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論文

量子ビームが切り拓く未来,2; バイオ・環境・エネルギーに貢献する荷電粒子・RI利用研究

南波 秀樹; 田中 淳; 伊藤 久義

日本原子力学会誌, 50(12), p.785 - 789, 2008/12

前回の解説では、近年技術革新のキーテクノロジーとして世界的に注目されている量子ビームの応用研究の概要について紹介した。$$gamma$$線,電子線やイオンビームを用いた荷電粒子・RI利用研究は、量子ビームの利用の中でも最も長い歴史を持ち、学術研究分野はもとより、工業,農業,医療活動の幅広い分野において、さまざまな形で利用されている。本稿では、この荷電粒子・RIを用いたバイオ技術・医療応用・環境・エネルギー分野での研究開発を紹介する。

論文

放射線利用,工業分野でますます重要に; 新技術分野確立で新たな展開

南波 秀樹

原子力eye, 53(1), p.2 - 4, 2007/01

近年ますます重要となってきている放射線の工業利用について、その経済規模,利用の原理について述べるとともに、新たな潮流である「量子ビームテクノロジー」への流れを解説する。

論文

Characteristics study on suspended fine particles in aqueous phenol solution formed by electron beam irradiations

田口 光正; 善如寺 芳弘*; 瀧上 真知子*; Baldacchino, G.*; 木村 敦; 平塚 浩士*; 南波 秀樹; 小嶋 拓治

Radiation Physics and Chemistry, 75(5), p.564 - 571, 2006/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.41(Chemistry, Physical)

室温大気圧下において、濃度10$$sim$$40mMのフェノール水溶液に2MeVの電子線及び$$^{60}$$Co$$gamma$$線を照射した結果、白濁が観測された。この試料溶液の分析により、OHラジカルの付加した生成物と直径100-800nm程度の微粒子の生成が認められた。微粒子の直径は高線量になるに伴い増大し、また、同一線量では、フェノールの初期濃度が高いほど粒径が大きくなった。さらに、線量率を変えて照射した場合、線量率が高くなるに伴い平均粒径が小さくなり、かつ分布幅も狭くなった。また、微粒子は分子量1.9$$times$$10$$^{2}$$程度の分子から構成されていることがわかった。

論文

Study of radiation-induced primary process by ion pulse radiolysis

吉田 陽一*; Yang, J.*; 近藤 孝文*; 関 修平*; 古澤 孝弘*; 田川 精一*; 柴田 裕実*; 田口 光正; 小嶋 拓治; 南波 秀樹

JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.183 - 185, 2006/01

シングルフォトンカウンティングシステムを用いて重イオンパルスラジオリシス技術を開発した。このシステムでは、溶液試料入射前に置かれた薄膜シンチレータにイオンを照射した時にシンチレータから発した光を溶液試料中に生成する初期活性種の検出光源として用いた。このシステムを用いて水中における水和電子の時間過渡吸収の測定が達成でき、これにより本技術の有用性が示された。

論文

Decomposition of ${it p}$-nonylphenols in water and elimination of their estrogen activities by $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray irradiation

木村 敦; 田口 光正; 大谷 仁己*; 瀧上 眞知子; 島田 好孝*; 小嶋 拓治; 平塚 浩士*; 南波 秀樹

Radiation Physics and Chemistry, 75(1), p.61 - 69, 2006/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.43(Chemistry, Physical)

$$^{60}$$Co$$gamma$$線照射により、水中濃度1$$mu$$mol dm$$^{-3}$$の水中${it p}$-ノニルフェノール(NPs)は吸収線量が高くなるに従い指数関数的に減少した。OH付加体と推定される分子量236を有する2つの分解生成物が、LC-MS分析により検出された。5000Gy(J kg$$^{-1}$$)におけるNPsとその照射生成物のエストロジェン活性の消失を、イーストツーハイブリッド法により確認した。これらの結果はNPs処理の放射線利用の基礎データを提供するものである。

報告書

Decomposition of $$it p$$-nonylphenols in water by $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray irradiation

木村 敦; 田口 光正; 小嶋 拓治; 平塚 浩士*; 南波 秀樹

JAERI-Research 2004-018, 49 Pages, 2005/01

JAERI-Research-2004-018.pdf:6.6MB

毒性が高くかつ難分解性である内分泌撹乱化学物質は動物に対して悪影響を及ぼすといわれている。その一つである$$it p$$-ノニルフェノールは、プラスチック及び合成洗剤の原料に用いられ、広く水環境中に排出されている。$$^{60}$$Co-$$gamma$$線照射によって水分子から生成するOHラジカルは非常に高い酸化力を有し、オゾン等の他の処理法では分解が困難な化学物質の分解を可能とする。近年、このOHラジカルを用いた処理法は水環境の保全において非常に注目を集めている。本研究は、水中汚染化学物質の処理法の開発の一環として、$$gamma$$線誘起OHラジカルによる$$it p$$-ノニルフェノールの分解の機構解明を行った。$$it p$$-ノニルフェノール,$$it p$$-クレゾール及び4-エチルフェノールをOHラジカルによって酸化分解し、アルキル鎖の長さの違いによる分解機構の差異について考察した。

論文

Primary process of radiation chemistry studied by ion pulse radiolysis

吉田 陽一*; Yang, J.*; 佐伯 昭紀*; 田川 精一*; 柴田 裕実*; 南波 秀樹; 小嶋 拓治; 田口 光正

JAERI-Review 2004-025, TIARA Annual Report 2003, p.143 - 144, 2004/11

AVFサイクロトロンの重イオンを用いたパルスラジオリシス研究のため、ナノ秒の時間分解能を持つ重イオン時間分解光吸収システムを構築した。Cイオンがシンチレータを通過する際に発する光を分析光として用い、水溶液試料を入れたサンプルセルの底面に設けたレンズ集光機能を持つ光ファイバーを通して光検出器に導き、フォトンカウンティング法により水中に生成する活性種を測定した。観測波長を480nmとし、水の有る場合と、無い場合の光強度の差を用いて、水和電子の吸光度を算出した。光強度の絶対値の評価ができていないため詳細な定量的議論ができないものの、水和電子の減衰には、10ns程度の速い減衰過程とそれに続く遅い減衰過程があることがわかった。このような二成分の減衰は軽イオンを用いた海外での研究や、吸収でなく発光測定法による研究においても観測されており、速い減衰過程は高密度励起に起因すると考えられる。

論文

Radiation-induced decomposition of trace amounts of 17 $$beta$$-estradiol in water

木村 敦; 田口 光正; 新井 英彦*; 平塚 浩士*; 南波 秀樹; 小嶋 拓治

Radiation Physics and Chemistry, 69(4), p.295 - 301, 2004/03

 被引用回数:24 パーセンタイル:16.2(Chemistry, Physical)

水中に微量存在している17$$beta$$-エストラジオール(E2)の$$^{60}$$Co$$gamma$$線分解挙動を調べた。フェノールを用いた比較実験からE2とOHラジカルの反応速度定数を1.6$$times$$10$$^{10}$$mol dm$$^{-3}$$s$$^{-1}$$と求めた。LC-MS及びELISAによってそれぞれ求めたE2濃度及びE2-等価濃度はともに線量の増加に対して減少した。すなわち$$gamma$$線照射によりE2は指数関数的に濃度減少し、10Gyで完全に分解した。一方、E2等価濃度は10Gyでは残存し、30Gyで環境に影響を及ぼさないレベル以下まで減少した。

論文

Electron beam applications to flue gas treatment

南波 秀樹

Charged Particle and Photon Interactions with Matter, p.729 - 742, 2003/11

電子線を用いた排煙処理に関し、その原理と反応機構に関し詳述した。(1)「序論」では、大気中での酸性雨発生の機構と排煙処理の必要性を述べた。(2)「入射電子」では、気体中に入射した電子と物質との相互作用を、エネルギー付与,阻止能と飛程について述べるとともに、実際の電子加速器の使用において問題となる窓箔でのエネルギーロスについて解説した。(3)「初期過程」においては、気体中で電子から与えられたエネルギーがどのような経路を経て、窒素酸化物,硫黄酸化物の酸化に寄与するかを詳述した。(4)「実用規模プラントとほかの排ガス」においては、電子線排煙処理の実用規模プラントに関して述べるとともに、窒素酸化物,硫黄酸化物以外の排煙処理に関して解説した。

論文

Primary process of radiation chemistry studied by ion pulse radiolisys

吉田 陽一*; Yang, J.*; 関 修平*; 佐伯 昭紀*; 田川 精一*; 柴田 裕実*; 田口 光正; 小嶋 拓治; 南波 秀樹

JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.145 - 146, 2003/11

AVFサイクロトロンからのCイオンを、試料液面上に設置したシンチレータを通過させ、水溶液試料に照射した。Cイオンがシンチレータを通過する際に発する光を、分析光として用い、試料容器底面に設けたレンズ集光機能を持つ光ファイバーを通して、光測定系に導いて生成物の吸光特性を調べた。吸光度は、溶質の存在する場合と、無い場合の光強度の差を用いて算出した。Cイオン照射により生成したOHラジカルとの反応により生成した(SCN)$$_{2}$$$$^{-}$$の過渡吸収時間プロファイルを480nmで測定した。この結果得られた吸光度は20nsで立ち上がることがわかった。これは、システムの時間分解能に等しい。また、吸光度の減衰は、10ns程度の速い減衰過程とそれに続く遅い減衰過程が観測された。この速い減衰過程は高密度励起に起因するものと考えられる。

論文

Chemical effects of heavy ion beams on organic materials

小泉 均*; 市川 恒樹*; 田口 光正; 小林 泰彦; 南波 秀樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206, p.1124 - 1127, 2003/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.51(Instruments & Instrumentation)

アラニン,アジピン酸及びポリジメチルシロキサンについて重イオン照射効果を調べた。アラニン及びアジピン酸に$$gamma$$線,220MeV C,350MeV Ne、及び175Mev Arイオンを照射したところ、生成したラジカルのG値は、この順で減少した。$$gamma$$線照射の場合、これらラジカルのG値は高線量照射で減少する。トラック内の局所的な高線量領域が、重イオン照射でのG値の減少の原因と考えられる。一方、ポリジメチルシロキサンにおいては、この高線量領域においてゲル化が起こり、重イオン飛跡に沿った細線ができることが確認された。

論文

Yield of acridine C-radical produced by irradiation with energetic heavy ions

田口 光正; 森山 正洋*; 南波 秀樹; 平塚 浩士*

Radiation Physics and Chemistry, 64(2), p.115 - 122, 2002/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:68.96(Chemistry, Physical)

数百MeVの重イオン照射によりポリビニルアルコールフィルム中に生成するアクリジンC-ラジカルの生成G値は各イオン種について線エネルギー付与(LET)の増加に伴い減少した。また、ラジカル収量は照射イオンのフルエンスに依存した。この結果を、ケミカルトラックモデルを用いて解析したところ、その半径は、照射イオン種が同じ場合には入射イオン速度の増加に伴い減少すること、さらに同じ速度ならばイオンの原子番号の増加に伴い増加することがわかった。

論文

物質を変貌させる照射; 放射線・イオンビーム

南波 秀樹

エネルギーレビュー, 22(4), p.8 - 10, 2002/04

放射線を物質に照射した時におこる現象は、$$gamma$$線照射の場合は、電子線照射と同様に、物質にエネルギーを付与することによって生じているものである。一方、イオンビーム照射の場合は、このエネルギー付与に加えて、物質の導入や核変換も惹き起こす。これらの放射線の物質に対しておこす作用と、それを利用した応用例について解説する。

論文

排煙処理

南波 秀樹

放射線利用における最近の進歩, p.162 - 172, 2000/06

放射線(電子線)を用いた排煙処理の対象として、これまで研究されてきたものは、(1)石炭、石油等の火力発電所からの燃焼排煙(処理対象: 硫黄酸化物,窒素酸化物)、(2)ゴミ燃焼排煙(処理対象: 硫黄酸化物,窒素酸化物,塩化水素,ダイオキシン等)、(3)鉄鋼焼結炉排煙(処理対象: 窒素酸化物,硫黄酸化物)である。また、排ガスの処理としては、(4)工場換気排ガス(処理対象: 有機化合物,有機塩素化合物)、(5)トンネル換気排ガス(処理対象: 窒素酸化物)、(6)土壌換気排ガス(処理対象: 有機塩素化合物)などがある。ここでは、特に実用化の域に達している火力発電所からの燃焼排煙処理技術について、その現状を詳述するとともに、ほかの排煙処理についても解説する。

論文

Effect of specific energy of heavy ions for 1,2,4,5-tetracyanobenzene radical anion formation

田口 光正; 松本 裕一*; 森山 正洋*; 南波 秀樹; 青木 康; 平塚 浩士*

Radiation Physics and Chemistry, 58(2), p.123 - 129, 2000/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.31(Chemistry, Physical)

1,2,4,5-tetracyanobenzene(TCNB)をドープしたPVAフィルムに数百MeVのC及びNe,Arイオンを照射した。照射後の吸収スペクトル測定によりTCNBラジカルアニオンの生成が確認された。吸光度は低フルエンス領域において増加し、高フルエンスでは減少した。このフルエンス依存性はラジカルの生成及び消滅を示しており、円筒状のケミカルトラックモデルを用いて解析したところ、トラック半径が見積もられた。トラック半径はイオンの核子あたりのエネルギーつまり比エネルギーの増加に伴い小さくなった。さらに同じ比エネルギーでは照射核子が大きいほど半径も大きくなることがわかった。また、吸光度とESR測定の結果から求められたラジカル生成のG値は$$gamma$$線照射と比べて小さかった。

論文

Energy distribution around 175MeV Ar ion path in argon at the density of water

田口 光正; 南波 秀樹; 青木 康*; 古川 勝敏; 大野 新一*

Radiation Physics and Chemistry, 55(5-6), p.511 - 514, 1999/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.36

TIARA施設に設置されたAVFサイクロトロンからの175MeV、Ar$$^{+8}$$イオンを0.1mm$$phi$$のアパーチャーを通して真空容器に満たした気体Arに入射した。2次電子によるイオン化収量を可動式の小型イオン化チェンバーにより求めた。ガス圧及びイオン化チェンバーの位置を変えることにより、水換算でイオンビーム軸から5nmから8$$mu$$m程度までの距離の線量分布を得た。分布は100nm程度までの領域では、理論的に見積もられている通り半径の2乗に反比例するが、それより外側の領域ではより急峻な半径依存性を示すことがわかった。線量分布は2次電子の最大飛程よりも外側まで広がっていることがわかった。また、コア部分を除いた領域のエネルギー付与量を求めたところ、LETの約90%であった。

論文

Predicted radiolysis yield in a Fricke solution irradiated with various heavy ions

大野 新一*; 古川 勝敏; 田口 光正; 南波 秀樹; 渡辺 宏

Radiation Physics and Chemistry, 55(5-6), p.503 - 506, 1999/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.24

水中を走る重イオンのエネルギー損失は、半古典的な考察から半径1nm範囲内に重イオンの直接作用によるエネルギー付与が22.8%起こることがわかる。また、それより外側の領域では2次電子を経由するエネルギー付与が起こる。気体試料中の電離量分布の実測データを解析することにより、2次電子を経由するエネルギー付与の分布を系統的にまとめることができた。フリッケ線量計の溶質濃度を既定することにより、重イオンの飛跡から距離tとt+$$Delta$$tを半径とする単位長さの2つの円筒に挟まれた部分の体積2$$pi$$t$$Delta$$tに含まれる溶質Fe$$^{2+}$$の個数が求められる。イオン照射によりこの領域に付与されるエネルギーは計算によって求められ、$$gamma$$線照射でのG値の線量依存性をトラックの中心部分に相当するような高線量域まで仮定することによって、生成Fe$$^{3+}$$の個数の動径分布が求められた。生成Fe$$^{3+}$$の個数をt=0-$$infty$$にわたって積分することによって1MeV Hから1400MeV UにいたるイオンについてFe$$^{3+}$$生成のG値が求められた。

論文

Chemical tracks of heavy ions for 1,2,4,5-tetracyanobenzene anion radical formation

田口 光正; 松本 裕一*; 南波 秀樹; 青木 康; 平塚 浩士*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 134(3-4), p.427 - 430, 1998/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:26.9

1,2,4,5,-テトラシアノベンゼン(TCNB)をドープしたPVAフィルムに330MeV,Ar$$^{11+}$$及び220MeV,C$$^{5+}$$イオンを照射したところ、340-480nmにTCNBアニオンラジカルに相当する吸収スペクトルが得られた。その生成量は両イオン照射において共に低フルエンス領域で増加、高フルエンス領域で減少することが分かった。1個のイオンによって引き起こされる領域をケミカルトラックとして、ラジカル生成量のフルエンス依存性をシミュレーションしたところ、Ar$$^{11+}$$では50nm、C$$^{5+}$$では20nmの半径を持つことが分かった。

論文

Electron beam treatment of lignite-burning flue gas with high concentrations of sulfur dioxide and water

南波 秀樹; 橋本 昭司; 徳永 興公; 鈴木 良治*

Radiation Physics and Chemistry, 53(6), p.673 - 681, 1998/00

 被引用回数:11 パーセンタイル:34.37(Chemistry, Physical)

SO$$_{2}$$(4,800ppm)、NO(320ppm)、H$$_{2}$$O(22%)を含む模擬リグナイト燃焼排煙からのSO$$_{2}$$、NO$$_{x}$$除去を調べるための実験を行った。10.3kGy照射、リークアンモニア無しの条件でのSO$$_{2}$$とNO$$_{x}$$の除去効率は、それぞれ、70$$^{circ}$$Cで97%と88%、80$$^{circ}$$Cで74%と85%に達した。SO$$_{2}$$とNO$$_{x}$$の除去効率は、同一処理条件では、800ppmのSO$$_{2}$$と225ppmのNOならびに7.5%の水を含む石炭燃焼排煙よりも高かった。この高い除去効率は、主として、HO$$_{2}$$とOHラジカルによってNOをNO$$_{2}$$に、SO$$_{2}$$をSO$$_{3}$$に酸化する効果的なラジカル反応に起因するものと思われる。NラジカルとNH$$_{2}$$ラジカルによるNO$$_{x}$$のN$$_{2}$$ならびにN$$_{2}$$Oへの還元反応もまたリグナイト燃焼排煙中の除去反応を促進する。副生物は若干のH$$_{2}$$SO$$_{4}$$を含む(NH$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$とNH$$_{4}$$NO$$_{3}$$の混合物であった。

論文

Radical formation in the radiolysis of solid adipic acid by $$gamma$$-rays and heavy ions

小泉 均*; 田口 光正; 南波 秀樹; 市川 恒樹*; 吉田 宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 132, p.633 - 638, 1997/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.71(Instruments & Instrumentation)

固体アジピン酸の$$gamma$$線、175MeVAr$$^{8+}$$,220MeVC$$^{5+}$$,及び350MeVNe$$^{8+}$$イオン照射によるラジカル生成をESR法によって測定した。イオン照射によるラジカル生成収率はクリティカルフルエンス(Ar$$^{8+}$$イオンの場合は5$$times$$10$$^{10}$$ions/cm$$^{+2}$$,C$$^{5+}$$及びNe$$^{8+}$$イオンの場合は10$$^{11}$$ions/cm$$^{2}$$)以下では一定であった。一方、それ以上のフルエンス領域では、イオンフルエンスの増加にともない減少した。ラジカル生成のG値はそれぞれCイオンで5.6、Neイオンで2.3、Arイオンで0.65であった。アラニンと比べてアジピン酸ではより大きな線質効果が得られたが、これはラジカル生成における収率の線量依存性の違いによって説明される。

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