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論文

Development of an alpha dust monitor using a GPS scintillator plate

森下 祐樹; 金子 純一*; 樋口 幹雄*; 井崎 賢二; 矢島 辰雄*; 松浦 貢*; 田村 健; 鳥居 建男

Radiation Measurements, 122, p.115 - 120, 2019/03

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

A dust monitor with a silicon surface barrier detector (SSBD) is introduced at a nuclear fuel facility to detect airborne contamination of $$^{238}$$Pu and $$^{239}$$Pu released by past accidents. However, an SSBD frequently produces false alarms, especially in a room with high humidity. We developed an alpha-particle spectrometer based on a cerium-doped Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$ (GPS) scintillator plate and a photomultiplier tube (PMT). The energy resolution for 5.5-MeV alpha particles was $$sim$$11.9% $$pm$$ 0.2% of the FWHM. The efficiency was 92%, and it had a uniform sensitivity. By applying an energy window, the count-rate of the Rn progeny decreased by 77%. The GPS scintillator plate was able to measure the alpha spectrum even though the GPS scintillator got wet.

論文

Optimization of thickness of GAGG scintillator for detecting an alpha particle emitter in a field of high beta and gamma background

森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 星 勝也; 鳥居 建男

Radiation Measurements, 112, p.1 - 5, 2018/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:38.14(Nuclear Science & Technology)

高線量$$beta$$$$gamma$$バックグランド下でプルトニウム同位体を検出するため、低$$beta$$$$gamma$$感度の$$alpha$$線検出器が必要となる。そこで、$$alpha$$線検出器のためのGAGGシンチレータの厚みの最適化を行った。0.05mm, 0.07mm, 0.1mmの厚みのシンチレータを用い、角厚みのシンチレータに対し$$alpha$$, $$beta$$, $$gamma$$線をそれぞれ照射し、波高スペクトルを得た。$$alpha$$線のエネルギー分解能は0.05mm厚のGAGGシンチレータが最も良かった。0.05mm、0.07mm、0.1mm、全ての厚みで$$gamma$$感度は問題とならなかった。$$beta$$感度は0.05mm厚のGAGGシンチレータを用いることで、0.1mm厚のGAGGシンチレータに対し1/100に減少した。したがって、0.05mm厚のGAGGシンチレータを用いた$$alpha$$線検出器は、高線量$$beta$$$$gamma$$バックグランド下でのプルトニウム同位体に検出に期待できる。

論文

Development of a new detector system to evaluate position and activity of plutonium particles in nasal cavities

森下 祐樹; 山本 誠一*; 百瀬 琢麿; 金子 純一*; 根本 典雄

Radiation Protection Dosimetry, 178(4), p.414 - 421, 2018/03

 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

二酸化プルトニウム(PuO$$_{2}$$)は高速炉に用いるMOX燃料の製造に用いられる。PuO$$_{2}$$を包蔵するグローブボックスに欠陥、例えばグローブやビニールバッグの破損があった場合、プルトニウム(Pu)の空気汚染が生じる可能性がある。もし作業者がPuO$$_{2}$$粒子を吸引した場合肺に沈着し、肺癌を引き起こす可能性がある。鼻スミヤやnose blowがPuO$$_{2}$$の摂取の確認に用いられるが、鼻腔内のPuの定量的な放射能は評価できなかった。また、鼻腔内の直接測定が可能な$$alpha$$線検出器も存在しなかった。そこで我々は作業者の正確な内部被ばく評価のため、鼻腔内の直接測定が可能な鼻モニタの開発を行った。2$$times$$2の角柱ライトガイドを用いて1つの検出器ブロックを構成し、ZnS(Ag)シンチレータを表面に貼りつけ、光検出器には8$$times$$8のSilicon photomultiplierを用いた。開発した鼻モニタの評価のため、実際のPuO$$_{2}$$粒子を鼻モニタで測定した。鼻モニタの5.5MeV$$alpha$$線に対する平均の検出効率(4$$pi$$方向)は左鼻が11.43%で右鼻が11.58%であった。$$gamma$$線と$$beta$$線の影響は無視できる程度であった。Puの放射能を鼻モニタと$$alpha$$線用放射能測定装置で評価した結果、差異は4.0%以内であった。以上の評価結果より、開発した鼻モニタは作業者の内部被ばくの正確な評価に有用であると考える。

論文

Flexible alpha camera for detecting plutonium contamination

森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 根本 典雄

Radiation Measurements, 103, p.33 - 38, 2017/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:27.27(Nuclear Science & Technology)

核燃料施設では、プルトニウム(Pu)やウランが扱われる。ZnS(Ag)シンチレーション検出器で測定できない狭い場所がPuの汚染源となることがある。例えば、グローブボックスの窓と架台の間の隙間やフランジ、ポートカバーの隙間などである。そこで我々は現場の狭い場所の汚染源の特定が可能なフレキシブルアルファカメラと呼ばれるイメージング検出器の開発をした。検出器の厚みはZnS(Ag)シンチレーション検出器の1/5で、その効率は5.5MeVアルファ線に対し42.7%(4pi)であった。検出下限放射能は0.014Bqであった。4種のPuO$$_{2}$$のサンプルをフレキシブルアルファカメラで測定し、PuO$$_{2}$$粒子を自動で同定することができた。フレキシブルアルファカメラを用いることで、Pu汚染源を早期に検知することができ、汚染拡大の防止につながる。

論文

Charge-collection efficiency of single-crystal CVD diamond detector for low-energy charged particles with energies ranging from 100 keV to 2 MeV

佐藤 優樹; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 834, p.218 - 222, 2016/10

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

The performance of a diamond detector created from a single-crystal diamond grown by chemical vapor deposition was studied for application in detecting charged particles having energies ranging from 100 keV to 2 MeV. Energy peaks of these low-energy ions were clearly observed. However, we observed that the pulse height for individual incident ions decreases with increasing atomic number of the ions. We estimated the charge collection efficiency of the generated charge carriers by the incident charged particles. While charge collection efficiency above 95% is achieved for helium (He$$^+$$) at energies above 1.5 MeV, over the same incident energy range, the efficiencies are lower for heavy-ions: $$sim$$70% for silicon (Si$$^+$$) and $$sim$$30% for gold (Au$$^{3+}$$). We also found that the charge collection efficiency decreases as the generated charge density inside the diamond crystal increases.

論文

Fano factor evaluation of diamond detectors for alpha particles

嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 佐藤 優樹; 坪田 雅功*; 新名 宏明*; 茶谷原 昭義*; 渡辺 幸志*; 梅沢 仁*; 杢野 由明*

Physica Status Solidi (A), 213(10), p.2629 - 2633, 2016/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.02(Materials Science, Multidisciplinary)

This report is the first describing experimental evaluation of Fano factor for diamond detectors. High-quality self-standing chemical vapor deposited diamond samples were produced using lift-off method. Alpha-particle induced charge measurements were taken for three samples. A 13.1 eV $$pm$$ 0.07 eV of the average electron-hole pair creation energy and excellent energy resolution of approximately 0.3$$%$$ were found for 5.486 MeV alpha particles from an $$^{241}$$Am radioactive source. The best Fano factor for 5.486 MeV alpha particles calculated from experimentally obtained epsilon values and the detector intrinsic energy resolution was 0.382 $$pm$$ 0.007.

論文

Charge-collection efficiency and long-term stability of single-crystal CVD diamond detector under different carrier-drift conditions

佐藤 優樹; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一*

Japanese Journal of Applied Physics, 55(4), p.046401_1 - 046401_5, 2016/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.37(Physics, Applied)

化学気相成長法(CVD)により育成した人工単結晶ダイヤモンドを用いて放射線検出器を製作し、検出器のエネルギー分解能、生成電荷キャリアの収集効率、及び長時間安定性の調査を行った。検出器固有のエネルギー分解能は半値幅で約0.4%であり、$$^{241}$$Amから放出される4つのエネルギー(5.389, 5.443, 5.486及び5.545MeV)の$$alpha$$粒子の観測ができた。電荷キャリアの収集効率は電子、正孔ともに98%を達成し、さらに、主として電子を検出器内でドリフトさせた場合、100時間以上の$$alpha$$粒子照射でもエネルギースペクトルや分解能の劣化は見られなかった。一方で、主として正孔を検出器内でドリフトさせた場合、照射時間と共にエネルギースペクトルが劣化するポーラリゼイション現象が観測された。

論文

Development of a Si-PM based alpha camera for plutonium detection in nuclear fuel facilities

森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 東井 宏平*; 坪田 陽一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 747, p.81 - 86, 2014/05

核燃料施設では核燃料物質の検知のため、$$alpha$$線が測定される。本研究では、Si-PMアレイとGAGGシンチレータ接合した新たな$$alpha$$線イメージング装置を開発し、開発した装置の基本性能を評価した。シンチレータは0.1mm厚、ライトガイドは3.0mm厚のものを用いた。$$^{241}$$Am線源をすべての測定に用いた。空間分解能の評価では、1.6lp/mmのスリットが完全に識別でき、ここから空間分解能は0.6mm FWHM以下であると評価された。エネルギー分解能は13% FWHMであった。画像にはわずかなゆがみが確認されたが、中心付近の均一性は24%以内であった。これらの評価結果より、構築した$$alpha$$線イメージング装置は、核燃料施設におけるプルトニウム検知に有用であることが示された。

論文

Post irradiation examination analyses with a continuous-energy Monte Carlo code MVP for long-lived fission products in LWR spent fuels

奥村 啓介; 浅井 志保; 半澤 有希子; 鈴木 英哉; 利光 正章; 伊奈川 潤; 片倉 純一; 篠原 伸夫; 金子 悟*; 鈴木 健介*

Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 5 Pages, 2010/10

長寿命核分裂生成核種の正確なインベントリ評価のため、最新の核データに基づき、MVP-BURNコード用の新しい燃焼チェーンモデルと崩壊データを開発した。それらを、$$^{79}$$Se, $$^{99}$$Tc, $$^{126}$$Sn, $$^{135}$$Csのインベントリ測定を含む3つの照射後試験に適用した。それらの1つは原子力機構が実施した新しい測定である。解析結果から、原子力機構の新しい測定は別の研究所で別の技術で得られた他の照射後試験の結果とよく整合していることが確認できた。また、本計算結果は、$$^{79}$$Seと$$^{135}$$Csの実験値と10%以内で一致することが確認できた。一方、$$^{99}$$Tcと$$^{126}$$Snについては、計算に最大50%の過大評価が見られたが、これらの差異は測定における不溶解残渣の影響又は解析における核分裂収率の誤差の影響と考えられる。

論文

Measurement of internal strain in materials using high energy white X-ray at SPring-8

柴野 純一*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 金子 洋; 小林 道明*

Materials Science Forum, 571-572, p.267 - 270, 2008/00

In this paper, the strain in the bulk of material was measured using high energy white X-rays from synchrotron radiation sources of BL14B1 and BL28B2 at SPring-8 in Japan. JIS-S45C carbon steel and JIS-SHY685 high-tensile steel were used as specimens. As a result, the internal strain of SHY685 of 15 millimeters thickness could be evaluated using X-rays with energy of 155 keV diffracted by $$alpha$$-Fe321 lattice plane. It is suitable for the high accuracy measurement to include more than or equal to 5000 grains of crystal in the gauge volume. Furthermore, the measurement error peak count and the profile which is close to Gaussian curve. However, the measurement accuracy of the internal strain of S45C was relatively low. Because the diffracted X-ray peak counts at each measurement position fluctuated with the relationship between grain size of S45C and the irradiated X-ray beam size.

論文

高エネルギー放射光白色X線を用いた材料内部ひずみ測定

柴野 純一*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 平田 智之*; 金子 洋; 小林 道明*

材料, 56(10), p.985 - 992, 2007/10

高エネルギー白色X線を用いた応力測定技術開発を原子力機構専用ビームラインを用いて行った。鉄鋼材の1つであるWEL-TEN780E(JIS G3128 SHY685)に負荷ひずみを加えた状態で内部ひずみをエネルギー分散法により測定した結果、マクロひずみとほぼ同等なひずみを求めることに成功した。特に本手法では、50$$mu$$m程度の微小領域のひずみを求めることができることから、今後き裂先端などの局所ひずみを求めるなどの応用が期待される。

論文

Strain measurements using high energy white X-rays at SPring-8

菖蒲 敬久; 金子 洋; 水木 純一郎; 小西 啓之; 柴野 純一*; 平田 智之*; 鈴木 賢治*

AIP Conference Proceedings 879, p.1581 - 1585, 2007/01

高エネルギー白色X線を用いた応力測定技術開発をSPring-8,BL14B1で行った。測定は半導体検出器を用いたエネルギー分散法により、SUS304鉄鋼材に加圧を加えながら内部のひずみ測定を行った。この結果、加圧によるひずみの変化を計測することに成功したが、測定誤差をはじめとするさまざまな問題点も挙げられた。

論文

Self-regenerating Rh- and Pt-based perovskite catalysts for automotive-emissions control

田中 裕久*; 谷口 昌司*; 上西 真里*; 梶田 伸彦*; 丹 功*; 西畑 保雄; 水木 純一郎; 成田 慶一*; 木村 希夫*; 金子 公良*

Angewandte Chemie; International Edition, 45(36), p.5998 - 6002, 2006/09

 被引用回数:96 パーセンタイル:9.66(Chemistry, Multidisciplinary)

貴金属のペロブスカイト酸化物粒子への可逆な固溶析出現象を利用して、貴金属の使用量を削減しながら高性能な自動車触媒を創ることができる。パラジウムに引き続き、白金とロジウムに関しても自己再生機能を持たせることに成功した。

論文

The Intelligent catalyst having the self-regenerative function of Pd, Rh and Pt for automotive emissions control

田中 裕久*; 上西 真里*; 谷口 昌司*; 丹 功*; 成田 慶一*; 木村 希夫*; 金子 公良*; 西畑 保雄; 水木 純一郎

Catalysis Today, 117(1-3), p.321 - 328, 2006/09

 被引用回数:130 パーセンタイル:2.4(Chemistry, Applied)

インテリジェント触媒の貴金属の自己再生機能は1970年代以降の自動車触媒の歴史において画期的な技術である。その自己再生機構はXAFS解析によって研究される。それは現実の自動車排ガス中の酸化還元雰囲気変動に同期して起こる、ペロブスカイト構造の内(Pd陽イオン)と外(Pdナノ粒子)の変化によって実現している。結果として、Pd粒子の成長は自動車の使用期間中ずっと抑制される。そのうえ、その変化の早さがエネルギー分散型XAFSのその場観察で10ミリ秒の時間分解能で測定された。そして自己再生がかなり早く起こっていることが判明した。さらに、Pd同様にRhとPtでも自己再生機能を持つ新しい触媒ができた。自己再生機能は将来の触媒技術の設計指針を与える。

論文

Development of a wide-range paired scintillator with optical fiber neutron monitor for BNCT irradiation field study

石川 正純*; 熊田 博明; 山本 和喜; 金子 純一*; Bengua, G.*; 宇根崎 博信*; 櫻井 良憲*; 田中 憲一*; 小佐古 敏荘*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 551(2-3), p.448 - 457, 2005/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:43.11(Instruments & Instrumentation)

ホウ素中性子補足療法(BNCT)の中性子照射中の熱中性子を計測するため、光ファイバーとシンチレータを組合せた広域熱中性子検出器(SOFモニタ)を開発した。このSOFモニタを使うことで、従来の金線放射化法に代わり、BNCT中に患者に付与される熱中性子束をリアルタイムで計測して線量評価を実施することが可能となる。開発したSOFモニタの測定精度を検証するため、JRR-4の中性子ビーム設備を使って水ファントムを用いた照射実験を実施し、ファントム内に配置した金線による熱中性子束との比較を行った。この結果から金線測定値とSOFモニタによる計測値がよく一致することを確認した。またSOFモニターでの計測では、中性子ビーム強度の変化に対してリニアリティがあることを確認した。今後実際のBNCTにも適用して検証を行い、BNCTへの適用性を評価するとともに、線量評価システムと組合せたリアルタイム線量評価技術の開発をすすめる。

報告書

JENDLによる核種生成量予測精度の検討

奥村 啓介; 大木 繁夫*; 山本 宗也*; 松本 英樹*; 安藤 良平*; 辻本 和文; 笹原 昭博*; 片倉 純一; 松村 哲夫*; 青山 卓史*; et al.

JAERI-Research 2004-025, 154 Pages, 2005/01

JAERI-Research-2004-025.pdf:19.46MB

本報告書は、シグマ研究委員会・核燃料サイクル専門部会・核種生成量評価ワーキンググループ(WG)における平成13$$sim$$15年度の活動成果についてまとめたものである。同WGでは、軽水炉及び高速炉で照射されたUO$$_{2}$$又はMOX燃料、及び高速炉で照射されたアクチノイド試料に対する照射後試験の解析を、JENDL-3.2, JENDL-3.3及びその他の海外の核データライブラリとORIGENコードやより詳細な解析コードを使用して行った。これらの結果から、核種生成量評価の予測精度の現状と問題点が論じられる。さらに、最新のJENDL-3.3に基づくORIGENコード用のPWR, BWR, FBR用の断面積ライブラリの作成,ORIGEN計算への中性子スペクトルインデックスの導入検討、及びORIGENユーザーへの核種生成量評価に対する期待精度のアンケート調査といった活動の成果についても報告する。

論文

D-T neutron skyshine experiments and the MCNP analysis

西谷 健夫; 落合 謙太郎; 吉田 茂生*; 田中 良平*; 脇坂 雅志*; 中尾 誠*; 佐藤 聡; 山内 通則*; 堀 順一; 和田 政行*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.58 - 61, 2004/03

核融合施設の天井から漏洩した放射線が空気と散乱して、施設周辺の地上に到達する、いわゆるスカイシャンは、核融合施設周辺の放射線安全に最も重要な項目の一つである。そこで原研の核融合中性子源FNSを用いてD-T中性子に対するスカイシャインの実験を2002年3月と2003年3月の2回にわたって実施した。FNS第一ターゲット室の天井のスカイシャインの実験用遮蔽ポート(1m$$times$$1m)を開放し、上空向かって中性子を打ち上げ、散乱中性子及び2次$$gamma$$線の分布を測定した。2002年3月の実験ではHe-3レムカウンタを用いて線源から550mまでの中性子線量率分布と200mまでの2次$$gamma$$線スペクトルを大形NaIシンチレータ検出器及びGe半導体検出器で測定した。2003年3月の実験ではFNS建屋周辺において、NE213シンチレーション検出器を用いた中性子スペクトル測定とBGOシンチレータ検出器を用いた2次$$gamma$$線スペクトル測定を実施した。測定された結果は、JENDL-3.3を用いたモンテカルロ計算(MCNP-4C)とよく一致し、MCNPによる計算がスカイシャインによる線量を十分な精度で評価できることを確認した。

論文

Measurement of radiation skyshine with D-T neutron source

吉田 茂生*; 西谷 健夫; 落合 謙太郎; 金子 純一*; 堀 順一; 佐藤 聡; 山内 通則*; 田中 良平*; 中尾 誠*; 和田 政行*; et al.

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.637 - 641, 2003/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:49.34

核融合炉からのスカイシャインは炉の安全の評価上重要であるが、これまでD-T中性子に対するスカイシャインの実験的評価はほとんどなかった。そこで原研の核融合中性子源FNSを用いてD-T中性子に対するスカイシャイン実験を実施した。FNS第一ターゲット室の天井のスカイシャインの実験用遮蔽ポート(1m$$times$$1m)を開放し、上空向かって中性子を打ち上げ、散乱中性子及び2次$$gamma$$線の分布を線源から 550mまでの範囲で測定した。中性子に対しては、He-3レムカウンタ,BF-3比例計数管,$$gamma$$線に対しては、大形NaIシンチレータ検出器及びGe半導体検出器を使用した。測定された線量は中性子がほとんどを占め、1.7$$times$$10$$^{11}$$n/sの発生率に対し、線源から150m及び400mでそれぞれ0.1$$mu$$Sv/h,0.01$$mu$$Sv/hであった。またJENDL-3.2を用いたモンテカルロ計算(MCNP-4B)と比較した結果、150mまでは、実験値とよく一致することがわかった。また空中に打ち上げられた中性子を線上中性子源とみなす解析モデルは非常によく実験値を再現することがわかった。2次$$gamma$$線に関しては6MeVの高エネルギー$$gamma$$線が主になっており、スカイシャイン中性子が地中で起こすSi(n,$$gamma$$)反応によると考えられる。

論文

日本原子力研究所Fusion Neutronics Source(FNS)におけるD-T中性子スカイシャイン実験

西谷 健夫; 落合 謙太郎; 吉田 茂生*; 田中 良平*; 脇坂 雅志*; 中尾 誠*; 佐藤 聡; 山内 通則*; 堀 順一; 高橋 亮人*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 79(3), p.282 - 289, 2003/03

核融合炉からのスカイシャインは炉の安全の評価上重要であるが、これまでD-T中性子に対するスカイシャインの実験的評価はほとんどなかった。そこで原研の核融合中性子源FNSを用いてD-T中性子に対するスカイシャインの実験を実施した。FNS第一ターゲット室の天井のスカイシャインの実験用遮蔽ポート(1m$$times$$1m)を開放し、上空向かって中性子を打ち上げ、散乱中性子及び2次$$gamma$$線の分布を線源から 550mまでの範囲で測定した。中性子に対しては、He-3レムカウンタ,BF-3比例計数管、$$gamma$$線に対しては、大形NaIシンチレータ検出器及びGe半導体検出器を使用した。測定された中性子線量分布に対し、JENDL-3.2を用いたモンテカルロ計算(MCNP-4B)と比較した結果、230mまでは、実験値とよく一致することがわかった。遠方における差異の原因としてはレムカウンターの感度のエネルギー依存性に問題があると考えている。また空中に打ち上げられた中性子を線上中性子源とみなす解析モデルは150mまでよく実験値を再現することがわかった。本実験においては、2次$$gamma$$線による線量は、中性子による線量の1/50であり、MCNPによる計算と良く一致した。以上により、MCNPによる計算はスカイシャインによる線量を十分な精度で評価できることがわかった。

論文

Fusion power measurement based on $$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N reaction in flowing water

西谷 健夫; 宇野 喜智; 金子 純一*; 落合 謙太郎; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.1139 - 1142, 2002/08

FNSで行った実験結果に基づき、流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。水配管は径20mmとし、照射端は赤道面のフィラーブランケットモジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外のピットに設置し、照射端からの距離は20mとした。この配置に基づき、各種特性をMCNP-4bコードを用いて評価を行った。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms( ITER要求値)以下となった。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。$$gamma$$線測定ステーションにおいて異なる検出効率の$$gamma$$線検出器を2台用いることによって、100kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。

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