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論文

X線吸収を用いた原子炉圧力容器鋼溶接熱影響部の微細構造分析

岩田 景子; 高見澤 悠; 河 侑成; 岡本 芳浩; 下山 巖; 本田 充紀; 塙 悟史; 西山 裕孝

Photon Factory Activity Report 2017, 2 Pages, 2018/00

原子炉圧力容器内表面のステンレスオーバーレイクラッド直下に生じる溶接熱影響部(HAZ)は熱履歴により結晶粒径や析出物分布の異なる組織が複雑に分布し、母材とは機械的特性が異なることが知られている。本研究では、HAZ組織の特徴を調べるため炭化物分布に着目し、形成元素の一つであるMoの周辺微細構造について分析を行った。HAZ組織の狭い領域毎の構造情報を取得するため、キャピラリレンズを使用した広域X線吸収微細構造(EXAFS)により$$mu$$mオーダーの領域測定を実施した。EXAFS結果からHAZ内で生成が確認されている炭化物種の一つであるMo$$_{2}$$Cは粒径の小さい領域に比較的多く分布することが示唆された。

報告書

軽イオンマイクロビーム分析/加工システムの改良

江夏 昌志; 石井 保行; 山田 尚人; 大久保 猛; 加田 渉*; 喜多村 茜; 岩田 吉弘*; 神谷 富裕; 佐藤 隆博

JAEA-Technology 2016-006, 41 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2016-006.pdf:14.03MB

日本原子力研究開発機構原子力科学研究部門高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設では、これまでに、3MVシングルエンド加速器におけるMeV級軽イオンマイクロビームによる高空間分解能な局所元素分析・加工システムの開発を行ってきた。ここでは、加速器、ビーム輸送ライン及びマイクロビーム形成装置などの主構成機器に加えて、マイクロPIXE/PIGE(Particle Induced X-ray/Gamma-ray Emission)分析、三次元元素分布分析(PIXE-CT: Computed Tomography)、イオン誘起発光分析(IBIL: Ion Beam Induced Luminescence)及び微細加工(PBW: Proton Beam Writing)への応用研究に用いるための付帯装置・治具類に関する技術的な改良について、これらの機器・装置等の概要とともに纏める。

論文

Ultrasensitive resonance ionization mass spectrometer for evaluating krypton contamination in xenon dark matter detectors

岩田 圭弘; 関谷 洋之*; 伊藤 主税

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 797, p.64 - 69, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.11(Instruments & Instrumentation)

レーザー共鳴イオン化質量分析法をベースとした高速炉用タギング法破損燃料位置検出(FFDL)システムを実用化する上で、クリプトン及びキセノン共鳴イオン化用レーザーの安定性及び操作性向上が必要不可欠である。レーザーシステムの安定化に関連した研究として、東京大学宇宙線研究所と共同でキセノンガスに含まれるクリプトン不純物濃度の評価に関する研究を行っている。論文では、共振器を組まない光パラメトリック発生(OPG)光学系を開発し、クリプトン共鳴イオン化に用いる波長212.6nmのレーザー波長安定性が従来の光パラメトリック発振器(OPO)と比較して1桁程度向上した結果を報告した。開発したレーザーにより、純アルゴンガスに不純物として含まれる濃度0.4ppt程度のクリプトン検出に成功した。主成分がキセノンの場合はクリプトン感度が半分程度に低下するが、キセノンに濃度ppt程度以下含まれる極微量なクリプトンの検出が可能な見通しを得た。

論文

Performance evaluation of a resonance ionization mass spectrometer developed for the FFDL system of fast reactors

岩田 圭弘; 伊藤 主税; 原野 英樹*; 井口 哲夫*

Journal of Nuclear Science and Technology, 51(4), p.465 - 475, 2014/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.08(Nuclear Science & Technology)

高速炉の破損燃料位置検出(FFDL)用に開発されたレーザー共鳴イオン化質量分析計(RIMS)の性能評価を行った。RIMSでは、波長216.7nm又は249.6nmのパルスレーザー光を用いてクリプトン又はキセノンを共鳴イオン化し、飛行時間型質量分析計で同位体比を測定する。高速増殖原型炉「もんじゅ」の設計を想定した数値計算において、破損燃料集合体を99%の信頼度で識別する観点から、RIMSの要求性能を系統誤差1%以下、統計誤差を濃度7pptの核種に対して3%以下と設定した。開発したRIMSはクリプトン,キセノンともに測定時間約40分で上記の要求性能を満たしており、迅速性かつ信頼性が要求されるFFDLに適用可能であることが実証された。

論文

High sensitive and reliable FFDL technique for Monju using laser resonance ionization mass spectrometry

青山 卓史; 石川 高史; 伊藤 主税; 岩田 圭弘; 原野 英樹*

Transactions of the American Nuclear Society, 106(1), p.611 - 613, 2012/06

レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いた破損燃料位置検出(FFDL)システムの「もんじゅ」への適用性及びRIMSシステムの「もんじゅ」への設置について検討した。「もんじゅ」用FFDL条件におけるKr及びXeタグガス分析誤差を評価した結果、信頼度68%でタグガスを識別可能であり、RIMSが「もんじゅ」のFFDLに適用できることを確認した。また、設計したRIMS装置は、1次アルゴンガス系統などに接続可能であり、既存のFFDL装置と併設できる。

論文

TIARAのマイクロビームPIXEを用いた地衣類の元素マッピングと元素組成の見積り

岩田 吉弘*; 石井 慶造*; 神谷 富裕; 佐藤 隆博

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 90, 2012/01

Distribution and abundance of several elements in a lichen sample were searched by micro beam PIXE. Dried fruticose linen (Cladonia amaurocraea (Florke) Schaer.) was cut to 25 $$mu$$m slice sample and mounted on the target folder. It was subjected to 3 MeV proton bombardments by the micro beam PIXE system of TIARA. The elemental maps made by the distribution of K and Cl show the shape of the section of the lichen slice. S and P were mainly distributed on the upper cortical layer. Si deposited between inner cortical layer and algal layer, and also deposited on the inner wall of algal layer. Elemental abundances for S, P and Ca were estimated by the intensity of characteristic X-ray and analytical sensitivity of the micro beam PIXE, for instance, S in the upper cortical layer was 2.6 mg cm$$^{-3}$$ and Ca in the algal layer was 0.2 mg cm$$^{-3}$$.

論文

Development of high sensitive and reliable FFD and sodium leak detection technique for fast reactor using RIMS

伊藤 主税; 荒木 義雄; 内藤 裕之; 岩田 圭弘; 青山 卓史

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR 2009) (CD-ROM), 12 Pages, 2012/00

高速炉プラントの安全性向上を目指して、レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いた破損燃料位置検出及びNa漏えい検知技術の高度化に関する研究を進めている。破損燃料位置検出技術の開発では、燃料ピン中に封入されたガスによって燃料集合体を識別するタギング法にRIMSを適用し、カバーガスAr中にわずかに存在するXe及びKrの同位体比を測定する装置を開発して、「常陽」で実施した炉内クリープ破断試験に本装置を適用して破断した試料から放出されたタグガスを分析し、試料を同定した。また、大型化する高速炉の実用化を念頭に、現行のNa漏えい検出器より2桁検出感度を高めることを目標として、エアロダイナミックレンズを用いてNaエアロゾルをビーム形状に収束させて連続的に導入し、レーザアブレーションによりNaエアロゾルを原子化し、RIMSによりNa同位体を検出する装置を開発した。本研究により高速炉プラントの安全性を一層向上させ、高速増殖炉サイクルの実現に寄与していく。

論文

High sensitive and reliable FFDL technique for SFR using laser resonance ionization mass spectrometry

伊藤 主税; 岩田 圭弘; 原野 英樹*; 井口 哲夫*; 青山 卓史

Transactions of the American Nuclear Society, 102(1), p.416 - 417, 2010/06

高速炉プラントの安全性向上を目指して、レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いた破損燃料位置検出技術の高感度化と信頼性向上に関する研究を進めている。本研究では、燃料ピン中に封入されたタグガスによって被覆管が破損した燃料集合体を識別するタギング法にRIMSを適用し、カバーガスAr中にわずかに存在するXe及びKrの同位体比を測定する装置を開発した。この装置を「常陽」で実施した炉内クリープ破断試験に適用して、破断した試料から放出されたタグガスを分析し、試料を同定した。さらに、「常陽」における燃料破損模擬試験にも本装置を適用して、模擬破損ピンから放出されてカバーガスに移行したFPガスの分析に成功し、FPガスの燃焼度推定による被疑破損燃料集合体の絞り込みに適用できる可能性を示した。本研究により高速炉プラントの安全性をより一層向上させ、高速増殖炉サイクルの実現に寄与していく。

論文

Reduction of argon background in resonance ionization mass spectrometry for failed fuel detection and location of fast reactors

岩田 圭弘; 伊藤 主税; 青山 卓史*

KEK Proceedings 2010-10, p.52 - 62, 2010/02

高速炉の破損燃料位置検出(FFDL)システムへの適用に向けて、レーザー共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いたAr中にppt程度含まれる極微量Kr, Xe同位体分析の研究を行っている。Kr, Xeの正確な分析には光電子により生成する非共鳴イオン$${rm Ar}^{2+}$$, $${rm Ar}^+$$, $${rm Ar}_2^+$$を抑制することが必要不可欠であり、(1)除電器とBrewster窓の設置,(2)電極のイオン引き出し孔をスリットに改良の2通りの改善方策を考案した。(1)は光電子生成の発生源となる帯電した塵埃及びレーザーの反射光を除去し、(2)はイオン引き出し孔の形状をレーザー光路に沿ったスリットに改良することでKr, Xe共鳴イオンの信号量を損なわずにAr由来の非共鳴イオンを抑制する手法である。Krの分析において、両者の改善方策により$${rm Ar}^{2+}$$, $${rm Ar}^+$$を1-2桁抑制し、$${rm Ar}_2^+$$の干渉を低減させて核種濃度$$sim2$$pptの$$^{80}{rm Kr}$$を検出できた。電極のイオン引き出し孔形状の違いによるKrイオン信号量の低下は見られなかった。今後はFFDLシステムへの適用に向けて、S/N比のさらなる向上とともに、分析精度の向上を目的とした検出効率の改善策についても検討していく。

論文

ラバンジン培養単離細胞からのカルス及びシュート形成に及ぼす$$^{12}$$C$$^{6+}$$ビームと$$gamma$$線の影響

津呂 正人*; 岩田 千鶴*; 片岡 利栄*; 吉原 亮平; 長谷 純宏

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 72, 2008/11

ラバンジンは真正ラベンダーとスパイクラベンダーとの種間雑種であり、雑種強勢により精油成分の生産性が両親種より高いことが知られている。一方、カンファーあるいはボルネオール等の香質低下成分も増加していることから、これら成分の生産が抑制された突然変異体の作出が求められている。本研究では、培養単離細胞へ種々の線量の$$gamma$$線を照射し、培養細胞の増殖に及ぼす影響を調査するとともに、$$^{12}$$C$$^{6+}$$ビーム及び$$gamma$$線照射細胞からのシュート再生を試みた。炭素ビームを照射したとき、$$gamma$$線と比較して低い線量で増殖が抑制されており、細胞の増殖に及ぼす線量効果が両者で著しく異なることが明らかとなった。増殖したカルスをシュート誘導培地に移植して培養したとき、一部のカルスからシュートの形成が認められた。カルスの増殖誘導と同様にシュート形成においても炭素ビームと$$gamma$$線照射区において反応が異なった。現在、両照射区で得られたシュートの発根・馴化を行っている。

報告書

環境報告書の作成; 原研及びサイクル機構の平成17事業年度の環境配慮活動について

成田 脩; 岩田 昇; 礒部 芳弘; 関 正和; 門坂 英盛; 二之宮 和重; 佐藤 治

JAEA-Technology 2006-037, 102 Pages, 2006/06

JAEA-Technology-2006-037.pdf:7.67MB

日本原子力研究所及び核燃料サイクル開発機構は、「環境情報の提供の促進等による特定事業者等の環境に配慮した事業活動の促進に関する法律」(1)(以下「環境配慮促進法」という。)に基づき、他の89の法人とともに特定事業者として各事業年度の環境配慮活動の結果を環境報告書として当該年度終了後六月(6か月)以内に作成・公表することが義務づけられた。両法人は、2005年10月1日の独立行政法人日本原子力研究開発機構の発足に伴い解散し、同年9月30日に17事業年度を終了した。業務を引き継いだ原子力機構は、6か月以内の2006年3月末までに両法人の環境報告書を作成することになった。当該報告書の作成は、環境配慮促進法に基づく最初の報告であり、また、他の法人に先駆けて報告書をまとめることになり、参考とする先例がなかったことから、データ収集から報告書の作成まで、手探り状態の試行錯誤が続けられた。この間、環境報告書の公表に耐える正確なデータの収集と整理の方法,収集したデータの解析と環境活動の評価,これらの材料から環境報告書に仕上げるための問題点の整理と解決方法,毎年繰り返される今後の作業への効率化方策等の知見が得られた。これらの知見,環境配慮活動のデータを整理することは、環境報告のダイジェスト版である公表した環境報告書のバックデータ集となるだけでなく、今後、環境報告書を作成することになる他の機関にも参考になることが考えられることから、技術資料として取りまとめることとした。

論文

Beam-palarization asymmetries for the $$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Lambda$$ and $$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Sigma$$$$^{0}$$ reactions for $$E$$$$_{gamma}$$=1.5-2.4 GeV

Zegers, R. G. T.*; 住浜 水季*; Ahn, D. S.*; Ahn, J. K.*; 秋宗 秀俊*; 浅野 芳裕; Chang, W. C.*; Dat$'e$, S.*; 江尻 宏泰*; 藤村 寿子*; et al.

Physical Review Letters, 91(9), p.092001_1 - 092001_4, 2003/08

 被引用回数:125 パーセンタイル:4.6(Physics, Multidisciplinary)

$$E$$$$_{gamma}$$=1.5-2.4GeVで$$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Lambda$$,$$p$$($$overrightarrow{gamma}$$,$$K$$$$^{+}$$)$$Sigma$$$$^{0}$$反応に対するビーム偏極非対称が初めて測定された。この結果は未決定のハドロン共鳴や反応機構解明に用いられる。

論文

Evidence for a narrow $$S$$ = +1 Baryon resonance in photoproduction from the neutron

中野 貴志*; Ahn, D. S.*; Ahn, J. K.*; 秋宗 秀俊*; 浅野 芳裕; Chang, W. C.*; 伊達 伸*; 江尻 宏泰*; 藤村 寿子*; 藤原 守; et al.

Physical Review Letters, 91(1), p.012002_1 - 012002_4, 2003/07

 被引用回数:981 パーセンタイル:0.11(Physics, Multidisciplinary)

$$K^{+}$$$$K^{-}$$の両粒子を前方で測定することにより、$$^{12}$$Cを標的にした$$gamma$$n $$rightarrow$$ $$K^{+}$$$$K^{-}$$n光反応を研究した。1.54GeV/C$$^{2}$$に25MeV/C$$^{2}$$以下の幅の鋭いバリオン共鳴ピークを観測した。この共鳴ピークのストレンジネス($$S$$)は+1であった。この状態は5つのクォーク($$uudd bar{s}$$)が$$K^{+}$$と中性子に崩壊した状態であると解釈される。

口頭

イオンビーム照射によるラベンター精油変異体作出の試み,2; $$^{12}$$C$$^{6+}$$ビームと$$gamma$$線がカルスの増殖と不定芽形成に及ぼす影響

津呂 正人*; 岩田 千鶴*; 片岡 利栄*; 吉原 亮平; 長谷 純宏

no journal, , 

ラベンダーはシソ科の常緑小低木であり、花穂を水蒸気蒸留して得られる精油は香料あるいは香粧品として利用されることが多く、その需要は高い。本研究では、培養細胞への炭素ビーム照射により、エッセンシャルオイル成分比が親植物体と大きく異なり香調が変化した変異体の作出、及びカンファー及びボルネオール等の香調を低下させる成分の生産が著しく低下した変異体の作出を目指している。照射後培養してカルス増殖及びシュート形成率を評価したところ、$$gamma$$線と比較して、炭素ビームにおいてより低い線量でカルス増殖及びシュート形成が抑制されており、細胞に及ぼす線量効果が$$gamma$$線と炭素ビームで大きく異なることが明らかとなった。現在、照射区で得られたシュートについて発根・馴化を行っており、得られた植物体について、順次形質調査を進める予定である。

口頭

イオン交換樹脂を用いる標準物質によるマイクロビームシステムにおける亜鉛と白金に対する感度の測定

岩田 吉弘*; 石井 慶造*; 横田 渉; 神谷 富裕; 佐藤 隆博; 及川 将一*

no journal, , 

白金(Pt)の錯体は、抗ガン剤としてその研究と利用が進められ、その作用を明かにするため、マイクロPIXEシステムを用いてPtの細胞内分布が調べられており、Ptの定量感度を求めることが急務であった。本研究では、粒径約25$$mu$$mの球状イオン交換樹脂に正確量のPtを吸着させた標準試料(SRM)を試作し、マイクロビーム照射による特性X線強度と元素添加量とから分析感度を求めたところ、10$$times$$10$$times$$10$$mu$$m$$^{3}$$の試料にビームを50nCを照射した場合、Ptの検出下限は15fgであることがわかった。

口頭

高速炉用破損燃料位置検出のための標識ガス分析におけるArバックグラウンドの低減

岩田 圭弘; 伊藤 主税; 原野 英樹*; 青山 卓史

no journal, , 

レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)による高速炉タグガス分析について、「もんじゅ」の破損燃料位置検出システム(FFDL)で要求されるpptレベルのKr検出感度を向上させるため、Arに由来するバックグラウンドの低減方策を検討した。主な課題はレーザ光の散乱に由来する光電子によるイオン化で生じるAr二量体イオン($${rm Ar}_2^+$$)の$$^{80}{rm Kr}$$への干渉である。Ar由来の非共鳴イオンの抑制を目的として、生成イオンを検出器に引き出す電極に対して、(1)スリット型電極孔の採用,(2)ポリカーボネート絶縁体板を用いた電極カバーの2点を考案した。前者はKr共鳴イオンが生成されるレーザ光路に沿ったスリット型の電極孔形状によりS/N比を改善する手法であり、従来の電極との比較測定により$${rm Ar}_2^+$$の信号が約1/3に低減し、検出限界に対応する信号のゆらぎを解析系の回路ノイズ程度まで軽減できた。今後は絶縁体による電極カバーの効果測定に加えて、回路系のノイズ低減策を検討し、高速炉FFDL技術の高度化を目指す。

口頭

レーザを用いた超高感度分析技術による高速炉のプラント安全性向上に関する研究

青山 卓史; 伊藤 主税; 荒木 義雄; 内藤 裕之; 岩田 圭弘; 岡崎 幸基*; 原野 英樹*; 渡辺 賢一*; 井口 哲夫*; 竹川 暢之*; et al.

no journal, , 

高速炉プラントの安全性向上のため、レーザ共鳴イオン化質量分析法を用いたナトリウム漏えい検知技術の開発を進めている。これまでに微量Na分析装置を製作し、それを用いたエアロゾル捕集効率の評価,検出感度の評価を実施してきた。$$^{23}$$Naを用いた試験では、高感度化が可能な1光子励起+電場イオン化機構を採用するなどイオン信号増加を図り、集積時間180秒で濃度42pptのNaエアロゾルの検出に成功した。$$^{23}$$Naの検出下限値を評価した結果、2.7pptとの結果が得られ、目標値1ppbに対して約400倍高感度であることを確認した。一方、集積板に付着したNaの計測に寄与する割合が低いため、集積板からの放出率を向上させる必要があることがわかった。今後は、$$^{22}$$Na検出試験によりその検出性能を評価し、本研究を総括する予定である。

口頭

高速炉用破損燃料位置検出のためのKr, Xe同位体比分析感度の向上

岩田 圭弘; 伊藤 主税; 青山 卓史

no journal, , 

高速炉の破損燃料位置検出(FFDL)システムへの適用に向けて、レーザー共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いたAr中の極微量Kr, Xe同位体分析の研究を行っている。Kr, Xeの正確な分析には光電子により生成する$${rm Ar}^+$$, $${rm Ar_2}^+$$を抑制することが必要不可欠であり、Kr, Xeの損失なく$${rm Ar}^+$$, $${rm Ar_2}^+$$引き出し量を低減する目的で、飛行時間型質量分析計(TOF-MS)のイオン引き出し孔をレーザー光路に合わせてスリット型に改良した。スリット形状を変えてAr, Krの信号量を測定したところ、1mm$$times$$10mmがほぼ最適であり、$${rm Ar}^+$$, $${rm Ar_2}^+$$の影響を大きく低減させることができた。また、レーザー照射時間1024秒に対するKr, Xe同位体比の分析誤差を評価した。pptレベルの核種濃度ではKr, Xeともに10%程度と得られ、統計誤差が主要因である。装置の検出効率改善を目的としてTOF-MSを線形型に変更することを検討しており、線形型でKr, Xeの同位体分析に十分な分解能を有することを確認した。今後は、イオン加速電圧の増加と合わせて検出効率を2桁程度改善し、分析誤差を1桁低下させることを目標とする。

口頭

低放射性廃液の安定化処理に関する基礎試験; Naの分離除去に関する試験

岡留 善裕*; 小林 篤史*; 新井 剛*; 岩田 将幸*; 鈴木 達也*; 堀口 賢一; 菅谷 篤志

no journal, , 

東海再処理施設から発生する低放射性廃液のうちアルカリ性廃液では、多含されるNaが、廃液中の非放射性金属元素の分析を妨害する。そこで本研究では、Naを無機イオン交換体によって吸着除去し、吸着させた無機イオン交換体をセラミックス化する技術について基礎的な検討を行った。Naの吸着材として、無機陽イオン交換体であるIXE-100(Zr系), IXE-300(Sb系)を用いた。静的吸着試験は、所定濃度のNaを含む溶液下でバッチ式吸着試験を行った。溶液中のNa濃度は、原子吸光光度計により定量分析に資した。また、セラミックス固化体は、Naを吸着させた吸着材を焼結することで作製した。Naの吸着試験の結果、いずれの吸着材でもNaの吸着はLangmuir吸着等温式において良好な相関が得られた。また、IXE-100の方が大きな最大吸着量となった。セラミックス試験の結果、IXE-300にNaを吸着させて焼結したものは、無水アンチモン酸ナトリウムとしてナトリウムが安定化されることが確認された。本会では、無機イオン交換体によるNaの詳細な吸着挙動,焼結で生成した化合物の同定について検討したので報告する。

口頭

鉄リン酸マトリックスによる低放射性廃液の処理プロセスに関する研究

岩田 将幸*; 岡留 善裕*; 新井 剛*; 永山 勝久*; 鈴木 達也*; 堀口 賢一; 菅谷 篤志

no journal, , 

再処理施設から発生する低放射性廃液は、高濃度の硝酸ナトリウムを含有している。硝酸ナトリウムは、廃棄体埋設時の環境規制物質となる硝酸性窒素に該当するため、硝酸根を分解する技術開発が進められている。本研究では、廃棄物を高充填できる特徴を持つ、鉄リン酸ガラス固化法が、硝酸ナトリウムを含む低放射性廃液固化へ適用できるか確認するため、鉄リン酸ガラスの作製条件及び硝酸ナトリウムの最大充填量などの基礎的な検討を行ったので報告する。

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