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論文

飛行時間法中性子回折によるバルク材料集合組織測定技術の開発

徐 平光; 星川 晃範*; 林 真琴*; 秋田 貢一; 森井 幸生*; 石垣 徹*

日本材料学会第48回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.7 - 9, 2014/07

Time-of-flight neutron diffraction may evidently accelerate the bulk texture measurement speed through the proper combination of multiple orientations distributed neutron detectors and the simultaneous multiple diffraction peak acquisition, and only few sample rotations are needed to be carried out. In addition to the omega-axis rotatable sample changer, a dedicated omega/chi two-axis rotatable goniometer is under urgent development. It is highly expected to play an important role to evaluate the bulk texture evolution of advanced materials during thermomechanical controlling process. Though the intrinsic difference in neutron diffraction spectra from different orientations (determined by each set of Bragg angle/azimuthal angle) evidently increases the technical difficulty in rapid texture analysis, the development of Materials Analysis Using Diffraction (MAUD, developed by Luca Lutterotti, et al.) and other relevant software/programs are bringing us much convenience. Moreover, in order to increase the accessibility to neutron diffraction bulk texture measurement instruments, the various cooperative researches and the mail-in services are being planned.

論文

中性子回折による残留応力測定装置の開発と炭素鋼曲げ塑性変形材の残留応力分布の測定

林 真琴*; 大城戸 忍*; 皆川 宣明; 森井 幸生

材料, 47(4), p.420 - 426, 1998/04

構造物内部の残留応力を測定するためには、中性子回折法が必要不可欠である。JRR-3中性子導管のT2-1ポートに応力測定を目的とした中性子回折装置を設置し、測定を開始した。一次元検出器を用いた計測システムにより1/100度の精度で回折パターンを得ることが出来る。この装置を用い、曲率半径40mmで曲げ塑性変形を加えた厚さ10mmの炭素鋼板材料の内部残留応力測定を行い、中央部内面から外面までの残留応力分布を求めた。その結果、内面と外面の板面における残留応力絶対値は120~180MPaであることが分かった。今後亀裂の進展、余寿命の予測等が可能になると期待でき、材料工学、機械工学分野で中性子回折による非破壊残留応力測定は大きな役割を果たすと考えられる。

口頭

茨城県生命物質構造解析装置における中性子光学系の設計

大原 高志; 栗原 和男; 日下 勝弘; 細谷 孝明; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県生命物質構造解析装置は、J-PARCの物質生命科学実験施設に設置される単結晶回折計で、生体高分子及び有機低分子の構造解析を目的とする。本装置は中性子線源からの距離が40mあり、中性子を効率的に輸送する光学系が必要不可欠である。今回、本装置の中性子光学系として、スーパーミラーガイド管を設計した。ガイドの形状のうち、水平方向には曲率半径4300mのカーブドガイドを用いることで高エネルギーの$$gamma$$線及び中性子線を除去し、さらに先端部のテーパードガイドで中性子を集光する。一方、垂直方向は多段階のテーパードガイドを組合せることでミラー表面での中性子の反射回数を減らし、反射による中性子の減少を抑えた。McSTAS及びIDEASを用いたモンテカルロシミュレーションによって試料位置での中性子の強度などを評価したところ、ストレートガイドを用いた場合と比較して0.7$AA $で2倍、1.0$AA $でも1.6倍のゲインが得られた。

口頭

Current status of IBARAKI biological diffractometer in J-PARC; Optimization of design parameters

日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 栗原 和男; 細谷 孝明; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県がJ-PARC, MLF施設に設置予定の生命物質構造解析装置は現存する最高性能の生体高分子用中性子回折計BIX-4の50倍以上の測定効率を目指して設計・開発が進められている。本装置はこの高い測定効率を実現するため、結合型減速材を配するビームラインに設置することが決まっている。結合型減速材からの中性子ビームはパルス時間幅が広いため、格子定数の大きな単結晶試料の回折パターンを測定する場合、隣接するブラッグ反射が時間・空間方向に重なりを示すことが予想される。生体高分子中の水素位置を決定するに十分な分解能の積分反射強度データを得るためには、重なりを持つ反射の積分強度も高い精度で分離しデータとして用いなければならない。また、装置設計はこのブラッグ反射の重なりとその分離を考慮して行わなければならない。そこでわれわれは、反射重なりの度合い,反射の測定収率,時間軸に沿ったピークプロファイルを、装置設計パラメータをもとにシミュレーションする3つのプログラムを開発した。これらのプログラムを用いたシミュレーションの結果をもとに、最適な装置設計パラメータ及び反射分離法の検討を行ったのでこれを報告する。

口頭

IBARAKI materials design diffractometer; Versatile neutron diffractometer at J-PARC

石垣 徹; 星川 晃範; 米村 雅雄*; 神山 崇*; 相澤 一也; 佐久間 隆*; 友田 陽*; 森井 幸生; 新井 正敏; 林 真琴*; et al.

no journal, , 

茨城県はJ-PARCの産業利用を推進することを目的として、汎用型粉末散乱装置(茨城県材料構造解析装置)を建設することを決定した。この回折計はハイスループット回折装置として考えられており、材料の開発・研究者は、この装置を材料の開発過程の中で化学分析装置のように手軽に用いることが可能である。この装置は、背面バンクで0.18$$<$$d(${AA}$)$$<$$5の$$d$$範囲を分解能$$Delta d/d=0.16$$%で測定することが可能であり、5$$<$$d(${AA}$)$$<$$800の$$d$$範囲については徐々に変化する分解能でカバーしている。リートベルト解析が可能なデータを測定するための標準的な測定時間は実験室X線装置程度の量で数分である。産業利用を促進するためには、利用システムの整備が必要である。われわれは、中性子回折は使いたいが、詳しくない産業界及び学術利用者のためのサポートシステムも確立する予定である。装置の建設は、既に開始されており、2008年には、J-PARCのデイワン装置の一つとして完成の予定である。

口頭

Current status of IBARAKI biological diffractometer in J-PARC; Design of the neutron optics

大原 高志; 栗原 和男; 日下 勝弘; 細谷 孝明; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県生命物質構造解析装置は、J-PARCの物質生命科学実験施設に設置される単結晶回折計で、生体高分子及び有機低分子の構造解析を目的とする。本装置は中性子線源からの距離が40mあり、中性子を効率的に輸送する光学系が必要不可欠である。今回、図1に示す形状のスーパーミラーガイド管を設計した。水平方向には曲率半径4300mのカーブドガイドを用いることで高エネルギーの$$gamma$$線及び中性子線を除去し、先端部のテーパードガイドで集光している。一方、垂直方向は多段階のテーパードガイドを組合せることでミラー表面での中性子の反射回数を減らし、中性子束の減少を抑えた。モンテカルロシミュレーションによって試料位置での中性子の強度及びプロファイルを評価したところ、ストレートガイドを用いた場合と比較して0.7Aで2倍、1.0Aでも1.5倍のゲインが得られた。また、ビームのプロファイルについても、測定に用いるほぼすべての波長領域(0.7$$sim$$3.8A)で矩形に近いものが得られた。

口頭

Industrial application of neutron stress measurement in Japan

齊藤 徹; 林 真琴*; 小林 晋昇*; 森井 幸生

no journal, , 

近年、各メーカは、生産コスト削減のために最も適切な製造工程の検討を行っている。特に、材料の製作や加工技術の向上,安価な材料への切り替えが検討されている。これらを再検討するためには、材料強度の安全性・信頼性の検討は最重要課題である。企業の多くはX線応力測定又は有限要素法(FEM)等によって応力・ひずみの評価を行っている。非破壊で材料内部の応力・ひずみを評価できるのは、中性子回折法だけである。日本では2006年より中性子利用技術移転推進プログラム(トライアルユース実験)を開始している。これまで行ってきたトライアルユース実験においては、ボイラー水管の応力評価,浸炭材の応力評価,大型構造物の測定を模擬した溶接材の応力分布評価等について行った。この会議ではトライアルユース実験で実施された幾つかの実験例を報告する。

口頭

Current status of IBARAKI biological crystal diffractometer in J-PARC

田中 伊知朗*; 大原 高志; 栗原 和男; 日下 勝弘*; 細谷 孝明; 友寄 克亮*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県生命物質構造解析装置は、茨城県によってJ-PARCに建設が進められているTOF単結晶中性子回折計である。本装置は135$AA $の格子長を持つ蛋白質の構造解析に対応できるとともに現在JRR-3に設置されているBIX-3/BIX-4に比べて約100倍の測定効率を持ち、2008年の完成後は構造生物学,化学の分野における産業利用を中心とした利用が期待される。本装置はさまざまなコンポーネントによって構成され、特に中性子光学系,検出器,試料周辺環境,ソフトウェアは装置の性能やユーザーの利便性を高める鍵となる。本発表では、それぞれのコンポーネントの詳細及び現在の開発状況について紹介し、本装置完成後の利用者の拡大を目指す。

口頭

JRR-3二次冷却塔ディフューザの更新

今橋 正樹; 大場 敏充; 大木 恵一; 鈴木 真琴; 林 和彦

no journal, , 

JRR-3の二次冷却塔は、炉心等で発生し熱交換器を介して受け取った熱を放散冷却する設備である。今回、更新を実施した二次冷却塔ディフューザは、この熱を効率よく大気に放散するための機器である。設置以来25年以上が経過し、経年劣化による腐食等が著しいことから更新を行い、JRR-3の長期的な安全で安定した運転に資することを目的とした。更新にあたり、今後のメンテナンス性の改善を図るとともに、ケーシング部の材質を一般構造用圧延鋼材からステンレス鋼材に変更することにより腐食対策とした。今回、これまでの保守の状況及び更新作業について発表するものである。

口頭

Reliability of rapid bulk texture measurement using iMATERIA time-of-flight neutron diffractometer

徐 平光; 星川 晃範*; 石垣 徹*; 林 真琴*; 峯村 哲郎*; Harjo, S.; 秋田 貢一

no journal, , 

In order to realize the time-sliced or multiple samples automatic rapid bulk texture measurement, iMATERIA with large detector panel coverage needed to realize the high texture reliability as a prerequisite. Here, the bulk textures of a cold rolled aluminum alloy and a multilayered multiphase steel as reference textured materials were respectively measured to check the reliability of iMATERIA texture measurement. As a comparison, the established TAKUMI time-of-flight neutron diffraction texture measurement and analysis technique has been employed. The almost same pole figures and ODF sections obtained from iMATERIA neutron diffractometer and TAKUMI neutron diffractometer suggests that iMATERIA is available for the quantitative texture measurements during the advanced materials science research and the commercial engineering materials research & development.

口頭

JRR-3の新規制基準適合について,2; 外部事象への対応

鈴木 真琴; 川村 奨; 小林 哲也; 堀口 洋徳; 和田 茂

no journal, , 

新規制基準では、外部からの衝撃による損傷の防止として、自然現象や外部人為事象からの安全施設の防護を要求している。特に、竜巻, 火山, 外部火災については、従来の想定を上回る厳しい想定が必要になった。竜巻や火山の設計基準の決定及び防護対策の検討においては、グレーデッド・アプローチ(リスクの大きさに応じた規制)の考え方を適用し評価を実施した結果、安全施設の安全機能を損なわないことを確認した。

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