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論文

環境試料中ストロンチウム-90分析用自動化システムの性能試験

藤田 博喜; 野島 健大; 永岡 美佳; 大澤 崇人; 横山 裕也; 小野 洋伸*

KEK Proceedings 2016-8, p.168 - 172, 2016/10

平成25年1月から平成27年3月までの期間において、復興促進プログラム(マッチング促進)として、「環境試料中ストロンチウム-90($$^{90}$$Sr)分析用自動化システムの開発」に取り組んだ。灰試料(農畜産物及び海水産物)を対象としてストロンチウムを単離するまでの工程を自動化することはできたが、実際の試料中$$^{90}$$Sr濃度測定を行うことができていなかったため、本システムによる分析を実施し、作業者による分析・測定結果と比較することにした。また、システムを改良し、各分析工程における装置の性能を向上させることができたので、その内容についても報告する。

論文

Non-destructive depth analysis of the surface oxide layer on Mg$$_{2}$$Si with XPS and XAS

江坂 文孝; 野島 健大; 鵜殿 治彦*; 間柄 正明; 山本 博之

Surface and Interface Analysis, 48(7), p.432 - 435, 2016/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:81.42(Chemistry, Physical)

X線光電子分光法(XPS)は、固体試料の非破壊化学状態分析に広く用いられている。この方法では、イオンビームスパッタリングを併用することにより深さ方向分析が可能である。しかし、スパッタリングはしばしば偏析や選択的な原子の放出を引き起こし、正確な情報が得らえない場合がある。一方、放射光からのエネルギー可変X線の利用は、スパッタリングなしでの深さ方向分析を可能とする。本研究では、放射光X線を励起源としたXPSおよびX線吸収分光法(XAS)による深さ方向分析法について、Mg$$_{2}$$Si単結晶の表面酸化層の分析を例に、検討を行った。その結果、本法により非破壊での深さ方向分析が可能であり、Mg$$_{2}$$Si単結晶の表面酸化層としてSi-OあるいはSi-O-Mg層が形成されることがわかった。

論文

環境試料中ストロンチウム-90分析用自動化システムの開発

野島 健大; 藤田 博喜; 永岡 美佳; 大澤 崇人; 横山 裕也; 小野 洋伸*

KEK Proceedings 2015-4, p.111 - 115, 2015/11

$$^{90}$$Sr分析を放射性ストロンチウム分析法(文部科学省、放射能測定法シリーズ2)に従って、環境レベルの$$^{90}$$Sr濃度を自動で分析するシステムを開発したので、その成果を報告する。本研究では、この分析における湿式灰化、化学分離、イオン交換に係るそれぞれの工程を、ロボットや自動加熱装置等を組み合わせて、自作の制御プログラムにより、自動で分析できるようになった。

論文

Using LiF crystals for high-performance neutron imaging with micron-scale resolution

Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.

High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.57(Optics)

This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 $$mu$$m and a linear response with a dynamic range of at least 10$$^{3}$$. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.

論文

Depth analysis of the surface of Mg$$_{2}$$Si crystals with XAS and XPS

山本 博之; 野島 健大; 江坂 文孝

Photon Factory Activity Report 2014, Part B, P. 112, 2015/00

シリコンを材料とする電子デバイスのうち、金属シリサイドはその有効性から幅広く研究されている。その材料表面の化学状態の分析は、優れたホモエピタキシャル膜作製の上で重要である。本研究では、Mg$$_{2}$$Si単結晶を対象に、X線光電子分光法(XPS)および部分電子収量によるX線吸収分光法(XAS)を用い、非破壊で表面の深さ方向の化学状態分析を行った。その結果、Si 1s XPSスペクトルからは、SiOが表面に形成されていることが示された。また、SiO$$_{2}$$に起因するピークは観測されなかった。さらに、Si K吸収端XASスペクトルにおいてもSiO構造に起因するピークが得られた。以上の結果より、Mg$$_{2}$$Siの表面にはSiO酸化層が形成されていることを明らかにした。

論文

Fabrication of fine imaging devices using an external proton microbeam

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 石井 保行; 大島 明博*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.238 - 241, 2014/08

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

プロトンマイクロビームによる微細加工技術を利用して、微細な六角柱による周期構造を有する蛍光板の作製を行った。その手順としては、紫外線硬化樹脂に蛍光体粉を混入し、原子力機構-TIARAにおいて3MeVプロトンマイクロビームのパターン照射を行った。照射後の試料はエタノールで洗浄し、未照射部位の紫外線硬化樹脂を取り除き、さらに塩酸によるエッチング処理を施した。作製した蛍光板は、可視光・紫外線照明下での光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡で観察を行った。その結果、ミクロンオーダーの微細な構造を有する蛍光板が作製できていることが確認できた。この新たな蛍光板は、中性子やX線,イオンビーム等の高分解能な検出素子として利用できると思われる。

論文

Non-destructive depth profiling of Au/Si(100) with X-ray absorption spectroscopy

山本 博之; 野島 健大; 江坂 文孝

Photon Factory Activity Report 2013, Part B, P. 227, 2014/00

本研究では、部分電子収量法をX線吸収分光法(XAS)に応用することにより、従来まで困難であった化学状態の情報を含む非破壊深さ方向プロファイリングを実現させることを目的とした。Si(100)基板上に蒸着したAu(1-10nm)を試料として用い、測定する電子エネルギーを5-50eVの範囲で変化させることによりXASスペクトルを得た。この結果、電子エネルギーの変化に対応してSi/Au比は大きく変化することを明らかにした。本手法は化学状態を含む非破壊深さプロファイリング法として有効であることが期待される。

論文

Micromachining of commodity plastics by proton beam writing and fabrication of spatial resolution test-chart for neutron radiography

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 加田 渉; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 石井 保行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 306, p.299 - 301, 2013/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:34.56(Instruments & Instrumentation)

Proton Beam Writing (PBW) is a direct-write technique for producing high-aspect-ratio micro- and nano-structures in resist material. This technique is a promising method for micromachining of commodity plastics such as acrylic resin. In this paper, we introduce fabrication of microscopic devices made of a relatively thick ($$sim$$75 $$mu$$m) acrylic sheet. An optimization of the fluence of 3 MeV proton beam to induce the chain scission in the sheet was performed at Takasaki Advanced Radiation Research Institute, JAEA. A software program that converts image pixels into coordinates data has been developed, and a fine jigsaw puzzle was fabricated on the sheet. The piece size of jigsaw puzzle is 50 $$times$$ 50 $$mu$$m. For practical use, A line and space test-chart for spatial resolution measurement on neutron radiography was also successfully created.

論文

A Line pair indicator made of Gd film for evaluating spatial resolution

安田 良; 松林 政仁; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 片桐 政樹*; 高野 勝昌*; Pikuz, T.; Faenov, A.*

Physics Procedia, 43, p.196 - 204, 2013/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:35.3

A device for evaluating spatial resolution of a neutron imaging system was developed. By laser processes the line-pair patterns were fabricated on the 5 micrometer thick Gd film evaporated on a glass plate. Large line-pairs ranging from 0.2 to 2 mm wide were machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser with 30 micometer in spot size and displayed on a brightness field. Small line-pairs ranging from 0.01 to 0.1 mm wide were done by eximer laser as a dark field. In the results of SEM observation, although the large line-pairs machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser chipped on the corner of the Gd bars, difference between the measured and designed line-pair eidthe controled within 20 micormeter absolutely. In small line-pairs below 0.1 mm processed by the eximer laser, sharper edge could be formed than that in the large line-pairs. In neutron imaging tests using a LiF/ZnS(Ag) scintillator and a CCD camera system, good contrast images were obtained at brightness field even in 5 micrometer thick. Small line-pairs on the dark field were observed at a LiF single crystal detector, which has ultra-high spatial resolution around 5 micrometer. Split of the small line-pairs even in 0.01 mm wide were shown with good contrast on the image.

論文

Investigation of the brightness enhancement using brightness enhancement films on a scintillator

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 齋藤 泰司*; 野島 健大; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.161 - 168, 2013/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:35.3

In neutron imaging, to enhance brightness of a neutron detector is one of the important factors which lead to shortening of imaging time, or improvement in image quality. Recently, we devised a technique to increase the light intensity of reception for a camera by adding brightness enhancement films (BEF) on the output surface of the scintillator. By using the BEF (BEF II 90/24, Vikuiti 3M), brightness was enhanced, but spatial resolution was reduced. In this study, we compared the brightness and spatial resolution using several types of BEFs with different film thicknesses and prism pitch. In brightness, although the further enhancement was observed, most influences of film thickness or a prism pitch were not recognized. In spatial resolution, when film thickness became thin, the tendency for spatial resolution to improve was recognized.

論文

Development of an imaging system for the observation of water behavior in a channel in PEFC

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 片桐 政樹*; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.282 - 287, 2013/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:20.16

発電中のJARI標準燃料電池のガス流路内における水の挙動を可視化するために、従来に比べてノイズが低いリアルタイム撮像システムを開発した。この撮像システムは、EM-CCDカメラ、高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータ及び小角スリットシステムで構成されている。EM-CCDカメラは、数秒オーダーで生じる燃料電池内部の事象を捉えることができる。高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータは原子力機構が開発したコンバータであり、TNRFで通常使用している市販のNRコンバータと比較し、高い輝度を有する。また、スリットシステムにより$$gamma$$線由来のホワイトスポットの低減を可能とし、画像データ上のピクセルにおけるミスカウントが抑止され、定量評価をするうえで効果が得られる。これらを用いて、発電中における燃料電池の可視化を行い、流路中の水分挙動をその場観察を行った。

論文

Development of a high-performance optical system and fluorescent converters for high-resolution neutron imaging

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.223 - 230, 2013/00

 パーセンタイル:100

Improvement of spatial resolution is one of the most energetic issues on neutron radiography. In this paper, two novel devices for the imaging technique will be introduced. One is high-performance optical lens for video camera systems. The lens system has 1:1 magnification and the F value of 3. The optical resolution is less than 5 micron. The other is high resolution fluorescent plate that converts neutrons into visible light. The thickness of the plate is up to 30 micron.

報告書

熱中性子ラジオグラフィ装置における燃料電池発電システムの整備

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 林田 洋寿; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

JAEA-Technology 2011-037, 33 Pages, 2012/02

JAEA-Technology-2011-037.pdf:4.12MB

JRR-3に設置されている熱中性子ラジオグラフィ装置(TNRF)で発電中における燃料電池可視化実験を行うため、TNRF専用の燃料電池発電システムを整備した。水素検知器やインターロック等の機器の装備により水素ガスリーク等の事故を抑制し、TNRFが設置されている原子炉施設内で安全に実験可能な仕様とした。JARI(日本自動車研究所)標準セルを用いた特性試験の結果、発電システムが仕様通りに動作することを確認し、その後中性子ラジオグラフィ実験に供して発電中における電池内部の水の可視化に成功した。

論文

LiF crystals as high spatial resolution neutron imaging detectors

松林 政仁; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 加藤 義章*; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.90 - 94, 2011/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.9(Instruments & Instrumentation)

中性子ラジオグラフィで標準試料として広く使用されているSensitivity Indicator(SI)をLiF結晶のカラーセンター形成による中性子イメージングに適用した。撮影はJRR-3熱中性子ラジオグラフィ装置において、SIをLiF結晶と中性子イメージングプレート(NIP)とともに直径5mmのピンホールでコリメートした熱中性子ビームに120分間照射することにより行った。過露光となったNIPからの画像読出しには連続繰返し読出し法を適用し、50$$mu$$mの画素サイズで読み出した。一方、LiFの画像は共焦点レーザー顕微鏡を用いて画素サイズ1.38$$mu$$mで読み出した。LiFとNIPにより撮影したSIの中性子透過画像を比較すると、SIのすべてのギャップ(最大250$$mu$$m,最小12.5$$mu$$m)は両者ともにはっきりと確認することができた。ステップの下にある小さな孔については、NIPでは確認できなかった。実験の結果、LiF結晶は中性子イメージング検出器として、高感度,高空間分解能,広いダイナミックレンジ等、優れた特性を有していることが確認できた。

論文

Evaluation of water distribution in a small operating fuel cell using neutron color image intensifier

安田 良; 日塔 光一*; 小長井 主税*; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 村川 英樹*; 杉本 勝美*; 野島 健大; 林田 洋寿; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.268 - 272, 2011/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:39.29(Instruments & Instrumentation)

中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子イメージインテンシファイアを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池中心部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留とともに低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止している。本稿では、こうした結果に加え、発電に伴う生成水の挙動と電圧変化との相関に関する考察したことについて述べる。

論文

Development of a small-aperture slit system for a high collimator ratio at the thermal neutron radiography facility in JRR-3

安田 良; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(7), p.1094 - 1101, 2011/07

JRR-3に設置された熱中性子ラジオグラフィ装置の$$L$$/$$D$$を向上させるために、ピンホールスリットシステムを開発した。$$L$$/$$D$$は中性子ラジオグラフィ装置における空間分解能にかかわる性能値であり、$$L$$/$$D$$が増大すると画像上のぼけが小さくなり、良好な解像度の画像を取得することができる。本研究で開発されたピンホールスリットシステムは、TNRFのビームライン上に設置され、開口部$$D$$を小さくすることにより、$$L$$/$$D$$を向上させている。特性試験の結果、$$D$$が10mm以下の場合では、$$D$$が小さくなるにつれて、画像のぼけが小さくなり、$$D$$が10mm以上となった場合、画像上のぼけにほとんど差が確認できなくなった。また、実効的なビーム領域は、約25mm$$times$$20mmであり、高空間分解能の画像を取得できる十分な視野が得られることも確認した。

口頭

中性子ラジオグラフィによる燃料電池内水分布の可視化

林田 洋寿; 安田 良; 本田 充紀; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*

no journal, , 

燃料電池開発において、フラッディング時の生成水の挙動を解明することは重要なテーマの一つである。また、実際の燃料電池の発電では、燃料電池内部が加圧条件下で発電されることがあり、加圧下でのフラッディングにおける生成水の挙動解明も重要視されている。これらのニーズに対してわれわれは中性子ラジオグラフィによる燃料電池内部の可視化を試みた。本実験に際して、燃料電池発電に必要なガス供給システムを、JRR-3M 7RポートThermal Neutron Radiography Facilityに導入した。本供給システムでは背圧により200kPa(絶対圧)を上限として加圧発電が可能である。実験では、100kPa及び200kPaの2条件において、フラッディング現象時の生成水の可視化を行った。ガス流量は両条件ともに水素20cc/min.,空気30cc/min.であった。定電流0.3A(電流密度0.15A/cm$$^2$$)の負荷開始後、背圧100kPaでは3分,6分,10分(フラッディング)、200kPaでは3分,7分(フラッディング)の経過時刻においてラジオグラフィ撮影を行った。測定の結果、カソード側流路及び、高分子膜表面に水が生成される様子が観測された。また、両圧力条件下において生成水発生の傾向には特徴的な差異はなく、圧力による影響はみられなかった。

口頭

燃料電池内部可視化のための高空間分解能中性子ラジオグラフィの開発

安田 良; 林田 洋寿; 酒井 卓郎; 本田 充紀; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*

no journal, , 

中性子ラジオグラフィは、比較的実機に近い燃料電池内部の水分布を可視化する手法として有望視されているが、拡散層やMEA内部の微小領域における水分挙動把握のためには、より高い空間分解能が要求されている。中性子ラジオグラフィの高空間分解能化のために、コリメータ比を向上させるピンホールコリメータシステムを製作し、その特性評価を行った。その結果、コリメータ比の向上とともにぼけが小さくなり、解像度の良い画像が得られることを確認した。また、本機器を用いて発電状態下の燃料電池内部可視化試験も行い、画像上で流路や拡散層における水分布を確認することができた。

口頭

中性子ラジオグラフィによる発電下における燃料電池内部の水分布評価

安田 良; 塩澤 方浩*; 竹中 信幸*; 浅野 等*; 林田 洋寿; 酒井 卓郎; 本田 充紀; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁

no journal, , 

中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布可視化に有効な技術である。本研究では、高輝度・高空間分解能中性子イメージング検出器の中性子IIを用いて、小型燃料電池内部を発電開始からフラッディングに起因すると考えられる電圧降下までの過程を連続的に観察した。発電過程において、電池内部のMEA・拡散層部から水が生成し、徐々に流路端部の両側から滞留していく様子を確認した。一方で、発電時の電池電圧は水分の滞留と伴に低下し、流路端部の水滴が結合した直後に急激な電圧降下が生じ発電を停止した。以上の結果から、急激な電圧降下は、水分による流路閉塞が原因と考えられることがわかった。

口頭

FOPを用いたイメージングシステムの開発

本田 充紀; 安田 良; 林田 洋寿; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

no journal, , 

中性子による燃料電池内部可視化技術は光学レンズとCCD検出器を組合せたシステムや、中性子イメージインテンシファイアを用いた研究が盛んに行われている。可視光光学系技術にFiber Optics Plate(FOP)カップルCCD検出器がある。これは光ファイバーを数千本から数万本束ねたものをCCD検出器にカップルさせたもので、光学レンズを用いないためレンズの焦点合わせが不要で変換効率が高いことから簡便で高分解能化が期待できる。今回従来のFOPを改良した低NA(低開口数)タイプのFOPを開発し中性子による可視化実験へ向けた前段階として軟X線によるイメージング試験を行ったので報告する。放射光軟X線をNi gridに照射し蛍光体で可視光に変換したものをFOPを介してCCD検出器により可視化した。その結果Ni gridのシャープなエッジを確認した。試作のFOPよりさらに高画素なFOPの開発についてと空間分解能評価について、変調伝達関数(MTF)などによる評価結果を報告する。

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