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論文

Monitoring residual strain relaxation and preferred grain orientation of additively manufactured Inconel 625 by in-situ neutron imaging

Tremsin, A. S.*; Gao, Y.*; Makinde, A.*; Bilheux, H. Z.*; Bilheux, J. C.*; An, K.*; 篠原 武尚; 及川 健一

Additive Manufacturing, 46, p.102130_1 - 102130_20, 2021/10

 被引用回数:0

Microstructures produced by Additive Manufacturing (AM) techniques determine many characteristics of components where these materials are used. Residual stress and texture are among those characteristics, which need to be optimized. In this study, we employ energy-resolved neutron imaging to investigate, non-destructively, the uniformity of texture and to map the distribution of strain due to residual stress in Inconel 625 samples. The samples used in this study were printed by a direct metal laser melting additive manufacturing technique. Strain and texture variation are measured at room temperature as well as their changes during annealing at 700$$^{circ}$$C and 875$$^{circ}$$C in a vacuum furnace. The uniformity of crystalline plane distribution, from which texture can be inferred, is imaged with sub-mm spatial resolution for the entire sample area.

論文

The $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross section from the surrogate ratio method and its effect on the $$^{60}$$Fe nucleosynthesis

Yan, S. Q.*; Li, X. Y.*; 西尾 勝久; Lugaro, M.*; Li, Z. H.*; 牧井 宏之; Pignatari, M.*; Wang, Y. B.*; Orlandi, R.; 廣瀬 健太郎; et al.

Astrophysical Journal, 919(2), p.84_1 - 84_7, 2021/10

The long-lived $$^{60}$$Fe (with a half-life of 2.62 Myr) is a crucial diagnostic of active nucleosynthesis in the Milky Way galaxy and in supernovae near the solar system. The neutron-capture reaction $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe on $$^{59}$$Fe (half-life=44.5 days) is the key reaction for the production of $$^{60}$$Fe in massive stars. This reaction cross section has been previously constrained by the Coulomb dissociation experiment, which offered partial constraint on the E1 $$gamma$$-ray strength function but a negligible constraint on the M1 and E2 components. In this work, for the first time, we use the surrogate ratio method to experimentally determine the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross sections in which all the components are included. We derived a Maxwellian-averaged cross section of 27.5$$pm$$3.5 mb at $$kT$$ = 30 keV and 13.4$$pm$$1.7 mb at $$kT$$ = 90 keV, roughly 10%-20% higher than previous estimates. We analyzed the impact of our new reaction rates in nucleosynthesis models of massive stars and found that uncertainties in the production of $$^{60}$$Fe from the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe rate are at most 25$$%$$. We conclude that stellar physics uncertainties now play a major role in the accurate evaluation of the stellar production of $$^{60}$$Fe.

論文

Calibration and optimization of Bragg edge analysis in energy-resolved neutron imaging experiments

Tremsin, A. S.*; Bilheux, H. Z.*; Bilheux, J. C.*; 篠原 武尚; 及川 健一; Gao, Y.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1009, p.165493_1 - 165493_12, 2021/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:0.03(Instruments & Instrumentation)

The investigation of microstructure of crystalline materials is one of the possible and frequently used applications of energy-resolved neutron imaging. The position of Bragg edges is defined by sharp changes in neutron transmission and can thus be determined by the measurement of the transmission spectra as a function of neutron wavelength. The accuracy of this measurement depends on both the data analysis technique and the quality of the measured spectra. While the optimization of reconstruction methods was addressed in several previous studies, here we introduce an important prerequisite when aiming for high resolution Bragg edge strain imaging - a well calibrated flight path across the entire field of view (FOV). Compared to e.g. powder diffraction, imaging often uses slightly different geometries and hence requires a calibration for each particular setup. We herein show the importance of this calibration across the entire FOV in order to determine the instrumental error correction for pulsed neutron beamlines.

論文

Neutron diffraction monitoring of ductile cast iron under cyclic tension-compression

Harjo, S.; 窪田 哲*; Gong, W.*; 川崎 卓郎; Gao, S.*

Acta Materialia, 196, p.584 - 594, 2020/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.78(Materials Science, Multidisciplinary)

To understand work hardening behavior during low-cycle loading, ductile cast iron containing spheroidal graphite, pearlite, and ferrite matrix was investigated in an in situ neutron diffraction study of up to four cycles of tensile-compressive loading with applied strains of $$pm$$0.01. The amplitudes of applied stress, Bauschinger stress, and Bauschinger strain were found to increase with increasing cycle number, indicating work hardening as cyclic loading progressed. Absolute values of ferrite lattice strain at maximum and minimum applied strains increased with increasing cycle number, indicating an increase in ferrite strength. Consequently, the stress contribution to the strength from ferrite increased as cyclic loading progressed. The increase in ferrite strength, caused by dislocation accumulation in ferrite during cyclic loading, played an important role in the work hardening of the ductile cast iron.

論文

High-field depinned phase and planar Hall effect in the skyrmion host Gd$$_2$$PdSi$$_3$$

Hirschberger, M.*; 中島 多朗*; Kriener, M.*; 車地 崇*; Spitz, L.*; Gao, S.*; 吉川 明子*; 山崎 裕一*; 佐賀山 基*; 中尾 裕則*; et al.

Physical Review B, 101(22), p.220401_1 - 220401_6, 2020/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:93.14(Materials Science, Multidisciplinary)

For the skyrmion-hosting intermetallic Gd$$_2$$PdSi$$_3$$ with centrosymmetric hexagonal lattice and triangular net of rare earth sites, we report a thorough investigation of the magnetic phase diagram. Our work reveals a magnetic phase with an isotropic value of the critical field for all orientations, where the magnetic ordering vector ${bf q}$ is depinned from its preferred directions in the basal plane. The bulk nature of the skyrmion lattice and of other magnetic phases was evidenced by specific-heat measurements. Resistivity anisotropy, likely originating from partial gapping of the density of states along ${bf q}$ in this Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida magnet, is picked up via the planar Hall effect (PHE). The PHE confirms the single-${bf q}$ nature of the magnetic order when the field is in the hexagonal plane, and allows one to detect the preferred directions of ${bf q}$. Several scenarios for the depinned phase are discussed on the basis of the data.

論文

Valence-band electronic structure evolution of graphene oxide upon thermal annealing for optoelectronics

山口 尚人*; 小川 修一*; 渡辺 大輝*; 穂積 英彬*; Gao, Y.*; 江田 剛輝*; Mattevi, C.*; 藤田 武志*; 吉越 章隆; 石塚 眞治*; et al.

Physica Status Solidi (A), 213(9), p.2380 - 2386, 2016/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:46.53(Materials Science, Multidisciplinary)

本論文では加熱による酸化グラフェンの還元過程について報告する。酸化グラフェンにおいて酸素官能基の修飾度合いは加熱温度により制御できるため、加熱温度による価電子帯構造の変化をリアルタイム光電子分光で調べた。600$$^{circ}$$C以上の加熱により、フェルミ準位近傍の状態密度の顕著な増加が確認された。この結果は、600$$^{circ}$$Cにおいてバンドギャップが存在する酸化グラフェンからギャップが存在しない酸化グラフェンへと変化したことを示している。この成果は酸化グラフェンの光電子工学への応用を期待させるものである。

論文

Investigation of microstructure in additive manufactured Inconel 625 by spatially resolved neutron transmission spectroscopy

Tremsin, A. S.*; Gao, Y.*; Dial, L. C.*; Grazzi, F.*; 篠原 武尚

Science and Technology of Advanced Materials, 17(1), p.324 - 336, 2016/07

 被引用回数:17 パーセンタイル:59.79(Materials Science, Multidisciplinary)

Non-destructive testing techniques based on neutron imaging and diffraction can provide information on the internal structure of relatively thick metal samples (up to several cm), which are opaque to other conventional non-destructive methods. Spatially resolved neutron transmission spectroscopy is an extension of traditional neutron radiography, where multiple images are acquired simultaneously, each corresponding to a narrow range of energy. The analysis of transmission spectra enables studies of bulk microstructures at the spatial resolution comparable to the detector pixel. In this study we demonstrate the possibility of imaging (with about 100 $$mu$$ m resolution) distribution of some microstructure properties, such as residual strain, texture, voids and impurities in Inconel 625 samples manufactured with an additive manufacturing method called direct metal laser melting (DMLM).

論文

ITER test blanket module error field simulation experiments at DIII-D

Schaffer, M. J.*; Snipes, J. A.*; Gohil, P.*; de Vries, P.*; Evans, T. E.*; Fenstermacher, M. E.*; Gao, X.*; Garofalo, A. M.*; Gates, D. A.*; Greenfield, C. M.*; et al.

Nuclear Fusion, 51(10), p.103028_1 - 103028_11, 2011/10

 被引用回数:32 パーセンタイル:82.36(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERのテストブランケットモジュールが作ると思われる誤差磁場の影響を調べる実験をDIII-Dにおいて実施した。プラズマ回転とモードロッキング,閉じ込め,LH遷移,ELM安定化,ELMとHモードペデスタル特性,高エネルギー粒子損失等を調べた。実験では、ITERの1つの赤道面ポートを模擬する3つ組のコイルを1セット使用した。その結果、ITERのTBMが作る誤差磁場のためにITERの運転が妨げられるような結果は得られなかった。一番大きな変化はプラズマ回転を減速させるものであり、非共鳴ブレーキング効果によってプラズマ全体の回転が50%程度減少した。密度や閉じ込めへの影響は、回転の影響の1/3程度である。これらの影響は、プラズマ圧力の高いプラズマや回転の低いプラズマで顕著である。それ以外の影響は軽微であった。

論文

Distribution coefficient in the sorption of radionuclides onto Ando soil in the presence of humic acid; Influence of the molecular size of humic acid

田中 忠夫; 長尾 誠也; 坂本 義昭; 大貫 敏彦; S.Ni*; 妹尾 宗明*

Journal of Nuclear Science and Technology, 34(8), p.829 - 834, 1997/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:73.62(Nuclear Science & Technology)

クロボク土と$$^{60}$$Co、$$^{85}$$Sr及び$$^{241}$$Amの相互作用に及ぼすフミン酸の影響について、フミン酸の分子サイズに着目して調べた。$$^{60}$$Coの分配係数(K$$_{d}$$)はフミン酸の共存によってほとんど影響を受けなかったが、$$^{85}$$SrのK$$_{d}$$は共存するフミン酸の濃度が高くなるに従って大きくなった。一方、$$^{241}$$AmのK$$_{d}$$は、クロボク土に対するフミン酸のK$$_{d}$$と同様に、共存するフミン酸の濃度が高くなるに従って小さくなった。水溶液中で、$$^{241}$$Amは分画分子量30,000~100,000のサイズのフミン酸と安定な結合体を選択的に形成したが、$$^{60}$$Co及び$$^{85}$$Srは100,000以下のサイズのフミン酸と$$^{241}$$Amに比べて弱く結合することが分かった。これらの結果から、$$^{60}$$Coや$$^{85}$$SrのK$$_{d}$$は陽イオンとフミン酸結合体の両化学種の収着によって主に支配されるが、$$^{241}$$AmのK$$_{d}$$はクロボク土に対するフミン酸の収着及び間隙による機械的な捕獲によって制御されることが示された。

論文

Influence of molecular size of humic acid on the sorption of radionuclides onto ando soil

田中 忠夫; 長尾 誠也; 坂本 義昭; 大貫 敏彦; S.Ni*; 妹尾 宗明

放射性廃棄物研究, 3(1), p.41 - 47, 1996/08

0~130mg/lのフミン酸(HA)を共存させた条件下で、HAを良く収着するクロボク土への$$^{60}$$Co、$$^{85}$$Sr及び$$^{241}$$Amのバッチ法収着実験を行った。また、これら核種と5000~30000、30000~100000及び$$>$$100000MWの分子量に分画したHAフラクションとの反応性を調べるとともに、これら分画HAの官能基をFTIR及びNMRスペクトルから特定した。$$^{60}$$Co及び$$^{241}$$Amの収着平衡定数KはHAのそれより大きく、共存HA濃度が増すに従って小さくなった。一方、$$^{85}$$SrのKはHAより小さく、共存HA濃度に伴って大きくなった。これら核種は芳香族系のCOOH、OHを主な官能基とする30000~100000MWのHAと優先的に反応し、この分画フラクション中の核種濃度は、収着実験によって選択的に著しく減少した。これは、クロボク土への放射性核種の収着が30000~100000MWのHAによって制御されている可能性を示唆している。

口頭

Results of ITER test blanket module mock-up experiments on DIII-D

Snipes, J. A.*; Schaffer, M. J.*; Gohil, P.*; de Vries, P.*; Fenstermacher, M. E.*; Evans, T. E.*; Gao, X. M.*; Garofalo, A.*; Gates, D. A.*; Greenfield, C. M.*; et al.

no journal, , 

磁性体で作られているITERのテストブランケットモジュール(TBM)が作る誤差磁場がプラズマ運転と性能へ与える影響を調べる実験をDIII-Dで実施した。ポロイダル磁場とトロイダル磁場を作る一組のコイルをプラズマ近傍の水平ポートに設置した。TBMコイルは、トロイダル磁場リップルとの総和で5.7%という局所磁場リップルを作り出すことが可能で、この値は1.3トンのITER用TBMが作る局所磁場リップルの4倍に相当する。実験では、トロイダル回転の減少はリップルに敏感であるが、閉じ込め性能への影響では、3%以上の局所磁場リップルで15-18%の減少、1.7%以下では影響はほとんど見られないことがわかった。

口頭

What are the main sources of Fukushima-derived radionuclides to the ocean off Japan five years later?

Sanial, V.*; Buesseler, K. O.*; Charette, M.*; Casacuberta, N.*; Castrillejo, M.*; Henderson, P.*; Juan Diaz, X.*; 神田 譲太*; Masque, P.*; 長尾 誠也*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の事故後の一年間で、福島沿岸の海水中の放射性セシウム濃度は数桁に亘って減少したものの、5年経過した現在においても、事故前に比べて高いレベルを維持している。本研究では、2015年10月に福島沿岸及び海底地下水中の放射性セシウムの分布を調査した。最も高い放射性セシウム濃度は、海水ではなく、福島第一原発から35km南の地下水から検出された。これは、事故直後に海底堆積物に蓄積した放射性セシウムが、地下水流動によって脱離したためと推察された。海底地下水の流出は、陸-海洋間の化学物質の重要な輸送経路であることが知られており、福島第一原発由来の放射性核種の輸送経路としても無視できないと考えられる。

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