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論文

Introduction to Neutron Radiography Facilities at the Japan Research Reactor-3

栗田 圭輔; 飯倉 寛; 土川 雄介; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 松林 政仁

Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012005_1 - 012005_6, 2023/10

2021年2月26日にJapan Research Ractor-3(JRR-3)の運転が再開され、2021年7月には利用運転が再開された。JRR-3の運転再開に伴い、TNRFとCNRFと呼ばれる2つのイメージング施設も利用を再開している。本発表では、これら2つの中性子施設の詳細について報告する。

論文

Measurements of gas-liquid two-phase flow dynamics using high-speed neutron imaging

伊藤 大介*; 大平 直也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛

Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012024_1 - 012024_6, 2023/10

多くの熱交換器において発現する気液二相流という現象を理解するためには、二相流のダイナミクスを明らかにする必要がある。本研究では、高速中性子イメージングを二相流ダイナミクスの計測に適用し、ボイド率計測の精度を検討した。

論文

Development of tracer particles for thermal hydraulic experiment by neutron imaging

齊藤 泰司*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛

Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012028_1 - 012028_6, 2023/10

中性子イメージングで流速分布を観察するためには、適切なトレーサーが必要である。その要件は、密度,視認性,濡れ性(液体金属に適用する場合)である。金カドミウムトレーサーは、Pb-Bi二相流に適用するために開発されたが、粒子径や測定システムによっては、可視性が検証されていない。トレーサー粒子の候補として、Ag, Cd, Au-Cd, Ag-Cdを組成と粒径を変えてテストした。その結果、1mm以上の粒子径であれば、十分な視認性が得られることがわかった。また、Cdトレーサー粒子を流動層に適用し、流動層材料として直径1mmのステンレス鋼製の金属粒子を用いた。Cdトレーサーの直径は約1.5mmである。中性子イメージングにより、トレーサーの視認性は流動層内の速度分布を測定するのに十分であることが確認された。

論文

中性子ラジオグラフィ装置"TNRF", "CNRF"

栗田 圭輔; 飯倉 寛

波紋, 31(1), p.11 - 13, 2021/02

原子力機構の応力・イメージング研究グループでは、2台の中性子ラジオグラフィ装置(TNRF: Thermal Neutron Radiography Facility、CNRF: Cold Neutron Radiography Facility)の管理を行っている。このTNRFとCNRFについて、その概要や過去の測定例、さらに現在行われている更新作業について簡潔にまとめ、本装置の紹介を行うものである。

論文

Spallation and fragmentation cross sections for 168 MeV/nucleon $$^{136}$$Xe ions on proton, deuteron, and carbon targets

Sun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.

Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.24(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射による$$^{136}$$Xeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。

論文

The Energy-resolved neutron imaging system, RADEN

篠原 武尚; 甲斐 哲也; 及川 健一; 中谷 健; 瀬川 麻里子; 廣井 孝介; Su, Y. H.; 大井 元貴; 原田 正英; 飯倉 寛; et al.

Review of Scientific Instruments, 91(4), p.043302_1 - 043302_20, 2020/04

 被引用回数:42 パーセンタイル:96.41(Instruments & Instrumentation)

The energy-resolved neutron imaging system, RADEN, has been installed at the pulsed neutron source in the Materials and Life Science Experimental Facility of the Japan Proton Accelerator Research Complex. In addition to conventional neutron radiography and tomography, RADEN, the world's first imaging beam-line at a pulsed neutron source, provides three main options for new, quantitative neutron imaging techniques: Bragg-edge imaging to visualize the spatial distribution of crystallographic information, resonance absorption imaging for elemental composition and temperature information, and polarized neutron imaging for magnetic field information. This paper describes the results of characterization studies of the neutronic performance and installed devices at RADEN and shows the results of several demonstration studies for pulsed neutron imaging.

論文

Deformation analysis of reinforced concrete using neutron imaging technique

小山 拓*; 上野 一貴*; 関根 麻里子*; 松本 吉弘*; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 飯倉 寛; 鈴木 裕士; 兼松 学*

Materials Research Proceedings, Vol.4, p.155 - 160, 2018/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.18

We developed, in this study, a novel method to observe internal deformation of concrete by the neutron transmission imaging technique. In order to visualize the internal deformation of concrete, the cement paste markers containing Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$ powder were two-dimensionally dispersed around the ferritic deformed rebar in the reinforced concrete. This experiment was conducted using BL22, RADEN, in the Material and Life Science Experimental Facility of the Japan Proton Accelerator Research Complex. The transmission images of the reinforced concrete sample were taken at several positions on the vertical sample stage, and the displacement of the marker from the initial position was successfully evaluated within approximately $$pm$$0.1 mm accuracy by image analysis for selected markers with higher contrast and circularity. Furthermore, concrete deformation under pull-out loading to the embedded rebar was evaluated by the same way, and its reaction compressive deformation was successfully observed by analyzing the displacement of the markers. The results obtained in this study bring beneficial knowledge that the measurement accuracy of the marker displacement can be improved more by choosing a spherical shape of the marker and by increasing the contrast of the marker.

論文

Fabrication of neutron optical devices using PBW technique

酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 内田 正哉*

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 140, 2018/03

In this work, we report on the application of a UV/EB curable resin, in proton beam writing (PBW) for the fabrication of fine neutron optics devices. The resin is a liquid at room temperature; therefore, it mixes easily with functional materials, such as neutron absorbers. However, 20-30 $$mu$$m thick neutron absorber must be required as the grating materials. So PBW is a promising technique to fabricate the neutron devices. The fabrication process is similar to lithography. The neutron absorber is gadolinium oxide (Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$). Pattern exposures are performed using 3 MeV proton beams approximately 1 $$mu$$m in diameter. The irradiated areas are quickly cured by polymerization. The fabricated gratings were observed using an optical microscope. The microscopic images show that the patterns of the fabricated structures agree well with the original one. In addition, a lateral direction of the sample was observed using the scanning electron microscope (SEM). The thickness of the sample is approximately 35 $$mu$$m. In conclusion, the fabrication of grating structures is successful and the results also proved that the UV/EB curable resin is very promising material for use in PBW micromachining.

論文

Development of micro-structured fluorescent plates for high-resolution imaging

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 松林 政仁

JPS Conference Proceedings (Internet), 11, p.020005_1 - 020005_6, 2016/11

We have developed novel fluorescent plates for high-resolution imaging. The devices consist of capillary plates and fine phosphor grains, namely each capillary is filled with the grains. We used the capillary plates (HAMAMATSU, J5112-25D25U1TB) as substrates. The thickness of the plate is 1 mm and the diameter of each hole is 25 $$mu$$m. The phosphor grains are sifted silver-activated zinc sulfide (ZnS:Ag). The mean particle size is approximately 7 $$mu$$m. The fabricated fluorescent plates are observed using an optical microscope and a scanning electron microscope. The observation results show that all capillaries are filled with grains very well. The imaging experiment is performed using a small X-ray source. The results show that the fluorescent plates are expected to be compatible with both spatial resolution and detection efficiency.

論文

中性子ラジオグラフィ

飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

波紋, 25(4), p.277 - 282, 2015/11

中性子ラジオグラフィに関する入門講座として、原理の説明から、JRR-3に設置されている熱中性子ラジオグラフィ装置(TNRF)の概要や測定手法の説明、さらに実際に行われている応用研究や技術開発に関して簡潔に紹介したものである。中性子ラジオグラフィは非破壊分析技術として、学術研究だけでなく産業界への応用など、幅広い分野で利用されており、TNRFにおいては利用者の多様なニーズに対応すべく、様々な技術開発が行われてきた。本稿は、中性子利用の初心者に向けて、これらの概要をまとめたものである。

論文

Using LiF crystals for high-performance neutron imaging with micron-scale resolution

Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.

High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:50.17(Optics)

This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 $$mu$$m and a linear response with a dynamic range of at least 10$$^{3}$$. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.

論文

Homogeneity tests on neutron shield concrete

奥野 功一*; 飯倉 寛

Nuclear Science and Techniques, 25(S1), p.S010604_1 - S010604_5, 2014/12

近年、中性子は材料の分析・解析、硼素中性子捕捉療法の分野における応用を目的として研究されている。これら中性子を利用する実験施設用にコンパクトな遮へいを造るため、通常のコンクリートと同等の機械強度を有する中性子遮へいコンクリートが開発された。十分な遮へい性能を確実なものとするためには、コンクリートの均一性を確認することが重要である。本研究では、コンクリートの均一性を確認するため、JRR-3の熱中性子ラジオグラフィ装置を用いてコンクリートの中性子ラジオグラフィ画像を撮影して熱中性子の透過率を推定した。その結果、中性子遮へいコンクリートは通常のコンクリートと比較して倍以上の遮へい性能を有していることが示された。

論文

Fabrication of fine imaging devices using an external proton microbeam

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 石井 保行; 大島 明博*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.238 - 241, 2014/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.36(Instruments & Instrumentation)

プロトンマイクロビームによる微細加工技術を利用して、微細な六角柱による周期構造を有する蛍光板の作製を行った。その手順としては、紫外線硬化樹脂に蛍光体粉を混入し、原子力機構-TIARAにおいて3MeVプロトンマイクロビームのパターン照射を行った。照射後の試料はエタノールで洗浄し、未照射部位の紫外線硬化樹脂を取り除き、さらに塩酸によるエッチング処理を施した。作製した蛍光板は、可視光・紫外線照明下での光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡で観察を行った。その結果、ミクロンオーダーの微細な構造を有する蛍光板が作製できていることが確認できた。この新たな蛍光板は、中性子やX線,イオンビーム等の高分解能な検出素子として利用できると思われる。

論文

Tracer diffusion coefficients of lithium ion in LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$ measured by neutron radiography

高井 茂臣*; 吉岡 和哉*; 飯倉 寛; 松林 政仁; 八尾 健*; 江坂 享男*

Solid State Ionics, 256, p.93 - 96, 2014/03

 被引用回数:34 パーセンタイル:77.2(Chemistry, Physical)

Lithiumisotope diffusion profiles in the cathodematerial LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$ have been measured by using neutron radiography technique to determine the tracer diffusion coefficients $$D$$ in the temperature range of 300$$^{circ}$$C to 800$$^{circ}$$C. Arrhenius plot of the diffusion coefficient shows a bend around 550$$^{circ}$$C. At the lower temperature region, the activation energy of the diffusion coefficient is obtained as 0.52 eV, which is essentially consistent with that of the reported NMR study. However, the extrapolated diffusion coefficient down to room temperature is considerably smaller than the chemical diffusion coefficients obtained by electrochemical methods. On the other hand, high temperature activation energy of 1.11 eV is relatively close to the previously investigated Li$$_{4}$$Ti$$_{5}$$O$$_{12}$$, which also exhibits spinel-type structure and possesses the similar diffusion path via the 16c site. Within the present study, sintering temperature at the LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$ sample preparation does not affect the tracer diffusion coefficient values.

論文

Micromachining of commodity plastics by proton beam writing and fabrication of spatial resolution test-chart for neutron radiography

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 加田 渉; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 石井 保行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 306, p.299 - 301, 2013/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:49.61(Instruments & Instrumentation)

Proton Beam Writing (PBW) is a direct-write technique for producing high-aspect-ratio micro- and nano-structures in resist material. This technique is a promising method for micromachining of commodity plastics such as acrylic resin. In this paper, we introduce fabrication of microscopic devices made of a relatively thick ($$sim$$75 $$mu$$m) acrylic sheet. An optimization of the fluence of 3 MeV proton beam to induce the chain scission in the sheet was performed at Takasaki Advanced Radiation Research Institute, JAEA. A software program that converts image pixels into coordinates data has been developed, and a fine jigsaw puzzle was fabricated on the sheet. The piece size of jigsaw puzzle is 50 $$times$$ 50 $$mu$$m. For practical use, A line and space test-chart for spatial resolution measurement on neutron radiography was also successfully created.

論文

A Line pair indicator made of Gd film for evaluating spatial resolution

安田 良; 松林 政仁; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 片桐 政樹*; 高野 勝昌*; Pikuz, T.; Faenov, A.*

Physics Procedia, 43, p.196 - 204, 2013/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:53.45

A device for evaluating spatial resolution of a neutron imaging system was developed. By laser processes the line-pair patterns were fabricated on the 5 micrometer thick Gd film evaporated on a glass plate. Large line-pairs ranging from 0.2 to 2 mm wide were machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser with 30 micometer in spot size and displayed on a brightness field. Small line-pairs ranging from 0.01 to 0.1 mm wide were done by eximer laser as a dark field. In the results of SEM observation, although the large line-pairs machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser chipped on the corner of the Gd bars, difference between the measured and designed line-pair eidthe controled within 20 micormeter absolutely. In small line-pairs below 0.1 mm processed by the eximer laser, sharper edge could be formed than that in the large line-pairs. In neutron imaging tests using a LiF/ZnS(Ag) scintillator and a CCD camera system, good contrast images were obtained at brightness field even in 5 micrometer thick. Small line-pairs on the dark field were observed at a LiF single crystal detector, which has ultra-high spatial resolution around 5 micrometer. Split of the small line-pairs even in 0.01 mm wide were shown with good contrast on the image.

論文

Investigation of the brightness enhancement using brightness enhancement films on a scintillator

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 齋藤 泰司*; 野島 健大; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.161 - 168, 2013/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:83.72

In neutron imaging, to enhance brightness of a neutron detector is one of the important factors which lead to shortening of imaging time, or improvement in image quality. Recently, we devised a technique to increase the light intensity of reception for a camera by adding brightness enhancement films (BEF) on the output surface of the scintillator. By using the BEF (BEF II 90/24, Vikuiti 3M), brightness was enhanced, but spatial resolution was reduced. In this study, we compared the brightness and spatial resolution using several types of BEFs with different film thicknesses and prism pitch. In brightness, although the further enhancement was observed, most influences of film thickness or a prism pitch were not recognized. In spatial resolution, when film thickness became thin, the tendency for spatial resolution to improve was recognized.

論文

Development of an imaging system for the observation of water behavior in a channel in PEFC

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 片桐 政樹*; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.282 - 287, 2013/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:69.44

発電中のJARI標準燃料電池のガス流路内における水の挙動を可視化するために、従来に比べてノイズが低いリアルタイム撮像システムを開発した。この撮像システムは、EM-CCDカメラ、高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータ及び小角スリットシステムで構成されている。EM-CCDカメラは、数秒オーダーで生じる燃料電池内部の事象を捉えることができる。高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータは原子力機構が開発したコンバータであり、TNRFで通常使用している市販のNRコンバータと比較し、高い輝度を有する。また、スリットシステムにより$$gamma$$線由来のホワイトスポットの低減を可能とし、画像データ上のピクセルにおけるミスカウントが抑止され、定量評価をするうえで効果が得られる。これらを用いて、発電中における燃料電池の可視化を行い、流路中の水分挙動をその場観察を行った。

論文

Development of a high-performance optical system and fluorescent converters for high-resolution neutron imaging

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.223 - 230, 2013/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0

Improvement of spatial resolution is one of the most energetic issues on neutron radiography. In this paper, two novel devices for the imaging technique will be introduced. One is high-performance optical lens for video camera systems. The lens system has 1:1 magnification and the F value of 3. The optical resolution is less than 5 micron. The other is high resolution fluorescent plate that converts neutrons into visible light. The thickness of the plate is up to 30 micron.

報告書

熱中性子ラジオグラフィ装置における燃料電池発電システムの整備

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 林田 洋寿; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

JAEA-Technology 2011-037, 33 Pages, 2012/02

JAEA-Technology-2011-037.pdf:4.12MB

JRR-3に設置されている熱中性子ラジオグラフィ装置(TNRF)で発電中における燃料電池可視化実験を行うため、TNRF専用の燃料電池発電システムを整備した。水素検知器やインターロック等の機器の装備により水素ガスリーク等の事故を抑制し、TNRFが設置されている原子炉施設内で安全に実験可能な仕様とした。JARI(日本自動車研究所)標準セルを用いた特性試験の結果、発電システムが仕様通りに動作することを確認し、その後中性子ラジオグラフィ実験に供して発電中における電池内部の水の可視化に成功した。

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