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論文

Status of neutron spectrometers at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 川北 至信; 松浦 直人*; 遠藤 仁*; 瀬戸 秀紀*; 伊藤 晋一*; 中島 健次; 河村 聖子

Physica B; Condensed Matter, 562, p.148 - 154, 2019/06

Seven time-of-flight quasielastic/inelastic neutron scattering instruments are installed on six beamlines in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (JPARC). Four of these instruments are chopper-type direct-geometry spectrometers, one is a near-backscattering indirect-geometry spectrometer, and the other two are spin-echo-type spectrometers. This paper reviews the characteristic features, recent scientific outcomes, and progress in development of MLF spectrometers.

論文

A Telescoping view of solute architectures in a complex fluid system

元川 竜平; 小林 徹; 遠藤 仁; Mu, J.*; Williams, C. D.*; Masters, A. J.*; Antonio, M. R.*; Heller, W. T.*; 長尾 道弘*

ACS Central Science, 5(1), p.85 - 96, 2019/01

We present a hierarchical aggregate model of an organic phase containing a coordination species that acts as a fundamental building unit of higher-order structures formed in the organic phase. We aimed to elucidate the fundamental aspects of the microscopic structure and phase separation occurring in ionic separation and recovery systems during solvent extraction. The coordination species aggregate through a hydrogen-bonding network formed by interaction between the hydrophilic part of the coordination species with extracted water and acid molecules. This reduces the hydrophilic surface area, resulting in subsequent formation of small primal clusters of 2 to 3 nm in diameter. The primal clusters further aggregate due to van der Waals interaction to form large aggregates of $$<$$ 10 nm in diameter. The size of the primal cluster does not depend on the concentration of the coordination species, whereas the size of the large aggregate increases as the aggregation number of the primal clusters increases. We conclude that hybrid interaction is a key driving force in the formation and growth of the hierarchical aggregate and the induction of phase separation of the organic phase.

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Inelastic and quasi-elastic neutron scattering spectrometers in J-PARC

瀬戸 秀紀; 伊藤 晋一; 横尾 哲也*; 遠藤 仁*; 中島 健次; 柴田 薫; 梶本 亮一; 河村 聖子; 中村 充孝; 川北 至信; et al.

Biochimica et Biophysica Acta; General Subjects, 1861(1), p.3651 - 3660, 2017/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:10.37(Biochemistry & Molecular Biology)

1MWクラスのパルス中性子源であるJ-PARCの物質・生命科学実験施設には、23の中性子ビームラインがあり、21台の装置が稼働、建設中である。このうち6台は中性子非弾性、及び、準弾性実験のための装置であり、生命科学研究に大いに寄与するものである。

論文

Nanoscopic structural investigation of physically cross-linked nanogels formed from self-associating polymers

関根 由莉奈; 遠藤 仁*; 岩瀬 裕希*; 竹田 茂生*; 向井 貞篤*; 深澤 裕; Littrell, K. C.*; 佐々木 善浩*; 秋吉 一成*

Journal of Physical Chemistry B, 120(46), p.11996 - 12002, 2016/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:61.76(Chemistry, Physical)

コントラスト変調中性子小角散乱法を用いてコレステロール置換プルラン(CHP)が形成するナノゲルの内部微細構造の評価を行った。溶媒の重水分率の異なるCHPナノゲル水溶液の散乱強度を分離してCHPナノゲルを構成するプルラン、コレステロール、プルランーコレステロールのcross-termの部分散乱関数を求めて解析を行った。結果、プルラン鎖が形成するナノゲル骨格は半径8.1nmの大きさであった。また、CHPナノゲル内において、約3個のコレステロール分子から成る架橋点が19個形成され、フラクタル次元2.6で分布していることを明らかにした。また、架橋点と高分子鎖のcross-termを解析したところ、部分鎖の大きさは半径約1.7nmであった。以上の結果より、ナノゲルの内部微細構造を明らかにした。

論文

Small-angle neutron scattering study of specific interaction and coordination structure formed by mono-acetyl-substituted dibenzo-20-crown-6-ether and cesium ions

元川 竜平; 小林 徹; 遠藤 仁*; 池田 隆司; 矢板 毅; 鈴木 伸一; 成田 弘一*; 阿久津 和宏*; Heller, W. T.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(8), p.1205 - 1211, 2016/08

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

This study uses small-angle neutron scattering (SANS) to elucidate the coordination structure of the complex of mono-acetyl substituted dibenzo-20-crown-6-ether (ace-DB20C6) with Cs. SANS profiles obtained for the complex of ace-DB20C6 and Cs (ace-DB20C6/Cs) in deuterated dimethyl sulfoxide indicated that Cs coordination resulted in a more compact structure than the free ace-DB20C6. The data were fit well with SANS profiles calculated using Debye function for scattering on an absolute scattering intensity scale. For this theoretical calculation of the scattering profiles, the coordination structure proposed based on a density functional theory calculation. Consequently, we conclude that the SANS analysis experimentally supports the proposed coordination structure of ace-DB20C6/Cs and suggests the following: (1) the complex of ace-DB20C6 and Cs is formed with an ace-DB20C6/Cs molar ratio of 1/1; (2) the two benzene rings of ace-DB20C6 fold around Cs above the center of the crown ether ring of ace-DB20C6.

論文

Neutron polarization analysis for biphasic solvent extraction systems

元川 竜平; 遠藤 仁*; 長尾 道弘*; Heller, W. T.*

Solvent Extraction and Ion Exchange, 34(5), p.399 - 406, 2016/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:80.3(Chemistry, Multidisciplinary)

We performed neutron polarization analysis (NPA) of extracted organic phases containing complexes, comprised of Zr(NO$$_{3}$$)$$_{4}$$ and tri-n-butyl phosphate (TBP), which enabled decomposition of the intensity distribution of small-angle neutron scattering (SANS) into the coherent and incoherent scattering components. The coherent scattering intensity, containing structural information, and the incoherent scattering compete over a wide range of magnitude of scattering vector, $$q$$, specifically when $$q$$ is larger than $$q$$ $$approx$$ 1/$$R_{rm g}$$, where $$R_{rm g}$$ is the radius of gyration of scatterer. Therefore, it is important to determine the incoherent scattering intensity exactly to perform an accurate structural analysis from SANS data when $$R_{rm g}$$ is small, such as the aforementioned extracted coordination species. Although NPA is the best method for evaluating the incoherent scattering component for accurately determining the coherent scattering in SANS, this method is not used frequently in SANS data analysis because it is technically challenging. In this study, we successfully demonstrated that experimental determination of the incoherent scattering using NPA is suitable for sample systems containing a small scatterer with a weak coherent scattering intensity, such as extracted complexes in biphasic solvent extraction system.

論文

Mesoscopic structures of vermiculite and weathered biotite clays in suspension with and without cesium ions

元川 竜平; 遠藤 仁*; 横山 信吾*; 小川 紘樹*; 小林 徹; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Langmuir, 30(50), p.15127 - 15134, 2014/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:46.5(Chemistry, Multidisciplinary)

The effect of cesium (Cs) adsorption on the mesoscopic structure of the clay minerals vermiculite and weathered biotite (WB) in suspensions was elucidated by small-angle X-ray scattering (SAXS). The clay minerals form multilayered structures and the Cs cations are strongly adsorbed in the interlayer space of the soil clays, in particular vermiculite and WB. SAXS was used to monitor the relationship between Cs adsorption at the clay interlayers and the structural changes at length scales from 0.1 to 100 nm. The variation in the distance between the neighboring clay sheets and the spatial arrangement of the clay sheets with and without Cs were clarified. Our quantitative analyses revealed that the number of stacked layers of pure vermiculite was decreased by Cs addition, whereas that of WB increased. Moreover, the average distance between the neighboring layers of vermiculite in suspension was larger than that of WB, which reflects the different conditions of Cs intercalation. These findings provide fundamental insights that are important for predicting the environmental fate of radioactive cesium in contaminated regions and for developing methods for extracting cesium from soil.

論文

Collective structural changes in vermiculite clay suspensions induced by cesium ions

元川 竜平; 遠藤 仁*; 横山 信吾*; 西辻 祥太郎*; 小林 徹; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Scientific Reports (Internet), 4, p.6585_1 - 6585_6, 2014/10

 被引用回数:19 パーセンタイル:25.77(Multidisciplinary Sciences)

Following the Fukushima Daiichi nuclear disaster in 2011, Cs radioisotopes have been dispersed over a wide area. Most of the Cs has remained on the surface of the soil because Cs is strongly adsorbed in the interlayer spaces of soil clays, particularly vermiculite. We have investigated the microscopic structure of an aqueous suspension of vermiculite clay over a wide length scale (0.1-100 nm) by small-angle X-ray scattering. We determined the effect of the adsorption behavior of Cs on the structural changes in the clay. It was found that the abruption of the clay sheets was induced by the localization of Cs at the interlayer. This work provides important information for predicting the environmental fate of radioactive Cs in polluted areas, and for developing methods to extract Cs from the soil and reduce radioactivity.

論文

東海再処理施設における核セキュリティのための工程監視データ活用に関する提案

木村 隆志; 清水 靖之; 山崎 勝幸; 遠藤 雄二; 中村 仁宣

核物質管理学会(INMM)日本支部第34回年次大会論文集(インターネット), 8 Pages, 2013/10

IAEAからの核セキュリティにかかる提案(INFCIRC225/rev.5)に述べられている計量管理を除くほとんどの要件が、2012年3月に再処理事業規則に取り入れられた。このため、東海再処理施設では、その再処理事業規則に基づく要件を満足させるため、ハードやソフト対応を2年以内に完了させる予定である。東海再処理施設では、再処理事業規則に基づく強化措置とは別に、施設の安全管理を目的とした工程監視データを核セキュリティにも利用することでより有効でかつ効率的な核セキュリティを確立するのに役立つと考えている。運転状態を確認するため、異常な変動を含む工程監視データを連続的に観察していることから、このデータは、工程監視のみならず妨害破壊行為や不法移転のリスクの検知に活用できると考えられる。本発表では、将来に向け、施設者の観点から、核物質防護と工程監視データを融合させ、より有効かつ効率的な核セキュリティの手法を提案するものである。

論文

Comparison of the mean quality factors for astronauts calculated using the $$Q$$-functions proposed by ICRP, ICRU, and NASA

佐藤 達彦; 遠藤 章; 仁井田 浩二*

Advances in Space Research, 52(1), p.79 - 85, 2013/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:83.04(Astronomy & Astrophysics)

宇宙飛行士の宇宙線被ばくリスクを適切に評価するためには、各臓器の吸収線量のみならず、放射線の違いによる被ばくリスクの違いを表す線質係数を計算する必要がある。その線質係数として、国際放射線防護委員会(ICRP),国際放射線単位測定委員会(ICRU)及び米国航空宇宙局(NASA)がそれぞれ独自の関係式を提案してきたが、これまでその相互比較は行われていなかった。報告者らは、PHITSとボクセルファントムを組合せ、さまざまな放射線が人体に入射したときの各臓器内の平均線質係数を、ICRP, ICRU及びNASAが提案するそれぞれの関係式を用いて計算した。その結果、NASAが提案する線質係数は、他の線質係数と比較して20%程度大きいことが判明した。これらの成果は、報告者らが作成しているICRP宇宙放射線防護指針において、極めて重要なデータとなる。

論文

Utilization of process monitoring data in the Tokai Reprocessing Plant for future nuclear security

清水 靖之; 山崎 勝幸; 木村 隆志; 遠藤 雄二; 中村 仁宣

Proceedings of INMM 54th Annual Meeting (CD-ROM), 7 Pages, 2013/07

IAEAからの核セキュリティにかかる提案(INFCIRC225/rev.5)に述べられている計量管理を除くほとんどの要件が、2012年3月に再処理事業規則に取り入れられた。このため、東海再処理施設では、その再処理事業規則に基づく要件を満足させるため、ハードやソフト対応を2年以内に完了させる予定である。東海再処理施設では、再処理事業規則に基づく強化措置とは別に、施設の安全管理を目的とした工程監視データを核セキュリティにも利用することでより有効でかつ効率的な核セキュリティを確立するのに役立つと考えている。運転状態を確認するため、異常な変動を含む工程監視データを連続的に観察していることから、このデータは、工程監視のみならず妨害破壊行為や不法移転のリスクの検知に活用できると考えられる。本発表では、将来に向け、施設者の観点から、核物質防護と工程監視データを融合させ、より有効かつ効率的な核セキュリティの手法を提案するものである。

論文

Magnetic properties of single crystalline YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$

吉井 賢資; 水牧 仁一朗*; 松本 圭右*; 森 茂生*; 遠藤 成輝; 齋藤 寛之; 松村 大樹; 神戸 高志*; 池田 直*

Journal of Physics; Conference Series, 428, p.012032_1 - 012032_5, 2013/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:2.35

マルチフェロイック物質YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の単結晶試料について、その磁性を調べた。磁気転移温度は250Kと過去の報告値に近かった。また、c軸方向の磁化のほうが、ab軸方向のそれよりも10倍以上大きく、この物質の異方性が観測された。ab面内の磁化については、10K以下で、磁場中冷却した磁化が負となる現象が見られた。これは、磁化が外部磁場と逆向きに向いていることを示し、エネルギー的に不安定な特異現象である。Ybモーメントの磁化がFeのそれと逆に向いており、それが低温で増強されるためと考えた。磁気熱量効果の測定からは、エントロピー変化のピーク値は1Jkg$$^{-1}$$K$$^{-1}$$とあまり大きくないものの、ピーク幅100K程度の広い温度範囲で見られており、磁気冷凍に有利な性質であることがわかった。これは、この物質系特有の三角格子上の磁気フラストレーションに起因するものと考えられる。

論文

Dynamics of polystyrene in a theta solvent investigated by neutron spin echo

遠藤 仁

Journal of the Physical Society of Japan, 82(Suppl.A), p.SA014_1 - SA014_6, 2013/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.55(Physics, Multidisciplinary)

中性子スピンエコー法を用い、$$theta$$溶媒中のポリスチレンのダイナミクスを検証した。最長50ナノ秒までの中間相関関数を観測し、ガウス近似に流体力学的相互作用を考慮したZimm理論と定量的に比較した。その結果、実験結果は散乱ベクトル$$Q$$の小さい領域($$Qtimes b<1$$$$b$$はボンド長)でしかZimm理論と一致せず、$$Q$$の値が大きくなるにつれて徐々に理論から外れていくことが判明した。そのずれは、実験における$$Q$$の最大値(0.1$${rm AA}^{-1}$$)で、減衰係数で比較して約半分であった。

論文

Shielding study at the Fukui Prefectural Hospital Proton Therapy Center

佐藤 大樹; 前田 嘉一*; 為重 雄司*; 中島 宏; 柴田 徳思*; 遠藤 章; 津田 修一; 佐々木 誠*; 前川 素一*; 清水 康弘*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 49(11), p.1097 - 1109, 2012/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:42.4(Nuclear Science & Technology)

陽子線がん治療施設における放射線安全設計の健全性及び妥当性を検証するため、福井県立病院陽子線がん治療センターにおいて中性子線量測定を実施し、施設の安全設計に用いた解析モデル及びモンテカルロコードPHITSの計算値と比較した。実験では、治療に用いる235MeV陽子ビームを水平照射室に設置した水ファントムに入射し、前方及び直上方向の遮蔽壁後方で中性子モニタDARWIN, Wendi-2及びレムメータを用いて中性子線量を測定した。また、照射室と入り口とをつなぐ迷路に固体飛跡検出器を配置し、迷路中の中性子線量分布を取得した。本研究により、国内の陽子線がん治療施設の設計に広く使われてきた解析モデルとパラメータセットによって、十分な安全裕度を持つ施設設計が可能であることを実験的に明らかにした。また、モンテカルロコードを利用することで、複雑な構造下で複数の線源から飛来する中性子の線量を、適切に評価できることを示した。この成果は、今後建設される陽子線がん治療施設における安全設計の最適化に、大きく寄与すると期待される。

論文

中性子小角散乱; 応用編

遠藤 仁; 杉山 正明*; 井上 倫太郎*

波紋, 22(3), p.258 - 267, 2012/08

中性子小角散乱法を用いたタンパク質の高次構造解析法及び中性子スピンエコー法を用いたタンパク質のダイナミクス解析に関して、著者らの最新の研究例を用いて解説した。例として、「タンパク質ミネラル複合粒子の微細構造解析」、「重水素化タンパク質を用いたSubunitの交換現象の解析」、「ホスホグリセリン酸キナーゼの内部運動解析」の3つの研究成果を用いた。

論文

Mass production results of superconducting cables for CS and EF coils of JT-60SA

杉本 昌弘*; 小杉 恵三*; 片山 功多*; 伊井 秀樹*; 高木 亮*; 遠藤 壮*; 清水 仁司*; 坪内 宏和*; 木津 要; 吉田 清

Proceedings of 24th International Cryogenic Engineering Conference (ICEC 24) and International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICMC 2012) (CD-ROM), p.799 - 802, 2012/05

JT-60SAの中心ソレノイド(CS)と平衡磁場(EF)コイル用の3種類の超伝導撚線の量産が完遂した。製作した超伝導素線の低温特性は十分に要求性能を満足するもので、かつ、その特性のばらつきは小さく、高い生産上の歩留まりも達成した。EF撚線に施されたニッケルめっきは素線間の摩擦がクロムめっきのCS撚線に比べ大きいことが見いだされ、初期には撚線中の断線が生じた。結果として、新規に開発した検査装置を用いた撚線手法は、撚線製作性を飛躍的に向上させ、品質保証に対しても効果的であった。

論文

Optimization for removal of ruthenium from nitric acid solution by volatilizing with electrochemical oxidation

佐藤 宗一; 遠藤 昇; 福田 一仁; 森田 泰治

Journal of Nuclear Science and Technology, 49(2), p.182 - 188, 2012/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.75(Nuclear Science & Technology)

白金属元素の中でもルテニウムは主な核分裂生成物である。RuO$$_{4}$$は室温においても、高い蒸気圧を持っているため、溶液から揮発させることが可能である。電解酸化法により高放射性廃液中のニトロシルルテニウムを酸化しRuO$$_{4}$$とすることにより、気相中に排出することを試みた。この方法の利点は、酸化剤を追加する必要なく、また、電解酸化の前にRuの原子価を調整する必要もない。しかし本法は電解に長時間かかることが欠点となっていた。そこで、電解酸化における基礎的な条件(a)電解液の温度(b)電解を促進する物質の存在(c)電解槽を還流するのかそのまま蒸発(蒸留)するのか(d)対極での隔膜の使用の影響について明らかにするための試験を実施した。これらの試験の結果から、より早い電解を行うために、(1)95$$^{circ}$$Cの高温での電解の実施,(2)3000ppmの濃度のCeを共存させる。(3)対極には隔膜を使用する。ことが条件となった。しかし還流するのか蒸留するのかについては、電解酸化については直接的な影響はなかった。この条件により電解酸加速度は、25度の温度で、Ceと隔膜を使用しない条件と較べて、約3倍電解速度が向上した。

論文

レーザ切断による気中解体時の粉じん挙動データ取得・調査

重田 達雄*; 笹瀬 雅人*; 遠藤 伸之*; 長友 仁郎*

平成22年度財団法人若狭湾エネルギー研究センター年報,13, P. 73, 2011/10

新型転換炉原型炉施設「ふげん」の廃止措置においては、放射能レベルが比較的高い原子炉を水中解体することとしており、原子炉解体時における粉じんをいかに抑制していくかという点が、作業員等の被ばく低減を図るうえで重要となる。熱的切断であるレーザ切断は、切断速度が速く切断幅が狭いことから、工期の短縮化や二次廃棄物発生量の低減が望め、原子炉領域の解体作業へ適用する有力な工法の一つとして検討しているが、レーザ切断時の粉じん挙動に関する知見は得られていない状況にある。このため、今後の解体計画策定や作業員の被ばく低減に向けた検討に資するため、水中切断試験に先立って、気中雰囲気においてレーザ切断時の粉じん挙動試験を実施し、粉じん挙動の基礎データを取得し、切断速度,出力,切断対象材料の材質及び厚さ等の切断条件が気中浮遊物や落下固形物に与える影響を調査した。

論文

Fluence-to-dose conversion coefficients for muons and pions calculated based on ICRP Publication 103 using the PHITS code

佐藤 達彦; 遠藤 章; 仁井田 浩二*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.432 - 436, 2011/10

ミューオン及びパイオンに対するフルエンスから実効線量への換算係数は、航空機乗務員の被ばく線量評価の際に不可欠となる。また、近年、国際放射線防護委員会(ICRP)の新基本勧告が発刊され、実効線量の定義が改訂された。そこで、われわれは、ICRPの新基本勧告に基づき、粒子輸送計算コードPHITSを用いて、100GeVまでのミューオン及びパイオンに対する実効線量換算係数を計算した。得られた結果を、他の粒子輸送計算コードを用いて計算した結果と比較したところ、両者は、極めて高エネルギーのミューオンに対する換算係数を除いて、よく一致することがわかった。高エネルギー領域における不一致の原因は、PHITSにデルタ線生成過程が組み込まれていないことに起因すると思われる。得られた計算結果は、放射線医学総合研究所で開発している航路線量計算プログラムJISCARD-EXに組み込まれ、日本の航空会社による航空機乗務員の被ばく線量管理に利用される予定である。

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