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論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Applicability evaluation of candidate technologies for nuclear material quantification in fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station; Active neutron technique (Interim report)

米田 政夫; 前田 亮; 古高 和禎; 飛田 浩; 服部 健太朗; 下総 太一; 大図 章; 呉田 昌俊

Proceedings of INMM 57th Annual Meeting (Internet), 10 Pages, 2016/07

FNDI法を用いた非破壊計量管理システムの開発を行っている。FNDI法はアクティブ法測定の一種であり、誘発核分裂核種(U-235, Pu-239, Pu-241)の総量を求めることができる。これまでに、TMIのキャニスタを仮定したデブリ計測システムの設計解析を実施しており、その結果はINMM-56において発表している。その後、福島第一原子力発電所燃料デブリ用キャニスタ及びデブリ組成の計算モデルの検討を行い、その結果を用いたデブリ計測システムの改良を進めてきた。本発表では、その新しいNDA計測システムを用いたデブリ測定の解析及び評価結果を示す。それに加え、多くの核物質を含むデブリが測定に与える影響について、解析による検討結果を示す。

論文

Zircon growth in a granitic pluton with specific mechanisms, crystallization temperatures and U-Pb ages; Implication to the "spatiotemporal" formation process of the Toki granite, central Japan

湯口 貴史*; 岩野 英樹*; 加藤 丈典*; 坂田 周平*; 服部 健太郎*; 平田 岳史*; 末岡 茂; 檀原 徹*; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; et al.

Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 111(1), p.9 - 34, 2016/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:58.43(Mineralogy)

花崗岩体の形成・発達に関する熱進化の解明は、大陸地殻の発達・進化を考える上で、有用な知見をもたらすことができる。本研究ではジルコンに着目し、(1)カソードルミネッセンス像観察に基づくジルコンの内部構造の分類: LLC (low luminescence core)/ OZ (oscillatory zonation)、(2)Ti-in-zircon温度計より内部構造ごとの結晶化温度の決定、(3)内部構造ごとのU-Pb年代の決定を実施し、ジルコンの成長は2つのイベントを経ることを見出した。

論文

高速中性子直接問いかけ法を用いた燃料デブリ内核物質非破壊測定に関する研究

前田 亮; 古高 和禎; 呉田 昌俊; 大図 章; 飛田 浩; 米田 政夫; 服部 健太朗

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

2011年3月11日に発生した福島第一原子力発電所事故により、燃料デブリが発生しているとされている。燃料デブリはその組成が不明で、水,中性子吸収材,金属等が含まれていることが予想されるため、デブリ内核物質の非破壊測定には困難が伴うと考えられる。一方、廃棄物中の核物質測定のために長年研究されてきた高速中性子直接問いかけ(FNDI)法は、測定対象の組成に依存せずに核物質量の測定が可能である。この特長に着目してFNDI法を用いた燃料デブリ内核物質の非破壊測定を目的とした研究に着手した。本報では、燃料デブリ収納缶を対象とした非破壊測定システムの設計と燃料デブリの組成が変化した時のFNDI法の適用性についてモンテカルロ・シミュレーションを用いて行った検討結果を報告する。

論文

Simulation study on non-destructive assay for fuel debris by using Fast Neutron Direct Interrogation (FNDI) method

前田 亮; 古高 和禎; 呉田 昌俊; 大図 章; 飛田 浩; 米田 政夫; 服部 健太朗

Proceedings of INMM 56th Annual Meeting (Internet), 8 Pages, 2015/07

原子力機構では、核物質の総量の非破壊測定法として有望な高速中性子直接問いかけ法の福島第一原子力発電所燃料デブリへの適用可能性の検討を開始した。本講演では、モンテカルロシミュレーションコードPHITSを用いて設計した非破壊測定装置の基本設計とモンテカルロシミュレーションコードMVPを用いて予測した燃料デブリの組成と測定値との関係及び、我々が新たに開発したツールを用いた中性子束分布の4次元可視化結果について報告する。

論文

Design and performance of high-pressure PLANET beamline at pulsed neutron source at J-PARC

服部 高典; 佐野 亜沙美; 有馬 寛*; 小松 一生*; 山田 明寛*; 稲村 泰弘; 中谷 健; 瀬戸 雄介*; 永井 隆哉*; 内海 渉; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 780, p.55 - 67, 2015/04

 被引用回数:21 パーセンタイル:2.42(Instruments & Instrumentation)

PLANETは高温高圧実験に特化された飛行時間型の中性子ビームラインである。パルス中性子回折実験用に設計された大型の6軸型マルチアンビルプレスを用いることで定常的には高温高圧下約10GPa、2000Kでのデータ測定が可能性である。きれいなデータを取得するために、ビームラインには入射スリットと受光スリットが装備してあり、高圧アセンブリからの寄生散乱が除去可能である。$$Delta$$$$d$$/$$d$$=0.6%の高い分解能、0.2-8.4${AA}$の広いデータ取得可能$$d$$レンジおよび高い寄生散乱除去性能により、高温高圧下での結晶および液体の高精度な構造決定が可能となっている。

論文

Formation of NaCl-type monodeuteride LaD by the disproportionation reaction of LaD$$_{2}$$

町田 晃彦; 本田 充紀*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 綿貫 徹; 片山 芳則; 青木 勝敏; 小松 一生*; 有馬 寛*; 大下 英敏*; et al.

Physical Review Letters, 108(20), p.205501_1 - 205501_5, 2012/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:42.01(Physics, Multidisciplinary)

希土類金属水素化物ではH/M=2及び3の化学量論比組成が存在する。2水素化物は金属格子がfcc構造でその四面体(T)サイトを水素が占有している。八面体(O)サイトも水素が占有すると3水素化物となる。これまでにLaH$$_{2.3}$$が高圧下、約11GPaで水素の高濃度相と低濃度相へ相分離することを放射光X線回折によって示した。今回実施したLaD$$_2$$の高圧下中性子回折実験から、相分離の生成物としてNaCl型構造の一重水素化物LaDが形成されることを初めて観測した。第一原理計算及び格子ダイナミクス計算からも高圧下でLaDが形成されることが示された。このNaCl型構造のLaHの発見は水素-金属間相互作用の水素占有サイト依存性の研究の足がかりとなる。

論文

Designing PLANET; Neutron beamline for high-pressure material science at J-PARC

有馬 寛; 服部 高典; 小松 一生*; 阿部 淳; 内海 渉; 鍵 裕之*; 鈴木 昭夫*; 鈴谷 賢太郎; 神山 崇; 新井 正敏; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 215(1), p.012025_1 - 012025_6, 2010/03

J-PARC物質生命科学実験施設における高圧研究の専用ビームライン建設について、科学研究費補助金新学術領域研究(高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学:領域代表八木健彦)が採択され、平成21年度からBL11において超高圧中性子回折装置(PLANET)の建設が開始された。30GPa及び2500Kまでの温度圧力領域での中性子回折測定を研究対象とし、分光器室内には大型マルチアンビルプレスを設置する。本装置の概要並びに開発の現状について報告する。PLANETは水を含む地球深部物質の高温高圧下での結晶構造,マグマの局所構造,液体の圧力誘起構造変化を主要な研究テーマとして設計を行った。10mm$$^3$$以下の試料体積を対象として主検出器である90$$^{circ}$$バンクにおいて0.5%の装置分解能を持つ。4.3${AA}$のd値範囲を1フレームで測定することが可能である。中性子の輸送には11.5mの集光型中性子ガイド管を用い、結晶,液体それぞれの構造解析に適した波長領域での測定効率の向上を目指している。

論文

For high-pressure experiments using total scattering spectrometer NOVA at J-PARC

服部 高典; 片山 芳則; 町田 晃彦; 大友 季哉*; 鈴谷 賢太郎

Journal of Physics; Conference Series, 215(1), p.012024_1 - 012024_4, 2010/03

 被引用回数:9 パーセンタイル:3.9

現在建設がほぼ完了した大強度陽子加速器施設J-PARCでの高圧中性子実験は、これまでわれわれの手の届かなかった物質情報(軽元素位置や動的構造)を提供するため、高圧実験家にとって垂涎の的となっている。特に不規則系物質の研究をするうえで、高強度全散乱ビームラインNOVAは有力な候補であり、そこに小型高圧発生装置であるパリ・エジンバラセルを持ち込んでの高圧中性子実験を画策している。本講演では、NOVAの特徴と高圧実験に向けての準備状況について紹介する。

論文

Designing PLANET; Neutron beamline for high-pressure material science at J-PARC

有馬 寛*; 服部 高典; 小松 一生*; 阿部 淳; 内海 渉; 鍵 裕之*; 鈴木 昭夫*; 鈴谷 賢太郎; 神山 崇*; 新井 正敏; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 215(1), p.012025_1 - 012025_6, 2010/03

 被引用回数:12 パーセンタイル:2.35

高圧実験に特化したPLANETはパルス中性子施設J-PARCのBL11に建設されている。PLANETは、地球深部の高密度な含水鉱物,マグマ,軽元素液体を含む水素を含む物質の構造を研究することを目的としている。装置は、20GPa, 2000Kの温度圧力における粉末結晶,液体,非晶質の回折実験、イメージング実験を実現するものである。回折実験において、90$$^{circ}$$バンクを使用することで、第一フレームで0.2-4.1${AA}$$$d$$値をカバーしている。この研究では、PLANETの設計と仕様をモンテカルロシミュレーションを用いて評価した。

口頭

J-PARC高強度全散乱装置(NOVA)での高圧実験にむけて

服部 高典; 片山 芳則; 町田 晃彦; 大友 季哉*; 鈴谷 賢太郎

no journal, , 

現在建設がほぼ完了した大強度陽子加速器施設(J-PARC)での高圧中性子実験は、これまでわれわれの手の届かなかった物質情報(軽元素位置や動的構造)を提供するため、高圧実験家にとって垂涎の的となっている。未だ高圧チームのビームラインは存在しないが、いち早く高圧中性子実験を行うために既存のビームラインに寄生をし、そのチャンスを伺っている。特に不規則系物質の研究をするうえで、水素貯蔵材料先端基盤研究事業(HydrosStar)のもと建設が行われている高強度全散乱ビームライン(NOVA)は有力な候補であり、われわれもHydrosStarに参画し、そこに小型高圧発生装置であるパリ・エジンバラセルを持ち込んでの高圧中性子実験を画策している。本講演では、NOVAの特徴と高圧実験に向けての準備状況について紹介する。

口頭

For high-pressure neutron experiments using total scattering diffractometer NOVA at J-PARC

服部 高典; 片山 芳則; 町田 晃彦; 大友 季哉*; 鈴谷 賢太郎

no journal, , 

現在建設がほぼ完了した大強度陽子加速器施設(J-PARC)での高圧中性子実験は、これまでわれわれの手の届かなかった物質情報(軽元素位置や動的構造)を提供するため、高圧実験家にとって垂涎の的となっている。特に不規則系物質の研究をするうえで、高強度全散乱ビームライン(NOVA)は有力な候補であり、そこに小型高圧発生装置であるパリ・エジンバラセルを持ち込んでの高圧中性子実験を画策している。本講演では、NOVAの特徴と高圧実験に向けての準備状況について紹介する。

口頭

Study of instrumental design for high-pressure material science diffractometer at MLF, J-PARC

有馬 寛; 服部 高典; 小松 一生*; 阿部 淳; 内海 渉; 鍵 裕之*; 鈴木 昭夫*; 鈴谷 賢太郎; 神山 崇*; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

近年の大強度パルス中性子実験施設の稼働に伴い、高温高圧領域をターゲットとした研究に注目が集まっている。本発表ではJ-PARC/MLFのNo.11ビームラインに建設中の超高圧中性子回折装置の装置設計について述べる。本装置は15GPa, 2000Kまでの温度圧力領域における結晶及びガラス,液体の構造解析を目的としている。ビームラインの特徴は次の2点である。(1)中性子実験用に新規開発するマルチアンビル高圧発生装置とナノ多結晶ダイヤモンドセルを導入する。(2)1mm$$^{3}$$$$sim$$10mm$$^{3}$$程度の微小な試料での効率的な測定を行うためにスーパーミラーによる集光を行う。設計の現状とMcStas, PHITSを用いたモンテカルロシミュレーションによるビームライン性能評価の結果について述べる。

口頭

Designing the neutron beamline for high-pressure material science at J-PARC

有馬 寛; 服部 高典; 小松 一生*; 阿部 淳; 内海 渉; 鍵 裕之*; 鈴木 昭夫*; 鈴谷 賢太郎; 神山 崇; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

A neutron beamline dedicated to high-pressure material science is now being constructed on BL11 at the spallation neutron source of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The beamline realizes the measurement of diffraction and radiography for powder and liquid, glass samples at high pressures up to 15 GPa and 2000 K. The beamline aims to study crystal structure of hydrogen-bearing materials including hydrous minerals of the Earth's deep interior and structure of magma and light element liquids. In order to achieve our goal, the beamline has two characteristics. One is the installation of a large-sized hydraulic press and the other is using supermirror focusing guides. Here, we report the current design and the performance of the beamline estimated with Monte-Carlo simulation program McStas and PHITS.

口頭

MLF/J-PARC超高圧中性子回折装置(PLANET)の開発

有馬 寛; 服部 高典; 小松 一生*; 佐野 亜沙美; 阿部 淳; 内海 渉; 鍵 裕之*; 鈴木 昭夫*; 鈴谷 賢太郎; 神山 崇; et al.

no journal, , 

J-PARC物質生命科学実験施設における高圧研究の専用ビームライン建設について、科研費新学術領域研究(高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学:領域代表,八木健彦)が採択され、平成21年度からBL11において超高圧中性子回折装置(PLANET)の建設が開始された。30GPa・2500Kまでの温度圧力領域での中性子回折測定を研究対象とし、分光器室内には大型マルチアンビルプレスを設置する。本装置の概要並びに開発の現状について報告する。PLANETは水を含む地球深部物質の高温高圧下での結晶構造,マグマの局所構造,液体の圧力誘起構造変化を主要な研究テーマとして設計を行った。10mm$$^3$$以下の試料体積を対象として主検出器である90$$^{circ}$$バンクにおいて$$Delta d$$/$$d$$=0.5%の分解能を持つ。4.3${AA}$$$d$$値範囲を1フレームで測定することが可能である。中性子の輸送には11.5mの集光型中性子ガイド管を用い、結晶,液体それぞれの構造解析に適した波長領域での測定効率の向上を目指している。

口頭

中性子全散乱装置NOVAを用いた高圧中性子実験に向けて

服部 高典; 片山 芳則; 町田 晃彦; 大友 季哉*; 鈴谷 賢太郎

no journal, , 

高密度水素状態における物質中の水素位置及びそれらが及ぼす材料物性への影響を調べるため、中性子全散乱装置NOVAで中性子高圧実験を行うための高圧装置を製作した。高圧装置は、最大加重200トンを印加できるParis-Edingburgh press(VX4),アライメントステージ,油圧コントロールユニット,真空槽の外から内部を観察できるCCDカメラ、及び真空槽の隔壁となるフランジからなる。この装置を用いることで約20万気圧(20GPa)の圧力下において、$$Delta$$Q/Q=0.6%の分解能で、1$$sim$$40Aに渡る広いQ空間のデータを測定することができ、高密度に水素を含む物質の構造を0.16Aの実空間分解能で調べることが可能となる。

口頭

PLANET; High-pressure neutron diffractometer at MLF, J-PARC

有馬 寛; 服部 高典; 小松 一生*; 阿部 淳; 内海 渉; 鍵 裕之*; 鈴木 昭夫*; 鈴谷 賢太郎; 神山 崇; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

近年の大強度パルス中性子実験施設の稼働に伴い、高温高圧領域をターゲットとした研究に注目が集まっている。J-PARC物質生命科学実験施設のNo.11ビームラインに建設中のPLANETは超高圧中性子回折実験専用の分光器である。本装置は2000Kまでの温度圧力領域における結晶及びガラス,液体の構造解析を目的としている。その最大の特徴は、最大荷重1500トンを持つ大型プレスが配備されることである。この装置と最新の中性子技術を組合せることで、物質に対する水や水素の高圧下での影響を約10GPa数千Kの条件で調べることができる。設計の現状とモンテカルロシミュレーションによるビームライン性能評価の結果、装置建設の進捗について発表する。

口頭

放射光と中性子を用いた液体・非晶質の構造研究

片山 芳則; Yagafarov, O.; 服部 高典; 鈴谷 賢太郎; 稲村 泰弘; 千葉 文野*; 大友 季哉*; Temleitner, L.*; 小原 真司*

no journal, , 

現在J-PARC/MLFで建設が進められている高圧中性子ビームラインを用いることによって、水をはじめとする液体や非晶質固体の構造解析を行うことを目指している。本発表では、高温高圧下の水についての放射光X線回折実験を用いた研究や、X線と中性子のデータを用いたリバースモンテカルロ法による永久高密度化した石英ガラスの構造モデルの作成など、高圧中性子実験に向けた研究について紹介する。

口頭

Tetragonal distortion and successive disproportionation reaction of fcc lanthanum dihydride under high pressure

町田 晃彦; 服部 高典; 本田 充紀*; 佐野 亜沙美; 綿貫 徹; 片山 芳則; 青木 勝敏; 小松 一生*; 有馬 寛*; 大下 英敏*; et al.

no journal, , 

希土類金属2水素化物は蛍石(CsF$$_2$$)型構造を持ち、水素原子は理想的にはfcc格子を組む金属が作る四面体サイトに位置している。これまでに高圧下放射光X線回折や赤外分光測定によってLaH$$_2$$が高圧下で水素濃度の高い相と低い相の2相に分解することが明らかにされている。この分解前の状態においてfcc金属格子がわずかに歪んだ正方格子となることを発見した。LaH$$_{2+delta}$$においては八面体サイトに侵入した水素が秩序化することで正方格子になると考えられている。したがって、高圧下で観測されたLaH$$_2$$の正方格子への転移や分解反応は四面体サイトから八面体サイトへの水素の格子間移動によるものと考えられる。そこでわれわれはJ-PARC物質・生命科学実験施設においてLaD$$_2$$の高圧下中性子回折実験を実施し、高圧下における水素の位置や占有率の変化を調べた。

口頭

Formation of NaCl-type lanthanum monodeuteride under high pressure

町田 晃彦; 本田 充紀*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 綿貫 徹; 片山 芳則; 青木 勝敏; 小松 一生*; 有馬 寛*; 大下 英敏*; et al.

no journal, , 

希土類金属水素化物ではH/M=2, 3の化学量論比組成が存在する。2水素化物は金属格子がfcc構造でその四面体(T)サイトを水素が占有している。八面体(O)サイトも水素が占有すると3水素化物となる。これまでにLaH$$_2$$が高圧下、約11GPaで水素の高濃度相と低濃度相へ相分離することを放射光X線回折によって示した。J-PARC物質・生命科学実験施設のBL21に設置された大強度全散乱装置NOVAでLaD$$_2$$の高圧下中性子回折実験を実施したところ、11GPa以上で低濃度相に由来する回折線を観測した。その結果、相分離によって形成される低濃度相はfcc金属格子のOサイトをDが占有している1重水素化物であることが明らかになった。希土類金属で一水素化物の形成を確認したのは初めてのことである。

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