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勅使河原 誠; 池田 裕二郎*; 村松 一生*; 須谷 康一*; 福住 正文*; 能田 洋平*; 小泉 智*; 猿田 晃一; 大竹 淑恵*
Journal of Neutron Research, 26(2-3), p.69 - 74, 2024/09
冷中性子のような低速中性子は、基礎物理学だけでなく、生命科学における構造ゲノミクスの進歩や水素社会への移行に必要な電池技術の進歩にとっても重要な非破壊プローブである。中性子を利用した科学は、中性子高強度依存科学とも呼ばれる。このエネルギー領域の中性子強度を増加させるため、ナノサイズ粒子群に着目した新しいユニークな方法が提案されている。この方法は、ナノサイズ粒子群による多重干渉性散乱による強度増強に基づく。ナノサイズ粒子群は、冷中性子以下の波長と一致することから、いわゆるブラッグ散乱と呼ばれる干渉性散乱と同様の効果を引き起こし、数桁もの中性子強度増強につながる。ナノダイヤモンドと水素化マグネシウムがこれまで数値的及び実験的に研究されているが、実用化において、ナノダイヤモンドの主な課題は賦形である。この問題の解決策を見出すために、我々は、もう一つの炭素構造体であるグラフェンに着目した。本論文では、冷中性子下の反射体材料としてのナノサイズグラフェンの可能性について、実験結果とともに報告する。
勅使河原 誠; 池田 裕二郎*; Yan, M.*; 村松 一生*; 須谷 康一*; 福住 正文*; 能田 洋平*; 小泉 智*; 猿田 晃一; 大竹 淑恵*
Nanomaterials (Internet), 13(1), p.76_1 - 76_9, 2023/01
被引用回数：4 パーセンタイル：50.15(Chemistry, Multidisciplinary)冷中性子以下の中性子強度を高めるため、ナノサイズグラフェンの集合体が、ナノダイヤモンドと同様に中性子のコヒーレント散乱を促進できることを提案した。さらには、グラフェンの強いsp2結合は、高い耐放射線性を有する可能性を秘める。理研の加速器駆動型小型中性子源やJ-PARCのiMATERIAを用いて、ナノサイズグラフェンの中性子全断面積測定,中性子小角散乱測定を行った。測定結果より、ナノサイズのグラフェン集合体は、コヒーレント散乱に起因すると考えられる冷中性子エネルギー領域での全断面積と小角散乱を増大させ、ナノダイヤモンドと同様に高い中性子強度をもたらすことを世界で初めて明らかにした。
岩本 ちひろ*; 高村 正人*; 上野 孝太*; 片岡 美波*; 栗原 諒*; 徐 平光; 大竹 淑恵*
ISIJ International, 62(5), p.1013 - 1022, 2022/05
被引用回数：3 パーセンタイル：23.47(Metallurgy & Metallurgical Engineering)Neutron diffraction is a powerful non-destructive method for evaluating the microscopic structure and internal stress of metal plates as a bulk average. Precise neutron diffraction measurements with a high intensity neutron beam have already been carried out at large-scale neutron facilities. However, it is not easy to provide users with enough experimental opportunities. We are working on upgrading the neutron diffractometer with techniques of time-of-flight to enable stress measurements at RIKEN accelerator-driven compact neutron source (RANS). To improve neutron diffraction resolution, delayed neutrons, which expand neutron beam pulse width, should be suppressed. However, it is difficult to separate the delayed neutrons experimentally. In this study, a new analysis method has been proposed to deconvolute the diffraction peak from the delayed neutron component. Moreover, a new collimator system, called decoupled collimator system, has been developed to reduce the number of delayed neutrons. The diffraction patterns from a powder sample of pure body-centered cubic iron were measured with the decoupled collimator and the diffraction peak of {211} reflection was analyzed by the new analysis method using a model function of a single exponential decay function convoluted with a Gaussian function. By this method, the decoupled collimator system has been confirmed to achieve a smaller measurement limit of lattice strain 
than a small-aperture polyethylene collimator system and a non-collimator system. The currently available was 6.7
10
, this means that the internal stress up to 130 MPa can be well evaluated for steel materials with a Young's modulus of 200 GPa at RANS.
徐 平光; 高村 正人*; 岩本 ちひろ*; 箱山 智之*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士
Isotope News, (774), p.7 - 10, 2021/04
近年、地球温暖化対策として、自動車などの軽量化に求められている中、高張力鋼板の成形性向上は重要な開発課題となっている。破断まで優れた伸び特性を持たせた高張力鋼板の開発には、オーステナイト組織の相分率と各構成相の集合組織を正しく制御することは極めて重要である。透過能に優れた中性子回折法は、鋼材内部の結晶情報をバルク平均で得られる特徴を持つことから、相分率と集合組織を測定する上で有力な手段である。しかし、現状では中性子回折測定が可能な中性子源は、研究用原子炉や大型加速器施設などの大型実験施設に限られ、これらは共用施設のため利用者が頻繁に測定する機会を得ることは困難である。そこで、理化学研究所では、大学や企業の研究室、工場などの現場で手軽に使える小型中性子源として「理研小型加速器中性子源RANS」を構築し、日本原子力研究開発機構と協力しながら鋼材特性の分析技術に関する一連の研究開発を進めてきた。本解説論文では、大型実験施設と比べるとビーム強度の低い小型加速器中性子源を用いて実施した、中性子回折法による相分率と集合組織測定に関する共同研究成果と、今後の展望を紹介する。
Ma, B.*; 勅使河原 誠; 若林 泰生*; Yan, M.*; 橋口 隆生*; 山形 豊*; Wang, S.*; 池田 裕二郎*; 大竹 淑恵*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 995, p.165079_1 - 165079_7, 2021/04
被引用回数：2 パーセンタイル：25.50(Instruments & Instrumentation)理研加速器駆動型小型中性子源における冷中性子モデレータの最適化を行った。安全かつ管理の容易な物質であるメシチレンをモレデータ材として選択し、粒子・重イオン輸送計算コードシステム(PHITS)を用いて、20Kメシチレンモデレータに室温ポリエチレン(PE)プレモデレータ組み合わせ、スラブ形状で結合した冷中性子の最適化を行った。冷中性子強度を増加させるために、メシチレンとPEの厚さ, 反射体、及び遮へい配置のパラメータを検討した。中性子発生ターゲットから2mの位置で冷中性子強度1.1510
n/cm
/
Aを達成した。これは現在のPEモデレータの12倍である。メシチレンが冷中性子モデレータ材料として魅力的なモデレータ材であることを示した。
徐 平光; 池田 義雅*; 箱山 智之*; 高村 正人*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士
Journal of Applied Crystallography, 53(2), p.444 - 454, 2020/04
被引用回数：10 パーセンタイル：69.52(Chemistry, Multidisciplinary)In order to improve the instrumental accessibility of neutron diffraction technique, the emerging compact neutron sources and in-house neutron diffractometers as a good complementary way have caused wide attention while their analysis precision seems problematic for the practical application. As a challenging project, the RIKEN accelerator-driven compact neutron source (RANS) was employed to establish the technical environment for texture measurement, and the recalculated pole figures and the orientation distribution function (ODF) of an interstitial-free (IF) steel sheet obtained from RANS were compared with the results from another two neutron diffractometers well-established for texture measurement. Moreover, the parameter "square integration of ODF difference" originally for evaluating the numerical error between the measured and simulated textures was generalized here to examine the reliability of RANS texture measurement. These quantitative comparisons revealed that the precise neutron diffraction texture measurement at RANS has been realized successfully and the following technical optimizations are much valuable, including the thickness selection of polyethylene moderator, the sample-to-detector distance, the B
C shielding sheets for the reduced background noise, and the fine region division of the neutron detector panel. Moreover, the Rietveld texture analysis improves the texture reliability through avoiding the unfavorable influence of the uncertain diffraction intensity involved in the low counting, long wavelength incident neutrons at large scattering angles. Above technical results may accelerate the development of other easily accessible engineering materials evaluation techniques using compact neutron source, and also help to improve the data-collecting efficiency for various time-sliced scattering experiments at large neutron facilities.
熊谷 正芳*; 内田 知宏*; 村澤 皓大*; 高村 正人*; 池田 義雅*; 鈴木 裕士; 大竹 淑恵*; 浜 孝之*; 鈴木 進補*
Materials Research Proceedings, Vol.6, p.57 - 62, 2018/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Metallurgy & Metallurgical Engineering)The convergence behavior of the parameters related to microstructural characteristics 
-
was studied during optimizations in a common line profile analysis software program based on the convolutional multiple whole profile (CMWP) method. The weighted sums of squared residual (WSSR) was a criterion of the optimization. The parameters 
and 
, which are related to the dislocation density and to the crystallite size, respectively, strongly affect the line profile shape. Therefore, the distributions of WSSRs on the space parameters and were first observed. The variation trajectory of parameters and during iterative calculations with several values of parameter was then observed, along with the variations when all of the parameters were variable. In the case where only three parameters were variable, we found that a smaller initial value of should be chosen to ensure stability of the calculations. In the case where all parameters were variable, although all of the results converged to similar values, they did not precisely agree. To attain accurate optimum values, a two-step procedure is recommended.
村澤 皓大*; 高村 正人*; 熊谷 正芳*; 池田 義雅*; 鈴木 裕士; 大竹 淑恵*; 浜 孝之*; 鈴木 進補*
Materials Transactions, 59(7), p.1135 - 1141, 2018/07
被引用回数：10 パーセンタイル：38.70(Materials Science, Multidisciplinary)Neutron diffraction profile analysis using the whole profile fitting method is useful for obtaining microscopic information on metallic materials. To determine an appropriate fitting approach for obtaining reasonable and non-arbitrary results, we applied diffraction line profile analyses using the Convolutional Multiple Whole Profile (CMWP) method to diffraction patterns obtained using the Engineering Materials Diffractometer (TAKUMI, BL19) at the Materials and Life Science Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The tensile specimens of 780 MPa grade bainitic steel were uniaxially stretched until the plastic strain reached a value of 0.05. We performed CMWP analyses on the obtained diffraction patterns during tensile test with various initial parameters of dislocation density and crystallite size. These parameters were optimized in the fitting procedures to minimize the weighted sums of squared residuals (WSSRs). Following this approach, we found that unsuitable initial parameter values resulted in unreasonable convergence. Therefore, initial fitting parameters should be chosen to ensure that the initial profiles are as broad as possible. Reasonable results were obtained following this suggestive approach even when the strain anisotropy parameter is set to arbitrary values.
池田 義雅*; 高村 正人*; 箱山 智之*; 大竹 淑恵*; 熊谷 正芳*; 鈴木 裕士
鉄と鋼, 104(3), p.138 - 144, 2018/03
被引用回数：5 パーセンタイル：23.65(Metallurgy & Metallurgical Engineering)得られる情報が材料表面に限られるX線回折法や電子線後方散乱回折法に比べて、中性子工学回折法は、鉄鋼材料のバルク平均の微視組織の評価が可能な優れた測定技術である。しかしながら、中性子回折法による測定は、原子炉や放射光といった大型実験施設で実施可能なものであり、これまでに小型中性子源が利用されることはなかった。われわれは、陽子線加速器駆動理研小型中性子源RANSを開発するとともに、それを利用することで鉄鋼材料の集合組織変化の実測に成功した。本研究では、RANSを用いて残留オーステナイトの体積率の測定に挑戦した。低フラックスの中性子によりできる限り多くの回折ピークを得るために、バックグランドノイズをできるだけ低減した。体積率はリートベルト解析によって求めた。J-PARCのMLFに設置された工学材料回折装置TAKUMIによって得られた結果と比較すると、RANSにて30分から300分の測定で得られた体積率は、1-2%の誤差で一致した。このように、RANSによる中性子回折を用いることにより、結晶相の体積率の定量解析に成功するなど、工場などにおける小型中性子源の実用化に可能性を示した。
關 義親; 篠原 武尚; Parker, J. D.*; 矢代 航*; 百生 敦*; 加藤 宏祐*; 加藤 秀実*; Sadeghilaridjani, M.*; 大竹 淑恵*; 鬼柳 善明*
Journal of the Physical Society of Japan, 86(4), p.044001_1 - 044001_5, 2017/03
被引用回数：14 パーセンタイル：64.96(Physics, Multidisciplinary)パルス中性子源において効率的な位相イメージングを行うために、複数波長で機能する多色Talbot-Lau干渉計を設計・開発した。J-PARC物質・生命科学実験施設のエネルギー分解型中性子イメージング装置「螺鈿」において、中心波長0.25, 0.50, 0.75nmそれぞれに由来する異なるビジビリティーのモアレ縞を同一セットアップで確認することで、その動作原理の実証を行った。さらに、入射波長の波長分解能を18%から50%まで変化させながら、モアレ縞のビジビリティーの減衰を測定し、高波長分解能が実現できるパルスビームの利点を示した。さらに、中心波長0.5nmを用いて、アルミニウム、鉛、銅のロッドをテストサンプルとしたイメージングも行い、吸収像に加えて、境界がエンハンスされた微分位相像、ビジビリティー像も取得することに成功した。この干渉計では、アナライザー用吸収格子の製作方法として、初めて金属ガラスのインプリント法を採用した。中心波長でのモアレ縞のコントラストは68%と良好であり、従来のガドリニウムの斜め蒸着法を用いた格子と比較すると、形状の精密なコントロールが可能である。
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
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 833, p.61 - 67, 2016/10
被引用回数：41 パーセンタイル：96.16(Instruments & Instrumentation)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。
須長 秀行*; 高村 正人*; 池田 義雅*; 大竹 淑恵*; 浜 孝之*; 熊谷 正芳*; 鈴木 裕士; 鈴木 進補*
Journal of Physics; Conference Series, 734(Part B), p.032027_1 - 032027_4, 2016/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)フェライト鋼における延性破壊のミクロ挙動を評価するために中性子回折実験を行った。引張試験の破断までの過程において、ネッキングにより体積減少する場所の回折パターンの連続的な変化を測定した。その結果、塑性変形の増加に伴い、引張方向に(110)方位の向く結晶粒の数が増加する様子が見られた。ネッキングの発生に伴い、その増加率の減少が見られることから、ネッキングの発生により集合組織の発達機構が変化すると考えられる。
高村 正人*; 池田 義雅*; 須長 秀行*; 竹谷 篤*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士; 熊谷 正芳*; 浜 孝之*; 大場 洋次郎*
Journal of Physics; Conference Series, 734(Part B), p.032047_1 - 032047_4, 2016/08
被引用回数：5 パーセンタイル：84.66(Physics, Applied)中性子回折法は、中性子線の優れた透過能を活かすことで、金属材料のバルク集合組織を測定できる技術として知られている。しかしながら、この測定技術は、原子炉や加速器施設などの大型実験施設を必要とするため、あまり広く利用されていないのが現状である。一方、理研小型中性子源(RANS)は、実験室レベルで容易に利用できる中性子源として開発されている。本研究では、RANSを用いることにより、塑性変形した鋼板の集合組織の変化を捉えることに成功した。本結果は、金属材料のミクロ組織解析に対する小型中性子源の可能性を示すものであり、塑性変形挙動のより良い理解につながるものと期待される。
上坂 充*; 小林 仁*; 呉田 昌俊; 糠塚 重裕*; 西村 和哉*; 井頭 政之*; 堀 順一*; 鬼柳 善明*; 田儀 和浩*; 關 善親*; et al.
Reviews of Accelerator Science and Technology, 8, p.181 - 207, 2015/00
本報では、小型加速器を用いたエネルギー分野における核データや核物質の測定技術、セキュリティ分野における爆薬や隠匿核物質の探知技術について記す。90keVの静電重水素加速器が非破壊測定のために商業的に利用可能である。核データ測定用途では、静電イオン加速器やLバンドやSバンドの電子線線形加速器が中性子源として使用されている。小型または可搬型のXバンド電子線線形加速器型中性子源は開発中である。小型の陽子線線形加速器中性子源が特に固体中の水分の非破壊測定用途で使用されている。陽子線や重水素加速器を用いて、より中性子源強度を高める努力がいくつかなされている。
三島 賢二*; 猪野 隆*; 酒井 健二; 篠原 武尚; 広田 克也*; 池田 一昭*; 佐藤 広海*; 大竹 淑恵*; 大森 整*; 武藤 豪*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600, p.342 - 345, 2009/02
被引用回数：32 パーセンタイル：87.48(Instruments & Instrumentation)J-PARC、物質
生命科学実験施設(MLF)のBL05ポートに基礎物理実験のための新しいビームラインを建設している。このビームラインは中性子光学の高度な技術を駆使して設計されており、NOP(Neutron Optics and Physics)と名づけられている。中性子モデレータから供給される中性子ビームは、マルチチャンネルのスーパーミラーで曲げられ、低発散, 高強度, 高偏極という3本の特徴あるビームブランチに分岐された後、実験エリアに引き出され、中性子干渉, 散乱, 崩壊という基礎物理実験に各々利用される。本研究では、モンテカルロシミュレーションコードである"PHITS"を使って中性子光学素子構成及び遮蔽設計の最適化を実施し、低発散ブランチで
cm
str
sMW、高強度ブランチで
cm
sMW、高偏極ブランチではビーム偏極率99.8%を保った状態で
cmsMWのビーム強度を得ることができるという評価結果を得た。
海老沢 徹*; 田崎 誠司*; 大竹 淑恵*; 船橋 晴彦*; 曽山 和彦; 鳥飼 直也*; 松下 裕秀*
Physica B; Condensed Matter, 213-214, p.901 - 903, 1995/00
被引用回数：38 パーセンタイル：86.15(Physics, Condensed Matter)JRR-3の冷中性子導管(C3-1-2)に設置された中性子反射計の特性及び応用について報告する。中性子反射計は、鏡面化した試料の表面で中性子を全反射させ、中性子反射率の遷移運動量依存性を測定することにより、試料表面に垂直方向の原子配列についてナノメータ領域で情報が得られる装置である。本装置の特長は、入射中性子波長が12.6
であることから、大きな入射角での測定が可能で、低い遷移運動量領域での研究及びオフ・スペキュラーな現象に関する研究に有利である。本装置における試料は、垂直方向に設置される。本報告では、本装置を用いたV/Ti多層膜及び高分子共重合体の研究例についても述べる。
勅使河原 誠; 猿田 晃一
村松 一生*; 池田 裕二郎*; 大竹 淑恵*; 岩田 英里*; 高橋 一馬*; 須谷 康一*
特願 2022-161968 
公開特許公報
【課題】賦形性がよく、高い放射線場での耐久性にも優れ、さらに、干渉性散乱によって冷中性子や極冷中性子を高強度化することができる、冷中性子や極冷中性子の反射材を提供する。 【解決手段】ナノ炭素構造体を含んでなる三次元形状の炭素構造体であって、前記ナノ炭素構造体はグラフェン骨格を有する20NM未満の厚さの薄片状炭素が花弁状に固定された花弁状構造、および、1~100NMの大きさのシード状構造体が集まって形成された凸凹状構造の少なくとも一つの構造を有するものである、炭素構造体。
勅使河原 誠; 猿田 晃一
村松 一生*; 池田 裕二郎*; 大竹 淑恵*; 岩田 英里*; 高橋 一馬*; 須谷 康一*
特願 23874741.4 公開特許公報
Provided is a carbon structure having a three-dimensional shape containing nano-carbon structures, wherein the nano-carbon structures have at least one structure from among a petal-like structure, in which flaky carbon having a graphene framework and a thickness of less than 20 nm is fixed in a petal-like shape, and an uneven structure formed by a collection of seed-like structures having a size of 1 to 100 nm. The carbon structure has favorable shapability and excellent durability in high radiation fields, and is effective as a reflective material for cold neutrons and very cold neutrons, the reflective material being capable of increasing the strength of the cold neutrons and very cold neutrons by coherent scattering.
勅使河原 誠; 猿田 晃一
村松 一生*; 池田 裕二郎*; 大竹 淑恵*; 岩田 英里*; 高橋 一馬*; 須谷 康一*
特願 19/115,022 公開特許公報
Provided is a carbon structure having a three-dimensional shape containing nano-carbon structures, wherein the nano-carbon structures have at least one structure from among a petal-like structure, in which flaky carbon having a graphene framework and a thickness of less than 20 nm is fixed in a petal-like shape, and an uneven structure formed by a collection of seed-like structures having a size of 1 to 100 nm. The carbon structure has favorable shapability and excellent durability in high radiation fields, and is effective as a reflective material for cold neutrons and very cold neutrons, the reflective material being capable of increasing the strength of the cold neutrons and very cold neutrons by coherent scattering.
勅使河原 誠; 猿田 晃一
村松 一生*; 池田 裕二郎*; 大竹 淑恵*; 岩田 英里*; 高橋 一馬*; 須谷 康一*
特願 202380067536.2 公開特許公報
Provided is a carbon structure having a three-dimensional shape containing nano-carbon structures, wherein the nano-carbon structures have at least one structure from among a petal-like structure, in which flaky carbon having a graphene framework and a thickness of less than 20 nm is fixed in a petal-like shape, and an uneven structure formed by a collection of seed-like structures having a size of 1 to 100 nm. The carbon structure has favorable shapability and excellent durability in high radiation fields, and is effective as a reflective material for cold neutrons and very cold neutrons, the reflective material being capable of increasing the strength of the cold neutrons and very cold neutrons by coherent scattering.
