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Development of nondestructive elemental analysis system for Hayabusa2 samples using muonic X-rays

大澤 崇人; 長澤 俊作*; 二宮 和彦*; 高橋 忠幸*; 中村 智樹*; 和田 大雅*; 谷口 秋洋*; 梅垣 いづみ*; 久保 謙哉*; 寺田 健太郎*; et al.

ACS Earth and Space Chemistry (Internet), 7(4), p.699 - 711, 2023/04



Non-destructive elemental analysis of lunar materials with negative muon beam at J-PARC

Chiu, I.-H.; 寺田 健太郎*; 大澤 崇人; Park, C.*; 竹下 聡史*; 三宅 康博*; 二宮 和彦*

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012004_1 - 012004_6, 2023/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.21

今までの10年間で、負のミュオンビームを使用した非破壊元素分析が進歩しつつある。この方法では、サンプルに損傷を与えることなく、バルク材料の元素組成を決定するために使用できる。本研究では、ステンレス製の分析チャンバーに設置されたNWA482隕石の負ミュオン照射実験を行った。分析チャンバーにはヘリウムガスが充填され、空気散乱ミュオンによるバックグラウンド信号が抑制された。試料中のAl, Fe, Ca, Mg, Si, OからのミュオンX線は、分析チャンバーの周囲に配置された6つのゲルマニウム半導体検出器を使用して検出された。サンプルのX線自己吸収効果を補正するために、さらにGeant4ツールキットによるモンテカルロシミュレーションを使用した。シミュレーションからの補正を導入し、ミュオンX線測定の定量分析を行った。その結果、NWA482データに基づいて隕石中の各元素の分析感度を調べることに成功した。


Atmospheric resuspension of insoluble radioactive cesium bearing particles found in the difficult-to-return area in Fukushima

Tang, P.*; 北 和之*; 五十嵐 康人*; 佐藤 志彦; 畑中 恒太郎*; 足立 光司*; 木名瀬 健*; 二宮 和彦*; 篠原 厚*

Progress in Earth and Planetary Science (Internet), 9(1), p.17_1 - 17_15, 2022/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:71.85(Geosciences, Multidisciplinary)

The deposition of insoluble radiocesium bearing microparticles (CsMPs), which were released from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (F1NPP) accident in March 2011, has resulted in the widespread contamination of eastern Japan. Obviously, these deposited insoluble CsMPs may become the secondary contamination sources by atmospheric migration or other environmental transferring process, however, the understanding of the transport mechanism remains non-elucidation, and the relevant evidence has not been directly provided. This study, for the first time, provides the direct evidence for the resuspension of these insoluble CsMPs to the atmosphere from (1) proximity of $$^{137}$$Cs radioactivity and resemblance of the morphology and the elemental compositions of CsMPs in the samples of soil and aerosol derived from the same sampling site, (2) the special characteristics of the resuspended CsMPs of which the ratios of Na/Si, K/Si and/or Cs/Si were smaller than those from the initially released CsMPs collected at either long distance or near F1NPP, which can be ascribed to the slowly natural corrosion of CsMPs by the loss of the small amount of soluble contents in CsMPs, and (3) high CsMPs concentration of 10 granules/gram in the surface soil of our sampling site, and high resuspension frequency of CsMPs in spring when predominant suspended particles were soil dust.


Dynamical response of transition-edge sensor microcalorimeters to a pulsed charged-particle beam

奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I.-H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31(5), p.2101704_1 - 2101704_4, 2021/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.3(Engineering, Electrical & Electronic)



Deexcitation dynamics of muonic atoms revealed by high-precision spectroscopy of electronic $$K$$ X rays

奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I. H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.

Physical Review Letters, 127(5), p.053001_1 - 053001_7, 2021/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:78.76(Physics, Multidisciplinary)



Structural and compositional characteristics of Fukushima release particulate material from Units 1 and 3 elucidates release mechanisms, accident chronology and future decommissioning strategy

Martin, P. G.*; Jones, C. P.*; Bartlett, S.*; Ignatyev, K.*; Megson-Smith, D.*; 佐藤 志彦; Cipiccia, S.*; Batey, D. J.*; Rau, C.*; 末木 啓介*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10, p.22056_1 - 22056_17, 2020/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:8.01(Multidisciplinary Sciences)

The structural form and elemental distribution of material originating from different Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant reactors (Units 1 and 3) is hereby examined to elucidate their contrasting release dynamics and the current in-reactor conditions to influence future decommissioning challenges. Complimentary computed X-ray absorption tomography and X-ray fluorescence data show that the two suites of Si-based material sourced from the different reactor Units have contrasting internal structure and compositional distribution. The known event and condition chronology correlate with the observed internal and external structures of the particulates examined, which suggest that Unit 1 ejecta material sustained a greater degree of melting than that likely derived from reactor Unit 3. In particular, we attribute the near-spherical shape of Unit 1 ejecta and their internal voids to there being sufficient time for surface tension to round these objects before the hot (and so relatively low viscosity) silicate melt cooled to form glass. In contrast, a more complex internal form associated with the sub-mm particulates invoked to originate from Unit 3 suggest a lower peak temperature, over a longer duration. Using volcanic analogues, we consider the structural form of this material and how it relates to its environmental particulate stability and the bulk removal of residual materials from the damaged reactors. We conclude that the brittle and angular Unit 3 particulate are more susceptible to further fragmentation and particulate generation hazard than the round, higher-strength, more homogenous Unit 1 material.



五十嵐 淳哉*; Zhang, Z. J.*; 二宮 和彦*; 篠原 厚*; 佐藤 志彦; 箕輪 はるか*; 吉川 英樹

KEK Proceedings 2019-2, p.54 - 59, 2019/11



First determination of Pu isotopes ($$^{239}$$Pu, $$^{240}$$Pu and $$^{241}$$Pu) in radioactive particles derived from Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident

五十嵐 淳哉*; Zheng, J.*; Zhang, Z.*; 二宮 和彦*; 佐藤 志彦; 福田 美保*; Ni, Y.*; 青野 辰雄*; 篠原 厚*

Scientific Reports (Internet), 9(1), p.11807_1 - 11807_10, 2019/08

 被引用回数:19 パーセンタイル:66.19(Multidisciplinary Sciences)



Activity of $$^{90}$$Sr in fallout particles collected in the difficult-to-return zone around the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

Zhang, Z.*; 五十嵐 淳哉*; 佐藤 志彦; 二宮 和彦*; 末木 啓介*; 篠原 厚*

Environmental Science & Technology, 53(10), p.5868 - 5876, 2019/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:66.19(Engineering, Environmental)



Nuclear magnetic field in solids detected with negative-muon spin rotation and relaxation

杉山 純*; 梅垣 いづみ*; 野崎 洋*; 髭本 亘; 濱田 幸司*; 竹下 聡史*; 幸田 章宏*; 下村 浩一郎*; 二宮 和彦*; 久保 謙哉*

Physical Review Letters, 121(8), p.087202_1 - 087202_5, 2018/08

 被引用回数:17 パーセンタイル:74.35(Physics, Multidisciplinary)

Using an intense negative muon source, we have studied the internal magnetic fields in a powder sample of magnesium hydride. By extracting the signal from the negative muon captured on Mg nuclei, we found that the negative muon spin rotation and relaxation spectra clearly showed a Kubo-Toyabe type relaxation, which indicates a random magnetic field at the Mg site. The field distribution width obtained is very consistent with the predicted value at the Mg site estimated by dipole field calculations, supporting our claim to have observed the nuclear magnetic fields of hydrogens in magnesium hydride.



二宮 和彦*; 佐藤 志彦; 他53名*

KEK Proceedings 2017-6, p.31 - 34, 2017/11



Non-destructive elemental analysis of a carbonaceous chondrite with direct current Muon beam at MuSIC

寺田 健太郎*; 佐藤 朗*; 二宮 和彦*; 川島 祥孝*; 下村 浩一郎*; 吉田 剛*; 河井 洋輔*; 大澤 崇人; 橘 省吾*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.15478_1 - 15478_6, 2017/11


 被引用回数:15 パーセンタイル:64.85(Multidisciplinary Sciences)

電子やX線を用いた特性X線分析は基礎的化学分析手法として様々な分野で用いられている。近年、その高い透過性からミュオン捕獲特性X線を用いた分析手法が注目を集めている。我々はここに最新の強力なDCミュオン源であるMuSICを用いて行った炭素質コンドライトの分析結果について報告する。炭素を約2%含むJbilet Winselwan隕石を測定した結果、Mg, Si, Fe, O, S, Cからのミュオン捕獲特性X線を検出し、元素存在度のパターンはCMコンドライトとして無矛盾であった。本非破壊分析手法は炭素に高い感度を持つことから、C型小惑星からのサンプルが持ち帰られた場合にも、それを分析する強力な新手法となりえる。


Online monitoring of negative muon beam profiles at J-PARC MUSE using a gated image intensifier

伊藤 孝; 髭本 亘; 二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036014_1 - 036014_5, 2015/09

We report on negative muon beam imaging at J-PARC MUSE using a newly-developed online muon beam profile monitor. A beam spot of a 3.8-MeV pulsed negative muon beam was clearly visualized in a few minutes. Decay electron background was significantly reduced owing to high-speed gating capability of a gated image intensifier installed in the muon beam profile monitor. A 3D map of negative muon intensity distribution was obtained at around the beam exit in the D2 experimental area, using a movable feature of this instrument.


Elemental analysis system with negative-muon beam

大澤 崇人; 二宮 和彦*; 吉田 剛*; 稲垣 誠*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 三宅 康博*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.025003_1 - 025003_6, 2015/09

J-PARC Materials and Life Science Experimental Facilityに設置するための新たなミュオン捕獲蛍光X線分析装置を開発した。本報告では隕石, 標準岩石に関する予備的実験結果に関して報告する。本装置は偏向電磁石を用いて斜め下にビームを曲げる機構を有し、Ge検出器は鉛遮蔽で覆う構造を持つ。真空チェンバーはアルミ製である。実験の結果バックグラウンドの大幅な低減が確認され、隕石中の主要元素を全て非破壊で検出することに成功した。


The Development of a non-destructive analysis system with negative muon beam for industrial devices at J-PARC MUSE

反保 元伸*; 濱田 幸司*; 河村 成肇*; 稲垣 誠*; 伊藤 孝; 小嶋 健児*; 久保 謙哉*; 二宮 和彦*; Strasser, P.*; 吉田 剛*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036016_1 - 036016_6, 2015/09

We developed a low-background muonic X-ray measurement system for nondestructive elemental depth-profiling analysis. A test experiment was performed using a multi-layered sample (34-$$mu$$m Al/140-$$mu$$m C/70-$$mu$$m Cu/500$$mu$$m LiF) and characteristic muonic X-rays from $$mu$$C, $$mu$$Cu, and $$mu$$F in the sample were successfully identified. A comparison was made between the relative intensity of the characteristic muonic X-rays and simulated muon depth profiles for several muon implantation energies.


Nondestructive elemental depth-profiling analysis by muonic X-ray measurement

二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 長友 傑*; 髭本 亘; 伊藤 孝; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 鈴木 栄男*; et al.

Analytical Chemistry, 87(9), p.4597 - 4600, 2015/05

 被引用回数:24 パーセンタイル:67.95(Chemistry, Analytical)

Elemental analysis of materials is fundamentally important to science and technology. Many elemental analysis methods have been developed, but three-dimensional nondestructive elemental analysis of bulk materials has remained elusive. Recently, we developed a nondestructive depth-profiling elemental analysis method after a decade of research. This new method utilizes a new type of probe; a negative muon particle and high-energy muonic X-rays emitted after the muon stops in a material. We performed elemental depth profiling on an old Japanese gold coin (Tempo-Koban) using a low-momentum negative muon beam and successfully determined that the Au concentration in the coin gradually decreased with depth over a micrometer length scale.


Measurements of the neutron activation cross sections for Bi and Co at 386 MeV

八島 浩*; 関本 俊*; 二宮 和彦*; 笠松 良崇*; 嶋 達志*; 高橋 成人*; 篠原 厚*; 松村 宏*; 佐藤 大樹; 岩元 洋介; et al.

Radiation Protection Dosimetry, 161(1-4), p.139 - 143, 2014/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.75(Environmental Sciences)



A New X-ray fluorescence spectroscopy for extraterrestrial materials using muon beam

寺田 健太郎*; 二宮 和彦*; 大澤 崇人; 橘 省吾*; 三宅 康博*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 髭本 亘; 土山 明*; 海老原 充*; et al.

Scientific Reports (Internet), 4, p.5072_1 - 5072_6, 2014/05

 被引用回数:38 パーセンタイル:81.42(Multidisciplinary Sciences)



Microscopic evidence for long-range magnetic ordering in the $$Gamma$$$$_{8}$$ ground quartet systems Sm$$Tr$$$$_{2}$$Al$$_{20}$$ ($$Tr$$: Ti, V, Cr)

伊藤 孝; 髭本 亘; 二宮 和彦; 酒井 明人*; 中辻 知*

Journal of the Physical Society of Japan, 81(Suppl.B), p.SB050_1 - SB050_4, 2012/12

f電子系化合物$$RT_2$$Al$$_{20}$$ ($$R$$: Pr, Sm, $$T$$: Ti, V, Cr)は特異な籠状構造に起因する興味深い物性を示す。$$R$$イオンは16個ものAl原子からなる「籠」に内包されており、$$R$$サイトには対称性の高い結晶場が生じる。これにより多極子自由度が活性な結晶場基底が形成され、低温において多極子秩序が生じる。一方、多数のAl原子が$$R$$イオンに配位することにより、顕著な$$cf$$混成が生じる。$$cf$$混成の度合いは$$T$$元素の置換によってチューン可能であることから、多極子秩序に関する量子臨界性の系統的研究が可能な系として注目を集めている。本研究では、上述の議論の前提となっている多極子秩序を微視的な観点から検証するために、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$及びSm$$T_2$$Al$$_{20}$$($$T$$: Ti, V, Cr)に対して$$mu$$SR測定を行った。その結果、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$及びSm$$T_2$$Al$$_{20}$$($$T$$: Ti, V, Cr)の秩序変数が、それぞれ電気四極子と磁気多極子であることが明らかになった。


Multipole and superconducting state in PrIr$$_2$$Zn$$_{20}$$ probed by muon spin relaxation

髭本 亘; 伊藤 孝; 二宮 和彦; 鬼丸 孝博*; 松本 圭介*; 高畠 敏郎*

Physical Review B, 85(23), p.235152_1 - 235152_4, 2012/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.18(Materials Science, Multidisciplinary)


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