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報告書

平成29年度無人飛行機を用いた放射性プルーム測定技術の確立(受託研究)

眞田 幸尚; 西澤 幸康*; 越智 康太郎; 結城 洋一*; 石崎 梓; 長田 直之*

JAEA-Research 2018-009, 48 Pages, 2019/01

JAEA-Research-2018-009.pdf:14.77MB

原子力施設の事故時において、住民の避難計画の決定には放出された放射性プルームの挙動予測が不可欠である。現在は、大気拡散シミュレーションを基本とした予測システムは原子力防災のツールとして実用化されているものの、放射性プルームを実測できるツールは存在しない。本研究では、技術革新の著しい無人飛行機を用いて、大気中の放射性物質濃度を地上からの寄与や機体への汚染と弁別して測定できるシステムの試作機の開発を行った。また、前年度実施した放射性プルームのレスポンス計算に重要なパラメータとなる機体への沈着速度を求めるため、模擬エアロゾルを用いた暴露実験を実施した。さらに、検出システムの開発とともに、プルームの動きをリアルタイムに予測し、最適なフライトプランを導出するアルゴリズムの開発を行った。本レポートは3か年計画の2年目の成果をまとめたものである。

論文

Powder neutron diffraction study of HoCoGa$$_{5}$$

小林 理気; 金子 耕士; 脇本 秀一; Chi, S.*; 眞田 直幸*; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*

Journal of the Korean Physical Society, 63(3), p.337 - 340, 2013/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:30.06(Physics, Multidisciplinary)

We have studied the magnetic structure of HoCoGa$$_5$$ which shows successive magnetic phase transition at $$T_{N1}$$ = 9.6 K and $$T_{N2}$$ = 7.5 K by using powder neutron diffraction. The data indicates magnetic reflection peaks with propagation vector $$q_L$$ = (1/2 0 0.35) at $$T_{N2} < T < T_{N1}$$ (AFIC phase), and then the propagation vector changes to $$q_{C}$$ = (1/2 0 1/2) below $$T_{N2}$$ (AFC phase). In addition, the temperature dependence of magnetic reflection intensity shows temperature hysteresis at $$T_{N2}$$. These results suggest that the transition at $$T_{N2}$$ is an incommensurate to commensurate first order transition. From our analysis, we have decided that the magnetic structure at 3.5 K is collinear antiferromagnetic one with propagation vector $$q_C$$, and magnitude of magnetic moment is 8.6(2) $$mu_B$$ along the $$c$$-axis. This structure is same as TbCoGa$$_5$$ which is proposed existence of component separated magnetic order due to the competition between magnetic and quadrupolar interactions.

論文

NMR determination of noncollinear antiferromagnetic structure in TbCoGa$$_5$$

徳永 陽; 齋藤 庸*; 酒井 宏典; 神戸 振作; 眞田 直幸*; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*; 川崎 裕*; 岸本 豊*

Physical Review B, 84(21), p.214403_1 - 214403_7, 2011/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:39.13(Materials Science, Multidisciplinary)

本論文はTbCoGa$$_5$$において特異な磁気構造が実現していることをGa核のNMR研究により明らかにしたものである。TbCoGa$$_5$$は単純な結晶構造にもかかわらず低温で非常に複雑な磁性を持ち、その起源として磁気双極子と電気四極子相互作用の競合という新規なメカニズムが提唱されていた。本研究によりこの物質の基底状態における磁気秩序構造が初めて明らかになった。同定された磁気構造は2つの波数ベクトルを持ったノンコリニアー型の構造であり、この特異な磁気構造はこの物質における複雑な電子間相互作用の存在を示している。本論文ではその起源の一つとして、上記の磁気双極子と電気四極子相互作用の競合に加え、TbGa正方格子内に内在する磁気的なフラストレーションの可能性を新たに指摘した。

口頭

部分成分磁気秩序物質TbCoGa$$_5$$の共鳴X線散乱法による磁気構造解析

道村 真司; 稲見 俊哉; 眞田 直幸*; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*

no journal, , 

正方晶系希土類化合物TbCoGa$$_5$$は、T$$_{N1}$$=36.2K, T$$_{N2}$$=5.4Kで部分成分磁気秩序と呼ばれる2段階の磁気逐次相転移を示す。高温側(T$$_{N1}>$$T$$>$$T$$_{N2}$$)では磁気モーメントのc軸方向の成分、低温側(T$$_{N2}>$$T)ではab面内方向の成分が秩序化する。部分成分秩序の要因として、4f電子の多重極子相互作用と磁気的相互作用の競合が予想されている。今回、部分成分秩序に伴う磁気モーメントの秩序状態を調べるため、SPring-8/BL22XUで単結晶TbCoGa$$_5$$の共鳴X線磁気散乱実験を行った。実験より、1/2 0 9/2反射では、$$pi$$-$$sigma$$'散乱過程と$$pi$$-$$pi$$'散乱過程の強度が、各々T$$_{N1}$$とT$$_{N2}$$以下で増大し、秩序パラメーター(磁気秩序ベクトルk=(1/2 0 1/2))であることを確認した。特に、散乱面がb軸に対して垂直であるアジマス角$$Psi$$=0$$^{circ}$$での$$pi$$-$$pi$$'散乱強度の増大より、T$$_{N2}$$以下で、b軸方向に磁気モーメントが傾いていることがわかった。ここで、b軸は磁気秩序ベクトルと直交した軸である。さらに、アジマス角依存性の測定により、磁気モーメントの傾斜角も調べ、磁気秩序状態における磁気モーメントの方向を決定することができた。

口頭

中性子で見るTbCoGa$$_5$$の逐次相転移

金子 耕士; 眞田 直幸*; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*; 長壁 豊隆

no journal, , 

正方晶TbCoGa$$_5$$は、$$T_{rm N1}$$=36.2,Kの磁気転移に引き続き、低温の$$T_{rm N2}$$=5.4,Kで逐次相転移を示す。粉末中性子回折の結果から、この転移が${textbf{textit{q}}}$=(1/2,0,1/2)の反強磁性秩序であること、さらに高温側の転移$$T_{rm N1}$$$$c$$軸成分のみが先に秩序し、遅れて$$T_{rm N2}$$で、$$c$$面内成分が秩序化する、部分成分磁気秩序モデルが提唱された。今回、この逐次相転移を詳細に調べるため、単結晶試料中性子散乱実験を行った。$$T_{rm N1}$$以下で${textbf{textit{q}}}$=(1/2,0,1/2)の磁気反射が現れ、$$T_{rm N2}$$以下で強度が大幅に変化していることが確認された。ピーク強度解析の結果、$$T_{rm N2}$$で以下で面内成分が現れ、${textbf{textit{q}}}$=(1/2,0,1/2)に対し、$$b$$軸成分であることを明らかにした。これは共鳴X線回折の結果とも一致している。詳細な解析と合わせ、臨界散乱について報告する。

口頭

Non-collinear antiferromagnetic structure in TbCoGa$$_5$$

徳永 陽; 齋藤 庸*; 酒井 宏典; 神戸 振作; 眞田 直幸*; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*; 川崎 裕*; 岸本 豊*

no journal, , 

TbCoGa$$_5$$は単純な結晶構造にもかかわらず低温で非常に複雑な磁性を持ち、その起源として磁気双極子と電気四極子相互作用の競合という新規なメカニズムが提唱されている。本研究ではGa核のNMR測定から秩序相における内部磁場の大きさと方向を決定し、群論的考察から低温での特異な磁気構造を同定することに初めて成功した。NMRで同定された磁気構造は2つの波数ベクトルを持ったノンコリニアー型の反強磁性構造であり、このような特異な磁気構造は通常、幾何学的なフラストレーションを持つ系において出現する。しかしこの物質では本来幾何学的なフラストレーションは存在しない。この物質における複雑な電子間相互作用の存在を示している。講演では同じ局在f電子系の化合物であるUPd$$_3$$のNMR研究の結果についても報告する予定である。

口頭

RCoGa$$_5$$(R=Tb, Ho)の磁気構造解析

金子 耕士; 脇本 秀一; Chi, S.*; 眞田 直幸*; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*; 小林 理気

no journal, , 

最近、TbCoGa$$_{5}$$において多極子自由度が関係する部分成分磁気秩序の存在が報告され、RCoGa$$_{5}$$(R=重希土類)の物性や磁気構造に注目が集まっている。そこで、以前、われわれのグループで測定を行ったTbCoGa$$_{5}$$の中性子散乱実験に加えて、今回、新たにHoCoGa$$_{5}$$の粉末中性子回折実験を行い、その磁気構造を明らかにした。発表では得られた磁気構造をTbCoGa$$_{5}$$の磁気構造と比較することでその特徴や関連性などについて議論する。

口頭

$$R$$CoGa$$_{5}$$($$R$$=Tb, Dy, Ho)の磁気構造解析

小林 理気; 金子 耕士; 脇本 秀一; Chi, S.*; 眞田 直幸*; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*

no journal, , 

最近TbCoGa$$_{5}$$で観測された逐次転移についてマクロ測定や粉末中性子回折実験から部分成分磁気秩序転移であることが示唆されており、その起源として磁気相互作用と多極子相互作用の競合が提案されていることから注目を集めている。前回われわれはTbと同じ様な逐次転移を示すHoCoGa$$_{5}$$の粉末中性子回折実験を行い,この物質では部分成分磁気秩序は存在せず9.6Kで非整合反強磁性に秩序した後に7.5Kで整合反強磁性秩序に一次転移することを明らかにした。今回われわれはさらに$$T_mathrm{N1}$$=24Kと$$T_mathrm{N2}$$=22.7Kで逐次転移を示すDyCoGa$$_{5}$$の粉末中性子回折実験を行った。1.5Kのデータでは磁気散乱ピークと思われる2つの明確なピークが観測され、これらはそれぞれ低角から(1/2 0 1/2)と(1/2 1 1/2)の指数を付けることができる。これらの指数から1.5Kでの反強磁性秩序の伝播ベクトルはTbCoGa$$_{5}$$の中間相やHoCoGa$$_{5}$$の低温相と同じ$$q$$=(1/2 0 1/2)である可能性が高い。発表では今後測定予定である長積算時間のデータについても報告する予定である。

口頭

単結晶中性子回折装置SENJUでのRCoGa$$_{5}$$(R=Tb, Dy, Ho)の磁気構造解析

川崎 卓郎; 金子 耕士; 綿貫 竜太*; 眞田 直幸*; 鈴木 和也*; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 及川 健一; 田村 格良; 中尾 朗子*; et al.

no journal, , 

物質の磁気的性質を調べるための方法として、中性子回折を用いた磁気構造解析は最も基礎的かつ信頼できる手法の一つである。広い波長領域を利用できるパルス中性子回折と広い検出器立体角を組み合せることで、磁気相転移に伴い出現する磁気反射を整合・非整合構造に関わらず容易に発見でき、数多くの反射を効率的に測定できるため精度よい解析が可能となる。単結晶中性子回折装置SENJUは微小な試料を用いた様々な試料環境下での物質の結晶・磁気構造解析を目指して設計・建設され、MLF/J-PARCのBL18で2012春から稼働を開始した。豊富な物性を示すことで知られている115化合物と呼ばれる物質の、TbCoGa$$_{5}$$とDyCoGa$$_{5}$$、およびHoCoGa$$_{5}$$において温度変化に伴う反強磁性的な相転移が報告されているが、詳細な磁気構造は明らかになっていない。今回、我々はこの三つの物質についてSENJUを用いた磁気構造解析を試みたので、その結果について報告する。

口頭

プルーム中を飛行する無人機に付着するエアロゾル量の推定

長田 直之*; 石崎 梓; 西澤 幸康*; 結城 洋一*; 眞田 幸尚

no journal, , 

環境放射線の測定を目的とした小型無人飛行機を用いたモニタリング技術は、福島第一原子力発電所事故を契機とする放射性物質の拡散状況を調査するために有用な手法と考えられている。無人飛行機がプルーム中を飛行すると、プルームに含まれる放射性エアロゾルが飛行機に付着し、その放射線が線量測定を妨害する可能性がある。本研究では、さまざまな条件下で無人飛行機体に付着するエアロゾルの量を測定し、その影響を考察した。

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