Spectrum prediction in X-ray fluorescence analysis using Bayesian estimation

松山 嗣史*; 中江 理紀*; 村上 昌史; 吉田 幸彦; 町田 昌彦; 辻 幸一*

Spectrochimica Acta, Part B, 199, p.106593_1 - 106593_6, 2023/01

https://doi.org/10.1016/j.sab.2022.106593

It is important to reduce the measurement time in X-ray fluorescence (XRF) analysis. Micro XRF and confocal micro XRF analyses have been used to obtain elemental distribution. Because these techniques are performed in the scanning mode, shortening the measurement time per unit measurement point enables rapid determination of the elemental distributions. Therefore, we applied the Bayesian theorem to XRF analysis to estimate the accurate XRF net intensity in a short time. In the Bayesian formula, the posterior distribution is determined by the likelihood function and prior distribution. As the obtained posterior function is a probability distribution, the expected value in the function is used as the optimal value. By determining the optimal likelihood function and prior distribution, we consider that the XRF spectrum in a long-time measurement can be estimated by that in a short time. In this study, the Poisson distribution and the sum of the two exponential functions were employed as the likelihood function and prior distribution, respectively. To estimate the XRF spectrum using the Bayesian formula, a standard glass sample containing several metal elements was analyzed using a laboratory-made micro XRF instrument. The micro XRF measurements were performed at measurement times of 1, 3, 5, 7, 10, 20, 30, 60, 100, 180, and 3600 s, and then the net intensity of Zn K obtained with and without the Bayesian estimation was compared. To obtain a net intensity of Zn K close to that in 3600 s, the measurement times with and without the Bayesian estimation were required to be 3 and 7 s, respectively. Thus, we significantly reduced the measurement time for an accurate XRF net intensity measurement by more than 50%.

移動物体に対応した蛍光X線イメージング装置の開発と特性評価

淵田 知希*; 浦田 泰成*; 松山 嗣史*; 村上 昌史; 吉田 幸彦; 植田 昭彦; 町田 昌彦; 佐々木 紀樹; 辻 幸一*

X線分析の進歩,53, p.77 - 87, 2022/03

蛍光X線(XRF: X-ray fluorescence)分析法はX線を試料に照射し、発生した蛍光X線を検出することで試料の元素分析を行う手法である。試料を走査しながら連続的なXRF分析を行うことで、二次元の元素分布像の取得が可能である。本研究では、ベルトコンベア上を連続的に移動する試料に対して、二次元の元素分布像を迅速に取得するためのXRF分析装置を開発した。元素分布像の測定は、X線を広範囲に照射したベルトコンベアを横切る方向に、コリメーターを取り付けた検出器を走査することにより実施し、この方法における試料や検出器の移動方向の空間分解能や検出限界を検証した。また、2種類の金属試料について同時に元素分布像を測定し、開発した装置により多元素同時イメージングが実施できることを実証した。

Identification of potential biomarkers of radiation exposure in blood cells by capillary electrophoresis time-of-flight mass spectrometry

Sun, L.*; 稲葉 洋平*; 神崎 訓枝; Bekal, M.*; 千田 浩一*; 盛武 敬*

International Journal of Molecular Sciences (Internet), 21(3), p.812_1 - 812_12, 2020/01

https://doi.org/10.3390/ijms21030812

バイオドジメトリーは、電離放射線被ばく後の個人線量を推定するための有効な方法であり、これまで、血清, 血漿, 尿, 唾液などの非細胞性生体試料での代謝物をバイオドジメトリーのマーカーとして検討する研究が進められてきた。本研究では、非細胞性生体試料には反映されない健康状態や環境ストレスがあることから、血球の代謝物に注目し、キャピラリー電気泳動飛行時間質量分析法により、C57BL/6JマウスのX線照射後の血球の代謝産物を網羅的に調べた。結果として、血球中で106種類の代謝産物が被ばく後に有意に変化することがわかった。そのうち、有効なバイオマーカーとして、これまで報告されていなかった2'-deoxycytidine, choline, N6-acetyllysineを同定した。回帰分析等の結果から、血球の代謝物が予期しない事故などでの被曝線量推定に利用できる可能性を示唆した。

Machine-learning guided discovery of a new thermoelectric material

岩崎 悠真*; 竹内 一郎*; Stanev, V.*; Gilad Kusne, A.*; 石田 真彦*; 桐原 明宏*; 井原 和紀*; 澤田 亮人*; 寺島 浩一*; 染谷 浩子*; et al.

Scientific Reports (Internet), 9, p.2751_1 - 2751_7, 2019/02

https://doi.org/10.1038/s41598-019-39278-z

Thermoelectric technologies are becoming indispensable in the quest for a sustainable future. Recently, an emerging phenomenon, the spin-driven thermoelectric effect (STE), has garnered much attention as a promising path towards low cost and versatile thermoelectric technology with easily scalable manufacturing. However, progress in development of STE devices is hindered by the lack of understanding of the fundamental physics and materials properties responsible for the effect. In such nascent scientific field, data-driven approaches relying on statistics and machine learning, instead of more traditional modeling methods, can exhibit their full potential. Here, we use machine learning modeling to establish the key physical parameters controlling STE. Guided by the models, we have carried out actual material synthesis which led to the identification of a novel STE material with a thermopower an order of magnitude larger than that of the current generation of STE devices.

Nuclear quantum effects of light and heavy water studied by all-electron first principles path integral simulations

町田 昌彦; 加藤 孝一郎*; 志賀 基之

Journal of Chemical Physics, 148(10), p.102324_1 - 102324_11, 2018/03

AA2017-0553.pdf:4.95MB

https://doi.org/10.1063/1.5000091

水,重水,トリチウム水の液体状態における構造を第一原理経路積分分子動力学法を用いて研究した。用いた計算手法は、電子と原子核のすべてを量子力学的に取り扱うものであり、現時点で最も正確な計算手法の一つである。シミュレーションした結果は、実験とおおよそ一致しており、核量子効果により、同位体間の構造上の違いが明らかにされた。特に特筆すべき結果は、水分子内のOH共有結合中のHが隣接水分子との水素結合上の中点まで移動できる一方、重水素,トリチウムの順に中点まで行ける確率が減少するという傾向を得たことである。しかしながら、実験との完全な一致は未だ得られておらず、密度汎関数法の改良が必須であることが示唆された。また、最近の研究成果である密度汎関数に対するvan der Waals補正は液体状態における同位体効果を研究する上で必須であることが分かった。

Fermi surface, magnetic, and superconducting properties in actinide compounds

大貫 惇睦; 摂待 力生*; 芳賀 芳範; 町田 洋*; 井澤 公一*; 本多 史憲*; 青木 大*

Comptes Rendus Physique, 15(7), p.616 - 629, 2014/08

https://doi.org/10.1016/j.crhy.2014.06.005

Electronic state, magnetism and superconducting properties of heavy fermion compounds UPt, NpPdAl and UGe have been investigated. In particular, the Fermi surface study by using various experimental methods is described.

Transmission properties of C ions through micro- and nano-capillaries

土田 秀次*; 間嶋 拓也*; 冨田 成夫*; 笹 公和*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 山田 圭介; 平田 浩一*; 柴田 裕実*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.336 - 340, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.04.094

Applying the beam-focusing method with capillaries to C projectiles in the velocity range between 0.14 and 0.2 a.u., transmission properties of C ions through two different types of capillaries are studied: (1) a borosilicate-glass single microcapillary with an outlet diameter of 5.5 m, and (2) an AlO multicapillary foil with approximatey 70-nm pores in diameter and a high aspect ratio of approximately 750. Transmitted-particle compositions are measured with the electrostatic-deflection method combined with a two-dimensional position-sensitive detector. In the experiments with the single microcapillary, the main transmitted component is found to be primary C ions, which are focused in the area equal to the capillary outlet diameter. The other components are charge-exchanged C ions and charged or neutral fragments (fullerene-like C and small C particles), and their fractions decrease with decreasing projectile velocity. Similar results are obtained in the experiments with the multicapillary foil. It is concluded from the relative transimission fractions of more than 80% that the C transmission fraction is considerably high for both types of the capillaries in the present velocity range.

Development of ITER TF coil in Japan

小泉 徳潔; 松井 邦浩; 辺見 努; 高野 克敏; 千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫; 嶋田 守*; 大勢持 光一*; 牧野 吉延*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4200404_1 - 4200404_4, 2012/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2011.2176697

原子力機構は、ITER計画において9個のTFコイルの調達を担当しており、この調達を次に記す3段階に分けて段階的に実施している。第一段階:技術的課題の解決と合理化検討、第二段階:治具の製作及び第一号コイルの製作、第三段階:残りの8個のコイル製作。このうち、第一段階として2009年3月から、中・実規模試作を実施した。これまでに実規模導体を用いた巻線試作,熱処理試作等を実施し、また、実規模ラジアル・プレートも試作した。これにより、TFコイル製作技術の課題を解消することができたとともに、製作の合理化も進めた。

Twofold spontaneous symmetry breaking in the heavy-fermion superconductor UPt

町田 洋*; 伊藤 淳史*; 宗 義尚*; 井澤 公一*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 木村 憲彰*; 大貫 惇睦; 堤 康雅*; 町田 一成*

Physical Review Letters, 108(15), p.157002_1 - 157002_5, 2012/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.157002

The field-orientation dependent thermal conductivity of the heavy-fermion superconductor UPt was measured down to very low temperatures and under magnetic fields throughout the distinct superconducting phases: and phases. In the phase, a striking twofold oscillation of the thermal conductivity within the basal plane is resolved reflecting the superconducting gap structure with a line of node along the axis. From this result together with the symmetry consideration, the gap function of UPt is determined as a representation characterized by a combination of two line nodes at the tropics and point nodes at the poles.

Validation of welding technology for ITER TF coil structures

千田 豊; 井口 将秀; 高野 克敏; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*; Gallix, R.*

Fusion Engineering and Design, 86(12), p.2900 - 2903, 2011/12

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2011.06.004

ITER TFコイル構造物はコイルに発生する電磁力を極低温(約4K)で支持するために、極厚の高強度・高靱性ステンレス鋼製容器と支持構造物で構成されている。原子力機構は2008年より極厚のステンレス鋼に対する基礎的な溶接試験を開始し、TFコイル構造物の製造に関する技術的課題を検証するために、主要部材の実機大部分模型体の試作(インボード側及びアウトボード側各1体)を計画している。本論文では実機製作前に溶接技術を検証し、製造設計を行うために実施した、溶接試験の結果及び実機大部分模型体の試作状況を紹介する。