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論文

Downward terrestrial gamma-ray flash observed in a winter thunderstorm

和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 古田 禄大; 湯浅 孝行*; 中村 佳敬*; 森本 健志*; 松元 崇弘*; 牧島 一夫*; 土屋 晴文

Physical Review Letters, 123(6), p.061103_1 - 061103_6, 2019/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:82.27(Physics, Multidisciplinary)

During a winter thunderstorm on 2017 November 24, a strong burst of gamma-rays with energies up to $$sim$$10 MeV was detected coincident with a lightning discharge, by scintillation detectors installed at Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Plant at sea level in Japan. The burst had a sub-second duration, which is suggestive of photoneutron productions. The leading part of the burst was resolved into four intense gamma-ray bunches, each coincident with a low-frequency radio pulse. These bunches were separated by 0.7$$-$$1.5 ms, with a duration of $$<$$1 ms each. Thus, the present burst may be considered as a "downward" terrestrial gamma-ray flash (TGF), which is analogous to up-going TGFs observed from space. Although the scintillation detectors were heavily saturated by these bunches, the total dose associated with them was successfully measured by ionization chambers, employed by nine monitoring posts surrounding the power plant. From this information and Monte Carlo simulations, the present downward TGF is suggested to have taken place at an altitude of 2500$$pm$$500 m, involving $$8^{+8}_{-4} times10^{18}$$ avalanche electrons with energies above 1 MeV which is comparable to those in up-going TGFs.

論文

Gamma-ray glow preceding downward terrestrial gamma-ray flash

和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中村 佳敬*; 古田 禄大; 湯浅 孝行*; 中澤 知洋*; 森本 健志*; 佐藤 光輝*; 松元 崇弘*; 米徳 大輔*; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.67_1 - 67_9, 2019/06

 被引用回数:18 パーセンタイル:89.5(Physics, Multidisciplinary)

Two types of high-energy events have been detected from thunderstorms. One is "terrestrial gamma-ray flashes" (TGFs), sub-millisecond emissions coinciding with lightning discharges. The other is minute-lasting "gamma-ray glows". Although both phenomena are thought to originate from relativistic runaway electron avalanches in strong electric fields, the connection between them is not well understood. Here we report unequivocal simultaneous detection of a gamma-ray glow termination and a downward TGF, observed from the ground. During a winter thunderstorm in Japan on 9 January 2018, our detectors caught a gamma-ray glow, which moved for $$/sim$$ 100 s with ambient wind, and then abruptly ceased with a lightning discharge. Simultaneously, the detectors observed photonuclear reactions triggered by a downward TGF, whose radio pulse was located within $$sim$$ 1 km from where the glow ceased. It is suggested that the highly-electrified region producing the glow was related to the initiation of the downward TGF.

論文

Termination of electron acceleration in thundercloud by intracloud/intercloud discharge

和田 有希*; Bowers, G. S.*; 榎戸 輝揚*; 鴨川 仁*; 中村 佳敬*; 森本 健志*; Smith, D.*; 古田 禄大*; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; et al.

Geophysical Research Letters, 45(11), p.5700 - 5707, 2018/06

 被引用回数:16 パーセンタイル:79.35(Geosciences, Multidisciplinary)

An on-ground observation program for high energy atmospheric phenomena in winter thunderstorms along Japan Sea has been performed via lightning measurements of $$gamma$$-ray radiation, atmospheric electric field and low-frequency radio band. On February 11, 2017, the radiation detectors recorded $$gamma$$-ray emission lasting for 75 sec. The $$gamma$$-ray spectrum extended up to 20 MeV and was reproduced by a cutoff power-law model with a photon index of 1.36$$^{+0.03}_{-0.04}$$, being consistent with a Bremsstrahlung radiation from a thundercloud (as known as a $$gamma$$-ray glow). Then the $$gamma$$-ray glow was abruptly terminated with a nearby lightning discharge. The low-frequency radio monitors, installed $$sim$$50 km away from Noto School, recorded intra/inter-cloud discharges spreading over $$sim$$60km area with a $$sim$$300 ms duration. The timing of the $$gamma$$-ray termination coincided with the moment when a sequence of intra/inter-cloud discharges passed 0.7 km horizontally away from the radiation monitors. The atmospheric electric-field measurement presented that negative charge was located in the cloud base and not neutralized by the lightning discharge. This indicates that the $$gamma$$-ray source was located at an higher region than the cloud base.

論文

Characterization of LiNbO$$_3$$ single-crystal substrates irradiated with electrons

宮崎 尚*; 守本 純*; 戸田 耕司*; 小野田 忍; 大島 武

Japanese Journal of Applied Physics, 50(7), p.07HB07_1 - 07HB07_4, 2011/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

Electron irradiation effects on lithium niobate (LiNbO$$_3$$) single crystals have been investigated by photoacoustic spectroscopy (PAS), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and Raman scattering spectroscopy. As a result of PAS and FT-IR, it was found that the oxygen vacancies are generated in LiNbO$$_3$$ by electron irradiation. The Raman signal intensity observed from as-sliced surface decreases with increasing electron fluence, although the signal intensity observed from mirror-polished surface is not changed. The differences in these results are related to surface composition. Therefore the control of the composition is the most important to avoid the effects of electron irradiation to LiNbO$$_3$$.

論文

Improvement of hydrogen absorption characteristics of Pd using irradiation of heavey ions

阿部 浩之; 青根 茂雄*; 森本 亮*; 内田 裕久*; 大島 武

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 36(1), p.133 - 135, 2011/03

これまでに、パラジウム(水素吸蔵材料)について、重イオン照射により欠陥導入させることで表面構造が乱れ、それにより表面改質効果が生じ、水素吸蔵能向上が見込まれることを見いだしている。本研究ではその表面状態についてさらに詳細な知見を得るため、表面仕事関数測定により電子状態を調べ、初期水素吸蔵反応速度との相関関係を調べた。照射イオンはNイオン,Crイオン,Agイオン,Xeイオン照射を実施し、ドーズ量は10$$^{14}$$$$sim$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$とした。水素吸蔵反応速度測定により、イオン照射したPdは未照射Pdに比べ反応速度が3$$sim$$10倍速くなることを確認し、仕事関数測定ではイオン照射のドーズ量の増加に伴い、仕事関数値が負側へシフトすることが判明した。これより、イオン照射により表面構造が乱され、表面電子状態が不安定になった結果、水素原子が取り込まれやすい状態となり、初期水素吸蔵反応速度が速くなったと結論できる。

論文

Raman and FT-IR spectroscopy of electron irradiated LiNbO$$_3$$

宮崎 尚*; 守本 純*; 戸田 耕司*; 小野田 忍; 大島 武

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.226 - 229, 2010/10

LiNO$$_3$$ has several advantages for opto-electronic and acousto-optic applications including waveguides, modulators, second harmonic generators and surface acoustic wave (SAW) devices. In this study, we characterized the defects in electron irradiated LiNbO$$_3$$ single crystal substrates using Raman. The Raman peak of symmetrical O-Nb-O bending mode drastically decreased with increasing electron irradiation. It is thought that the electron irradiation gives the biggest influence on the Nb-O bond.

論文

Ion-irradiation effects of hydrogen absorption in palladium metal

米田 安宏; 田村 和久; 阿部 浩之; 大島 武; 森本 亮*; 内田 裕久*; 水木 純一郎

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 33(4), p.1053 - 1056, 2008/12

水素吸蔵合金であるパラジウムの特性を改変するためにN$$^+$$イオン照射を行い、エッチングなどによる表面改変に比べ大幅に改善されることがわかった。このしくみを理解するために表面構造を電子顕微鏡で、またミクロスコピックな構造を放射光X線を用いて調べた。N$$^+$$イオンはパラジウム金属中に留まることはないため、イオン照射時に生じる格子欠陥が水素吸蔵過程に変化をもたらしていると考えられる。SEM観察からは金属パラジウムの表面自体は照射前から圧延時の痕跡が見られ、照射による表面積の拡大が水素吸蔵に影響を与えているとは考えられない。したがって、X線によって明らかとなった格子欠陥によるミクロ構造の変化が本質的に水素吸蔵量と関係していると考えられる。

口頭

イオン照射によるPdの電気化学的水素吸収特性の変化

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

Pdは水素吸収(吸蔵)する単体金属である。また実用材料としての水素吸蔵合金はニッケル水素電池の負極材やそのほかさまざまな用途に用いられている。これら材料の水素吸蔵性能を大幅向上させることは実用上重要である。そこでわれわれはイオン照射による吸蔵能向上を検討するため、PdへのCrイオン及びXeイオン照射を実施し、水素吸収初期反応速度や水素吸放出前後の仕事関数測定をして評価した。その結果、未照射に比べ、照射量変化による水素吸収初期反応速度の向上,表面仕事関数の負方向へのシフトや水素吸収速度が最大で10倍程度の向上を示した。

口頭

イオン照射によるPdの水素吸蔵特性とその表面改質効果

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

水素吸放出可能な単体金属材料として、パラジウム(Pd)がよく知られている。材料の水素吸蔵能高機能化や水素吸蔵反応についてのメカニズム解明(モデル化)につながるデータ取得のために、材料改質に有効な手法であるイオン照射を行った。照射によるPdの欠陥形成過程や表面活性について、水素吸蔵初期反応速度測定やPd表面における仕事関数測定により評価を行った。その結果、照射によってPd表面を活性状態にさせることで、未照射Pdに比べ数倍高い水素化速度を示すことがわかった。また仕事関数に関しては、照射量の増加に伴い未照射Pdよりも低い値になることが見いだされた。このことにより、アルカリ溶液中での水素吸蔵実験では、アルカリ単原子がPd表面上に吸着することで、仕事関数の減少が生じ、それにより水分子とPd表面上での電子交換が早まり、結果としてH$$_{2}$$Oの解離反応が促進され、水素吸蔵初期反応速度が向上したと推測される。

口頭

Effect of surface modifications of Pd by ion irradiation on the characteristics of hydrogen absorption

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

パラジウム(Pd)にイオン照射を行い欠陥を導入することで、表面改質が生じ、水素吸蔵能力が向上することを見いだした。さらに、表面状態の理解のために仕事関数測定を行った。イオン照射はCrイオンを用い、エネルギー350keV,ドーズ量10$$^{14}$$-10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$の範囲で行った。水素吸蔵初期反応速度を調べたところ、照射により未照射に比べ、最大で5倍吸蔵初期反応が早まることが判明した。その際の仕事関数の変化を求めたところ未照射Pdを基準として、負方向に約0.11eVシフトすることが見いだされた。ドーズ量の増加によりこの値はさらに負側にシフトした。仕事関数値が負側にシフトすることは、実験装置内の水溶液中での電子交換が容易になることを意味し、このことにより水素原子が取り込みやすくなり、結果として吸蔵初期反応が向上したと推測される。

口頭

オーストラリア北部におけるラドンの移流拡散解析と測定

鳥居 建男; 城戸 寛子*; 横山 直美*; 黒澤 直弘*; 秋田 学*; 中村 佳敬*; 森本 健志*; 牛尾 知雄*; 河崎 善一郎*

no journal, , 

世界有数の雷多発地帯であるオーストラリア北部において、大気中放射性物質のラドンが雷活動に与える影響を評価するために、地域気象モデルと物質輸送モデルを元にラドンの広域拡散モデルを構築し、大気中ラドンの移流拡散解析を行うとともに、乾季から雨季への移行時の同地域でのラドン濃度の測定結果と比較した。

口頭

Short-range to long-range order structure change of Mg-Fe alloys

米田 安宏; 阿部 浩之; 大島 武; 森本 亮*; 内田 裕久*

no journal, , 

メカニカルアロイ法で作成したMgFe合金は固溶限界を超えるMg組成の合金を作製することが可能である。通常の合金合成では8mol%程度しか固溶しないところ、15mol%までのBCC組成のMg組成の合金を得た。一般に合金では組成が拮抗すると結晶性が低下しBragg反射のブロードニングが生じるが、MgFe合金の場合、Mg組成が増大するにつれ、Bragg反射のピークがシャープになるという観測結果が得られた。このような特徴のある合金構造を明らかにするためにSPring-8偏向電磁石ビームラインBL14B1を用いて構造解析を行った。用いた解析手法はPair-distribution function methodである。解析の結果、MgとFeのイオンサイズの違いがもたらす排除体積効果によって、Mg組成の少ないところではランダム配置であったMg-Mgの関係がMg組成の増大に伴ってorderしていくことがわかった。

口頭

Effects of ion beam modification on the hydrogen storage characteristics of palladium

阿部 浩之; 森本 亮*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

われわれはこれまでに、水素吸蔵材料(Pd)について、イオン照射により欠陥導入させることで表面が改質し、水素吸蔵能の向上が見込まれることを見いだしている。本研究では、表面状態に関する知見を得るため、仕事関数測定により表面の電子状態を調べた。イオン照射Pdの水素吸蔵効果を仕事関数測定と水素吸蔵測定,表面欠陥状態と水素吸蔵能の相関について調べた。Nイオン,Crイオン,Agイオン照射(エネルギー:keV級,MeV級,ドーズ量:10$$^{14}$$-10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$)を行ったPdの水素吸蔵初期反応速度を調べたところ、未照射Pdに比べ速くなることを確認した。また仕事関数測定では、エネルギー,ドーズ量の増加に伴い、仕事関数値が負側へシフトしていくことが判明した。このことは、イオン照射により表面電子状態が不安定になったことを意味しており、その結果、電子交換が容易になり、水素原子が取り込みやすくなったため、水素吸蔵初期反応速度が向上したと考えられる。

口頭

電子線照射した半絶縁性6H-SiC単結晶基板の評価

宮崎 尚*; 守本 純*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

6H-SiC(Silicon Carbide)に1$$times$$10$$^{16}$$及び5$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^2$$のフルエンスの1MeVの電子線を照射し、透過型フーリエ変換型赤外分光(FT-IR)を用いた評価を行った。FT-IR測定の結果、照射前の試料では、2850cm$$^{-1}$$, 2300cm$$^{-1}$$及び2100cm$$^{-1}$$付近にピークが観察された。また、波数が2000cm$$^{-1}$$以下になると急激に透過しなくなることも明らかとなった。さらに、1450cm$$^{-1}$$付近に鋭いピークが観測された。未照射の試料と比較して、照射した試料の分光透過率は、減少する傾向も併せて観測され、特に、2500cm$$^{-1}$$を超える領域では、波数が大きくなるほど顕著に透過率が減少することがわかった。また、照射前に2850cm$$^{-1}$$あたりに検出されるC-H結合は、電子線照射後に減少したが、このことは、電子線照射によって、ダングリングボンドが増加した可能性を示唆している。

口頭

電子線照射した6H-SiC単結晶の光音響分光

若林 啓美*; 宮崎 尚*; 岡本 庸一*; 守本 純*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

単結晶6H-SiCに電子線を照射し、生成された欠陥等を光音響分光法(PAS)により評価した。360nmから410nmと480nm以上でブロードなピークが確認された。さらに5$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^2$$の試料には620nmから660nmに大きなピークが確認された。同様の実験をLiNbO$$_3$$に行っているが、SiCのほうが電子線を照射したことによる変化は小さいことがわかった。PAS測定の結果から、6H-SiCのほうがLiNbO$$_3$$よりもはるかに放射線に対し耐性があることが示された。

口頭

電子線照射した半絶縁性6H-SiC単結晶の光音響分光法による評価

若林 啓美*; 宮崎 尚*; 岡本 庸一*; 守本 純*; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

電子線照射した炭化ケイ素(SiC: Silicon Carbide)中の照射欠陥を光音響分光法(PAS:Photoacoustic Spectroscopy)にて測定した。PASは、通常行われるフォトルミネッセンス法による測定と異なり、非発光の欠陥を評価することができる。電子線照射した後、PASにより欠陥を評価したところ、シリコン(Si)空孔もしくはSi関連欠陥と考えられるピークを検出することができた。以上のように、通常の発光を用いた評価方法では検出することのできなかった電子線誘起欠陥をPAS法により検出することができた。

口頭

堆積軟岩における大深度立坑掘削に伴う崩落対策工の検討

萩原 健司*; 名合 牧人*; 南出 賢司*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 傳馬 啓輔*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 工藤 元; 津坂 仁和

no journal, , 

北海道天塩郡幌延町において建設を進めている地下研究施設の立坑においては、「高抜け」を誘発する可能性のある、断層破砕帯やブレイクアウトに起因する地山の崩落が発生している。これらの崩落を抑制する対策工を検討した結果、通常2m(無支保区間最大3m)の掘削長を1m(無支保区間最大2m)として、1mの掘削と1mの覆工を繰り返す、1覆工長を短縮する案が最も有効であることが明らかとなった。

口頭

堆積軟岩における大深度立坑掘削に伴う崩落対策工の効果

南出 賢司*; 萩原 健司*; 名合 牧人*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 傳馬 啓輔*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 工藤 元; 津坂 仁和

no journal, , 

立坑掘削では、断層破砕帯やブレイクアウト現象の影響による地山の崩落に起因する、「高抜け」と呼ばれる現象を抑制しなければならない。北海道天塩郡幌延町において建設を進めている幌延地下研究施設の立坑において、高抜け誘発する断層破砕帯やブレイクアウトを抑制する対策工の検討を行い、ステップ長の変更、及び増しロックボルトを実施した結果、崩落対策として有効であり、覆工の健全性が確保されることが明らかとなった。

口頭

堆積軟岩における大深度立坑掘削時の先受ボルトの効果について

萩原 健司*; 南出 賢司*; 名合 牧人*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 工藤 元; 津坂 仁和

no journal, , 

北海道天塩郡幌延町において建設を進めている地下研究施設の立坑では、発破掘削を採用している影響により発生したと考えられる地山の割れ目(以下、掘削性割れ目という)が壁面観察時に多く確認されている。これらの掘削性割れ目は、覆工コンクリートの変位を誘発し、圧縮応力の増加が懸念されるため、対策として先受けボルト工を行い、掘削性割れ目を抑制することができた。

口頭

堆積軟岩における立坑の覆工コンクリートのひび割れ発生メカニズムと抑制

南出 賢司*; 萩原 健司*; 名合 牧人*; 小川 弘之*; 宇山 幹紀*; 木須 芳男*; 森本 勤*; 矢吹 義生*; 工藤 元; 稲垣 大介; et al.

no journal, , 

北海道天塩郡幌延町において建設を進めている幌延地下研究施設の立坑において、覆工コンクリートの東西方向にひび割れが発生する事象が確認されている。本発表はその覆工コンクリートのひび割れの発生メカニズムを分析した結果とこれまでに行ったひび割れ抑制対策について報告するものである。

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