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論文

ブラッグエッジイメージングによるリチウムイオン電池充電量の空間分布の可視化

甲斐 哲也; 篠原 武尚

四季, 43, p.8 - 9, 2019/06

リチウムイオン電池(以下、LIB)の充電に伴って負極を構成する炭素の層間にリチウムイオンが入り、炭素の格子面間距離が広くなる。中性子ブラッグエッジイメージング技術で(002)面間隔を測定し、充電量の空間分布を可視化する手法をJ-PARCのエネルギー分析型中性子イメージング装置「螺鈿」での実用製品の研究に適用するため、20分程度まで短縮した。新品のLIBと劣化試験を行った後のLIBで充電量分布を比較し、新品では全体に均等に充電が進むのに対して、劣化LIBでは中央部に充電量が集中し、その脇で充電の進まない領域が生じていた。

論文

Recent progress on practical materials study by Bragg edge imaging at J-PARC

及川 健一; Su, Y.; 鬼柳 亮嗣; 川崎 卓郎; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Harjo, S.; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.436 - 442, 2018/12

 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

We are promoting for practical product observation by the energy-resolved neutron imaging method using high-intensity pulsed neutrons at J-PARC, under the Photon and Quantum Basic Research Coordinated Development Program from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan. Bragg edge imaging, one of the energy-resolved neutron imaging methods for visualizing material properties, was applied to feasibility study of the temperature distribution of copper rod, complementary study of the texture and strain distribution of bent steel plates using neutron diffraction and EBSD, and so on. Outline of results obtained by these imaging experiments will be presented.

論文

Study of the magnetization distribution in a grain-oriented magnetic steel using pulsed polarized neutron imaging

廣井 孝介; 篠原 武尚; 林田 洋寿*; Parker, J. D.*; Su, Y.; 及川 健一; 甲斐 哲也; 鬼柳 善明*

Physica B; Condensed Matter, 551, p.146 - 151, 2018/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

Grain oriented magnetic steel is widely used as a key material for magnetic industrial products. Since magnetic properties of steels are closely related to its magnetic domain structure, observation of the domain structure is important for understanding its magnetic properties. In this study, we attempted to observe the domain structure of a grain oriented steel using polarized pulsed neutron imaging. In the experiment, we first magnetized the sample by applying a magnetic field along the easy-to-magnetize direction via a coil, and confirmed the sample was magnetized almost uniformly from the obtained polarization distribution images. By analyzing the oscillatory behavior in the wavelength dependence of polarization, magnetization of the steel was estimated to be 1.82 T. Then, we removed the field and performed the same measurement. As a result, a striped domain structure was observed, with neighboring domains aligned anti-parallel to each other. From these results, it was demonstrated that our magnetic imaging method could visualize the magnetization and the direction of the domains in the practical steel.

論文

Characteristics of the 2012 model lithium-6 time-analyzer neutron detector (LiTA12) system as a high efficiency detector for resonance absorption imaging

甲斐 哲也; 佐藤 節夫*; 廣井 孝介; Su, Y.; 瀬川 麻里子; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 篠原 武尚; 及川 健一; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.496 - 500, 2018/12

 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

The 2012 model lithium-6 time-analyzer neutron detector (LiTA12) system, based on a lithium glass scintillator and multi-anode photomultiplier tube, has the highest neutron efficiency among the detectors for pulsed neutron imaging together with a flexibility of the efficiency by changing the thickness of the lithium glass. The authors expect this detector system could become a main detector system for the energy-resolved neutron imaging system, RADEN, at J-PARC, and have started evaluation of the LiTA12 system. For example, spatial resolution for resonance absorption imaging was evaluated by using a line-pair pattern made by 3 micro meter thick gold on a quartz plate. Less than 1 mm width line pairs were resolved at an 8 Mcps neutron counting rate and around 5 eV neutron energy.

論文

Effect of upstream beam collimation on neutron phase imaging with a Talbot-Lau interferometer at the RADEN beam line in J-PARC

關 義親; 篠原 武尚; 上野 若菜; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*

Physica B; Condensed Matter, 551, p.512 - 516, 2018/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:63.1(Physics, Condensed Matter)

3枚の格子からなる中性子タルボ・ロー干渉計は高機能なイメージング装置であり、通常の吸収コントラスト像に加えて、微分位相コントラスト像とビジビリティコントラスト像も同時に取得することができる。我々はJ-PARC MLF RADENビームラインにおいて波長分解型のタルボ・ロー干渉計の開発を進めている。干渉パターンの波長分解解析を行うことで、白色ビーム測定で生じていた色収差による系統誤差を排除するとともに、より定量的な情報を引き出すことが可能になる。この波長分解測定・解析法を前提として、RADENビームラインの波長スペクトルに最適化した干渉計の設計(中心波長・格子周期・格子間距離)を決定した。

論文

Spatial resolution test targets made of gadolinium and gold for conventional and resonance neutron imaging

瀬川 麻里子; 及川 健一; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 林田 洋寿*; 松本 吉弘*; Parker, J. D.*; 中谷 健; 廣井 孝介; Su, Y.; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 22, p.011028_1 - 011028_8, 2018/11

We have fabricated and utilized spatial resolution test targets made of gadolinium and gold for conventional and resonance neutron imaging performed at RADEN, located at beam line BL22 of the J-PARC Materials and Life Science Experimental Facility (MLF). RADEN covers a broad energy range from cold neutrons to high-energy neutrons with energy of several tens keV and was designed to perform energy-resolved neutron imaging utilizing two-dimensional detectors combined with the accurate measurement of neutron energy by the time-of-flight method. The test targets were designed to verify the spatial resolution and image uniformity of two kinds of neutron detectors, counting-type detectors and camera-type detectors. In this presentation, we report the details of these two-dimensional test targets, and the results of demonstrations using the test targets with our neutron imaging detectors. This work was supported in part by the Photon and Quantum Basic Research Coordinated Development Program from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan.

論文

Development of a polarization analysis method for visualization of the magnetic field distribution in a small electric transformer using pulsed polarized neutron imaging

廣井 孝介; 篠原 武尚; 林田 洋寿*; Parker, J. D.*; 及川 健一; Su, Y.; 甲斐 哲也; 鬼柳 善明*

JPS Conference Proceedings (Internet), 22, p.011030_1 - 011030_7, 2018/11

We have been developing magnetic imaging method for industrial products using polarized pulsed neutrons. In this presentation, we report observation results of magnetic field distribution in a small electric transformer as a demonstration of our magnetic imaging method. The polarized pulsed neutron imaging experiment was performed at BL22 RADEN at MLF of J-PARC. 9 polarization distribution images were obtained with changing incident polarization and analyzing direction in 3D. By analyzing wavelength dependent polarization position by position, distribution of field strength and direction around the core of the transformer were successfully visualized. Obtained field distribution images were well corresponded with that expected by the simulation and clearly demonstrated a leaked field from the gap of step lap.

論文

Imaging measurement of neutron attenuation by small-angle neutron scattering using soller collimator

大場 洋次郎; 篠原 武尚; 佐藤 博隆*; 小野寺 陽平*; 廣井 孝介; Su, Y.; 杉山 正明*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094004_1 - 094004_5, 2018/09

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

中性子小角散乱(SANS)は、ナノ構造の解析に有効な実験手法である。近年、中性子透過率に含まれるSANSの寄与を定量的に解析できる手法が開発され、中性子透過率スペクトルからSANSと同じくナノ構造情報が得られるようになった。これをパルス中性子透過イメージング実験に応用すれば、試料内のナノ構造の分布について高効率な2次元マッピングが可能になる。これを実現するためには、散乱中性子の検出器への入射を防ぐ必要がある。そこで本研究では、試料と検出器の間にソーラーコリメータを設置して散乱中性子を吸収、除去する方法を検討した。粒径の異なるシリカ微粒子を測定した結果、粒径によるSANSの違いを反映した中性子透過率スペクトルの違いを観測することに成功した。

論文

短パルス中性子源とエネルギー分析型中性子イメージング装置RADEN(螺鈿)による可視化技術

甲斐 哲也; 篠原 武尚; 廣井 孝介; Su, Y.; 及川 健一

非破壊検査, 67(5), p.209 - 216, 2018/05

RADENの機器構成とその役割、及び中性子ラジオグラフィ、トモグラフィの実例を示し、解説を行う。また、パルス中性子を利用した、ストロボ撮影、中性子共鳴吸収イメージング、ブラッグエッジイメージング、偏極中性子イメージングについても、手法の解説と簡単な測定例の紹介を行う。

論文

Deformation analysis of reinforced concrete using neutron imaging technique

小山 拓*; 上野 一貴*; 関根 麻里子*; 松本 吉弘*; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 飯倉 寛; 鈴木 裕士; 兼松 学*

Materials Research Proceedings, Vol.4, p.155 - 160, 2018/05

 パーセンタイル:100

We developed, in this study, a novel method to observe internal deformation of concrete by the neutron transmission imaging technique. In order to visualize the internal deformation of concrete, the cement paste markers containing Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$ powder were two-dimensionally dispersed around the ferritic deformed rebar in the reinforced concrete. This experiment was conducted using BL22, RADEN, in the Material and Life Science Experimental Facility of the Japan Proton Accelerator Research Complex. The transmission images of the reinforced concrete sample were taken at several positions on the vertical sample stage, and the displacement of the marker from the initial position was successfully evaluated within approximately $$pm$$0.1 mm accuracy by image analysis for selected markers with higher contrast and circularity. Furthermore, concrete deformation under pull-out loading to the embedded rebar was evaluated by the same way, and its reaction compressive deformation was successfully observed by analyzing the displacement of the markers. The results obtained in this study bring beneficial knowledge that the measurement accuracy of the marker displacement can be improved more by choosing a spherical shape of the marker and by increasing the contrast of the marker.

論文

Inverse pole figure mapping of bulk crystalline grains in a polycrystalline steel plate by pulsed neutron Bragg-dip transmission imaging

佐藤 博隆*; 塩田 佳徳*; 諸岡 聡; 戸高 義一*; 足立 望*; 定松 直*; 及川 健一; 原田 正英; Zhang, S.*; Su, Y.; et al.

Journal of Applied Crystallography, 50(6), p.1601 - 1610, 2017/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:20.86(Chemistry, Multidisciplinary)

A new mapping procedure for polycrystals using neutron Bragg-dip transmission is presented. This is expected to be useful as a new materials characterization tool which can simultaneously map the crystallographic direction of grains parallel to the incident beam. The method potentially has a higher spatial resolution than neutron diffraction imaging. As a demonstration, a Bragg-dip neutron transmission experiment was conducted at J-PARC on beamline MLF BL10 NOBORU. A large-grained Si-steel plate was used. Since this specimen included multiple grains along the neutron beam transmission path, it was a challenging task for existing methods to analyze the direction of the crystal lattice of each grain. A new data-analysis method for Bragg-dip transmission measurements was developed based on database matching. As a result, the number of grains and their crystallographic direction along the neutron transmission path have been determined.

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Magnetic Bragg dip and Bragg edge in neutron transmission spectra of typical spin superstructures

間宮 広明*; 大場 洋次郎; 寺田 典樹*; 渡邉 騎通*; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 及川 健一

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.15516_1 - 15516_8, 2017/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.49(Multidisciplinary Sciences)

結晶構造による中性子回折に由来する中性子透過率の減少であるブラッグディップとブラッグエッジが近年注目を集めているが、スピン配列による磁気回折に由来する磁気ブラッグディップと磁気ブラッグエッジを観測した報告はこれまでなかった。磁気ブラッグディップと磁気ブラッグエッジの観測ができると、スピン配列の解析に従来用いられてきた中性子回折法に比べ、試料環境機器の配置の自由度が格段に向上し、様々な極限環境での実験ができるようになると期待される。そこで本研究では、スピン超格子による磁気ブラッグディップと磁気ブラッグエッジの観測を目的として、典型的なスピン超格子を持つ反強磁性体であるニッケル酸化物の中性子透過率スペクトル測定を行った。その結果、単結晶では磁気ブラッグディップ、多結晶では磁気ブラッグエッジを世界で初めて観測することに成功した。

論文

種々な方法によるMn-Si-C鋼の残留オーステナイト体積率測定の比較

友田 陽*; 関戸 信彰*; 徐 平光; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 田中 雅彦*; 篠原 武尚; Su, Y.; 谷山 明*

鉄と鋼, 103(10), p.570 - 578, 2017/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:76.21(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

Various methods were employed to measure the austenite volume fraction in a 1.5Mn-1.5Si-0.2C steel. It has been confirmed that the volume fractions determined by transmission electron microscopy, scanning electron microscopy/electron back scatter diffraction, X-ray diffraction and neutron diffraction exhibit a general trend to become larger in this order, although the values obtained by X-ray and neutron diffraction are similar in the present steel because austenite is relatively stable. The austenite volume fractions determined by diffraction methods have been found to be affected by the measuring specimen direction, i.e., texture, even by applying the conventional correcting procedure. To avoid this influence, it is recommended to measure both of volume fraction and texture simultaneously using neutron diffraction. Although synchrotron X-ray shows higher angle resolution, its small incident beam size brings poor statistic reliability. The influence of texture cannot be avoided for transmission Bragg edge measurement, either, which must be overcome to realize 2D or 3D volume fraction mapping.

論文

Reliability estimation of neutron resonance thermometry using tantalum and tungsten

甲斐 哲也; 廣井 孝介; Su, Y.; 篠原 武尚; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 瀬川 麻里子; 中谷 健; 及川 健一; et al.

Physics Procedia, 88, p.306 - 313, 2017/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:8.64

Neutron resonance thermometry, which measures material temperature by analyzing the Doppler broadening of a neutron resonance peak, is one of the applications of energy-resolved neutron imaging at RADEN of J-PARC. Although this technique is promising, advantages and disadvantages have not been discussed in practical applications. The authors measured neutron transmission rates of tantalum and tungsten foils in a heater chamber up to 300 degrees Celsius at RADEN. The energy-dependent neutron transmission rates with different statistics were obtained after the measurements by selecting arbitrary measuring intervals from one measurement, and the temperatures of the foils were estimated from those transmission rates with different statistics. The reliability of the neutron resonance thermometry with statistical accuracy, irradiation time and spatial resolution are discussed.

論文

Time-of-flight neutron transmission imaging of martensite transformation in bent plates of a Fe-25Ni-0.4C alloy

Su, Y.; 及川 健一; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Gong, W.; Zhang, S. Y.*; Parker, J. D.*; et al.

Physics Procedia, 88, p.42 - 49, 2017/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.69

The influences of bending deformation and subsequent subzero treatment on the martensite transformation behaviors in a metastable austenitic alloy Fe-25Ni-0.4C were investigated by the time-of-flight (TOF) neutron Bragg-edge transmission (BET) imaging method. Two-dimensional (2D) maps of martensite phase volume fractions and texture variations due to residual stress and lowering the temperature of the bent samples before and after subzero treatment were obtained by Bragg-edge spectral analysis. The obtained phase volume fractions were quantitatively compared with those determined by neutron diffraction.

論文

Development of multi-colored neutron talbot-lau interferometer with absorption grating fabricated by imprinting method of metallic glass

關 義親; 篠原 武尚; Parker, J. D.*; 矢代 航*; 百生 敦*; 加藤 宏祐*; 加藤 秀実*; Sadeghilaridjani, M.*; 大竹 淑恵*; 鬼柳 善明*

Journal of the Physical Society of Japan, 86(4), p.044001_1 - 044001_5, 2017/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:18.97(Physics, Multidisciplinary)

パルス中性子源において効率的な位相イメージングを行うために、複数波長で機能する多色Talbot-Lau干渉計を設計・開発した。J-PARC物質・生命科学実験施設のエネルギー分解型中性子イメージング装置「螺鈿」において、中心波長0.25, 0.50, 0.75nmそれぞれに由来する異なるビジビリティーのモアレ縞を同一セットアップで確認することで、その動作原理の実証を行った。さらに、入射波長の波長分解能を18%から50%まで変化させながら、モアレ縞のビジビリティーの減衰を測定し、高波長分解能が実現できるパルスビームの利点を示した。さらに、中心波長0.5nmを用いて、アルミニウム、鉛、銅のロッドをテストサンプルとしたイメージングも行い、吸収像に加えて、境界がエンハンスされた微分位相像、ビジビリティー像も取得することに成功した。この干渉計では、アナライザー用吸収格子の製作方法として、初めて金属ガラスのインプリント法を採用した。中心波長でのモアレ縞のコントラストは68%と良好であり、従来のガドリニウムの斜め蒸着法を用いた格子と比較すると、形状の精密なコントロールが可能である。

論文

A Comparative study of the crystallite size and the dislocation density of bent steel plates using Bragg-edge transmission imaging, TOF neutron diffraction and EBSD

及川 健一; Su, Y.; 友田 陽*; 川崎 卓郎; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Zhang, S.*; Parker, J. D.*; 佐藤 博隆*; et al.

Physics Procedia, 88, p.34 - 41, 2017/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.69

TOFブラッグエッジ透過イメージング法を用い、塑性変形させた曲げ鉄鋼試料の微細構造を解析し、得られた結果を中性子回折法及びEBSD法により比較検証を行った。その結果、テキスチャ等は非常に良い一致を示したが、結晶子サイズを中性子回折法による消衰効果から見積もることはうまく行かなかった。そこで、回折プロファイルのブロードニング幅解析から結晶子サイズを求めることを試み、またEBSD法から結晶歪みの解析結果も合わせて再検討を行った。

論文

Experimental evaluation of neutron absorption grating fabricated by oblique evaporation of gadolinium for phase imaging

關 義親; 篠原 武尚; 上野 若菜; Parker, J. D.*; 佐本 哲雄*; 矢代 航*; 百生 敦*

Physics Procedia, 88, p.217 - 223, 2017/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:0.61

Talbot-Lau interferometry with three gratings is a powerful imaging method which produces a radiography image, a differential phase imaging, and a visibility contrast image at one measurement. We develop a new neutron Talbot-Lau interferometer at "RADEN" beam line on the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). Since the alignment condition of Talbot-Lau interferometer allows use of several wavelengths at the same setup of gratings, we can carry out wavelength-resolved phase contrast imaging with time-of-flight measurement. This method utilizes intensive beam of spallation neutron source with avoidance of chromatic aberration at the sample, and gives more detailed sample information depending on wavelength. We have successfully performed Talbot-Lau imaging for several types of metal rods with wavelengths of 2.5, 5.0 and 7.5 A.

報告書

J-PARC物質・生命科学実験施設BL22「螺鈿」における偏極度解析装置の磁場環境の最適化(受託研究)

廣井 孝介; 篠原 武尚; 林田 洋寿*; Su, Y.; 甲斐 哲也; 及川 健一

JAEA-Technology 2016-021, 14 Pages, 2016/10

JAEA-Technology-2016-021.pdf:16.4MB

J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)BL22に設置されたパルス中性子イメージング用ビームライン「螺鈿」では、偏極中性子を利用した磁気イメージング手法の技術開発が精力的に行われている。「螺鈿」では、偏極中性子による磁気イメージングを実施するための偏極度解析装置が整備されたが、機器間の磁場接続を改善し、ビーム経路中で中性子偏極度の低下を防ぐことにより、偏極中性子輸送性能を向上させる余地があった。そこで「螺鈿」の偏極度解析装置内の磁場分布をシミュレーションにより評価し、偏極度低下の原因を特定するとともに、磁場接続の最適化を行い、ビーム経路中の中性子偏極度を高く保つことができる機器配置を決定した。さらに計算により求めた最適条件について中性子ビームを利用した実験を行った結果、波長や場所の違いによる偏極度の変動が改善され、約4cm角の視野範囲全体に渡って均一な偏極度を得ることができた。本報告ではシミュレーションに基づく磁場環境評価と最適化の結果および、シミュレーション結果の妥当性を実験的に検証した研究成果に関して報告する。

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