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報告書

2022年度夏期休暇実習報告

石塚 悦男; Ho, H. Q.; 北川 堪大*; 福田 理仁*; 伊藤 諒*; 根本 将矢*; 楠木 捷斗*; 野村 拓朗*; 長瀬 颯太*; 橋本 温希*; et al.

JAEA-Technology 2023-013, 19 Pages, 2023/06

JAEA-Technology-2023-013.pdf:1.75MB

「HTTRに関する技術開発」をテーマとした2022年度夏期休暇実習において、5つの大学から8名が参加した。参加者は、原子力電池の検討、HTTR炉心の燃焼解析、$$^{252}$$Cf製造の検討、冷却機能喪失時の挙動解析、炉容器近傍の熱流動解析について実習した。実習後のアンケートでは、就業体験として有益であったこと、一部の学生においては自身の研究に役立ったこと、他の大学生との議論が良い経験となった等の感想があり、本実習は概ね良好な評価を得た。

論文

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

小惑星試料中の炭素をはじめとする主要元素の濃度は、地球上の生命の誕生や太陽系の進化について非常に重要な情報を与えてくれる。ミュオンX線を用いた元素分析は、固体物質の元素組成を決定する最も優れた分析方法の一つであり、特にバルク試料中の軽元素濃度を非破壊で測定できる唯一の方法である。我々は、探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから回収した貴重な微小試料中の炭素などの主要元素の濃度を測定するために、ミュオンX線を用いた新しい分析システムを開発した。この分析システムは、ステンレス製の分析チャンバー、クリーンな環境で小惑星サンプルを操作するためのアクリル製のグローブボックス、分析チャンバーを囲むように配置されたGe半導体検出器から構成されている。測定に重要なバックグラウンドレベルを含め、分析装置の性能は初期から後期まで大幅に向上した。フィージビリティスタディの結果、最新型のミュオンX線分析装置は、「はやぶさ2」のサンプルモデル中の炭素濃度を6日間の測定で10%以下の不確かさで決定できることがわかった。

論文

Evolution of austenite lattice parameter during isothermal transformation in a 0.4 C low alloyed steel

Wang, Y.*; 友田 陽*; 大村 孝仁*; Gong, W.; Harjo, S.

Materialia, 27, p.101685_1 - 101685_9, 2023/03

The evolution of internal stress during displacive transformation is a topic of continuous debate. Neutron diffraction was used to study the isothermal bainite transformation in a 0.4 C low alloyed steel from 773 to 623 K to provide a clearer basis for discussion regarding the change in the austenite lattice parameter. According to diffraction profile analysis, fresh bainite possesses a body-centered tetragonal structure, and its c/a ratio decreases rapidly over time. The austenite lattice parameter increases or decreases depending on whether the transformation temperature is above or below the nose of the Time-Temperature-Transformation (TTT) curve. This isothermal transformation behavior can be divided into two categories: above and below the nose of TTT curve, which correspond to the upper and lower bainites, respectively. The internal stresses caused by the transformation strains are relaxed by dislocation motion and vacancy formation. The yielded dislocations and vacancies not only affect the broadening of both austenite and bainitic ferrite diffraction peaks but also the lattice parameter.

論文

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:11.71(Engineering, Electrical & Electronic)

超伝導転移端センサー(TES)マイクロ熱量計は、優れたエネルギー分解能と高い効率を持った、加速器施設での実験に理想的なX線検出器である。高強度パルス荷電粒子ビームを用いたTES検出器の性能を研究するために、日本の陽子加速器研究施設(J-PARC)でパルスミュオンビームを用いてX線スペクトルを測定した。X線エネルギーの実質的な時間的シフトがパルスミュオンビームの到着時間と相関していることを発見した。これは、最初のパルスビームからのエネルギー粒子の入射によるパルスパイルアップによって合理的に説明された。

論文

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:78.48(Physics, Multidisciplinary)

超伝導遷移エッジ型センサーマイクロカロリメーターを用いて、鉄のミュー原子から放出される電子$$K$$X線を観測した。FWHMでの5.2eVのエネルギー分解能により、電子特性$$K$$$$alpha$$および$$K$$$$beta$$X線の非対称の広いプロファイルを約6keVの超衛星線$$K$$$$alpha$$線とともに観察することができた。このスペクトルは、電子のサイドフィードを伴う、負ミュオンと$$L$$殻電子による核電荷の時間依存スクリーニングを反映している。シミュレーションによると、このデータは電子$$K$$殻および$$L$$殻の正孔生成と、ミュオンカスケードプロセス中のそれらの時間発展を明確に示している。

論文

Continuous and discontinuous yielding behaviors in ferrite-cementite steels

Wang, Y.*; 友田 陽*; 大村 孝仁*; Gong, W.*; Harjo, S.; 田中 雅彦*

Acta Materialia, 196, p.565 - 575, 2020/09

 被引用回数:26 パーセンタイル:90.87(Materials Science, Multidisciplinary)

The continuous and discontinuous yielding behaviors in ferrite-cementite steels were complementarily investigated via nano- and macroscale deformation examinations. The results obtained by electron microscopy, synchrotron X-ray, and neutron diffractions indicate that the ferrite-cementite interface of the heat-treated specimen is semi-coherent with a high internal stress field, whereas that of the recrystallized one is incoherent with a low internal stress field. Moreover, coherency strain, which depends on the total area of the ferrite-cementite interface, and thermal strain, which is governed by temperature, are the two factors that influence peak broadening. The nanoindentation tests revealed that the critical loads are significantly lower near the semi-coherent interface than those near the incoherent interface and the ferrite grain boundary; this suggests that dislocations are easily emitted from the semi-coherent interface.

論文

Influence of carbon concentration and magnetic transition on the austenite lattice parameter of 30Mn-C steel

友田 陽*; 村上 俊夫*; Wang, Y. X.*; 大村 孝仁*; Harjo, S.; Su, Y. H.; 篠原 武尚

Materials Characterization, 163, p.110243_1 - 110243_8, 2020/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:33.57(Materials Science, Multidisciplinary)

In this study, the effects of carbon concentration and magnetic transition on the austenite lattice parameter of Fe-30Mn-$$x$$C alloys were assessed. A linear relationship was obtained between the carbon content and the lattice parameter determined by neutron diffraction and neutron Bragg-edge transmission imaging for austenitic steels bearing 0.007-1.20 mass% C. The results obtained through both methods showed good agreement. In addition, carbon partitioning was evaluated in artificially piled-up discs with different carbon contents in order to develop a new technique for advanced multi-phase steels. The analysis of asymmetry and broadening of the diffraction line profile revealed that the carbon partitioning could be determined. In conclusion, the results presented herein expand the current knowledge on the properties of high Mn austenite.

論文

1.5Mn-1.5Si-0.2C鋼におけるフェライト-パーライト変態その場中性子回折

友田 陽*; Wang, Y.*; 大村 孝仁*; 関戸 信彰*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Gong, W.*; 谷山 明*

鉄と鋼, 106(5), p.262 - 271, 2020/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

The phase transformation behavior from austenite upon cooling in a 1.5Mn-1.5Si-0.2C steel was ${it in situ}$ monitored using dilatometry, X-ray and neutron diffractions. The starting temperature of ferrite transformation was in good agreement between dilatometry and neutron diffraction, whereas much higher in X-ray diffraction. Such a discrepancy in transformation temperature is attributed to the change in chemical composition near the surface of a specimen heated to elevated temperatures in a helium gas atmosphere for X-ray diffraction. ${it In situ}$ neutron diffraction enables us to investigate the changes in lattice constants of ferrite and austenite, which are affected by not only thermal contraction but also transformation strains, thermal misfit strains and carbon enrichment in austenite. Pearlite transformation started after carbon enrichment in austenite reached approximately 0.7 mass% and contributed to diffraction line broadening.

論文

Real time observation of martensite transformation for a 0.4C low alloyed steel by neutron diffraction

Wang, Y.*; 友田 陽*; 大村 孝仁*; 諸岡 聡; Gong, W.*; Harjo, S.

Acta Materialia, 184, p.30 - 40, 2020/02

 被引用回数:25 パーセンタイル:87.37(Materials Science, Multidisciplinary)

A high-intensity and high-resolution neutron diffractometer with a thermomechanically controlled processing simulator was employed in-situ to investigate martensite transformation behavior with and without ausforming for a medium-carbon low-alloy steel. Serial neutron diffraction profiles have revealed that the transformation behavior could be successfully monitored during quenching with and without the ausforming process. The lattice parameter and the full width at half maximum of austenite peaks significantly decreases and increases upon martensite transformation, respectively. After ausforming, the data reveal that lattice parameters are larger in austenite whereas smaller in martensite compared with those in the non-ausformed case, which is ascribed to the introduced dislocations. The cutting-edge operant quantitative measurements with neutron diffraction for steel production is demonstrated.

論文

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

AA2017-0455.pdf:1.15MB

 被引用回数:15 パーセンタイル:63.95(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。

論文

Hardness modification of Al-Mg-Si alloy by using energetic ion beam irradiation

植山 大地*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 大村 孝仁*; 千星 聡*; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 351, p.1 - 5, 2015/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:40.2(Instruments & Instrumentation)

We have irradiated Al-Mg-Si alloy with 5.4 MeV-16 MeV several ion species at room temperature so far, and have found that ion irradiation is a useful tool for controlling the surface hardness for the alloy. In the present study, we tried several experiments as some applications of ion beam irradiation for hardness modifications of the alloy. Main results are as follows; (1) the combination of ion beam irradiation and the subsequent thermal aging are effective for the hardness modification of the alloy, and (2) designated regions and areas of the specimen can be hardened by changing the energy of ion beam and producing the irradiated area and unirradiated area of the surface. Then, we can expand the possibility of the ion beam irradiation as a new process for the three-dimensional hardness modification of Al-Mg-Si alloy.

論文

Radiation-induced swelling and softening in magnesium aluminate spinel irradiated with high-flux Cu$$^{-}$$ ions

Lee, C. G.; 大村 孝仁*; 武田 良彦*; 松岡 三郎*; 岸本 直樹*

Journal of Nuclear Materials, 326(2-3), p.211 - 216, 2004/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:29.31(Materials Science, Multidisciplinary)

耐照射損傷材として注目されているMg-Alスピネルにおいて、大電流イオン照射による体積及び硬度の変化を調べた。イオン照射は、60keV銅負イオンを線量3$$times$$10$$^{16}$$ions/cm$$^{2}$$に固定し、最大線量率100$$mu$$A/cm$$^{2}$$まで行った。ナノインデンテーションで測定した硬度は全体に照射に伴い大きな減少を示した。硬度のイオン線量率依存性は体積変化の線量率依存性と強い相関を示し、硬度が減少すると体積が増加することがわかった。照射後のRBS測定結果、非晶質化は起きていないことから、本研究での照射誘起軟化の原因は一般に知られている照射誘起非晶質化ではないことを意味する。一方、光吸収の測定結果から、スピネル結晶の陰イオン副格子での照射誘起点欠陥及びその集合体が、照射誘起スエリングに大きく関与していることがわかった。

口頭

Development on non-destructive muonic X-ray analysis of carbonaceous chondrites; Feasibility test for returned samples from C-type asteroids

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

no journal, , 

ミュオンを用いた元素分析法であるミュオン捕獲特性X線分析は、試料を非破壊で分析できる優れた手法であり、はやぶさ2やOSIRIS-RExなどの小惑星サンプルリターン試料への適用が期待できる。そこでC型小惑星に近似していると考えられる炭素質コンドライトを用いて、本手法の有効性を検証した。

口頭

J-PARCにおけるCdTe-DSDを用いたミュオンX線による非破壊三次元元素イメージング法の開発

Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*; 水本 和美*; 齋藤 務*; 久保 謙哉*; 梅垣 いづみ*; et al.

no journal, , 

文化財には、素材の外観を変えずに非破壊で分析する手法が望まれている。文化財にはさまざまな形状やサイズがあり、金属の溶解状態や内部の化学変化を調べるには3次元(3D)元素イメージングが重要と思われる。近年、32$$times$$32mmという大面積の二次元イメージング検出器(CdTe-DSD)を開発され、軽元素の3D可視化をすることが可能となった。本研究では、4台CdTe-DSDを統合した新型CTスキャンシステムを用いて、四谷一丁目跡から出土した小型るつぼの元素3次元イメージングを行った。本報告は、これまでの研究成果とこれからの計画を紹介する。

口頭

CdTe検出器を用いた負ミュオンによる考古学試料の3D元素イメージングの開発

Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*; 久保 謙哉*; 水本 和美*; 齋藤 努*; 梅垣 いづみ*; et al.

no journal, , 

物質に負ミュオンを捕捉させたのちに放出される、高いエネルギーのミュオン特性X線を用いた物質内部の非破壊元素分析法の開発が行われている。我々は天文学に使われている二次元テルル化カドミウム硬X線検出器(CdTe-DSD)を活用し、4台CdTe-DSDを使用する3Dイメージングシステムを開発した。J-PARC/MUSEで負ミュオンビームを用いて考古資料の3D元素イメージングを行い、ケイ素と酸素の三次元分布を確認できた。本発表はこれまでの研究進捗を紹介する。

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