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論文

Development of a non-destructive depth-selective quantification method for sub-percent carbon contents in steel using negative muon lifetime analysis

二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 稲垣 誠*; 吉田 剛*; Chiu, I.-H.; 工藤 拓人*; 浅利 駿介*; 千徳 佐和子*; 竹下 聡史*; 下村 浩一郎*; et al.

Scientific Reports (Internet), 14, p.1797_1 - 1797_8, 2024/01

鋼の特性を決める上で重要な鋼中のC量は、鋼の生産技術に大きく左右される。このため、ミュオンを使って鋼のC含有量を非破壊で測定する新しい方法を提案する。この方法は、生産中の鋼の品質管理だけでなく、貴重な鋼製考古学的遺物の分析にも使えるかもしれない。負の電荷を持つミュオンは原子系を形成し、最終的には核に吸収されるか電子に崩壊する。ミュオンの寿命は、Fe原子かC原子に捕らわれるかによってかなり違い、ミュオン停止位置での元素含有量をミュオン寿命測定で特定できる。C/Feのミュオン捕獲確率とCの元素含有量の関係は直線的で、ミュオン寿命測定で鋼のC含有量を定量的に決められる。さらに、ミュオンの入射エネルギーを調整して、0.5mm厚の3種類の鋼板からなる積層サンプルの各層でミュオンを停止させ、0.20-1.03wt%の範囲でC含有量を深さ選択的に、サンプルを壊さずに決定することに成功した。

論文

Rotation of complex ions with ninefold hydrogen coordination studied by quasielastic neutron scattering and first-principles molecular dynamics calculations

大政 義典*; 高木 茂幸*; 戸嶋 健人*; 横山 凱乙*; 遠藤 亘*; 折茂 慎一*; 齋藤 寛之*; 山田 武*; 川北 至信; 池田 一貴*; et al.

Physical Review Research (Internet), 4(3), p.033215_1 - 033215_9, 2022/09

Quasielastic neutron scattering (QENS) and neutron powder diffraction of the complex transition metalhydrides Li$$_5$$MoH$$_{11}$$ and Li$$_6$$NbH$$_{11}$$ were measured in a temperature range of 10-300 K to study their structures and dynamics, especially the dynamics of the hydrogen atoms. These hydrides contain unusual ninefold H coordinated complex ions (MoH$$_9^{3-}$$ or NbH$$_9^{4-}$$) and hydride ions (H$$^-$$). A QENS signal appeared $$>$$ 150 K due to the relaxation of H atoms. The intermediate scattering functions derived from the QENS spectra are well fitted by a stretched exponential function called the Kohlrausch-Williams-Watts functions with a small stretching exponent $$beta approx$$ 0.3-0.4, suggesting a wide relaxation time distribution. The $$Q$$ dependence of the elastic incoherent structure factor is reproduced by the rotational diffusion of MH$$_9$$ (M = Mo or Nb) anions. The results are well supported by a van Hove analysis for the motion of H atoms obtained using first-principles molecular dynamics calculations. We conclude that the wide relaxation time distribution of the MH$$_9$$ rotation is due to the positional disorder of the surrounding Li ions and a unique rotation with MH$$_9$$ anion deformation (pseudorotation).

論文

Sodium-cooled Fast Reactors

大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.

Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07

ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。

論文

Chemical-pressure-induced point defects enable low thermal conductivity for Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si single crystals

齋藤 亘*; 林 慶*; Huang, Z.*; 杉本 和哉*; 大山 研司*; 八方 直久*; 原田 正英; 及川 健一; 稲村 泰弘; 林 好一*; et al.

ACS Applied Energy Materials (Internet), 4(5), p.5123 - 5131, 2021/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:66.28(Chemistry, Physical)

The development of thermoelectric (TE) materials, which can directly convert waste heat into electricity, is vital to reduce the use of fossil fuels. Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si are promising TE materials because of their superior TE performance. In this study, for future improvement of the TE performance, point defect engineering was applied to the Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si single crystals (SCs) via boron (B) doping. Their crystal structures were analyzed via white neutron holography and SC X-ray diffraction. Moreover, nanostructures and TE properties of the B-doped Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si SCs were investigated. The B-doping increased the chemical pressure on the Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si SCs, leading to induce vacancy defects as a point defect. No apparent change was observed in electronic transport, but thermal transport was significantly prevented. This study demonstrates that the vacancy defects can be controlled by the chemical pressure, and can aid in achieving a high TE performance for the Mg$$_{2}$$Sn and Mg$$_{2}$$Si SCs.

論文

Preparation, thermoelectric properties, and crystal structure of boron-doped Mg$$_{2}$$Si single crystals

林 慶*; 齋藤 亘*; 杉本 和哉*; 大山 研司*; 林 好一*; 八方 直久*; 原田 正英; 及川 健一; 稲村 泰弘; 宮崎 譲*

AIP Advances (Internet), 10(3), p.035115_1 - 035115_7, 2020/03

 被引用回数:16 パーセンタイル:73.8(Nanoscience & Nanotechnology)

Mg$$_{2}$$Si is a potential thermoelectric (TE) material that can directly convert waste energy into electricity. In expectation of improving its TE performance by increasing electron carrier concentration, the element boron (B) is doped in Mg$$_{2}$$Si single crystals (SCs). Their detailed crystal structures are definitely determined by using white neutron holography and single-crystal X-ray diffraction (SC-XRD) measurements. The white neutron holography measurement proves that the doped B atom successfully substitutes for the Mg site. The SC-XRD measurement confirms the B-doping site and also reveals the presence of the defect of Si vacancy (VSi) in the B-doped Mg$$_{2}$$Si SCs. Regarding TE properties, the electrical conductivity, $$sigma$$, and the Seebeck coefficient, S, decreases and increases, respectively, due to the decrease in the electron carrier concentration, contrary to the expectation. The power factor of the B-doped Mg$$_{2}$$Si SCs evaluated from $$sigma$$ and S does not increase but rather decreases by the B-doping.

論文

Nondestructive elemental depth-profiling analysis by muonic X-ray measurement

二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 長友 傑*; 髭本 亘; 伊藤 孝; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 鈴木 栄男*; et al.

Analytical Chemistry, 87(9), p.4597 - 4600, 2015/05

 被引用回数:24 パーセンタイル:67.25(Chemistry, Analytical)

Elemental analysis of materials is fundamentally important to science and technology. Many elemental analysis methods have been developed, but three-dimensional nondestructive elemental analysis of bulk materials has remained elusive. Recently, we developed a nondestructive depth-profiling elemental analysis method after a decade of research. This new method utilizes a new type of probe; a negative muon particle and high-energy muonic X-rays emitted after the muon stops in a material. We performed elemental depth profiling on an old Japanese gold coin (Tempo-Koban) using a low-momentum negative muon beam and successfully determined that the Au concentration in the coin gradually decreased with depth over a micrometer length scale.

論文

Development of nondestructive and quantitative elemental analysis method using calibration curve between muonic X-ray intensity and elemental composition in bronze

二宮 和彦; 長友 傑*; 久保 謙哉*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 喜多 真琴*; 篠原 厚*; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; et al.

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 85(2), p.228 - 230, 2012/02

 被引用回数:26 パーセンタイル:60.58(Chemistry, Multidisciplinary)

負ミュオンが物質中に停止しミュオン原子が形成すると、高エネルギーで透過力の強いミュオン特性エックス線が放出される。本研究ではミュオン特性エックス線測定による非破壊元素分析技術の開発を行った。元素の構成比が既知の青銅の標準試料に対して負ミュオンの照射を行い、ミュオン原子が形成した後に放出されるミュオン特性エックス線の強度から、青銅に含まれる元素構成を決定するための検量線を作成した。この関係を用いて成分が未知の中国の古銭について負ミュオンの照射を行い、得られたミュオン特性エックス線スペクトルから古銭の元素の構成比を非破壊で決定した。

論文

Development of elemental analysis by muonic X-ray measurement in J-PARC

二宮 和彦; 長友 傑*; 久保 謙哉*; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 齋藤 努*; 髭本 亘

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012040_1 - 012040_4, 2010/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:96.65

蛍光エックス線分析と同じように、負ミュオンの入射によって形成されるミュオン原子から放出される、ミュオン特性エックス線の測定による元素分析手法が考えられる。本研究ではJ-PARCミュオン施設において、ミュオン特性エックス線の測定による元素分析手法開発のため、半導体検出器からなる実験システムの構築を行った。元素分析のテスト実験として、天保小判(19世紀、日本)に負ミュオンの照射を行い、ミュオン特性エックス線を測定した。エックス線の強度から、天保小判の金含有率が56%と非破壊で定量でき、これは破壊分析による分析値とも良い一致を示している。

論文

振とう時間が及ぼすほう素溶出量への影響

小島 亘; 山上 光憲; 藤川 大輔; 北川 義人*; 萩原 健司*; 齋藤 綾佑*

土木学会平成20年度全国大会第63回年次学術講演会講演論文集, p.455 - 456, 2008/09

日本原子力研究開発機構が、北海道幌延町において建設を進めている深地層の研究施設では、深度500m程度の立坑等を掘削する。掘削に伴い発生する掘削土(ズリ)は、既往の調査結果から自然由来の重金属類の含有が確認されている。したがって、発生した掘削土(ズリ)は溶出量試験による定期的な性状確認を行った後、適切に処理しなければならないため、迅速に性状を把握する手段として、振とう時間を1時間に短縮した建設現場での溶出量試験(現地分析)を実施している。振とう時間を短縮することで、ホウ素溶出量に及ぼす影響について試験を実施し、現地分析の妥当性について考察した。

論文

大深度立坑掘削に伴い発生するズリのモニタリング手法経過報告

小島 亘; 山上 光憲; 藤川 大輔; 尾留川 剛*; 北川 義人*; 土井 崇志*; 齋藤 綾佑*

土木学会平成20年度全国大会第63回年次学術講演会講演論文集, p.453 - 454, 2008/09

日本原子力研究開発機構が、北海道幌延町において建設を進めている深地層の研究施設では、深度500m程度の立坑等を掘削する。掘削に伴い発生する掘削土(ズリ)は、既往の調査結果から自然由来の重金属類の含有が確認されている。したがって、発生した掘削土(ズリ)は溶出量試験による定期的な性状確認を行った後、適切に処理しなければならない。判定に際し、公定分析では結果を得るまでに2週間程度を要することから、対応に遅れが生じる可能性がある。そこで、本工事における掘削土(ズリ)の管理方法として、建設現場において短時間で分析が可能な手法を構築し、平成18年8月の立坑掘削開始より現地分析による管理を行っている。本大会では、その管理手法並びにこれまでの経過報告について発表する。

論文

石炭灰(フライアッシュ)の高強度吹付けコンクリートへの適用性

尾留川 剛; 小島 亘; 白戸 伸明*; 齋藤 敏樹*

コンクリート工学年次論文集(DVD-ROM), 28(1), p.1637 - 1642, 2006/00

日本原子力研究開発機構が建設する地下研究坑道に、高強度吹付けコンクリート(設計基準強度36N/mm$$^{2}$$)の使用を計画している。そこで、環境保全の観点から石炭火力発電所から発生するフライアッシュを有効利用し、細骨材置換した吹付けコンクリートの配合設計を行うこととした。その結果、フライアッシュの使用により所要の流動性を確保するための高性能減水剤量は若干多くなるものの、単位セメント量及び単位急結剤量を減少させることができ、経済性にも優位であることを確認した。また、施工性はフライアッシュを使用しない場合と遜色なく、高強度吹付けコンクリートに適用可能であることが確認された。

口頭

青銅における銅と錫へのミュオン捕獲比とミュオンによる混合比分析

二宮 和彦; 長友 傑*; 久保 謙哉*; 喜多 真琴*; 篠原 厚*; 伊藤 孝; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; et al.

no journal, , 

ミュオン原子から放出されるミュオン特性エックス線のエネルギーは非常に高く、大きな物質の内部からも吸収されずに放出されるために、ミュオン原子を元素分析のプローブとして用いることが期待される。本研究では、J-PARCミュオン施設において組成の異なる青銅板へのミュオンの照射を行い、元素あたりのミュオンの捕獲率から青銅におけるミュオン捕獲比を決定した。また青銅貨幣(中国秦代)にミュオンの照射を行い、エックス線の強度から元素分析を行ったので報告する。

口頭

負ミュオン入射後に放出されるミュオン特性エックス線測定による元素分析

二宮 和彦; 長友 傑*; 久保 謙哉*; 喜多 真琴*; 篠原 厚*; 伊藤 孝; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; et al.

no journal, , 

電子と同じ電荷を持ち、質量が200倍の粒子である負ミュオンは、原子の電子と置き換わり、ミュオン原子を形成する。ミュオン原子からはミュオンの脱励起に伴いミュオン特性エックス線が放出される。ミュオン特性エックス線のエネルギーは、ミュオンが大きな質量を持つことから、透過力が強く物質の深部からも吸収されずに放出される。このため、ミュオン特性エックス線の測定によって非破壊の物質内部の分析ができると期待される。本研究ではJ-PARCミュオン施設より得た負ミュオンを利用しミュオン特性エックス線の測定による中国秦代の貨幣の元素分析を行った。

口頭

「常陽」の新規制対応状況と再稼働後の照射機能

山本 雅也; 齋藤 拓人; 板垣 亘; 前田 茂貴; 高松 操

no journal, , 

「常陽」は、日本における唯一の高速中性子照射施設である。現在、再稼動のための原子力規制委員会による新規制基準への適合確認に係る審査が行われており、その状況を報告する。また、再稼動後の高速中性子照射施設としての役割を向上させるため、日本国内の照射に関する研究者に「常陽」の運転再開後の照射機能を報告するとともに、照射機能向上に関する意見交換を実施する。

口頭

Measures to meet new regulations for restart and the irradiation capability of Joyo

板垣 亘; 齋藤 拓人; 山本 雅也; 高松 操; 前田 茂貴

no journal, , 

原子力機構は、2017年3月30日に、新規制基準適合性確認のための設置変更許可申請を申請した。現在、原子力委員会により、MK-IV炉心変更, 自然現象対応及びBDBAs対策について審査を受けているところである。「常陽」MK-IV炉心は、中性子束で10$$^{10}$$から10$$^{15}$$n/cm$$^{2}$$s、照射温度で200$$^{circ}$$Cから750$$^{circ}$$Cまでの照射が、燃料領域, 反射体領域, 炉上部領域及び炉容器外照射孔で実施可能である。また、様々な照射要求にこたえるため、スペクトル調整設備、低温・高温照射技術も利用可能である。照射試験においては、中性子束, dpa及び温度が重要となる。検証された解析による精度の良い照射条件やドシメトリー技術による測定結果が試験実施者へ提供可能である。本発表では、新規制基準対応、運転再開へのスケジュール及び「常陽」照射技術について報告する。

口頭

「常陽」新規制対応の進捗と再稼働後の照射条件拡大

齋藤 拓人; 山本 雅也; 染谷 博之*; 板垣 亘; 前田 茂貴; 高松 操

no journal, , 

高速実験炉「常陽」は、現在、再稼動のための原子力規制委員会による新規制基準への適合確認に係る審査が行われており、その進捗を報告する。また、再稼動後の高速中性子照射施設としての役割を向上させるため、日本国内の照射に関する研究者に「常陽」の運転再開後の照射機能を報告するとともに、照射機能向上に関する意見交換を実施する。

口頭

Material irradiation technique in Joyo and progress of regulator's safety screening

板垣 亘; 齋藤 拓人; 染谷 博之*; 矢野 康英; 大塚 智史; 高松 操; 前田 茂貴; 関根 隆

no journal, , 

高速実験炉「常陽」の照射試験機能と新規制基準の対応について報告する。「常陽」では再稼働に向け照射試験ユーザーの拡大に向けた検討を進めており、当会議において「常陽」の中性子束等の照射能力、MARICO-2を用いた照射温度制御技術や照射後試験施設の試験機能の他、照射機能の拡大に向けた技術開発について紹介し、国内外の研究者と照射試験利用について意見交換を行う。

口頭

高圧下ミュオンスピン回転法を用いた$$beta'$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$における反強磁性状態の圧力依存性

高久 雅輝; 髭本 亘; 佐藤 一彦*; 齋藤 奨太*; 伊藤 孝; 藤原 理賀

no journal, , 

非従来型超伝導における磁性の役割の解明は重要な課題の一つとなっている。特に有機磁性体では圧力印加により比較的容易に磁性を制御することができるため、圧力下の磁性研究が盛んに行われている。有機磁性体において電荷移動型錯体のひとつである$$beta'$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$は常圧では22K以下で反強磁性状態を示し、さらに8.2GPaの高圧下では14.2Kで超伝導が出現する。印加する圧力の増大に伴って反強磁性転移温度が変化し超伝導が現れることから反強磁性と超伝導の相関が示唆されているが、磁性が圧力と共にどのように変化するかの詳細は分かっていない。我々は本物質における反強磁性相の詳細な状態とその圧力変化を明らかにするため、J-PARCにおいて1GPa程度までの高圧下$$mu$$SR測定を行った。まず常圧下、ゼロ磁場においては反強磁性秩序の出現に由来するミュオンスピンの自発的な回転が観測された。さらに圧力の増大に伴って転移温度の上昇が観測され、過去の$$mu$$SR実験の結果も再現している。講演では$$mu$$SR法で見た磁性とその圧力変化の詳細を報告する。

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