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論文

Development of micro-structured fluorescent plates for high-resolution imaging

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 松林 政仁

JPS Conference Proceedings (Internet), 11, p.020005_1 - 020005_6, 2016/11

We have developed novel fluorescent plates for high-resolution imaging. The devices consist of capillary plates and fine phosphor grains, namely each capillary is filled with the grains. We used the capillary plates (HAMAMATSU, J5112-25D25U1TB) as substrates. The thickness of the plate is 1 mm and the diameter of each hole is 25 $$mu$$m. The phosphor grains are sifted silver-activated zinc sulfide (ZnS:Ag). The mean particle size is approximately 7 $$mu$$m. The fabricated fluorescent plates are observed using an optical microscope and a scanning electron microscope. The observation results show that all capillaries are filled with grains very well. The imaging experiment is performed using a small X-ray source. The results show that the fluorescent plates are expected to be compatible with both spatial resolution and detection efficiency.

論文

中性子ビーム利用研究における研究用原子炉JRR-3の役割; これまでとこれから

武田 全康; 松林 政仁

日本原子力学会誌, 58(6), p.371 - 375, 2016/06

国内において東日本大震災後、研究用原子炉が長期にわたり停止する中、軽水炉に引き続き、研究用原子炉の新規制基準対応審査も進展を見せ、ようやく国内での研究用原子炉の再稼働が視野に入ってきた。本解説では、日本原子力研究開発機構が所有する定常中性子源である研究用原子炉JRR-3で行われてきた中性子ビーム利用研究に焦点をあて、その概要とこれまでの利用実績を紹介する。次に大強度パルス中性子源であるJ-PARCの本格的な稼働による国内有数の研究用原子炉としてのJRR-3の位置づけの変化を踏まえた上で、JRR-3が再稼働した後の中性子ビーム利用研究の方向性を議論する。

論文

中性子ラジオグラフィ

飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

波紋, 25(4), p.277 - 282, 2015/11

中性子ラジオグラフィに関する入門講座として、原理の説明から、JRR-3に設置されている熱中性子ラジオグラフィ装置(TNRF)の概要や測定手法の説明、さらに実際に行われている応用研究や技術開発に関して簡潔に紹介したものである。中性子ラジオグラフィは非破壊分析技術として、学術研究だけでなく産業界への応用など、幅広い分野で利用されており、TNRFにおいては利用者の多様なニーズに対応すべく、様々な技術開発が行われてきた。本稿は、中性子利用の初心者に向けて、これらの概要をまとめたものである。

論文

Using LiF crystals for high-performance neutron imaging with micron-scale resolution

Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.

High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:51.57(Optics)

This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 $$mu$$m and a linear response with a dynamic range of at least 10$$^{3}$$. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.

論文

Tracer diffusion coefficients of lithium ion in LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$ measured by neutron radiography

高井 茂臣*; 吉岡 和哉*; 飯倉 寛; 松林 政仁; 八尾 健*; 江坂 享男*

Solid State Ionics, 256, p.93 - 96, 2014/03

 被引用回数:14 パーセンタイル:31.9(Chemistry, Physical)

Lithiumisotope diffusion profiles in the cathodematerial LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$ have been measured by using neutron radiography technique to determine the tracer diffusion coefficients $$D$$ in the temperature range of 300$$^{circ}$$C to 800$$^{circ}$$C. Arrhenius plot of the diffusion coefficient shows a bend around 550$$^{circ}$$C. At the lower temperature region, the activation energy of the diffusion coefficient is obtained as 0.52 eV, which is essentially consistent with that of the reported NMR study. However, the extrapolated diffusion coefficient down to room temperature is considerably smaller than the chemical diffusion coefficients obtained by electrochemical methods. On the other hand, high temperature activation energy of 1.11 eV is relatively close to the previously investigated Li$$_{4}$$Ti$$_{5}$$O$$_{12}$$, which also exhibits spinel-type structure and possesses the similar diffusion path via the 16c site. Within the present study, sintering temperature at the LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$ sample preparation does not affect the tracer diffusion coefficient values.

論文

Micromachining of commodity plastics by proton beam writing and fabrication of spatial resolution test-chart for neutron radiography

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 加田 渉; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 石井 保行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 306, p.299 - 301, 2013/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:34.18(Instruments & Instrumentation)

Proton Beam Writing (PBW) is a direct-write technique for producing high-aspect-ratio micro- and nano-structures in resist material. This technique is a promising method for micromachining of commodity plastics such as acrylic resin. In this paper, we introduce fabrication of microscopic devices made of a relatively thick ($$sim$$75 $$mu$$m) acrylic sheet. An optimization of the fluence of 3 MeV proton beam to induce the chain scission in the sheet was performed at Takasaki Advanced Radiation Research Institute, JAEA. A software program that converts image pixels into coordinates data has been developed, and a fine jigsaw puzzle was fabricated on the sheet. The piece size of jigsaw puzzle is 50 $$times$$ 50 $$mu$$m. For practical use, A line and space test-chart for spatial resolution measurement on neutron radiography was also successfully created.

論文

A Line pair indicator made of Gd film for evaluating spatial resolution

安田 良; 松林 政仁; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 片桐 政樹*; 高野 勝昌*; Pikuz, T.; Faenov, A.*

Physics Procedia, 43, p.196 - 204, 2013/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.64

A device for evaluating spatial resolution of a neutron imaging system was developed. By laser processes the line-pair patterns were fabricated on the 5 micrometer thick Gd film evaporated on a glass plate. Large line-pairs ranging from 0.2 to 2 mm wide were machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser with 30 micometer in spot size and displayed on a brightness field. Small line-pairs ranging from 0.01 to 0.1 mm wide were done by eximer laser as a dark field. In the results of SEM observation, although the large line-pairs machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser chipped on the corner of the Gd bars, difference between the measured and designed line-pair eidthe controled within 20 micormeter absolutely. In small line-pairs below 0.1 mm processed by the eximer laser, sharper edge could be formed than that in the large line-pairs. In neutron imaging tests using a LiF/ZnS(Ag) scintillator and a CCD camera system, good contrast images were obtained at brightness field even in 5 micrometer thick. Small line-pairs on the dark field were observed at a LiF single crystal detector, which has ultra-high spatial resolution around 5 micrometer. Split of the small line-pairs even in 0.01 mm wide were shown with good contrast on the image.

論文

Investigation of the brightness enhancement using brightness enhancement films on a scintillator

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 齋藤 泰司*; 野島 健大; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.161 - 168, 2013/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.64

In neutron imaging, to enhance brightness of a neutron detector is one of the important factors which lead to shortening of imaging time, or improvement in image quality. Recently, we devised a technique to increase the light intensity of reception for a camera by adding brightness enhancement films (BEF) on the output surface of the scintillator. By using the BEF (BEF II 90/24, Vikuiti 3M), brightness was enhanced, but spatial resolution was reduced. In this study, we compared the brightness and spatial resolution using several types of BEFs with different film thicknesses and prism pitch. In brightness, although the further enhancement was observed, most influences of film thickness or a prism pitch were not recognized. In spatial resolution, when film thickness became thin, the tendency for spatial resolution to improve was recognized.

論文

Development of an imaging system for the observation of water behavior in a channel in PEFC

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 片桐 政樹*; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.282 - 287, 2013/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.69

発電中のJARI標準燃料電池のガス流路内における水の挙動を可視化するために、従来に比べてノイズが低いリアルタイム撮像システムを開発した。この撮像システムは、EM-CCDカメラ、高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータ及び小角スリットシステムで構成されている。EM-CCDカメラは、数秒オーダーで生じる燃料電池内部の事象を捉えることができる。高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータは原子力機構が開発したコンバータであり、TNRFで通常使用している市販のNRコンバータと比較し、高い輝度を有する。また、スリットシステムにより$$gamma$$線由来のホワイトスポットの低減を可能とし、画像データ上のピクセルにおけるミスカウントが抑止され、定量評価をするうえで効果が得られる。これらを用いて、発電中における燃料電池の可視化を行い、流路中の水分挙動をその場観察を行った。

論文

Development of a high-performance optical system and fluorescent converters for high-resolution neutron imaging

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.223 - 230, 2013/00

 パーセンタイル:100

Improvement of spatial resolution is one of the most energetic issues on neutron radiography. In this paper, two novel devices for the imaging technique will be introduced. One is high-performance optical lens for video camera systems. The lens system has 1:1 magnification and the F value of 3. The optical resolution is less than 5 micron. The other is high resolution fluorescent plate that converts neutrons into visible light. The thickness of the plate is up to 30 micron.

論文

Influence of powder particle size and scintillator layer thickness on the performance of Gd$$_{2}$$O$$_{2}$$S:Tb scintillators for neutron imaging

安田 良; 片桐 政樹*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 680, p.139 - 144, 2012/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:64.21(Instruments & Instrumentation)

Gd$$_{2}$$O$$_{2}$$S:Tb scintillator has much higher neutron-capture cross-section than ZnS/LiF commonly used in neutron radiography. Characteristics of those scintillators correlate to some material parameters including scintillator-thickness and powder-size. Three types of Gd$$_{2}$$O$$_{2}$$S:Tb scintillator with different particle size were prepared, and effects of the powder size and thickness on the scintillator characteristics were evaluated using a sensitivity indicator (SI) and a beam purity indicator (BPI). Intensity of scintillation increases as the particle size increases. In addition, the intensity was saturated at a thickness each scintillator. It is considered that those phenomena are caused by difference in the packing rate of powder near substrate and flight path of thermal neutrons and internal conversion electrons in the scintillator.

報告書

熱中性子ラジオグラフィ装置における燃料電池発電システムの整備

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 林田 洋寿; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

JAEA-Technology 2011-037, 33 Pages, 2012/02

JAEA-Technology-2011-037.pdf:4.12MB

JRR-3に設置されている熱中性子ラジオグラフィ装置(TNRF)で発電中における燃料電池可視化実験を行うため、TNRF専用の燃料電池発電システムを整備した。水素検知器やインターロック等の機器の装備により水素ガスリーク等の事故を抑制し、TNRFが設置されている原子炉施設内で安全に実験可能な仕様とした。JARI(日本自動車研究所)標準セルを用いた特性試験の結果、発電システムが仕様通りに動作することを確認し、その後中性子ラジオグラフィ実験に供して発電中における電池内部の水の可視化に成功した。

論文

First demonstration of neutron resonance absorption imaging using a high-speed video camera in J-PARC

甲斐 哲也; 瀬川 麻里子; 大井 元貴; 橋本 英子; 篠原 武尚; 原田 正英; 前川 藤夫; 及川 健一; 酒井 卓郎; 松林 政仁; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.126 - 130, 2011/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:34.22(Instruments & Instrumentation)

J-PARCのビームラインNOBORUにおいて、高速度ビデオカメラを使用した中性子共鳴吸収イメージング技術の実証に成功した。コバルト(132eV),カドミウム(28eV),タンタル(4.3及び10eV),金(4.9eV)及びインジウム(1.5eV)といった金属箔の共鳴エネルギー付近でコントラストが強調された一連のエネルギー依存の画像セットを得ることができた。共鳴断面積の絶対値や幅,中性子のパルス幅や試料の量を考慮に入れて、この技術の適応性を議論する。大部分の元素について、中性子共鳴吸収イメージングに必要な量を示す。

論文

LiF crystals as high spatial resolution neutron imaging detectors

松林 政仁; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 加藤 義章*; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.90 - 94, 2011/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.72(Instruments & Instrumentation)

中性子ラジオグラフィで標準試料として広く使用されているSensitivity Indicator(SI)をLiF結晶のカラーセンター形成による中性子イメージングに適用した。撮影はJRR-3熱中性子ラジオグラフィ装置において、SIをLiF結晶と中性子イメージングプレート(NIP)とともに直径5mmのピンホールでコリメートした熱中性子ビームに120分間照射することにより行った。過露光となったNIPからの画像読出しには連続繰返し読出し法を適用し、50$$mu$$mの画素サイズで読み出した。一方、LiFの画像は共焦点レーザー顕微鏡を用いて画素サイズ1.38$$mu$$mで読み出した。LiFとNIPにより撮影したSIの中性子透過画像を比較すると、SIのすべてのギャップ(最大250$$mu$$m,最小12.5$$mu$$m)は両者ともにはっきりと確認することができた。ステップの下にある小さな孔については、NIPでは確認できなかった。実験の結果、LiF結晶は中性子イメージング検出器として、高感度,高空間分解能,広いダイナミックレンジ等、優れた特性を有していることが確認できた。

論文

Evaluations of the new LiF-scintillator and optional brightness enhancement films for neutron imaging

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 中村 龍也; 片桐 政樹*; 呉田 昌俊; 久保 純*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.100 - 104, 2011/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.46(Instruments & Instrumentation)

原子力機構では、秩父富士と共同で中性子用シンチレータの開発を行ってきている。本研究では、新たに開発された$$^{6}$$LiF/ZnS系シンチレータ型コンバータの性能評価を行った。従来品と比べて、空間分解能は同等の性能を保持したまま輝度は約2倍明るくなることが確認された。本コンバータと高速度カメラシステムの利用により高速撮像の画質が格段に向上し、毎秒1万フレーム以上の撮像も可能となった。本技術は運転中の自動車エンジン内のオイル挙動等のハイフレームレート計測等に活用されるに至った。さらに、シンチレータの発光面に光指向性を持たせる輝度向上フィルムを設置することにより、カメラ側の受光強度を増加させることを考案した。これにより、空間分解能はやや低下するが、受光強度をさらに約3倍明るくさせることに成功した。

論文

Evaluation of water distribution in a small operating fuel cell using neutron color image intensifier

安田 良; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; 野島 健大; 林田 洋寿; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.268 - 272, 2011/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:39.11(Instruments & Instrumentation)

中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子イメージインテンシファイアを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池中心部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留とともに低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止している。本稿では、こうした結果に加え、発電に伴う生成水の挙動と電圧変化との相関に関する考察したことについて述べる。

論文

Evaluation of water distribution in a small-sized PEFC by neutron radiography

安田 良; 塩澤 方浩*; 片桐 政樹*; 竹中 信幸*; 酒井 卓郎; 林田 洋寿; 松林 政仁

電気化学及び工業物理化学, 79(8), p.614 - 619, 2011/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:96.41(Electrochemistry)

Neutron radiography is a useful tool for visualization of water distribution in fuel cells. In this study, we prepared a high spatial resolution neutron imaging system and small-sized fuel cell, and observed the through-plane water distribution in the fuel cell after operation. Fuel cell operations were carried out while varying the gas flow rate in the constant current mode. In low flow rate conditions, voltage decreased as operation time increased, and dropped below 0.2 V at 7.5 min. In neutron images obtained after fuel cell operation, water distribution was observed around the membrane electrode assembly (MEA) at the beginning of the operation and expanded over time to the gas diffusion layer (GDL) and channel on the cathode side. In higher flow rate conditions, fuel cell operation was more stable than in the low flow rate conditions. Neutron imaging results suggest that stable fuel cell operation is attributable to water discharge due to expulsion by the gas flow.

論文

Development of a small-aperture slit system for a high collimator ratio at the thermal neutron radiography facility in JRR-3

安田 良; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(7), p.1094 - 1101, 2011/07

JRR-3に設置された熱中性子ラジオグラフィ装置の$$L$$/$$D$$を向上させるために、ピンホールスリットシステムを開発した。$$L$$/$$D$$は中性子ラジオグラフィ装置における空間分解能にかかわる性能値であり、$$L$$/$$D$$が増大すると画像上のぼけが小さくなり、良好な解像度の画像を取得することができる。本研究で開発されたピンホールスリットシステムは、TNRFのビームライン上に設置され、開口部$$D$$を小さくすることにより、$$L$$/$$D$$を向上させている。特性試験の結果、$$D$$が10mm以下の場合では、$$D$$が小さくなるにつれて、画像のぼけが小さくなり、$$D$$が10mm以上となった場合、画像上のぼけにほとんど差が確認できなくなった。また、実効的なビーム領域は、約25mm$$times$$20mmであり、高空間分解能の画像を取得できる十分な視野が得られることも確認した。

論文

Demonstration of magnetic field imaging in a permalloy film with neutron spin phase contrast imaging

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 634(1, Suppl.), p.S90 - S93, 2011/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.76(Instruments & Instrumentation)

中性子スピン干渉計では、入射中性子がスピンアップ及びスピンダウンの2つの固有状態に分波される。分波された状態で磁場中を通過すると2固有状態間に位相差が生じ、これはスピン干渉計の干渉縞の位相として観測される。2固有状態間の位相差は中性子が通過する領域の磁場積分値に比例し、これに応じて干渉縞の位相シフトが観測される。この性質及びスピン干渉計に2次元検出器を導入することで磁場の可視化が可能となる。そこでわれわれは厚さ0.1mmのパーマロイ薄膜を試料として、応力有り無しでのパーマロイ薄膜内における磁場変化の可視化を試みた。実験は日本原子力研究開発機構、3号炉内のC3-1-2-2, MINE2ポートで行われた。実験では薄膜を折り曲げることで応力を加え、折り曲げ角度45$$^{circ}$$, 180$$^{circ}$$、及び折り曲げ無しの3種類の試料を準備した。実験の結果、折り曲げた領域において、折り曲げ角度が大きくなるにつれ、飽和磁化の減衰及び漏れ磁場の増加を可視化することに成功した。

論文

中性子の産業利用(トライアルユース); 中性子ラジオグラフィ

松林 政仁; 飯倉 寛

Isotope News, (682), p.11 - 14, 2011/02

中性子利用技術移転推進プログラム(トライアルユース)は、文部科学省の委託事業として平成18年度から開始された。本プログラムの趣旨は中性子利用に馴染みのない企業のユーザーに対して中性子利用の機会を提供することであり、中性子利用の専門家をコーディネータとして配置し、課題の提案・申請時から実験の実施,データ解析,まとめに至るまでの技術支援を行っている。利用できる実験装置は原子力機構のJRR-3に設置されている装置であり、中性子ラジオグラフィ装置も含まれている。平成18年度から20年度までの結果は「中性子利用技術移転推進プログラム」における中性子利用の事例集(平成21年3月,放射線利用振興協会)にまとめられているが、本解説では、筆者等がコーディネータとして担当した課題について概要を紹介する。

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