Prospect for application of compact accelerator-based neutron source to neutron engineering diffraction

小型加速器中性子源の中性子工学回折への応用の可能性

池田 義雅*; 竹谷 篤*; 高村 正人*; 須長 秀行*; 熊谷 正芳*; 大場 洋次郎*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士  

Ikeda, Yoshimasa*; Taketani, Atsushi*; Takamura, Masato*; Sunaga, Hideyuki*; Kumagai, Masayoshi*; Oba, Yojiro*; Otake, Yoshie*; Suzuki, Hiroshi

小型中性子源を利用した透過イメージングや小角散乱、反射率測定など、小型中性子源による工学的応用に関する議論が広まるなか、小型中性子源のフラックスの低いゆえに回折実験に関する検討はなされてこなかった。そこで本研究では、理化学研究所の小型加速器中性子源RANSを用いることにより、中性子工学回折実験への応用の可能性について検討した。まず、光学系の最適化によるバックグラウンドノイズの低減により、10分間の測定でも十分に認識可能な回折パターンを得ることができた。110回折のプロファイルから計算した分解能は約2.5%であり、中性子回折によるひずみ測定には不十分である。RANSのモデレータによる減速時間が約30sと分解能の決定に最も支配的なパラメータであることから、モデレータの改良が分解能の向上につながる。一方で、回折パターンの変化から、塑性変形に伴う集合組織の変化をとらえることに成功するとともに、リートベルトコードによる回折パターンのフィッティングにより、オーステナイト相の体積率の評価にも成功した。RANSは、集合組織や残留オーステナイト量の測定を目的とした中性子工学回折の応用に有効と考えられる。

A compact accelerator-based neutron source has been lately discussed on engineering applications such as transmission imaging and small angle scattering as well as reflectometry. However, nobody considers using it for neutron diffraction experiment because of its low neutron flux. In this study, therefore, the neutron diffraction experiments are carried out using Riken Accelerator-driven Compact Neutron Source (RANS), to clarify the capability of the compact neutron source for neutron engineering diffraction. The diffraction pattern from a ferritic steel was successfully measured by suitable arrangement of the optical system to reduce the background noise, and it was confirmed that the recognizable diffraction pattern can be measured by the large sampling volume with 10 mm in cubic for an acceptable measurement time, i.e. 10 minutes. The minimum resolution of the 110 reflection for RANS is approximately 2.5 % at 8 s of the proton pulse width, which is insufficient to perform the strain measurement by neutron diffraction. The moderation time width at the wavelength corresponding to the 110 reflection is estimated to be approximately 30 s, which is the most dominant factor to determine the resolution. Therefore, refinements of the moderator system to decrease the moderation time are important to improve the resolution of the diffraction experiment using the compact neutron source. In contrast, the texture evolution due to plastic deformation was successfully observed by measuring a change in the diffraction peak intensity by RANS. Furthermore, the volume fraction of the austenite phase was also successfully evaluated by fitting the diffraction pattern using a Rietveld code. Consequently, RANS was proved to be capable for neutron engineering diffraction aiming for the easy access measurement of the texture and the amount of retained austenite.