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論文

Recent progress on practical materials study by Bragg edge imaging at J-PARC

及川 健一; Su, Y.; 鬼柳 亮嗣; 川崎 卓郎; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Harjo, S.; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.436 - 442, 2018/12

 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

We are promoting for practical product observation by the energy-resolved neutron imaging method using high-intensity pulsed neutrons at J-PARC, under the Photon and Quantum Basic Research Coordinated Development Program from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan. Bragg edge imaging, one of the energy-resolved neutron imaging methods for visualizing material properties, was applied to feasibility study of the temperature distribution of copper rod, complementary study of the texture and strain distribution of bent steel plates using neutron diffraction and EBSD, and so on. Outline of results obtained by these imaging experiments will be presented.

論文

Imaging measurement of neutron attenuation by small-angle neutron scattering using soller collimator

大場 洋次郎; 篠原 武尚; 佐藤 博隆*; 小野寺 陽平*; 廣井 孝介; Su, Y.; 杉山 正明*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094004_1 - 094004_5, 2018/09

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

中性子小角散乱(SANS)は、ナノ構造の解析に有効な実験手法である。近年、中性子透過率に含まれるSANSの寄与を定量的に解析できる手法が開発され、中性子透過率スペクトルからSANSと同じくナノ構造情報が得られるようになった。これをパルス中性子透過イメージング実験に応用すれば、試料内のナノ構造の分布について高効率な2次元マッピングが可能になる。これを実現するためには、散乱中性子の検出器への入射を防ぐ必要がある。そこで本研究では、試料と検出器の間にソーラーコリメータを設置して散乱中性子を吸収、除去する方法を検討した。粒径の異なるシリカ微粒子を測定した結果、粒径によるSANSの違いを反映した中性子透過率スペクトルの違いを観測することに成功した。

論文

Inverse pole figure mapping of bulk crystalline grains in a polycrystalline steel plate by pulsed neutron Bragg-dip transmission imaging

佐藤 博隆*; 塩田 佳徳*; 諸岡 聡; 戸高 義一*; 足立 望*; 定松 直*; 及川 健一; 原田 正英; Zhang, S.*; Su, Y.; et al.

Journal of Applied Crystallography, 50(6), p.1601 - 1610, 2017/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:20.86(Chemistry, Multidisciplinary)

A new mapping procedure for polycrystals using neutron Bragg-dip transmission is presented. This is expected to be useful as a new materials characterization tool which can simultaneously map the crystallographic direction of grains parallel to the incident beam. The method potentially has a higher spatial resolution than neutron diffraction imaging. As a demonstration, a Bragg-dip neutron transmission experiment was conducted at J-PARC on beamline MLF BL10 NOBORU. A large-grained Si-steel plate was used. Since this specimen included multiple grains along the neutron beam transmission path, it was a challenging task for existing methods to analyze the direction of the crystal lattice of each grain. A new data-analysis method for Bragg-dip transmission measurements was developed based on database matching. As a result, the number of grains and their crystallographic direction along the neutron transmission path have been determined.

論文

Time-of-flight neutron transmission imaging of martensite transformation in bent plates of a Fe-25Ni-0.4C alloy

Su, Y.; 及川 健一; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Gong, W.; Zhang, S. Y.*; Parker, J. D.*; et al.

Physics Procedia, 88, p.42 - 49, 2017/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.69

The influences of bending deformation and subsequent subzero treatment on the martensite transformation behaviors in a metastable austenitic alloy Fe-25Ni-0.4C were investigated by the time-of-flight (TOF) neutron Bragg-edge transmission (BET) imaging method. Two-dimensional (2D) maps of martensite phase volume fractions and texture variations due to residual stress and lowering the temperature of the bent samples before and after subzero treatment were obtained by Bragg-edge spectral analysis. The obtained phase volume fractions were quantitatively compared with those determined by neutron diffraction.

論文

A Comparative study of the crystallite size and the dislocation density of bent steel plates using Bragg-edge transmission imaging, TOF neutron diffraction and EBSD

及川 健一; Su, Y.; 友田 陽*; 川崎 卓郎; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Zhang, S.*; Parker, J. D.*; 佐藤 博隆*; et al.

Physics Procedia, 88, p.34 - 41, 2017/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.69

TOFブラッグエッジ透過イメージング法を用い、塑性変形させた曲げ鉄鋼試料の微細構造を解析し、得られた結果を中性子回折法及びEBSD法により比較検証を行った。その結果、テキスチャ等は非常に良い一致を示したが、結晶子サイズを中性子回折法による消衰効果から見積もることはうまく行かなかった。そこで、回折プロファイルのブロードニング幅解析から結晶子サイズを求めることを試み、またEBSD法から結晶歪みの解析結果も合わせて再検討を行った。

論文

中性子透過率スペクトル測定を利用した新しい中性子散乱実験

大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 佐藤 博隆*; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 杉山 正明*

波紋, 26(4), p.170 - 173, 2016/11

Based on the time-of-light (TOF) technique, new generation pulsed neutron sources enable novel neutron scattering experiments. Using small-angle neutron scattering (SANS) at the pulsed neutron sources, simultaneous measurements of SANS and Bragg edge transmission can be performed. From the SANS profiles, the precipitates and inclusions in metals and alloys are characterized, while the Bragg edge transmission spectra give crystallographic information about the matrix. This is a powerful tool for quantitative characterization of the microstructures in the metals and alloys. The neutron transmission experiments have potential for further development. Magnetic Bragg edge transmission analysis will be useful for magnetic materials. These new neutron scattering techniques enhance the usability and flexibility of neutron scattering experiments.

論文

Time-of-flight neutron Bragg-edge transmission imaging of microstructures in bent steel plates

Su, Y.; 及川 健一; Harjo, S.; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 原田 正英; 廣井 孝介; Zhang, S.*; Parker, J. D.*; 佐藤 博隆*; et al.

Materials Science and Engineering A, 675, p.19 - 31, 2016/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:28.67(Nanoscience & Nanotechnology)

Neutron Bragg-edge transmission imaging makes it possible to quantitatively visualize the two-dimensional distribution of microstructure within a sample. In order to examine its application to engineering products, time-of-flight Bragg-edge transmission imaging experiments using a pulsed neutron source were performed for plastically bent plates composed of a ferritic steel and a duplex stainless steel. The non-homogeneous microstructure distributions, such as texture, crystalline size, phase volume fraction and residual elastic strain, were evaluated for the cross sections of the bent plates. The obtained results were compared with those by neutron diffraction and electron back scatter diffraction, showing that the Bragg-edge transmission imaging is powerful for engineering use.

論文

Development of a three-dimensional computed tomography system using high-speed camera at a pulsed neutron source

瀬川 麻里子; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 佐藤 博隆*; 呉田 昌俊

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036006_1 - 036006_6, 2015/09

A neutron energy resolved three-dimensional (3D) imaging system with a high-speed video camera (CMOS, 1300 k frame/sec) and time-of-flight technique has been newly developed and installed at Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The aim is to investigate a spatial distribution of several elements and crystals in various kinds of materials or substances more rapidly. The system allows to obtain TOF images consecutively resolved into narrow energy ranges in the pulsed neutron energy region from 0.01 to a few keV. The camera system was successfully demonstrated to obtain the reconstructed 3D images for Cu, Fe, Pb, and Polyethylene samples and the neutron energy dependence of the CT values, which are proportional to the total neutron cross sections. With use of the energy dependence of each CT values, it is possible to emphasize the selected materials, even if materials such as Cu and Fe have similar energy dependence of CT values. The results showed that this technique has the possibility to visualize material alternatively by choosing neutron energy and emphasize materials with use of the energy dependence of CT values.

論文

Microstructure and residual strain distribution in cast duplex stainless steel studied by neutron imaging

Su, Y.; 及川 健一; 川崎 卓郎; 甲斐 哲也; 塩田 佳徳*; 佐藤 博隆*; 篠原 武尚; 友田 陽*; 原田 正英; 鬼柳 亮嗣; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031015_1 - 031015_5, 2015/09

J-PARC/MLFの中性子イメージング及び回折装置は、鉄鋼材料などの実用材のミクロスコピックな特性評価に非常に有用であると期待されている。本研究では、MLFのBL10(NOBORU)において、2次元検出器を用いて鉄鋼材料の透過イメージング測定を行った。四種類の異なる条件で鋳込みを行ったフェライト($$alpha$$)-オーステナイト($$gamma$$)の二相ステンレス鋼を試料として用いた。得られた2次元の透過スペクトルに含まれるブラッグエッジ情報を、解析プログラムRITSを用いて検証し、試料の集合組織,相分布,粒径や、相応力分布の検証を行った。

口頭

Pulse neutron imaging experiments in the first year of J-PARC

甲斐 哲也; 原田 正英; 及川 健一; 酒井 健二; 前川 藤夫; 大井 元貴; 篠原 武尚; 相澤 一也; 高田 慎一; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

J-PARCに設置された中性子源特性試験装置(NOBORU)を用いたパルス中性子によるイメージング技術の開発が2008年12月より始まった。最初の3か月における結果,将来の研究計画、及びJ-PARCでの新しいイメージング装置についての議論を紹介する。

口頭

J-PARCにおけるパルス中性子イメージング技術の開発

篠原 武尚; 高田 慎一; 相澤 一也; 鈴木 淳市; 甲斐 哲也; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; 酒井 健二; 大井 元貴; et al.

no journal, , 

中性子を用いたイメージング法は、中性子の特徴である高い物質透過性能及び軽元素に対する感度の高さを利用した撮像法である。これまでの中性子イメージング法では、多くの場合、物質での吸収による強度変化を得るものであるが、中性子と物質との相互作用には多くの場合エネルギー依存性が存在するため、物質透過現象は本来エネルギーに依存する。また、吸収のみならず、散乱に伴う運動量変化や位相変化,中性子スピン状態の変化などを積極的に活用することにより、高度な中性子イメージング法を開発する余地がある。このとき、パルス中性子を用いた飛行時間分析型のイメージングを導入することにより、エネルギー依存の情報を効率よく取得することが可能となる。そこで、本研究では、大強度パルス中性子を利用することが可能なJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)においてパルス中性子イメージング実験を開始し、エネルギー選別型の新しい中性子イメージング法の開発に取り組んでいる。発表では、MLFのBL10ビームラインにおいて、これまでに行ってきた実験結果について報告するとともに、今後の研究開発の展開について述べる。

口頭

偏極$$^{3}$$Heスピンフィルターの開発とその現状,2

吉良 弘; 坂口 佳史; 奥 隆之; 鈴木 淳市; 中村 充孝; 新井 正敏; 遠藤 康夫; 加倉井 和久; 有本 靖*; 猪野 隆*; et al.

no journal, , 

原子核スピンが偏極した$$^{3}$$Heは、原子核スピンと反対向きのスピンを持つ中性子に対して非常に大きい吸収断面積を持つこと,散乱断面積が非常に小さいことから、中性子ビームの効果的かつクリーンな偏極手段として利用可能である。偏極$$^{3}$$Heを用いた中性子スピンフィルターには磁気スーパーミラーやホイスラー結晶といったこれまでに使われてきた中性子ビーム偏極手法に比べ、広い波長帯域の中性子に使用可能,高いエネルギーの中性子に対応可能,大立体角をカバーするフィルターを実現可能,余計な散乱を出さない、といった特徴があり、偏極中性子実験の高度化の観点から早急な実用化が望まれている。われわれはこれまで、SEOP(Spin Exchange Optical Pumping)方式による太鼓型$$^{3}$$Heセルの偏極実験を行ってきた。その結果、実験で必要とされる高い$$^{3}$$Heガス偏極度を実現するうえでの課題が明らかとなり、現在改善に取り組んでいる。当日は、国内の実験装置において必要とされる偏極$$^{3}$$He中性子スピンフィルターのデザイン,性能を紹介するとともに、実現に向けた取り組みと現行システムの改良点を紹介する予定である。

口頭

Recent development of Rietveld-type analysis technique for Bragg-edge transmission imaging

佐藤 博隆; 岩瀬 謙二*; 加美山 隆*; 鬼柳 善明*

no journal, , 

現在、大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設(MLF)において、エネルギー分析型パルス中性子イメージング装置の建設を予定している。この装置で測定される位置依存の中性子透過スペクトルを詳細に解析することにより、測定対象物の物質情報を定量的に可視化することができる。そのため、リートベルト型透過スペクトル解析コード「RITS」の開発を進めている。このコードを使用することにより、ブラッグエッジと呼ばれる透過スペクトルパターンから、材料のさまざまな結晶組織構造情報(結晶構造・結晶相・集合組織・微細構造・ひずみ等)を引き出すことが可能となってきた。本会議ではコード開発の最近の進展状況について講演する。

口頭

Developments of energy-resolved neutron imaging techniques using pulsed neutrons at J-PARC

篠原 武尚; 甲斐 哲也; 大井 元貴; 原田 正英; 酒井 健二; 及川 健一; 佐藤 博隆; 前川 藤夫; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

現在、J-PARCの物質・生命科学実験施設においてパルス中性子を用いたエネルギー分析型中性子イメージング法の開発を進めている。この手法は、従来の中性子ラジオグラフィ技術とは異なり、中性子透過率のエネルギー依存性を詳細に検討することによって、観測対象内部の結晶構造や元素分布に関する情報を取得することが可能となる。また、中性子の持つ磁気モーメントを活用することにより、元来不可視である磁場を画像化することが可能であった。中性子エネルギー分析型イメージング法との融合により、磁場情報の定量化が原理的に可能である。本発表では、J-PARCにおいて進められている研究開発の現状を報告するとともに、実験環境整備の進捗状況を報告する。また、最新の応用研究の結果として、偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法による軟磁性材料の磁区構造の可視化実験の結果について報告する。

口頭

偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の開発,2

篠原 武尚; 酒井 健二; 甲斐 哲也; 大井 元貴; 佐藤 博隆; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設においてパルス中性子を用いたエネルギー分析型中性子イメージング法の開発を進めている。この手法ではこれまでの中性子イメージング法とは異なり、中性子透過率のエネルギー依存性の検討を通じて、観測対象内部の結晶構造や元素分布に関する情報を取得することが可能となる。本研究では、特に中性子の磁気モーメントと磁場との相互作用を活用することにより、元来不可視である磁場を画像化する磁場イメージング法の開発に取り組み、磁場情報を定量的に可視化する手法の開発を行っている。今回、これまで行ってきた1次元での偏極度変化の波長依存性の解析を発展させ、3次元での偏極度解析手法を導入し、磁場ベクトルの可視化法の開発に取り組んだ。また、軟磁性材料の内部磁場分布の可視化試験を応用研究として行い、試料内部の磁区構造を反映する磁場分布を得た。発表では、偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の原理と最近の実験結果について報告する。

口頭

Recent developments of RITS code for Bragg edge imaging

佐藤 博隆; 篠原 武尚; 鬼柳 亮嗣; 相澤 一也; 大井 元貴; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; 岩瀬 謙二*; 加美山 隆*; et al.

no journal, , 

パルス中性子源を利用したブラッグエッジイメージングは、高い空間分解能で広い範囲に渡ってバルク材料の結晶組織構造情報を一挙に与えることができるため、工学材料研究のための新しいツールとして期待されている。2次元位置敏感型検出器の各ピクセルで得られるブラッグエッジ透過スペクトルからそのような情報を定量的に推定するために、ブラッグエッジパターンを詳細に解析することは必要不可欠である。そのため、総合スペクトル解析コード「RITS」を開発し、結晶格子ひずみのみならず集合組織(選択配向)や結晶子サイズの定量的なイメージングを実証することに成功した。さらに、RITSは230種類の全結晶構造パターンを取り扱うことができなかったうえに、多相解析も行えなかったため、その改良を行っている。本会議では、より開発の進んだブラッグエッジイメージングの現状について報告する。

口頭

Development of new imaging techniques using pulsed neutrons

佐藤 博隆; 篠原 武尚; 加美山 隆*; 鬼柳 善明*

no journal, , 

飛行時間中性子イメージングは、高い空間分解能で広い範囲に渡ってバルク試料のさまざまな物理情報・化学情報を位置依存で非破壊的に与えることができるため、工学材料研究のための新しい解析ツールとして期待されている。低エネルギー領域においては、透過スペクトル中にブラッグエッジが現れ、これはさまざまな結晶組織構造情報を含んでいる。ひずみの定量的可視化の手法は既に開発されていたが、集合組織や結晶粒サイズに関しては手法が確立していない。そこで本研究では、ひずみのみならず集合組織(選択配向)や結晶子サイズを推定することのできる総合ブラッグエッジ解析コード「RITS」を開発した。本スクールでは、RITSコードやひずみ・集合組織・結晶子サイズの定量的イメージング,熱外中性子共鳴吸収法による核種密度と温度のCTなど、パルス中性子イメージングの現状を報告する。

口頭

Visualization of magnetic field distribution in a soft magnetic foil by polarized pulsed neutron imaging

篠原 武尚; 酒井 健二; 大井 元貴*; 甲斐 哲也; 原田 正英; 及川 健一; 佐藤 博隆; 前川 藤夫; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

中性子を用いたイメージング法は、中性子の特徴である高い物質透過性能や軽元素に対する感度の高さを利用した材料内部の観察手法の一つであり、他の放射線では困難な大型試料や水素系の材料への応用が可能である。さらに、中性子は磁気モーメントを持つため磁場に対する感度を有し、イメージング法との組合せにより空間や物質中の磁場を可視化することが原理的に可能である。この手法では磁場環境下での中性子磁気モーメントのラーモア歳差運動を偏極度変化として位置ごとに検出するが、この偏極度変化の中性子波長依存性をパルス中性子の飛行時間分析法を用いて高精度に測定することにより磁場強度の定量的な議論が可能である。本研究では、偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の開発の現状について報告するとともに、応用研究として実施した軟磁性材料の内部の磁場分布の結果について報告する。

口頭

パルス中性子イメージングにおけるブラッグエッジ解析法の検証・高度化

佐藤 博隆; 篠原 武尚; 鬼柳 亮嗣; 岩瀬 謙二*; 加美山 隆*; 鬼柳 善明*

no journal, , 

パルス中性子を利用したブラッグエッジイメージングは、新しい結晶組織構造解析ツールとして期待されている。本研究会では、集合組織や結晶子サイズの解析法について、光学顕微鏡や中性子回折による妥当性の検証を行ったので、その評価結果について報告する。また、本手法における解析可能な結晶構造パターンの拡充や、結晶相イメージング法の開発を行ったので、一連の高度化研究についても報告する。さらに、J-PARC施設の現状やJ-PARCにおけるパルス中性子イメージング技術開発の現状についても、併せて報告する。

口頭

偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の開発,3

篠原 武尚; 根岸 智哉*; 林田 洋寿; 酒井 健二; 甲斐 哲也; 大井 元貴; 佐藤 博隆*; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; et al.

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設において偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の開発を進めている。この手法は、中性子の磁気モーメントと磁場との相互作用を活用し、元来不可視である磁場を画像化するものであり、パルス中性子の飛行時間分析と組合せることにより磁場情報を定量的に画像化する可能性を有する。これまでの開発により、3次元での偏極度解析手法の導入に成功したが、環境磁場の影響により中性子スピンを高精度に制御することができなかった。そこで、磁気シールドを導入し、環境磁場の影響を十分に抑制し、零磁場環境での測定が可能となった。さらに、応用研究として、軟磁性特性を有する電磁鋼板中の磁場強度の定量化、磁区構造の可視化に取り組んだ。発表では、実験体系の改良内容及び応用実験の結果について報告する。

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