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論文

Citizen science observation of a gamma-ray glow associated with the initiation of a lightning flash

鶴見 美和*; 榎戸 輝掲*; 一方井 祐子*; Wu, T.*; Wang, D.*; 篠田 太郎*; 中澤 知洋*; 辻 直樹*; Diniz, G.*; 片岡 淳*; et al.

Geophysical Research Letters, 50(13), p.e2023GL103612_1 - e2023GL103612_9, 2023/07

Gamma-ray glows are observational evidence of relativistic electron acceleration due to the electric field in thunderclouds. However, it is yet to be understood whether such relativistic electrons contribute to the initiation of lightning discharges. To tackle this question, we started the citizen science "Thundercloud Project," where we map radiation measurements of glows from winter thunderclouds along Japan's sea coast area. We developed and deployed 58 compact gamma-ray monitors at the end of 2021. On 30 December 2021, five monitors simultaneously detected a glow with its radiation distribution horizontally extending for 2 km. The glow terminated coinciding with a lightning flash at 04:08:34 JST, which was recorded by the two radio-band lightning mapping systems, FALMA and DALMA. The initial discharges during the preliminary breakdown started above the glow, that is, in vicinity of the electron acceleration site. This result provides one example of possible connections between electron acceleration and lightning initiation.

論文

第49回研究発表会における企画セッションの印象記

迫田 晃弘; 片岡 憲昭*; 石川 純也*; 太田 朗生*; 鈴木 龍彦*; 西山 祐一*; 廣内 淳; 外間 智規

保健物理, 51(3), p.181 - 186, 2016/09

2016年6月30日$$sim$$7月1日において、日本保健物理学会第49回研究発表会が青森県弘前市で開催された。本稿では、そこでの企画・特別セッション(全12件)の概要を報告する。

論文

Electronic configuration of Mn ions in the $$pi$$-$$d$$ molecular ferromagnetic $$beta$$-Mn phthalocyanine studied by soft X-ray magnetic circular dichroism

片岡 隆史*; 坂本 勇太*; 山崎 陽*; Singh, V. R.*; 藤森 淳*; 竹田 幸治; 大河内 拓雄*; 藤森 伸一; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; et al.

Solid State Communications, 152(9), p.806 - 809, 2012/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:60.56(Physics, Condensed Matter)

$$beta$$-Mnフタロシアニン分子は温度8.6K以下で強磁性を示すことが知られている。しかしながら、強磁性を発現する原因について電子構造の立場からの解明がなされていなかった。そこで、元素選択的磁気プローブである軟X線磁気円二色性を用いて、Mnの電子状態を実験的に調べ、さらにその結果をクラスター計算による理論的結果と比較検討することで、Mnイオンの基底状態を決定することができた。

論文

Electronic structure and magnetism of the diluted magnetic semiconductor Fe-doped ZnO nanoparticles

片岡 隆史*; 小林 正起*; 坂本 勇太*; Song, G. S.*; 藤森 淳*; Chang, F.-H.*; Lin, H.-J.*; Huang, D. J.*; Chen, C. T.*; 大河内 拓雄*; et al.

Journal of Applied Physics, 107(3), p.033718_1 - 033718_7, 2010/02

AA2009-0977.pdf:1.0MB

 被引用回数:53 パーセンタイル:85.88(Physics, Applied)

We have studied the electronic structure of Fe-doped ZnO nanoparticles, which have been reported to show ferromagnetism at room temperature, by X-ray photoemission spectroscopy (XPS), resonant photoemission spectroscopy (RPES), X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). From the experimental and cluster-model calculation results, we find that Fe atoms are predominantly in the Fe$$^{3+}$$ ionic state with mixture of a small amount of Fe$$^{2+}$$ and that Fe$$^{3+}$$ ions are dominant in the surface region of the nanoparticles. It is shown that the room temperature ferromagnetism in the Fe-doped ZnO nanoparticles is primarily originated from the antiferromagnetic coupling between unequal amounts of Fe$$^{3+}$$ ions occupying two sets of nonequivalent positions in the region of the XMCD probing depth of $$sim$$2-3 nm.

論文

Experimental observation of bulk band dispersions in the oxide semiconductor ZnO using soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy

小林 正起*; Song, G.-S.*; 片岡 隆史*; 坂本 勇太*; 藤森 淳; 大河内 拓雄*; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 山上 浩志; et al.

Journal of Applied Physics, 105(12), p.122403_1 - 122403_4, 2009/06

BB2009-1947.pdf:0.84MB

 被引用回数:11 パーセンタイル:45.02(Physics, Applied)

ZnO is one of the most promising oxide semiconductors for applications to semiconductor electronics, especially for optical devices. Their inexpensiveness and environmental safety are also advantages for practical applications. The surface electronic structure of ZnO has been investigated so far using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) in the ultraviolet ray region (less than 150 eV), although those measurements are surface sensitive. Considering their potentiality of ZnO for extensive applications, it is desired to investigate the bulk electronic structure of ZnO experimentally. In this work, we have performed soft X-ray (SX) ARPES measurements on a ZnO thin film in order to probe the bulk electronic structure. All the obtained band dispersion reflects the hexagonal Brillouin zone of ZnO, indicating we succeeded in the observation of the band dispersion of ZnO by SX-ARPES.

論文

Soft X-ray absorption and photoemission studies of ferromagnetic Mn-implanted 3$$C$$-SiC

Song, G.*; 小林 正起*; Hwang, J. I.*; 片岡 隆*; 滝沢 優*; 藤森 淳; 大河内 拓雄; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 47(9), p.7113 - 7116, 2008/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:14.43(Physics, Applied)

We have performed X-ray photoemission spectroscopy (XPS), X-ray absorption spectroscopy (XAS), and resonant photoemission spectroscopy (RPES) measurements of Mn-implanted 3$$C$$-SiC (3$$C$$-SiC:Mn) and carbon-incorporated Mn$$_{5}$$Si$$_{2}$$ (Mn$$_{5}$$Si$$_{2}$$:C). The Mn 2$$p$$ core-level XPS and XAS spectra of 3$$C$$-SiC:Mn and Mn$$_{5}$$Si$$_{2}$$:C were similar to each other and showed "intermediate" behaviors between the localized and itinerant Mn 3$$d$$ states. The intensity at the Fermi level was found to be suppressed in 3$$C$$-SiC:Mn compared with Mn$$_{5}$$Si$$_{2}$$:C. These observations are consistent with the formation of Mn$$_{5}$$Si$$_{2}$$:C clusters in the 3$$C$$-SiC host, as observed in a recent transmission electron microscopy study.

論文

Electronic structure of Ga$$_{1-x}$$Cr$$_{x}$$N and Si-doping effects studied by photoemission and X-ray absorption spectroscopy

Song, G.*; 小林 正起*; Hwang, J. I.*; 片岡 隆*; 滝沢 優*; 藤森 淳; 大河内 拓雄; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; et al.

Physical Review B, 78(3), p.033304_1 - 033304_4, 2008/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:37.4(Materials Science, Multidisciplinary)

The electronic structure of the magnetic semiconductor Ga$$_{1-x}$$Cr$$_{x}$$N, and the effect of Si doping on it have been investigated by photoemission and soft X-ray absorption spectroscopy. We have confirmed that Cr in GaN is predominantly trivalent when substituting for Ga and that Cr 3$$d$$ states appear within the band gap of GaN just above the N 2$$p$$-derived valence-band maximum. As a result of Si doping, downward shifts of the core levels (except for Cr 2$$p$$) and the formation of new states near the Fermi level were observed, which we attribute to the upward chemical-potential shift and the formation of a small amount of Cr$$^{2+}$$ species caused by electron doping. Possibility of Cr-rich cluster growth by Si doping are discussed based on the spectroscopic and magnetization data.

論文

Non-Gaussian behavior of elastic incoherent neutron scattering profiles of proteins studied by molecular dynamics simulation

徳久 淳師; 城地 保昌*; 中川 洋; 北尾 彰朗*; 片岡 幹雄

Physical Review E, 75(4), p.041912_1 - 041912_8, 2007/05

 被引用回数:20 パーセンタイル:67.16(Physics, Fluids & Plasmas)

弾性非干渉性中性子散乱(EINS)では、散乱プロファイルの小角領域でガウス近似することで、揺らぎ幅の平均値である平均二乗変位(MSD)を見積もることがでる。一方、広角領域ではガウス近似からのずれ(非ガウス性)が観測される。非ガウス性には平均値以上の詳細な揺らぎ幅に関する情報が含まれており、非ガウス性に対しての解析法を確立することが望まれている。タンパク質ダイナミクスは非常に複雑で、非調和的であり、非等方的であり、かつ不均一である。そのため非ガウス性の起源に対して数種類の要因を考えることができる。非ガウス性の主要な起源を明らかにし、解析法を確立することを目的とした。核酸分解酵素であるStaphylococcal nucleaseの分子動力学計算から、EINSデータを再現した。非ガウス性を以下の3つの起源に分離し、非ガウス性を引き起こす種々の起源の寄与を見積もることに成功した。(1)揺らぎ幅の原子個々の不均一性の寄与(動的不均一性),(2)非等法性の寄与、及び(3)非調和性の寄与、に分離した。タンパク質全体では、さまざまなジャンプ距離を持つ原子が存在するため、非等方性及び非調和性の寄与は原子間で互いに打ち消し合い、EINSプロファイルへの寄与は結果的に小さくなることがわかった。つまり、非ガウス性の主要な起源は動的不均一性であり、タンパク質を試料としたEINS実験にあらわれる非ガウス性に対しては、動的不均一性の解析が適していることを明らかにした。

論文

Dynamical heterogeneity of protein dynamics studied by elastic incoherent neutron scattering and molecular simulations

中川 洋; 徳久 淳師*; 上久保 裕生*; 城地 保昌*; 北尾 彰朗*; 片岡 幹雄*

Materials Science & Engineering A, 442(1-2), p.356 - 360, 2006/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:34.22(Nanoscience & Nanotechnology)

中性子非干渉性弾性散乱と分子シミュレーションによって球状タンパク質の動的不均一性を調べた。中性子非干渉性弾性散乱のq依存性はガウス近似からのずれ、非ガウス性を示した。非調和性も非ガウス性に寄与するが、われわれは動的不均一性によって実際の散乱プロファイルの非ガウス性を説明することができた。分子シミュレーションにより、1meV程度の低いエネルギー分解能では非ガウス性はおもに動的不均一性に由来することを確認した。一方、非調和性の非ガウス性に対する寄与は10$$mu$$eV程度の高エネルギー分解能では無視できないが、それでも動的不均一性は非ガウス性の主な原因であった。

論文

Hydration-coupled protein boson peak measured by incoherent neutron scattering

中川 洋; 片岡 幹雄*; 城地 保昌*; 北尾 彰朗*; 柴田 薫; 徳久 淳師*; 筑紫 格*; 郷 信広

Physica B; Condensed Matter, 385-386(2), p.871 - 873, 2006/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:52.12(Physics, Condensed Matter)

スタフィロコッカルヌクレアーゼを用いてタンパク質のボソンピークの水和との関連を調べた。ボソンピークは合成高分子,ガラス性物質,アモルファス物質に共通に見られるものであるが、その起源は十分には理解されていない。ボソンピークに寄与する運動は調和振動である。水和によりピークの位置は高周波数側にシフトし、振動の力学定数は増加した。このことはタンパクのエネルギー地形が変化したことを示す。タンパク質が水和することでエネルギー地形がより凸凹になり、極低温ではエネルギー極小に振動がトラップされる。タンパク質のボソンピークの起源はこのエネルギー地形の凹凸と関係しているかもしれない。

口頭

Hydration and temperature dependence of protein dynamics studied by incoherent inelastic neutron scattering

中川 洋; 柴田 薫; 城地 保昌*; 徳久 淳師*; 片岡 幹雄*; 郷 信広

no journal, , 

タンパク質のダイナミクスは機能に重要である。タンパク質のダイナミクスの性質を理解するために、日本のつくばのKENSに設置されてあるLAM-40分光器を用いて非干渉性中性子非弾性散乱によりスタフィロコッカルヌクレアーゼのダイナミクスの水和と温度の影響を調べた。乾燥状態と重水水和及び軽水水和のタンパク質の非弾性散乱をさまざまな温度で測定した。乾燥状態の低温での非弾性散乱スペクトルには3meV付近にピークが観測された。このピークは水和することで高振動側へのシフトが観測された。このことは振動周波数分布が水和で変化することを示している。高温でのデバイワーラーファクターの異常な現象は、動力学転移と言われる平均自乗変位の増加を意味する。これは準弾性散乱の現象が現れることを示す。動力学転移温度よりも高温での運動の性質は準弾性散乱の解析により特徴付けられる。動力学転移は水和したタンパク質で顕著になる。このことは水和水がタンパク質のダイナミクスに強く影響していることを示している。水和水からの散乱プロファイルは軽水水和から重水水和のタンパク質の散乱を引くことによって得られる。水和水とタンパク質のダイナミクスの関係を議論する。

口頭

Hydration dependent protein dynamics by incoherent neutron scattering

中川 洋; 城地 保昌*; 北尾 彰朗*; 柴田 薫; 徳久 淳師*; 郷 信広; 片岡 幹雄

no journal, , 

タンパク質のダイナミクスはその水和環境と強くカップルしている。タンパク質の動力学転移とボソンピークの水和との関係をスタフィロコッカルヌクレアーゼを用いて調べた。230K付近の動力学転移は水和タンパク質のみで観測される。タンパク質を動力学転移温度以下に下げると非調和的な運動が失われ、タンパク質の機能発現が抑制されることが示されている。動力学転移の水和量依存性を調べた。動力学転移は26%程度の高い水和量で観測された。過去の研究では約20%の水和量がタンパク質の機能に必要であるという報告がある。これは動力学転移がタンパク質の機能に重要であることを示している。一方、150K以下では低い水和量でもタンパク質の調和振動状態に影響を与えた。低温ではボソンピークが観測された。ボソンピークは合成高分子,ガラス,アモルファス物質などに共通して見られるが、その起源は十分には理解されていない。ピークに寄与する運動は調和振動である。水和するとピークの周波数は高振動にシフトし、低温での振動の力学定数は増加する。このことはタンパク質のエネルギー地形が変化したことを示す。タンパク質の水和はより凸凹したポテンシャル表面を作り出し、低温では振動運動はローカルミニマムにトラップされる。ボソンピークの起源はこの凸凹したエネルギー表面と関係があり、タンパク質の低振動モードの分布状態と関係している。

口頭

窒素ドナー配位子によるアメリシウムの分離

渡邉 雅之; 石森 健一郎; 和田 淳*; 片岡 悠美子*; 村田 昌樹*; 篠田 哲史*; 西原 寛*; 築部 浩*; 木村 貴海

no journal, , 

3価アクチノイドの希土類元素からの分離法として、近年、窒素や硫黄などソフトドナーを持つ配位子を用いることで分離が可能であることが報告されている。本報告では、二つのコンセプトにより窒素ドナー配位子を設計し、合成を行った。すなわち、ピリジン環を複数個含むオリゴピリジン系の配位子群と、配位子の骨格部位に不斉中心を導入したキラリティー制御型の配位子群を設計し、合成に成功した計30種以上の配位子の3価アメリシウムに対する分離性能の評価を行った。

口頭

軟X線磁気円二色性及び光電子分光による強磁性フタロシアニン分子の電子状態

片岡 隆史*; 坂本 勇太*; 山崎 陽*; 藤森 淳; 竹田 幸治; 大河内 拓雄; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 山上 浩志

no journal, , 

マンガンフタロシアニン[MnPc]は低温($$sim$$10K以下)において強磁性を発現することが知られており、これまで強磁性機構解明のための研究が進められてきた。われわれはMnPcの強磁性発現機構を解明するため、強磁性を示すことが確認されたMnPc多結晶に対して、軟X線磁気円二色性(XMCD)及び共鳴光電子分光(RPES)を行った。低温($$sim$$7K)におけるMnPcのMn 2p-3d XMCDの磁場依存の結果では、XMCDピークの多重構造が観測される。理論計算(クラスターモデル)によるXMCD解析からMnイオンは少なくとも2+, 3+が存在する混合原子価状態であることが明らかになった。また、XMCD強度はH= 0.1Tの低磁場においても微弱ながら観測されることから、この物質における強磁性はMn$$^{2+}$$, Mn$$^{3+}$$イオンに起因すると考えられる。さらにMn 2p-3d RPESにより、フェルミ端近傍にMn 3d由来の状態密度が観測されたことを考慮に入れると、MnPcにおける強磁性起源として、Mn$$^{2+}$$-N-Mn$$^{3+}$$交換相互作用が挙げられる。当日は、反強磁性的なMn$$^{2+}$$-N-Mn$$^{2+}$$, Mn$$^{3+}$$-N-Mn$$^{3+}$$超交換相互作用の存在の可能性について、より詳細に議論する。

口頭

水溶液中のStaphylococcal Nucleaseの構造とダイナミクス

遠藤 仁; 松本 淳; 上久保 裕生*; 片岡 幹雄

no journal, , 

生命活動の大部分を担っているタンパク質の機能は、その立体構造が重要であるが、近年の研究ではタンパク質は熱揺動により大きく揺らいでおり、タンパク質の機能発現にはその構造的な柔らかさが重要な役割を果たしているということがわかってきた。タンパク質の構造とダイナミクスは、ナノ秒・ナノメートルオーダーのメゾスコピックな時空間スケールにおいては$$alpha$$ヘリックス・$$beta$$シート・ループ領域に代表されるドメインの3次元配置とその揺らぎに還元され、このスケールの動的性質が機能発現と密接に関連すると思われているが、現状では実験的な検証がほとんどなされていない。本研究においては、X線小角散乱及び動的光散乱測定を用い、黄色ブドウ球菌の核酸分解酵素で、残基数149の小球状のタンパク質であるStaphylococcal nuclease (SNase)をモデル系として、タンパク質の溶液中でのメゾスコピック時空間スケールにおける構造とダイナミクスの評価を行った。

口頭

再処理施設における放射性物質の移行挙動に関する研究,4; コールド基礎試験(その1)模擬廃液を用いたARF測定試験

田代 信介; 松本 哲也; 片岡 修; 天野 祐希; 阿部 仁; 山根 祐一; 吉田 一雄; 石川 淳; 内山 軍蔵; 上田 吉徳*; et al.

no journal, , 

高レベル濃縮廃液が設計上の想定を超えて、沸騰して乾固状態に至る過程までの放射性物質の放出挙動にかかわるデータを小規模のコールド試験により測定した。高レベル濃縮廃液を模擬して27元素を硝酸溶液に溶解させて酸濃度を2Mとした試料を掃気しながら300$$^{circ}$$Cまで加熱した。試料から気相に移行した水蒸気,ガス状,エアロゾル状物質を凝縮器,エアフィルター,ガス吸収瓶で捕集し、ICP-MSを用いて各試料中の模擬FP元素量を定量した。その結果、沸騰して乾固状態に至る過程までのCs及びRuの気相への支配的な移行挙動として、それぞれ、ミスト放出, RuO$$_{4}$$ガス放出が示唆される結果が得られた。実際の高レベル濃縮廃液を用いた既往研究と異なり、凝縮液試料から求めたRuの気相への積算移行割合がCsよりも全体的に1$$sim$$3桁程度大きかった原因としては、RuO$$_{4}$$の生成を抑制する還元性の亜硝酸の存在の有無が影響した可能性が考えられる。

口頭

中性子散乱で観測したStaphylococcal Nucleaseの動的静的構造因子

遠藤 仁; 富永 大輝; 高田 慎一; 松本 淳; 岩瀬 裕希*; 上久保 裕生*; 片岡 幹雄

no journal, , 

黄色ブドウ球菌由来の核酸分解酵素であるStaphylococcal Nuclease (SNase)を水溶液中に溶解させ、中性子小角散乱及び中性子スピンエコー測定を行い、その動的静的性質をナノ秒・ナノメートルの時空間スケールで評価した。中性子小角散乱はJ-PARC/MLFの時間飛行法小角散乱回折装置「大観」(BL15)を用い、0.2$$<$$Q[1/$AA]$<$$2という広範なQ領域での静的構造因子を測定することに成功した。また、中性子スピンエコー測定は、Institut Laue-LangevinのIN15を用いて測定を行い、最長200nsを越える時間領域での中間相関関数を得た。当日は、水和構造や分子内運動の影響等、結晶構造解析からは得られない情報について考察した結果を発表する予定である。

口頭

再処理施設における放射性物質の移行挙動に関する研究,6; コールド基礎試験(その3)FP濃度の影響

田代 信介; 松本 哲也; 片岡 修; 天野 祐希; 阿部 仁; 山根 祐一; 吉田 一雄; 石川 淳; 内山 軍蔵; 上田 吉徳*; et al.

no journal, , 

高レベル濃縮廃液が沸騰して乾固状態に至る事故時における放射性物質の放出挙動にかかわる研究を行っている。非放射性の模擬FP元素(27元素)を硝酸溶液に溶解させて作製した模擬高レベル濃縮廃液(模擬廃液)を用いた実験室規模コールド実験を行い、模擬廃液が沸騰して乾固状態(300$$^{circ}$$C)に至る過程における模擬FP元素の気相への移行割合を初期FP元素濃度をパラメーターとして取得した。模擬FP元素の分析にはICP-MSを用いた。実験の結果、Ruの積算移行割合は初期Ru濃度が増加すると減少するが、CsやNdの積算移行割合は初期FP濃度にほとんど依存しないことがわかった。

口頭

研究拠点機能向上のための遠隔技術開発,7; 放射線環境における超小型ポータブルコンプトンカメラの要素技術開発

佐藤 優樹; 岸本 彩*; 冠城 雅晃; 片岡 淳*; 鳥居 建男

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所の廃止措置で生じる放射性廃棄物を取り扱う施設において、$$gamma$$線イメージャの開発は廃棄物に付着した放射性物質の分布を可視化するうえで重要な課題となっている。日本原子力研究開発機構は早稲田大学と共同で、従来の$$gamma$$線イメージャと比較して小型・軽量であり、放射線作業環境において作業員がメガネ感覚で装着可能、もしくは遠隔機器に搭載可能といった特徴を持つポータブルコンプトンカメラの開発に着手した。これまでの実験では、シリコン半導体をベースとしたマルチピクセル光子カウンティングデバイスと、$$gamma$$線に対して高い検出効率を有するCe:GAGGシンチレータを組み合わせて小型コンプトンカメラを試作し、これを用いて$$^{137}$$Cs線源の二次元イメージング画像を取得できることを示した。本講演では実験結果に加えて、小型コンプトンカメラ開発の今後の展望について紹介する。

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