究所
JAEA-Review 2023-009, 165 Pages, 2023/06
JAEA-Review-2023-009.pdf:5.76MB
原子力科学研究所(原科研)は、従来からの部署である保安管理部、放射線管理部、工務技術部、研究炉加速器技術部、臨界ホット試験技術部、バックエンド技術部の6部及び計画管理部に加えて、先端基礎研究センター、原子力基礎工学研究センター、原子力エネルギー基盤連携センター及び物質科学研究センターで構成され、各部署は、中長期計画の達成に向け、施設管理、研究技術開発などを行っている。本報告書は、今後の研究開発や事業推進に資するため、令和2年度の原科研の活動(各センターでの研究開発活動を除く)、並びに原科研を拠点とする廃炉環境国際共同研究センター、安全研究センター、原子力人材育成センターなどが原科研の諸施設を利用して実施した研究開発及び原子力人材育成活動の実績を記録したものである。
原子力科学研究部門 原子力科学研究所
JAEA-Review 2023-006, 153 Pages, 2023/06
JAEA-Review-2023-006.pdf:5.74MB
原子力科学研究所(原科研)は、従来からの部署である保安管理部、放射線管理部、工務技術部、研究炉加速器技術部、臨界ホット試験技術部、バックエンド技術部の6部及び計画管理部に加えて、組織再編によって加わった先端基礎研究センター、原子力基礎工学研究センター、原子力エネルギー基盤連携センター及び物質科学研究センターで構成され、各部署は、中長期計画の達成に向け、施設管理、研究技術開発などを行っている。本報告書は、今後の研究開発や事業推進に資するため、平成31年度・令和元年度の原科研の活動(各センターでの研究開発活動を除く)、並びに原科研を拠点とする廃炉国際共同研究センター、安全研究センター、原子力人材育成センターなどが原科研の諸施設を利用して実施した研究開発及び原子力人材育成活動の実績を記録したものである。
大井川 宏之
四季, 59, P. 1, 2023/06
東海村にはJ-PARCとJRR-3という世界有数の中性子科学の研究施設がある。これらの施設が生み出す価値を国民に伝えるため、利用者の皆様には成果をアピールしていただきたい。
徳永 翔; 堀口 洋徳; 中村 剛実
JAEA-Technology 2023-001, 37 Pages, 2023/05
JAEA-Technology-2023-001.pdf:1.39MB
研究用原子炉JRR-3の冷中性子源装置(Cold Neutron Source: CNS)は、原子炉内で発生した熱中性子を減速材容器内に貯留した液体水素により減速し、エネルギーの低い冷中性子に変換する装置である。CNSから発生した冷中性子は、中性子導管を用いて実験装置に輸送され、生命科学、高分子科学、環境科学等を中心とする多くの物性研究に利用されている。中性子科学における世界の研究用原子炉との競争力を維持するためには、冷中性子強度の改善は不可欠であり、新たな知見を取り入れた新型CNSの開発を進めている。現行のJRR-3のCNSの減速材容器は、水筒型のステンレス製容器を採用しており、材質及び形状の変更により冷中性子束の強度を向上させることが可能である。そのため、新型減速材容器の基本仕様は、材質を中性子吸収断面積の小さいアルミニウム合金に変更し、さらに、モンテカルロ計算コードMCNPを用いて最適化した容器形状に変更した。これらの仕様変更に伴い、発熱や伝熱の条件に変更が生じることから、熱流力設計上の成立性を確認するため、JRR-3のCNSについて自己平衡性、熱輸送限界及び耐熱・耐圧等について改めて評価を行った。本報告書は、新型減速材容器に関わる熱流力設計上の評価を実施し、その結果を纏めたものである。
