Microstructure distribution of Japanese sword cross sections analyzed by the diffractometer TAKUMI at J-PARC

及川 健一; Harjo, S.; Pham, A. H.*; 川崎 卓郎; 森戸 茂一*; 鬼柳 善明*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 大庭 卓也*; 伊藤 正和*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011062_1 - 011062_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011062

The metallurgy of historic melee weapons is one of the most interesting topics in archaeometallurgy. In particular, Japanese swords are paid great admiration in the world as the honor of classical technology and of the art. There have been many reports in the past that tried to elucidate this Japanese sword's microstructure and/or manufacturing process scientifically. In this study, we tried to use neutron diffraction as the non-destructive testing method. TOF neutron diffraction experiment was performed at TAKUMI of J-PARC. The gauge volume for the mapping was limited to 2 2 2 mm. Data sets for the normal and transverse direction and the normal and axial direction were obtained for the four pieces of sliced Japanese sword. All diffraction data were analyzed by the Rietveld refinement program to obtain lattice constants, phase volume fractions, preferred orientation, the crystallite size and the microstrain from the line-broadening. Detailed analysis results will be presented.

Synthesized research report in the second mid-term research phase, Mizunami Underground Research Laboratory Project, Horonobe Underground Research Laboratory Project and Geo-stability Project (Translated document)

濱 克宏; 笹尾 英嗣; 岩月 輝希; 尾上 博則; 佐藤 稔紀; 藤田 朝雄; 笹本 広; 松岡 稔幸; 武田 匡樹; 青柳 和平; et al.

JAEA-Review 2016-014, 274 Pages, 2016/08

JAEA-Review-2016-014.pdf:44.45MB

日本原子力研究開発機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分の実現に向けた国の第2期中期目標(平成2226年度)に基づき中期計画を策定し、処分事業と国による安全規制の両面を支える技術基盤を整備するため、地層処分研究開発と深地層の科学的研究の2つの領域において研究開発を進めている。今般、本中期計画期間における深地層の科学的研究分野(超深地層研究所計画、幌延深地層研究計画、地質環境の長期安定性に関する研究)の成果を取りまとめるにあたり、処分事業におけるサイト選定から処分開始に関する意思決定ポイントまでに必要な技術情報を事業者・規制機関が活用しやすい形式で体系化し、所期の目標の精密調査(前半)の段階に必要となる技術基盤として整備した。

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(IV)-成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2004-015, 192 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2004-015.pdf:1.98MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES, Dtransu, phreeqcを用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発を実施した。(1)本研究では,熱-水-応力解析の安定化を目的として,THAMESにおいて8節点要素が使える様,解析コードの改良を行なった。(2)本研究では,物質移行解析モデルの高度化を目的として,Dtransuにおいてガス拡散計算機能を追加した。(3)本研究では,地球化学解析モデルの高度化を目的として,含水状態に応じた表面サイト密度変化の導入,C/S比に応じたCSH固相の変化の導入,速度論モデルにおける時間刻みの設定方法,層間水の分離方法について検討した。(4)本研究では,熱-水-応力-化学連成解析コードの構築として,Multi_phreeqc並列化処理機能の高度化,連成解析プラットホームCouplys連続処理機能の追加,物性・連成モジュールの拡張に関する検討を実施した。これらの成果に基づき,熱-水-応力-化学解析コードを構築として,リスタート機能の追加,エラー処理機能の追加,各モジュールの統合,検証を行った。(5)本研究では,連成解析結果のポスト処理ユーティリティーの整備として,図化処理支援機能の作成,地球化学解釈支援機能の作成を行った。

Nanoparticle formation by pulsed laser ablation of TiO

八巻 徹也; 伊藤 久義; 松原 正和*; 阿部 弘亨*; 浅井 圭介*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 28(3), p.879 - 882, 2003/10

本研究では、KrFエキシマーレーザー(波長248 nm)パルスをTiOペレットに照射し、その直後に誘起されるプラズマ内反応を利用することによって、室温でナノ微粒子を作製した。1Torr以上に圧力を制御したOとAr混合ガス(5:5)中で作製すると、低次酸化物の混入のない高純度なTiO微粒子が生成し、これはルチル,アナターゼ結晶相から成っていることが明らかになった。また、雰囲気ガスの圧力を10Torrまで増加させるにつれて、含有するルチル相の重量分率は大きくなった。このことは、本手法がTiO微粒子中のルチル/アナターゼ混合比を制御可能であることを示している。結晶相の制御性について、レーザープラズマの物理モデルに基づいて考察を行った結果、高圧下でのプラズマ密度の増大が反応系内の温度(ここでは電子温度に相当)を上昇させ、このことが高温相であるルチル体の結晶化を促進していると考えられた。透過型電子顕微鏡観察によれば、微粒子の粒径は10-14nmであり、光触媒材料としての高い応用性が示唆された。

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(II); 概要報告書

石原 義尚*; 千々松 正和*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2003-033, 118 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-033.pdf:1.66MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqe60 を用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1) 本研究では,THAMES(熱-水-応力解析コード),Dtransu(物質移行解析コード),phreeqe60(地球化学解析コード)のプロセスを自動制御し,連成解析全体を管理する連成管理プログラム(COUPLYS)を開発した。(2) 本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,溶液濃度の受渡し,トータル濃度の受渡しに関する支援モジュールを作成した。更に,多元素を取り扱うことができるようにするため,物質移行解析コードの改良を実施した。(3) 本研究では,THMC 物性・連成モジュールとして,既存の実験データに基づき緩衝材の透水係数が,化学反応(鉱物の溶解・沈殿)による密度変化やNaCl 濃度に依存するモデルを作成した。連成管理プログラム(COUPLYS)にTHAMES,Dtransu,phreeqe60,物性・連成モジュールを搭載することにより,THMC 解析コードを構築し,感度解析を実施した。(4) 本研究では,開発したTHMC 解析コードの適用性を確認するため,HLW ニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。

THM Simulation of the Full-Scale In-Situ Engineered Barrier System Experiment in Grimsel Test Site in Switzerland

杉田 裕; 千々松 正和*; 伊藤 彰; 操上 広志; 小林 晃*; 大西 有三*

GeoProc2003, p.102 - 107, 2003/00

内容は、高レベル放射性廃棄物地層処分における人工バリアの連成挙動を評価するモデル開発の国際プロジェクト「DECOVALEX」のTASK1の解析結果である、横置き方式の人工バリアの原位置試験「FEBAX」をTHAMESで解析評価した。与えられた緩衝材の物性値からTHAMES用の入力データへの変換を行い、岩盤、緩衝材、ヒーター、プラグおよび試験坑道を考慮した解析モデルで評価を行った。緩衝材中の熱分布は実測値とよく一致し、緩衝材中の水分移動も概ね表現できた。緩衝材中の応力に関しても、到達する応力や増加傾向を表現できた。さらに、精度よく実測値を表現できるようにパラメータの検討を今後実施していく。

高速実験炉「常陽」運転経験報告書; 100MW運転時Na・Arサンプリング及び分析結果(MK-II炉心移行作業から100MW第7サイクルまで)

伊吹 正和*; 寺内 誠*; 伊藤 芳雄*; 青野 忠純*; 藤原 昭和*; 今井 勝友*

PNC TN9410 87-174, 128 Pages, 1987/12

PNC-TN9410-87-174.pdf:8.49MB

常陽の冷却材ナトリウム、カバーガスアルゴン中の不純物及び放射性物質の純度管理を目的としてサンプリングし分析を行った。その結果は以下の通りであった。1. ナトリウム中の不純物は、1次・2次系共に管理目標値を満足していた。2. 1次系カバーガスアルゴン中の不純物のうち水素及びメタンは、主循環ポンプの点検及び燃料交換作業に伴い管理目標値を超える事があったが、その他の不純物は管理目標値を満足していた。特に窒素濃度はMK-1 炉心時に比べ約1/5に減少した。これはMK-1 炉心時の不確定要素による不具合が解消され、燃料交換機器のブローダウンガスにより希釈された為と思われる。3. MK-2移行中にMK-2炉心用制御棒に封入されているヘリウムが炉内装荷時に放出され、その濃度は734(ppm)であった。又、原子炉運転に伴う制御棒と中性子の反応によるヘリウム発生量は、制御棒の引抜量が増加すると減少していった。4. 2次系カバーガスアルゴン中の不純物は全て管理目標値を満足していた。5. 放射性物質で1次系ナトリウムサンプリングコイルに沈着する放射性腐食生成物は、原子炉運転時間が達つにつれ徐々に増加している。又、本コイル交換時の表面線量率は、24Na減衰後約10mR/h以下であった。

中性子回折を用いたミクロ組織評価による日本刀の製作過程の解明

及川 健一; Harjo, S.; 鬼柳 善明*; 川崎 卓郎; 森戸 茂一*; 伊藤 正和*; 大庭 卓也*; Pham, A.*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也

no journal, , 

日本刀のミクロ組織は主に、刃側は高い硬度のマルテンサイトであり、背面側は比較的低い硬度のフェライトであることが知られている。ミクロ組織のタイプは、同じような位置でも刀ごとに異なり、製造方法の違いによるものと考えられている。今回、30年以上前に光学顕微鏡分析およびXRDを用いて研究された4種の日本刀試料片を用い、中性子回折実験を行った。顕微鏡分析から相分率分布は評価されず、またX線回折は定性的にのみ利用され、格子定数、相分率、構成相の転位密度は評価されなかった。そこで我々は、MLFのTAKUMIを用い、マッピング測定を3つの直交する方向に実施した。マッピング測定におけるゲージボリュームは、2mm角とした。Z-Rietveldを用いた解析により、試料毎に可能な相(フェライト, マルテンサイト, セメンタイトなど)の格子定数、相分率、選択配向のマッピングを行った。当日はこれら解析結果の概略を紹介し、過去の報告と比較を行う。

Japanese-sword crystallographic study based on pulsed neutron imaging at J-PARC

及川 健一; 鬼柳 善明*; 佐藤 博隆*; Pham, A.*; 渡辺 賢一*; 松本 吉弘*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; Harjo, S.; 大沼 正人*; et al.

no journal, , 

Japanese swords are paid great admiration in the world as the honor of classical technology and of the art. There have been many reports in the past that tried to elucidate this Japanese sword's microstructure or manufacturing process scientifically. These reports were mainly done by destructive testing methods, such as the microscopic and chemical analyses on the cross sections of swords after mechanical cutting and polishing. Neutron tomography and neutron diffraction are commonly used as a non-destructive investigating method to see inside of the object and evaluate its microstructure. In J-PARC, Bragg edge imaging, a 2D mapping method based on analysis of thousands of position-dependent transmission spectrum data, is actively used to elucidate the crystallographic structure of Japanese swords. Recent research project works by the authors using J-PARC instruments will be introduced.

A Comparison study of the microstructure information in the Japanese sword obtained from the conventional destructive methods and the neutron Bragg-edge analysis

及川 健一; 渡辺 賢一*; 鬼柳 善明*; 佐藤 博隆*; 伊藤 正和*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚

no journal, , 

Japanese swords, which have a history of about 1000 years, are interesting not only for their function as weapons and their lean beauty, but also for their advanced steel processing technology. In particular, the details of the manufacturing methods of Japanese swords before the 16th century are unknown due to oral tradition, and various destructive tests have been conducted until around the 1980s. In 1985, Takahashi et al. examined four Japanese sword cuttings from the Northern and Southern Dynasties and the early Edo Periods, and reported the macro- and microstructure, chemical composition, inclusions, and Vickers hardness distribution of the cross sections. In 2017, we conducted a neutron diffraction experiment on the same four-striped piece at Takumi at J-PARC, and clarified the differences in the distribution of carbon content in iron, as well as the distribution of crystallite size and dislocation density by Rietveld analysis and line-broadening analysis. In this study, we performed a Bragg edge imaging experiment on the same sample at RADEN at J-PARC to obtain information on the crystalline structure and the real space distribution of Vickers hardness obtained from the edge width. The details of the analysis results will be presented.