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論文

小型加速器中性子源RANSを使用した鋼材特性の分析技術開発; ものづくり現場で中性子線を使った材料分析が可能に

徐 平光; 高村 正人*; 岩本 ちひろ*; 箱山 智之*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士

Isotope News, (774), p.7 - 10, 2021/04

近年、地球温暖化対策として、自動車などの軽量化に求められている中、高張力鋼板の成形性向上は重要な開発課題となっている。破断まで優れた伸び特性を持たせた高張力鋼板の開発には、オーステナイト組織の相分率と各構成相の集合組織を正しく制御することは極めて重要である。透過能に優れた中性子回折法は、鋼材内部の結晶情報をバルク平均で得られる特徴を持つことから、相分率と集合組織を測定する上で有力な手段である。しかし、現状では中性子回折測定が可能な中性子源は、研究用原子炉や大型加速器施設などの大型実験施設に限られ、これらは共用施設のため利用者が頻繁に測定する機会を得ることは困難である。そこで、理化学研究所では、大学や企業の研究室、工場などの現場で手軽に使える小型中性子源として「理研小型加速器中性子源RANS」を構築し、日本原子力研究開発機構と協力しながら鋼材特性の分析技術に関する一連の研究開発を進めてきた。本解説論文では、大型実験施設と比べるとビーム強度の低い小型加速器中性子源を用いて実施した、中性子回折法による相分率と集合組織測定に関する共同研究成果と、今後の展望を紹介する。

論文

Partial photoneutron cross sections for $$^{207,208}$$Pb

近藤 壮雄*; 宇都宮 弘章*; Goriely, S.*; 岩本 ちひろ*; 秋宗 秀俊*; 山形 民穂*; 豊川 弘之*; 原田 秀郎; 北谷 文人; Lui, Y.-W.*; et al.

Nuclear Data Sheets, 119, p.310 - 313, 2014/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.75(Physics, Nuclear)

Using linearly-polarized laser-Compton scattering $$gamma$$-rays, partial E1 and M1 photoneutron cross sections along with total cross sections were determined for $$^{207,208}$$Pb at four energies near threshold by measuring anisotropies in photoneutron emission. Separately, total photoneutron cross sections were measured for $$^{207,208}$$Pb with a high-efficiency 4$$pi$$ neutron detector. The partial cross section measurement provides direct evidence for the presence of pygmy dipole resonance (PDR) in $$^{207,208}$$Pb near the neutron threshold. The strength of PDR amounts to 0.32% - 0.42% of the Thomas-Reiche-Kuhn sum rule. Several $$mu$$$$_N^{2}$$ units of B(M1)$$uparrow$$ strength were observed in $$^{207,208}$$Pb just above neutron threshold, which correspond to M1 cross sections less than 10% of the total photoneutron cross sections.

論文

Photoneutron cross sections for Mo isotopes; A Step toward a unified understanding of($$gamma$$,n) and (n,$$gamma$$)reactions

宇都宮 弘章*; Goriely, S.*; 近藤 壮雄*; 岩本 ちひろ*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; 豊川 弘之*; 原田 秀郎; 北谷 文人; Lui, Y.-W.*; et al.

Physical Review C, 88(1), p.015805_1 - 015805_6, 2013/07

 被引用回数:64 パーセンタイル:96.61(Physics, Nuclear)

Photoneutron cross sections were measured for $$^{94}$$Mo,$$^{95}$$Mo,$$^{96}$$Mo, $$^{97}$$Mo,$$^{98}$$Mo, and $$^{100}$$Mo near the neutron threshold with quasi-monochromatic laser-Compton scattering $$gamma$$-rays. The photoneutron data were analyzed with the Skyrme Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) plus quasiparticle random phase approximation (QRPA) model and the axially-symmetric-deformed Gogny HFB plus QRPA model of E1 $$gamma$$-ray strength. Combining the $$gamma$$-ray strength function constrained by the present photoneutron data with either the nuclear resonance fluorescence data or the updated Oslo data to supplement the data below the neutron threshold, a thorough analysis of the reverse (n,$$gamma$$) cross sections is made whenever measurements are available. The Oslo data and the corresponding uncertainties are updated based on the latest results of the s-wave neutron spacing and the average radiative width determined in particular for $$^{96}$$Mo.

論文

$$gamma$$-ray strength function method; A Way from photoneutron emission to radiative neutron capture

宇都宮 弘章*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; 岩本 ちひろ*; Goriely, S.*; Daoutidis, I.*; 豊川 弘之*; 原田 秀郎; 北谷 文人; 岩本 信之; et al.

Proceedings of 14th International Symposium on Capture $$gamma$$-Ray Spectroscopy and Related Topics, p.505 - 514, 2013/05

Radiative neutron capture cross section are of direct relevance for the synthesis of heavy elements referred to as the s-process and the r-process in nuclear astrophysics and constitute basic data in the field of nuclear engineering. The surrogate reaction technique is in active use to indirectly determine radiative neutron capture cross sections for unstable nuclei. We have devised an indirect method alternative to the surrogate reaction technique on the basis of the $$gamma$$-ray strength function ($$gamma$$-SF), a nuclear statistical quantity that interconnects photoneutron emission and radiative neutron capture in Hauser-Feshbach model calculation. The primary strength of the $$gamma$$-SF is low-energy E1 strength in the tail of GDR. We outline the $$gamma$$-SF method and show application of the method to Zr, Pd and Sn isotopes. In the application of the $$gamma$$-SF method, it is important to use $$gamma$$-SF, which incorporates extra strengths of PDR and/or M1 resonance emerging around neutron threshold.

論文

Total and partial photoneutron cross sections for Pb isotopes

近藤 壮雄*; 宇都宮 弘章*; Goriely, S.*; Daoutidis, I.*; 岩本 ちひろ*; 秋宗 秀俊*; 岡本 明之*; 山県 民穂*; 鎌田 正輝*; 伊藤 修*; et al.

Physical Review C, 86(1), p.014316_1 - 014316_7, 2012/07

 被引用回数:35 パーセンタイル:86.53(Physics, Nuclear)

レーザ逆コンプトン$$gamma$$線と高検出効率4$$pi$$型中性子検出器を用いて、$$^{206,207,208}$$Pbの中性子閾値近傍における全光核反応断面積を測定した。また、直線偏光させた$$gamma$$線と中性子放出角の非等方性を測定することにより、$$^{207,208}$$Pbに対する$$E$$1及び$$M$$1励起による部分光核反応断面積を導出した。この結果、中性子閾値近傍においては$$E$$1励起が支配的であることなど$$gamma$$線強度関数に関する実験的知見を得た。

報告書

汎用小型試験研究炉の概念検討; 平成22年度活動報告(共同研究)

今泉 友見; 宮内 優; 伊藤 正泰; 綿引 俊介; 永田 寛; 花川 裕規; 那珂 通裕; 川又 一夫; 山浦 高幸; 井手 広史; et al.

JAEA-Technology 2011-031, 123 Pages, 2012/01

JAEA-Technology-2011-031.pdf:16.08MB

世界の試験研究炉は、老朽化に伴う廃炉により減少しているが、その一方でアジア諸国においては、原子力発電の導入計画が相次いでいる。このようなアジア諸国では、原子力発電所を建設した後の運転管理ができる技術者の育成が課題となっていると同時に、自国における原子力技術を高めるため、軽水炉の長期化対策,科学技術の向上,産業利用及び原子力人材育成のための試験研究炉の必要性が高まっている。このような背景から、照射試験炉センターにおいては、今後、発電用原子炉を導入する国に向け、各種照射利用や教育訓練に用いる試験研究炉の基本概念検討を開始した。設計活動を通じた本検討は、照射試験炉センターにおける試験研究炉の設計に必要な計算コードなどの環境の整備及び人材育成に貢献するとともに、本概念検討に共同研究として参加する原子力関連会社の試験研究炉にかかわる技術力の維持,向上にも貢献することが期待される。本報告は、平成22年度に設置された「照射試験炉センター汎用小型試験研究炉WG(ワーキンググループ)」と原子力関連会社が行った平成22年7月$$sim$$平成23年6月までの試験研究炉の概念検討結果について取りまとめたものである。

論文

Photoneutron cross sections for $$^{118-124}$$Sn and the $$gamma$$-ray strength function method

宇都宮 弘章*; Goriely, S.*; 鎌田 正輝*; 秋宗 秀俊*; 近藤 壮雄*; 伊藤 修*; 岩本 ちひろ*; 山県 民穂*; 豊川 弘之*; Lui, Y.-W.*; et al.

Physical Review C, 84(5), p.055805_1 - 055805_6, 2011/11

 被引用回数:39 パーセンタイル:89.77(Physics, Nuclear)

$$^{118}$$Sn, $$^{119}$$Sn, $$^{120}$$Sn, $$^{122}$$Sn、及び$$^{124}$$Snに対し、中性子閾値近傍の光核反応断面積を準単色レーザ逆コンプトン光を用いて測定した。得られた測定データと既存の中性子捕獲データを、ピグミー共鳴を電磁双極子励起モードに組み込んだ計算コードにより系統的に解析した。本手法、いわゆる、$$gamma$$線強度関数法を適用することにより、放射性核種$$^{121}$$Sn及び$$^{123}$$Snの中性子捕獲断面積を導出した。

論文

The $$gamma$$SF method

宇都宮 弘章*; Goriely, S.*; 秋宗 秀俊*; 山形 民穂*; 近藤 壮雄*; 岩本 ちひろ*; 岡本 明之*; 原田 秀郎; 北谷 文人; 後神 進史*; et al.

AIP Conference Proceedings 1377, p.255 - 259, 2011/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05

The $$gamma$$-ray strength function ($$gamma$$SF) interconnects radiative neutron capture and photoneutron emission as a common ingredient in the statistical model. Outlined here is an indirect method of determining radiative neutron-capture cross sections for unstable nuclei based on the $$gamma$$-ray strength function. Application examples of the $$gamma$$SF method are demonstrated.

論文

Application of the $$gamma$$SF method to palladium

宇都宮 弘章*; Goriely, S.*; Arteaga, D. P.*; Daoutidis, I.*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; 近藤 壮雄*; 岩本 ちひろ*; 鎌田 正輝*; 伊藤 修*; et al.

AIP Conference Proceedings 1377, p.450 - 452, 2011/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05

Photoneutron cross sections were measured for $$^{108}$$Pd, $$^{106}$$Pd, and $$^{105}$$Pd with laser-Compton scattering $$gamma$$-ray beams in an application of the $$gamma$$SF method to a radioactive nucleus $$^{107}$$Pd. We present radiative neutron cross sections for $$^{107}$$Pd [6.5$$times$$10$$^{6}$$ y] obtained with the $$gamma$$SF method.

論文

Striking behavior of photoneutron cross sections for $$^{90}$$Zr near threshold

宇都宮 弘章*; Goriely, S.*; 秋宗 秀俊*; 山形 民穂*; 近藤 壮雄*; 岩本 ちひろ*; 伊藤 修*; 鎌田 正輝*; 井尾 雅則*; 楠瀬 幸一*; et al.

AIP Conference Proceedings 1377, p.447 - 449, 2010/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05

Photoneutron cross sections for $$^{90}$$Zr near neutron threshold were examined with a photon difference technique using laser Compton scattering $$gamma$$-ray beams. The cross section decreasing in the vicinity of neutron threshold exhibited a steep rise within 150 keV above the threshold. We draw attention to a possible relation of this striking behavior to the 3P valence neutron resonance known in neutron capture in the mass region A $$approx$$ 90.

口頭

Energy resolution evaluation of decoupled neutron moderator for stress measurements via neutron diffraction with compact neutron source

角田 龍之介*; 高村 正人*; 徐 平光; 岩本 ちひろ*; 高梨 宇宙*; 大竹 淑恵*; 栗原 諒*; 高橋 進*; 鈴木 裕士

no journal, , 

During the production of high-strength steel structural parts, the residual stress is necessary to be well controlled for the better dimensional accuracy and the longer service life. The neutron diffraction measurement is a good candidate to monitor the microscopic lattice strain of polycrystalline materials in bulk average. RANS (Riken Accelerator-driven Compact Neutron Source) has been developed and upgraded aiming at in-house, on-site and on-demand measurements to meet with industrial needs. Recently, the phase volume fractions and the bulk textures of steel materials have been measured successfully at RANS. In order to measure the lattice strain at RANS, it is required to improve the energy resolution to observe slight peak shift, and the decoupled moderator is thought as a good solution method for that. In this study, a new decoupled moderator consisting of polyethylene with 20 cmm thickness and B$$_{4}$$C rubber was designed and fabricated, and its neutron beam characteristic was investigated in order to improve the time energy resolution to realize in-house neutron stress measurement at RANS. Here, the preliminary results of the resolutions comparing between the new decoupled moderator and the traditional coupled moderators with 20 and 40 mm thickness polyethylene will be reported together with the scattering angle dependent instrumental resolution of the linear neutron position-sensitive detector.

口頭

鉄鋼材料の集合組織測定研究に関する大型中性子施設とRIKEN小型中性子源の連携

徐 平光; 高村 正人*; 池田 義雅*; 角田 龍之介*; 高橋 進*; 箱山 智之*; 岩本 ちひろ*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士

no journal, , 

自動車の軽量化のために使用されている高張力薄鋼板は、プレス成形による加工性が低いことから、生産不良が多い。そのため、プレス成形性を向上させる手段の一つとして、鋼材の集合組織制御に期待が寄せられている。実用に供される金属材料の微視組織は不均一な集合組織を有している。圧延板の加工性など金属材料のマクロな特性を議論する際には、金属材料のバルク平均の集合組織を考慮することが適切だと考えられる。中性子線を用いた集合組織測定は、高い透過性と大きなゲージ体積という特徴を生かして、加工性に直結する金属材料のバルク平均情報を容易に測定することができる。しかしながら、日本国内に限らず、世界中には、集合組織が測定できる中性子回折装置が極めて少ない。そこで、我々は研究用原子炉施設(JRR-3)の定常中性子源と大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス中性子源を用いた集合組織測定技術を確立し、世界トップレベルの測定精度を有する集合組織測定装置を開発した。近年、中性子評価技術をより広く普及するため、理化学研究所が"いつでも、どこでも、手軽に利用できる"をキャッチフレーズとした小型中性子源(RANS)の開発を進めており、我々がこれまでに培ってきたノウハウを最大限に生かして、RANSを用いた粉末回折技術や集合組織測定技術の開発に挑戦してきた。本発表では、JRR-3, J-PARCおよびRANSで開発した鉄鋼材料の集合組織測定技術を簡単に紹介するとともに、中性子回折による集合組織測定研究に関して大型中性子施設と小型中性子源との連携案について議論する。

口頭

Neutron diffraction with RANS for industrial "on-site" applications

高村 正人*; 岩本 ちひろ*; 徐 平光; 角田 龍之介*; 栗原 諒*; 箱山 智之*; 池田 義雅*; 鈴木 裕士; 大竹 淑恵*

no journal, , 

High strength steels are becoming more and more important in automotive body structures for good weight reduction, providing further requirement in the balance between strength and formability. Numerical models in forming simulations taking into account the texture evolution may accurately analyze macroscopic plastic behavior, through referring to local surface texture measurement using Electron backscatter diffraction or X-ray diffraction. In contrast, neutron diffraction may measure the microstructure factors including bulk-averaged texture, enable to more deeply understand the mechanisms of deformation behavior. Such neutron diffraction studies usually require large-scale experimental facilities like a reactor and a large accelerator, so meet certain difficulty in the instrumental accessibility. To solve these problems, Riken Accelerator-driven Compact Neutron Source (RANS) has been developed. On-site evaluation of microstructural factors enables us to analyze metal deformation processes more efficiently. Authors have recently succeeded in accurately measuring the texture evolution of an IF steel and also in determining the retained austenite volume fraction of multi-phase steels, by optimizing the beam condition and layout of collimators, samples, detectors, etc. These results show the possibility of practical use of an in-house compact neutron source in laboratories of universities, research institutes and industrial firms.

口頭

In-house texture measurement using RIKEN accelerator-driven compact neutron source

徐 平光; 高村 正人*; 池田 義雅*; 角田 龍之介*; 岩本 ちひろ*; 箱山 智之*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士

no journal, , 

Neutron diffraction is known as a powerful probe to determine the bulk averaged microstructural factors of metals and alloys. Compact neutron sources are being paid much attention for providing wide instrumental accessibility towards many potential on-site neutron diffraction applications, because of less technical complexity compared with large-scale neutron facilities. Here, the RIKEN Accelerator-Driven Compact Neutron Source (RANS) has been developed to establish the in-house technical environment of engineering diffraction for texture measurements. The measured texture of an interstitial-free (IF) steel sheet at RANS was found well consistent with the corresponding result obtained from a large-scale high-resolution time-of-flight neutron diffractometer. Such comparison suggests that RANS may be used to evaluate the ex situ texture characteristics of steel materials. Moreover, the increment of the output power and the addition of the neutron detector will be carried out in near future to enable rapid microstructural factor measurement of other high value-added metallic materials.

口頭

ものづくり現場における小型中性子源の利用; 金属加工への活用

高村 正人*; 岩本 ちひろ*; 徐 平光; 上野 孝太*; 栗原 諒*; 鈴木 裕士; 大竹 淑恵*

no journal, , 

Plastic forming processes of metallic sheets, ${it e.g.}$, forging, rolling, bending, pressing, drawing, and extruding, are important manufacturing methods to produce complex mechanical parts. Numerical simulation using the finite element method based on the crystal plasticity theory has been thought valuable to improve the forming accuracy and reduce the forming defects, especially for high strength automotive metallic sheets. For the realization of reliable numerical modelling and the development of strength-formability well-balanced novel metallic sheets, the bulk average microstructure information closely related to the mechanical characteristics is highly expected to be on-site available, or at least may be measured in time through neutron diffraction. Towards these on-site neutron diffraction measurement requirements from forming process designers and materials researchers, RIKEN has developed an accelerator-driven compact neutron source (RANS) and realized the texture and phase fraction measurement at a good precision level. Recently, a novel residual measurement technique using RANS is being carried out.

口頭

小型中性子源RANSを用いた飛行時間法中性子回折測定技術の高度化

岩本 ちひろ*; 高村 正人*; 上野 孝太*; 栗原 諒*; 徐 平光; 鈴木 裕士; 大竹 淑恵*

no journal, , 

理化学研究所小型中性子源RANSでは、これまでに飛行時間法による中性子回折測定の開発を行っており、集合組織や体積率の測定を成功させてきた。さらに、残留応力測定への高度化として回折線分解能を向上するために、大型施設で利用されている非結合型中性子減速材の導入によって、結合型中性子減速材の場合と比較してBCC鉄粉の211結晶面からの回折線分解能が若干改善された。本研究では、回折線強度を増やし、かつバックグラウンドを低減するためのビームライン開発を行った。まず、空間的・時間的に広がった中性子ビームがサンプルへ照射されることを防ぐため、また広がった中性子ビームが実験室内床面などから散乱されることで発生するバックグランドを抑えるため、減速材から中性子取り出し口までの開口部内壁に、熱中性子遮蔽材であるB$$_{4}$$Cゴムシートを貼りつけた。さらに、サンプルへのビーム強度を増加させるため、これまで中性子取り出し口からサンプルまでの間に設置していた長さ3m、開口50$$times$$50mm$$^{2}$$のポリエチレンコリメータを外し、長さ3m、開口250$$times$$250mm$$^{2}$$のボロン含有ポリエチレン(BPE)導管を設置した。この導管の下流側開口部には、上流からのビーム由来のバックグラウンドを低減するために、BPE導管の最下流に開口50mm角、厚さ15mmのB$$_{4}$$Cゴムシートで作成したコリメータを設置した。この改善後のセットアップを用いてBCC鉄粉回折線を測定し、改善前のセットアップ時における回折線分布と比較した。200結晶面以外の回折線ピークにおいて、セットアップ改善後の回折線強度が増加し、また回折線ピークの形状も鋭い形状をしている結果が得られている。この改善により、RANSにおける残留応力測定のS/N向上及び測定時間短縮化が可能となることが示された。

口頭

Development of bulk texture measurement techniques using various neutron sources towards widespread materials evaluation

徐 平光; Harjo, S.; 小貫 祐介*; 岩本 ちひろ*; 高村 正人*; Liss, K.-D.*

no journal, , 

Different to electron backscattering diffraction (EBSD) and X-ray diffraction (XRD) for surface texture analysis, neutron diffraction can collect high statistical diffraction patterns thanks to the excellent penetrability and the coarse beam spot of thermal neutrons. This aspect is valuable to deeply investigate the bulk microstructural evolution and the characteristic response of polycrystalline materials. However, the available neutron diffraction instruments are quite limited in the world and the classic texture measurement techniques need to be upgraded for complex materials evaluation. We have developed and compared several neutron texture measurement techniques and obtained much consensus through using RESA at JRR-3, TAKUMI and iMATERIA at J-PARC, WOMBAT at ANSTO, and RANS at RIKEN. For a steady-state reactor neutron source, the utilization of a large-area curved position-sensitive detector together with multiple wavelengths texture analysis enables rapid and high precision angle-dispersive neutron diffraction measurement. For a spallation neutron source, the utilization of an optimized detector optical system with high stereographic resolution ($$Delta$$2$$theta$$$$times$$$$Delta$$$$eta$$) and medium peak resolution ($$Delta$$${it d}$/${it d}$) is valuable to ensure the combined material analysis precision of time-of-flight bulk texture measurement, ${it e.g.}$, successful to determine the texture features of multiple low-symmetry phases in an experimentally deformed limestone. In addition, for a compact neutron source towards on-site applications, ${it e.g.}$, numerical optimization of sheet forming processes, the selective utilization of weak-beam time-of-flight neutron diffraction patterns in the wavelength ranges with a reliable signal-to-noise ratio is effective to improve the texture reliability.

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