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報告書

Status of study of long-term assessment of transport of radioactive contaminants in the environment of Fukushima (FY2018) (Translated document)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2020-007, 249 Pages, 2020/10

JAEA-Research-2020-007.pdf:15.83MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力(現東京電力ホールディングス)福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出された。この事故により放出された放射性核種は、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌などが生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することで空間線量率が上がってしまうのではないか(外部被ばくに関する懸念)、森林から河川に流出した放射性セシウムが農林水産物に取り込まれることで被ばくするのではないか、規制基準値を超えて出荷できないのではないか(内部被ばくに関する懸念)などの懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。日本原子力研究開発機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

論文

除染後の落葉広葉樹林林縁地における放射性セシウム流出量の経年変化

渡辺 貴善; 佐々木 祥人; 新里 忠史; 三田地 勝昭*; 伊藤 聡美

KEK Proceedings 2019-2, p.114 - 119, 2019/11

森林の除染作業では、森林の地面に堆積している落葉がすべて取り除かれて、土砂が露出した状態になる場合がある。その後、土砂が露出した地面が下草や落葉で覆われるようになると、雨による地面の侵食の大きさが変化し、放射性セシウムの流出量も変化すると考えられる。本件は、森林の除染後の放射性セシウムの流出と地面の被覆率の変化を調べたものである。除染された福島県内の落葉広葉樹林において、観測区画を設定し、除染後の3年間にかけて放射性セシウムの流出を観測した。観測の結果、沈着した放射性セシウムに対する流失した放射性セシウムの流出率は、年々減少していくことがわかった。対して、森林の地面の被覆率は年ごとに増加する傾向にあった。以上から、森林の除染後、下草や落葉による地面の被覆が増えるにつれて、放射性セシウムの流出率が低下していくことが確認された。

報告書

福島における放射性セシウムの環境動態研究の現状(平成30年度版)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2019-002, 235 Pages, 2019/08

JAEA-Research-2019-002.pdf:21.04MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出され、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌等が生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することに対する懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。原子力機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

論文

Phase-transition kinetics of magnetic skyrmions investigated by stroboscopic small-angle neutron scattering

中島 多朗*; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 大石 一城*; 大池 広志*; 賀川 史敬*; 吉川 明子*; 田口 康二郎*; 加倉井 和久*; 十倉 好紀*; et al.

Physical Review B, 98(1), p.014424_1 - 014424_5, 2018/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.32(Materials Science, Multidisciplinary)

MnSi中に発生する磁気スキルミオンの相転移の挙動を中性子小角散乱ストロボスコピック測定により観測した。温度を50K/秒という速度で急激に変化させている間に13マイクロ秒の時間分解能で中性子小角散乱パターンの時間変化を測定することに成功し、その結果、温度の上昇によって磁気スキルミオンが消滅する様子や、急速な冷却過程で生成されたスキルミオンが本来存在できない低温まで過冷却状態で残る様子などが明らかとなった。

論文

Stroboscopic time-of-flight neutron diffraction during cyclic testing using the event data recording system at J-PARC

川崎 卓郎; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 中谷 健; Harjo, S.; Gong, W.*; 相澤 一也

Journal of Applied Crystallography, 51(3), p.630 - 634, 2018/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:61.54(Chemistry, Multidisciplinary)

A time-resolved time-of-flight neutron diffraction technique to characterize the structural properties of materials during cyclic tests has been developed. By adopting the developed technique, the behaviors of the crystal lattice and domains of the piezoelectric material in a multilayer-type piezoelectric actuator driven by a cyclic electric field were evaluated. The variation in diffraction intensity during the application of a cyclic electric field was obtained successfully, and the hysteresis-like behaviors of both the lattice strain and the 90$$^{circ}$$ domain switching were revealed.

論文

High stereographic resolution texture and residual stress evaluation using time-of-flight neutron diffraction

徐 平光; Harjo, S.; 小島 真由美*; 鈴木 裕士; 伊藤 崇芳*; Gong, W.; Vogel, S. C.*; 井上 純哉*; 友田 陽*; 相澤 一也; et al.

Journal of Applied Crystallography, 51(3), p.746 - 760, 2018/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:11.06(Chemistry, Multidisciplinary)

Neutron diffraction texture measurements provide bulk textures with excellent grain statistics even for large grained materials, together with the crystallographic parameters and microstructure information such as phase fractions, coherent crystallite size, root mean square microstrain, macroscopic/intergranular stress/strain. The procedure for high stereographic resolution texture and residual stress evaluation was established at the TAKUMI engineering materials diffractometer. The pole figure evaluation of a limestone standard sample with a trigonal crystal structure suggested that the obtained precision for texture measurement is comparable with the oversea well-established neutron beam lines utilized for texture measurements. A high strength martensite-austenite multilayered steel was employed for further verification of the reliability of simultaneous Rietveld analysis of multiphase textures and macro stress tensors. By using a geometric mean micro-mechanical model, the macro stress tensor analysis with a plane stress assumption showed a RD-TD in-plane compressive stress (about -330 MPa) in martensite layers and a RD-TD in-plane tensile stress (about 320 MPa) in austenite layers. The phase stress partitioning was ascribed to the additive effect of volume expansion during martensite transformation and the linear contraction misfit during water quenching.

論文

Applications of the differential events reading method at MLF, J-PARC

稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 鈴木 次郎*

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012015_1 - 012015_5, 2018/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:25.05

イベント記録型の中性子散乱データ収集とその解析は時間依存する現象の測定に大きな利益をもたらす。J-PARCの物質生命科学実験施設(MLF)に設置された多くの装置はMLF運用開始時からこの収集方式を採用しており、すでに様々な成果を上げてきている。一方で、このイベント記録型データをより効率的に扱うためには改良点や開発すべき点がまだ多く残されている。この論文ではイベント記録型データを活用することで擬似的なリアルタイムデータ処理をMLFで実現した成果を報告する。

論文

Hydrological and climate changes in southeast Siberia over the last 33 kyr

勝田 長貴*; 池田 久士*; 柴田 健二*; 國分 陽子; 村上 拓馬*; 谷 幸則*; 高野 雅夫*; 中村 俊夫*; 田中 敦*; 内藤 さゆり*; et al.

Global and Planetary Change, 164, p.11 - 26, 2018/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.29(Geography, Physical)

バイカル湖ブグルジェイカサドルの堆積物中の化学組成を高分解能に分析することにより過去3.3万年以上の内陸シベリアの古環境及び古気候変動を復元した。完新世の気候は、6500年前に温暖、乾燥に変化し、氷期から間氷期の気候システムに遷移したことを示唆する。最終氷期においては、プリモールスキー山脈に起因する砕屑性炭酸塩の堆積がハインリッヒイベント(H3とH1)に伴って生じた。また、ハマル-ダバン山脈の氷河融解水がセレンガ川を通じて供給された。アレレード・ヤンガードリアス時に発生した無酸素底層水は、セレンガ川からの流水の減少とプリモールスキー山脈から供給された有機物の微生物分解で生じたものと考えられる。完新世初期の降水の減少は、8200年前の寒冷イベントに対応する。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

論文

Comprehensive study on initial thermal oxidation of GaN(0001) surface and subsequent oxide growth in dry oxygen ambient

山田 高寛*; 伊藤 丈予*; 淺原 亮平*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; et al.

Journal of Applied Physics, 121(3), p.035303_1 - 035303_9, 2017/01

 被引用回数:34 パーセンタイル:7.7(Physics, Applied)

GaNは高耐圧、大電流、低損失の次世代パワーデバイス材料として注目されている。GaN表面の酸化処理技術には、表面パッシベーション技術や、アイソレーション技術、ゲート絶縁膜技術などがあり、デバイス特性向上のための重要な要素技術となっている。そのため、GaN表面の熱酸化処理はこれまで詳細な検討が行われてきている。しかし、その酸化物形成過程は十分解明されていない。例えば、これまで厚いGaN酸化物の形成については多くの報告があるが、初期酸化過程については少ない。また、X線光電子分光(XPS)分析は、そのGaN表面の初期酸化過程の評価によく利用されているが、Ga-NやGa-O結合成分の正確な特定には至っていない。さらに、形成されたGaN酸化物の構造特性評価も十分な検討は行われていない。本研究では、GaN表面の熱酸化過程をXPS、分光エリプソメトリ(SE)、原子間力顕微鏡(AFM)、X線回折(XRD)測定を用いて評価した。特に、異なる転位密度を有するエピGaN層の酸化物形成過程について調べた。本実験には、Si基板上および自立GaN基板上にエピ成長した2種類のGaN試料を用いた。GaN/SiとGaN/GaN試料の転位密度は108と105cm-2台になるとそれぞれ見積もられている。両試料は大気圧O$$_{2}$$雰囲気中において700$$sim$$1000$$^{circ}$$Cの温度範囲で30分間熱酸化した。800$$^{circ}$$C以下の熱酸化では、表面近傍に存在する欠陥の酸化によると考えられる厚さ1nm以下の薄い酸化層が形成された。この酸化層の膜厚は酸化温度とは無関係にほとんど変化していなかったことから、酸化が飽和傾向にあると考えられた。また、GaN/Siで観察された転位部では微小な酸化物結晶の形成が確認されており、転位部において優先的に酸化が進行することがわかった。900$$^{circ}$$C以上の更なる酸化温度の増加では、$$alpha$$-と$$beta$$- Ga$$_{2}$$O$$_{3}$$結晶粒が両エピGaN層上にエピタキシャリに成長した。GaN/Siでは、転位部で顕著にGa$$_{2}$$O$$_{3}$$結晶が成長したため、荒れた表面形状が観察された。一方、GaN/GaNでもGa$$_{2}$$O$$_{3}$$微結晶粒が観察領域全面に渡って形成されたが、比較的平坦な表面形状が維持されていることがわかった。

論文

Effect of nitrogen incorporation into Al-based gate insulators in AlON/AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor structures

淺原 亮平*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 伊藤 丈予*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Applied Physics Express, 9(10), p.101002_1 - 101002_4, 2016/10

 被引用回数:28 パーセンタイル:13.18(Physics, Applied)

熱安定性, 信頼性および界面特性の観点でALGaN/GaN上のAlONゲート絶縁物の優れた物理的および電気的特性が、AlON堆積後のアニールによって得られた。アルミナへの窒素混入によって絶縁物/AlGaN界面におけるインターミキシングを抑えるとともにAl$$_{2}$$O$$_{3}$$膜中の電気的な欠陥の数を減少させることが示された。結果として、電荷注入に対する安定性をもたらすとともに界面欠陥密度を1.2$$times$$10$$^{11}$$cm$$^{-2}$$ eV$$^{-1}$$に抑えた高品質AlON/AlGaN/GaN金属-絶縁物-半導体キャパシターを得ることができた。絶縁物への窒素取り込みの重要性を実験結果から議論した。

論文

Synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy of Ti/Al ohmic contacts to n-type GaN; Key role of Al capping layers in interface scavenging reactions

野崎 幹人*; 伊藤 丈予*; 淺原 亮平*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 9(10), p.105801_1 - 105801_4, 2016/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:69.33(Physics, Applied)

n型GaNエピ層とTiベース電極間の界面反応は、放射光X線光電子分光によって調べた。金属的Gaと薄膜TiN合金が、Alキャッピング層を堆積した界面において室温でも形成された。積層Ti/AlとTiのみの電極の比較から、反応性Ti下地層を形成する酸素捕捉元素としてAlキャッピング層が本質的に機能することが示された。アニール中金属的中間層の成長が観測された。低温プロセスを伴うn型GaN低抵抗オーミック接触を達成するための指針を議論する。

論文

Processes of silver photodiffusion into Ge-chalcogenide probed by neutron reflectivity technique

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Sheoran, G.*; Mitkova, M.*

Physica Status Solidi (A), 213(7), p.1894 - 1903, 2016/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:52.06(Materials Science, Multidisciplinary)

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。

報告書

MLFデータ解析フレームワーク"万葉ライブラリ"利用マニュアル

稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 鈴木 次郎*; 中谷 健

JAEA-Testing 2016-001, 91 Pages, 2016/06

JAEA-Testing-2016-001.pdf:2.38MB

万葉ライブラリとは、J-PARCの物質生命科学実験施設(MLF)において実施される中性子散乱実験にて得られたデータの解析に使用されるソフトウェアの開発基盤(フレームワーク)を提供するものである。このフレームワークはMLFで稼働する多くのビームラインで動作する必要があり、中性子実験データの処理に対して共通に使用される機能と各装置の仕様にあわせたソフトウェア開発に使用される。このフレームワークは、様々な次元のヒストグラムを入れる容器、データコンテナを中心として構成されている。データコンテナは、多次元ヒストグラムのエラー伝搬機能付きの四則演算、メタデータの保管、ファイルの読み書きなどの機能を持つ。万葉ライブラリはC++言語で作成しているのが、ユーザーインターフェースとしてPythonを選択し、Pythonの環境から万葉ライブラリを容易に呼び出す仕組みを導入している。これらの特徴を生かして、すでに様々なデータ処理・解析コードが多数開発されており、現在のMLFの多数の装置において解析作業の要として動作している。本報告書は万葉ライブラリを初めて使用するユーザーのための利用マニュアルである。

論文

Measurement of transient photo-induced changes in thin films at J-PARC; Time-resolved neutron reflectivity measurements of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Wolf, K.*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031023_1 - 031023_6, 2015/09

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが、初期の急速な拡散によるAg-richな層の形成と、緩やかな拡散によるAg-poorな層の形成と、2段階のプロセスを経て拡散が進行していることを明らかにした。

論文

Thermal strain in superconducting Nb$$_{3}$$Sn strand at cryogenic temperature

Harjo, S.; 川崎 卓郎; 辺見 努; 伊藤 崇芳*; 中本 建志*; 相澤 一也

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031001_1 - 031001_5, 2015/09

Measurements of thermal strains in the superconducting constituent (Nb$$_{3}$$Sn phase) in Nb$$_{3}$$Sn strand were performed using BL19 Takumi of MLF, J-PARC. Lattice parameters of Nb$$_{3}$$Sn phase change continuously with increasing temperature. To avoid the thermal expansion effect, lattice parameters of the filaments (extracted from the strand) measured at the same temperatures were used to estimate the thermal strains in Nb$$_{3}$$Sn phase. As results, thermal strains for axial direction below 50 K are kept roughly constant at large compressive values, while the values are much lower (the difference is $$sim$$0.13%) than that measured at room temperature.

論文

Progress in bulk texture measurement using neutron diffraction

徐 平光; Harjo, S.; 伊藤 崇芳*; 森井 幸生*; Gong, W.; 鈴木 裕士; 秋田 貢一; 鈴木 徹也*; 友田 陽; Lutterotti, L.*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031022_1 - 031022_6, 2015/09

The current status of bulk texture measurements both using angle dispersive neutron diffraction and time-of-flight neutron diffraction at JAEA was briefly reviewed, then the effect of sample orientation coverage in the time-of-flight neutron diffraction on the reliability of reconstructed pole figure on the reliability of reconstructed pole figure was simply compared after the simultaneous Rietveld texture analysis. The similar texture results obtained at different orientation coverage levels suggests that it is possible to reduce the sample rotation times reasonably during the bulk texture measurement.

論文

Dynamics of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films; Time-resolved neutron reflectometry

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, M. R.*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 619(1), p.012046_1 - 012046_4, 2015/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:2

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)とISIS(INTER)の中性子反射率測定を用いて、拡散界面の解析を行った。その結果、光照射によって初期の急速なAg拡散によるAg-rich層の形成された後、その界面をほぼ一定に保ちながら、緩やかな拡散による第2のAg-poor層が形成される2段階のプロセスが進行していることが明らかになった。

論文

Studies of silver photo diffusion dynamics in Ag/Ge$$_{x}$$S$$_{1-x}$$ ($$x$$=0.2 and 0.4) films using neutron reflectometry

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, R.*; et al.

Canadian Journal of Physics, 92(7/8), p.654 - 658, 2014/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:31.06(Physics, Multidisciplinary)

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。

論文

Engineering & Related Studies at J-PARC

Harjo, S.; 相澤 一也; 阿部 淳*; Gong, W.; 伊藤 崇芳*; 川崎 卓郎; 岩橋 孝明

Materials Science Forum, 777, p.12 - 18, 2014/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

Current status of a dedicated neutron diffractometer (TAKUMI) for investigations of stresses and crystallographic structures in engineering components, that has been built at Materials and Life Science Facility of J-PARC, was introduced as well as the engineering studies done there. Several topics recently performed at TAKUMI were selected to be introduced; internal strains in an ITER central solenoid conductor sample, internal strains in a rebar embedded in an air-cured concrete, deformation behavior TRIP steels at RT and tensile behavior of LPSO Mg-Zn-Y alloys. These topics and the relevant results showed that TAKUMI is a powerful neutron diffractometer for various engineering studies.

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