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論文

Development of CdTe pixel detectors combined with an aluminum Schottky diode sensor and photon-counting ASICs

豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 川瀬 守弘*; Wu, S.*; 古川 行人*; 梶原 堅太郎*; 佐藤 真直*; 広野 等子*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 12(1), p.C01044_1 - C01044_7, 2017/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:78.44(Instruments & Instrumentation)

アルミニウムショットキーダイオードセンサとフォトンカウンティングASICsを組み合わせたCdTeピクセル検出器の開発を行っている。このハイブリッドピクセル検出器は、200マイクロメートル$$times$$200マイクロメートルのピクセルサイズで、19ミリメートル$$times$$20ミリメートルまたは38.2ミリメートル$$times$$40.2ミリメートルの面積で設計された。フォトンカウンティングASIC SP8-04F10Kは、プリアンプ,シェーパ, 3レベルのウィンドウタイプのディスクリミネータ、および各ピクセルが24ビットカウンタを備えている。そしてウィンドウコンパレータを用いてX線エネルギーを選択するフォトンカウンティングモードで精密に動作し、100$$times$$95ピクセルのシングルチップ検出器が20$$^{circ}$$Cで実現している。本研究では、本検出器の性能を評価するため、白色X線マイクロビーム実験のフィージビリティスタディを行った。珪素鋼試料に白色X線を照射し、照射位置を走査しながらラウエ回折を測定した。その結果、各位置で隣接する画像間の差を用いることで試料内の粒界の観察に成功した。

論文

Non-destructive damage assessment in CFRP/Ti laminates by synchrotron radiation laminography

中谷 隼人*; 梶原 堅太郎*; 秋田 貢一; 荻原 慎二*

Proceedings of 14th Japan International SAMPE Symposium & Exhibition (JISSE-14) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2015/12

Synchrotron radiation laminography at SPring-8 is employed to assess low velocity impact damage in CFRP/Ti laminates as one of the most interested Fibre-Metal Laminates (FMLs). During computed laminography bright X-ray is irradiated to an object with the axis of rotation inclined at an angle and thus it is suitable for the laterally extended geometry of composite laminate plates. It is confirmed how each damage mode in the CFRP/Ti laminates can be imaged by synchrotron radiation laminography by using model specimens that contain artificially induced damage. Then 3-dimensional imaging of impact-induced damage where each damage mode shows complex distribution is demonstrated and that is to our knowledge a novel result.

論文

Spin-electricity conversion induced by spin injection into topological insulators

塩見 雄毅*; 野村 健太郎*; 梶原 瑛祐*; 江藤 数馬*; Novak, M.*; 瀬川 耕司*; 安藤 陽一*; 齊藤 英治

Physical Review Letters, 113(19), p.196601_1 - 196601_5, 2014/11

 被引用回数:150 パーセンタイル:0.78(Physics, Multidisciplinary)

We report successful spin injection into the surface states of topological insulators by using a spin pumping technique. By measuring the voltage that shows up across the samples as a result of spin pumping, we demonstrate that a spin-electricity conversion effect takes place in the surface states of bulk-insulating topological insulators Bi$$_{1.5}$$Sb$$_{0.5}$$Te$$_{1.7}$$Se$$_{1.3}$$ and Sn-doped Bi$$_{2}$$Te$$_{2}$$Se. In this process, the injected spins are converted into a charge current along the Hall direction due to the spin-momentum locking on the surface state.

論文

Uniaxial strain dependence of the critical current of DI-BSCCO tapes

長村 光造*; 町屋 修太郎*; Hampshire, D. P.*; 土屋 佳則*; 菖蒲 敬久; 梶原 堅太郎*; 長部 吾郎*; 山崎 浩平*; 山田 雄一*; 藤上 純*

Superconductor Science and Technology, 27(8), p.085005_1 - 085005_11, 2014/08

 被引用回数:17 パーセンタイル:24.61(Physics, Applied)

In order to explain the effect of uniaxial strain on the critical current of DI-BSCCO-Bi2223 tapes, we employed a springboard sample holder that can smoothly and continuously apply both tensile and compressive strains to tape samples. Over a narrow tensile strain region, the critical current in the tapes decreased linearly with increasing strain and returned reversibly with decreasing strain. In this paper, we clearly characterize the reversible range terminated by both compressive and tensile strains, in which filaments do not fracture. Our analysis of the compressive regime beyond the relaxation strain suggests that although BSCCO filament fracture is the primary factor that leads to a decrease in critical current, the critical current in those regions of filaments that are not fractured increases linearly and reversibly with decreasing applied strain at compressive strains well beyond the reversible region for the tape.

論文

引張負荷下で単一すべり系が活動するアルミニウム単結晶の延性損傷評価

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 塚本 拓也*; 河合 紘和*; 三浦 節男*; Zhang, S.*; 菖蒲 敬久

材料, 63(7), p.533 - 538, 2014/07

SPring-8、BL28B2からの白色X線を利用し、アルミニウム単結晶の延性破壊進展挙動の検証を実施した。その結果、以下の2点を明らかにした。(1)延性損傷進展に伴い発生した転移セルの回転は、水辺面内に比べ垂直面内で大きく、特に負荷ひずみ0.05のときのノッチ近傍の角度変化が大変大きく、これは引張負荷によるAl(111)面のすべり活動が転位セルの生成と回転に大きな影響を及ぼしている。(2)転位密度は材料の延性損傷が進むことで全体に増加したが、ノッチ近傍では相対的に低く、これは延性損傷進展によるひずみエネルギーの解放の影響によるものである可能性を見出した。

論文

Evaluation of ductile damage progress of aluminum single crystal with prior activity of single slip system under tensile loading by using synchrotron white X-ray

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 塚本 拓也*; 河合 紘和*; 三浦 節男*; Zhang, S.*; 菖蒲 敬久; 小林 道明*

Materials Science Forum, 777, p.176 - 181, 2014/02

A ductile damage progress of an aluminum single crystal with the prior activity of the single slip system under tensile loading was verified by a profile analysis using white X-ray obtained in BL28B2 beam line of SPring-8. In this study, the aluminum single crystal of the purity 6N was used as a specimen prepared in I-type geometry for tensile test. In profile analysis, an instrumental function was defined in consideration both of a divergence by a slit and a response function peculiar to the energy dispersive method. The Gauss component of integral breadth related to non-uniform strain and the Cauchy component of integral breadth related to crystallite size were determined by eliminating the broadening by the instrumental function from the diffraction profile of white X-ray. As a result, the characteristics of ductile damage progress near the notch of the aluminum single crystal were inspected from the distribution of both non-uniform strain and dislocation density.

論文

アルミニウム単結晶延性損傷評価のための放射光白色X線による検討

柴野 純一*; 木曽 稔*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 三浦 節男*; 小林 道明*

材料, 62(7), p.443 - 450, 2013/07

FCC単結晶の延性損傷の進展と結晶方位の関係を実験的に検証するにはX線回折法が有効である。本研究では、アルミニウム単結晶を塑性域まで引張変形させ、結晶内部から得られた透過回折X線プロファイルから不均一ひずみや転移密度分布を評価した。その結果、負荷ひずみが1.1%の段階でノッチ底から斜め約45$$^{circ}$$の方向にひずみの増大が見られたが、2.2%の段階ではノッチ底から斜め45$$^{circ}$$方向に格子ひずみの減少が確認された。そして、これらとプロファイル解析の結果から、[001]方位が引張負荷方向を向いたアルミニウム単結晶のノッチ近傍の不均一ひずみ分布と転位密度分布から、延性損傷の進展方向とその特徴を明らかにした。

論文

Transmission imaging and strain mapping in the vicinity of internal crack tip using synchrotron white X-ray

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 桐山 幸治*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 西村 優*; 三浦 節男*; 小林 道明*

Materials Science Forum, 638-642, p.2476 - 2481, 2010/01

A transmission imaging and a strain mapping in the vicinity of a crack tip in steel were investigated using a high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. Low-alloy and high-tensile steel was used as a specimen prepared in the G-type geometry with a rectangular sectional part of 5 mm thickness for a four-point bending. As the results, the transmitted image of the crack showed that the crack in the specimen was propagated deeper than that on the surface. It became clear by the numerical simulation that the FWHM of diffracted X-ray profile measured near the crack tip was increased due to the steep change in the strain distribution. It was confirmed that the synchrotron white X-ray was useful for the imaging of the internal crack and the strain mapping near it.

論文

放射光白色X線を用いたCTによる丸棒鋼内部き裂の観察とその先端近傍のひずみマッピング

柴野 純一*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

材料, 58(7), p.596 - 602, 2009/07

A computerized tomography and a strain mapping near a crack tip in material were investigated using a white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. The computerized tomography of the crack in the specimen was carried out by using the CCD camera that can detect indirectly the X-ray transmitted through the specimen. To measure the strain using the energy dispersive X-ray diffraction technique. As the results, the computerized tomography of the crack in the specimen under the tensile loading was practicable by using the white X-ray. The map of the internal strain near the crack tip of the specimen could be obtained using the high energy white X-ray. It was confirmed that the maximum tensile strain was distributed circularly along the crack tip estimated by CT.

論文

放射光白色X線による内部き裂先端近傍のイメージングとひずみマッピングの検討

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 桐山 幸治; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 西村 優*; 三浦 節男*; 小林 道明*

材料, 57(7), p.667 - 673, 2008/07

An imaging and a strain mapping in the vicinity of crack tip in materials were investigated using high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 Japan. Low-alloy and high-tensile steel (JIS G3128 SHY685) was used as a specimen shaped into G-type and introduced a fatigue crack into the beam of it. As the results, the imaging of the crack of the length of about 1mm in the specimen with loading of crack opening is practicable by using high energy synchrotron white X-ray. The plastic region estimated from the distribution of FWHM almost agreed with the theoretical value calculated by fracture mechanics. It was confirmed that the high energy white X-ray was useful for the imaging of the crack and the strain mapping in the vicinity of it in the depth of the order of millimeter.

論文

Measurement of internal strain in materials using high energy white X-ray at SPring-8

柴野 純一*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 金子 洋; 小林 道明*

Materials Science Forum, 571-572, p.267 - 270, 2008/00

In this paper, the strain in the bulk of material was measured using high energy white X-rays from synchrotron radiation sources of BL14B1 and BL28B2 at SPring-8 in Japan. JIS-S45C carbon steel and JIS-SHY685 high-tensile steel were used as specimens. As a result, the internal strain of SHY685 of 15 millimeters thickness could be evaluated using X-rays with energy of 155 keV diffracted by $$alpha$$-Fe321 lattice plane. It is suitable for the high accuracy measurement to include more than or equal to 5000 grains of crystal in the gauge volume. Furthermore, the measurement error peak count and the profile which is close to Gaussian curve. However, the measurement accuracy of the internal strain of S45C was relatively low. Because the diffracted X-ray peak counts at each measurement position fluctuated with the relationship between grain size of S45C and the irradiated X-ray beam size.

口頭

BL28B2における放射光白色応力測定

桐山 幸治; 柴野 純一*; 平田 智之*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*

no journal, , 

加工や外的圧力によって金属材料に生じた残留応力は、その材料の強度特性を変化させ、変形や疲労破壊などの原因となることがある。著者らはSPring-8の高輝度・高指向性・高エネルギーの放射光白色X線を用いて、共用ビームラインBL28B2において金属材料内部の残留応力測定手法の確立を試みた。その結果、厚さ5, 10, 15mmの試料を透過した回折線を測定することができ、その回折線ピークエネルギーの変化割合を算出することによって、試料内部のひずみ分布を求めることができた。これらの結果は、ひずみゲージで測定した同試料の負荷ひずみ分布とほぼ一致した。しかし、ひずみ分布は回折面によってばらつき度合いが異なる場合があり、回折X線のエネルギー領域や結晶粒レベルでの応力変動の影響を検討する必要性が示唆された。今後は、光学系・測定系の高精度化や材料ごとの結晶特性に応じた最適測定条件などを明確にし、さらに白色X線によって得られる複数の回折線を同時に解析に利用することで、金属材料中に存在する応力分布をより正確に定量評価できるようにしていく予定である。

口頭

高エネルギー放射光白色X線による鉄鋼材料溶接部の応力測定

桐山 幸治; 柴野 純一*; 西村 優*; 菖蒲 敬久; 金子 洋; 梶原 堅太郎*; 鈴木 賢治*

no journal, , 

鉄鋼材料に見られる応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking:以下SCC)の原因は、溶接部近傍の微小領域における残留応力が関係していると考えられ、SCC機構解明のために残留応力測定が必要とされる。本研究では、SPring-8の日本原子力研究開発機構専用ビームラインBL14B1において高エネルギー放射光白色X線を用いた鉄鋼材料の溶接部の表面から内部の応力測定法の検討を行った。低合金高張力鋼(WEL-TEN)を材質とするスポット溶接試験片に高エネルギーの放射光白色X線を照射した。厚さ5mmの試料内部を透過してきた回折X線をGe半導体検出器で測定し、試料深さ方向・水平方向に走査することにより溶接部の2次元ひずみ分布を求めた。その結果、複数の結晶面から得られた回折X線において、スポット溶接部及び熱影響部近傍においてひずみや塑性域に関連する半価幅の分布を測定することができた。放射光白色X線を用いた本測定手法によって鉄鋼材料中の溶接部近傍の内部ひずみの分布を非破壊で評価できることが示された。今後SCC機構解明のキーポイントとなる鉄鋼材料の溶接部における材料の内部応力の詳細を明らかにすることが期待できる。

口頭

白色X線を用いた鉄鋼材料内部き裂のCT観察とひずみ分布測定

桐山 幸治; 柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 金子 洋; 西村 優*; 新居 恭征*

no journal, , 

鉄鋼材料の応力腐食割れ原因の一つとして溶接部近傍の残留応力が上げられるが、その機構解明のためにはき裂の進展具合の把握と溶接部近傍の内部ひずみ分布の理解が必要である。本研究では、SPring-8のビームラインBL28B2において高エネルギー放射光白色X線を用いて人工的にき裂をいれた鉄鋼材料のCTスキャンとき裂周辺部のひずみマッピングを行った。その結果、CTによって有負荷時のき裂開放状態において試料内部のき裂が明確に観察することができた。また、そのデータを元にき裂周辺部の内部ひずみ分布を測定したところ、CT画像と整合のある分布結果が得られた。これより放射光白色X線を用いたイメージング技術と内部ひずみ測定技術を組合せて、総合的に解析することで鉄鋼材料の内部状態の理解に大変有効であるということがわかった。

口頭

放射光白色X線を用いた鉄鋼材料内部のき裂イメージングと応力マッピング

桐山 幸治; 柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 金子 洋; 西村 優*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

鉄鋼材料の応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking: SCC)の機構解明には、溶接部近傍に内在する残留応力とそこで発生するき裂の進展状況を理解することが重要である。そこで、本研究では、SPring-8のビームラインBL14B1及びBL28B2において高エネルギー放射光白色X線を用いて人工的にき裂をいれた鉄鋼材料のき裂周辺部のイメージングと内部応力測定を行った。その結果、有負荷時のき裂開放状態において、イメージング画像によって試料内部のき裂を観察することができた。また、き裂周辺部の内部ひずみ分布を測定したところ、イメージング画像と整合のある結果が得られた。これより放射光白色X線を用いたイメージング技術と内部ひずみ測定技術を組合せて、総合的に解析することで鉄鋼材料の内部状態の理解に大変有効であるということがわかった。

口頭

放射光白色X線CTを用いた鉄鋼材料内部疲労き裂分布の詳細観察

桐山 幸治; 柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

溶接部近傍で発生する鉄鋼材料の応力腐食割れの機構を解明するためにはき裂の進展具合と溶接部近傍の内部ひずみ分布を非破壊で測定する必要がある。本研究では、SPring-8のビームラインBL28B2において高エネルギー放射光白色X線を用いて人工的にき裂をいれた鉄鋼材料のCTスキャンを行った。その結果、CTによって有負荷時のき裂開放状態において試料内部のき裂が明確に観察することができた。また、そのデータを元にき裂周辺部の内部ひずみ分布を測定したところ、CT画像と整合のある分布結果が得られた。これより放射光白色X線を用いたCT技術は、内部ひずみ測定技術を組合せることで鉄鋼材料の内部状態の理解に大変有効であるということがわかった。

口頭

Study of computerized tomography and strain mapping in the vicinity of crack tip in steel material using synchrotron white X-ray

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 桐山 幸治; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

A computerized tomography and a strain mapping in the vicinity of a crack tip in steel were investigated using a high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. Low-alloy and high-tensile steel (JIS G3128 SHY685) was used as a specimen prepared in the cylindrical geometry. A fatigue crack was introduced into the specimen by a cyclic loading. As the results, the computerized tomography of the crack in the specimen under the loading of crack opening was practicable by using the synchrotron white X-ray. The contour map of the internal strain near the crack tip of the steel of 5mm diameter could be obtained using the white X-ray with energy ranging from 50keV to 150keV. It was confirmed that the synchrotron white X-ray is useful for the computerized tomography of the internal crack and the strain mapping near it.

口頭

5mm径鋼棒内部き裂の放射光白色X線CTによる検出とひずみ分布測定

柴野 純一*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

高エネルギー白色X線を用いて、疲労き裂を導入した5mm径の鉄棒内部CT観察及びひずみ分布測定を実施した。その結果、内部に広がるき裂の形状、及びその周りに広がるひずみ分布を非破壊で測定することに成功した。

口頭

Laser assisted thoracic surgery for the tiny nodule in the lung

古本 秀行*; 臼田 実男*; 前原 幸夫*; 今井 健太郎*; 石角 太一郎*; 本多 英俊*; 岡 潔; 梶原 直央*; 大平 達夫*; 池田 徳彦*

no journal, , 

原子力機構において技術開発を進めてきた複合型光ファイバは、高エネルギーと映像情報の両方を扱うことができる特殊なファイバである。この複合型光ファイバは、核融合炉及び大型原子力施設における保守保全技術開発に役立つ特殊ツールとして誕生した。原子炉内部の燃料集合体や熱交換器の伝熱配管など、本ファイバが役立つ狭隘箇所は数多くある。本技術は汎用性が高いため、現在では、種々の計測機器と統合された診断治療機器として医療分野への応用を積極的に推進中である。本研究では、腫瘍切除のために胸部外科手術を実施する患者に対し、複合型光ファイバスコープを予め経気管支的にアクセスさせ、肺を切除した後に肺の外部から腫瘍位置を確認することが可能かどうかについて検討を行った。この目的のため、実際に切除した人の肺の中に、複合型光ファイバスコープを挿入してアクセスした結果、腫瘍の位置が肺の外部から確認可能であることが明らかとなった。これによって、胸部外科手術の腫瘍位置確認に対する新たな手法として、複合型光ファイバスコープによるアシストが有用であることを示した。

口頭

非破壊CT-XRD連成法による花崗岩割れ目部分に注入したグラウトの観察

人見 尚*; 梶原 堅太郎*; 杉山 隆文*; 佐藤 稔紀

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発の一環として、坑道の覆工や止水のためのグラウト材料の岩盤への影響について研究を行っている。大規模放射光施設のX線源を用い、非破壊で供試体内部の変質状況をX線CTで把握し、注目する微小領域のX線回折を行う、非破壊CT-XRD連成観察法を開発した。本報告では、この観察法をグラウト材を注入した花崗岩の割れ目部分に適用し、構成鉱物やグラウトの構成材について観察し、同手法の有効性を確認した結果を示す。

口頭

Nondestructive evaluation and 3-D imaging of impact damage in CFRP/Ti fibre-metal laminates using synchrotron radiation laminography

中谷 隼人*; 梶原 堅太郎*; 秋田 貢一; 荻原 慎二*

no journal, , 

ファイバーメタル積層材(FML)は、金属箔とFRP(繊維強化プラスチック)板を積層したハイブリッド材料であり、既に複数の航空機に適用された実績がある。FMLは、吸収係数が大きく異なる材料が積層されており、そのため、内部損傷の非破壊観察が、従来の実験室的なラジオグラフィやX線CT装置では困難であった。ここでは、放射光ラミノグラフィという3Dイメージング技術を用いて、FMLのひとつであるCFRP/Ti積層板に付与した面外衝撃損傷の観察を試みた。実験は、SPring-8のBL19B2で実施した。得られた画像から、Ti層のき裂や、繊維破断、マトリクスのき裂、層間剥離といった各損傷モードの見え方を確認した。さらに、スライス画像を3次元的に再構成することで、衝撃損傷の3次元イメージングが可能であることを示した。

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