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論文

Dynamics of water in a catalyst layer of a fuel cell by quasielastic neutron scattering

伊藤 華苗; 山田 武*; 篠原 朗大*; 高田 慎一; 川北 至信

Journal of Physical Chemistry C, 125(39), p.21645 - 21652, 2021/10

 被引用回数:0

The catalyst layer (CL) in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) plays a critical role in the performance of a PEFC. In this study, we investigate the water dynamics in the CL using quasielastic neutron scattering (QENS) and small-angle neutron scattering. The temperature dependence of the mean square displacement $$<$$u$$^{2}$$$$>$$ shows that the freezing of water does not occur at a melting temperature in the Nafion thin film of the CL, suggesting that the water is confined in a smaller region than $$sim$$15 ${AA}$. The QENS measurements established three kinds of water in the CL: immobile water tightly connected to a sulfonic group, water in a fast mode assigned to free diffusion restricted in a sphere, and water in a slow mode described by a jump diffusion model. Assuming that these three modes were independent, the number of water molecules in each mode was estimated. On discussing the structure and dynamics elucidated in the study, we finally conclude that the coupled model of the fast and slow modes is plausible for describing the diffusion of water confined in the thin Nafion film of the CL.

論文

Polarization analysis for small-angle neutron scattering with a $$^{3}$$He spin filter at a pulsed neutron source

奥平 琢也; 上田 祐生; 廣井 孝介; 元川 竜平; 稲村 泰弘; 高田 慎一; 奥 隆之; 鈴木 淳市*; 高橋 慎吾*; 遠藤 仁*; et al.

Journal of Applied Crystallography, 54(2), p.548 - 556, 2021/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Chemistry, Multidisciplinary)

$$^{3}$$Heスピンフィルタを中性子スピン解析子として使用することにより、パルス中性子源での中性子小角散乱実験において、偏極解析を行うことに成功した。本実験に使用した$$^{3}$$Heスピンフィルタは中性子小角散乱実験を行うために十分な立体角をカバーすることができ、$$^{3}$$He偏極緩和時間も数日と長く、これは実験を完遂するために十分な性能である。水素原子による非干渉性散乱は非常に大きく、試料の組成から計算によって非干渉性散乱量を見積もる試みが行われていたが、正確に非干渉性散乱量を決定することは難しかった。しかし本研究では試料内での中性子の多重散乱を考慮した偏極解析実験を行うことで、干渉性散乱と非干渉性散乱を正確に分離することが可能となった。現在までパルス中性子源での中性子小角散乱では、偏極解析の手法が確立されていなかったが、本成果によって、様々な種類の試料に対して干渉性散乱と非干渉性散乱を正確に分離することができるようになると予想される。

論文

Development of spin-contrast-variation neutron powder diffractometry for extracting the structure factor of hydrogen atoms

三浦 大輔*; 熊田 高之; 関根 由莉奈; 元川 竜平; 中川 洋; 大場 洋次郎; 大原 高志; 高田 慎一; 廣井 孝介; 森川 利明*; et al.

Journal of Applied Crystallography, 54(2), p.454 - 460, 2021/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Chemistry, Multidisciplinary)

山形大学が原子核物理実験用に開発した結晶試料の核スピン偏極技術を、スピンコントラスト偏極中性子回折測定法に展開し、水素核偏極化されたグルタミン酸を用いて粉末結晶試料中の水素の配向および凝集・分散などの構造情報を抽出できることを実証した。

論文

Measurement of neutron scattering cross section of nano-diamond with particle diameter of approximately 5 nm in energy range of 0.2 meV to 100 meV

勅使河原 誠; 土川 雄介*; 市川 豪*; 高田 慎一; 三島 賢二*; 原田 正英; 大井 元貴; 河村 幸彦*; 甲斐 哲也; 河村 聖子; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 929, p.113 - 120, 2019/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:75.46(Instruments & Instrumentation)

ナノダイアモンドは、冷中性子以下のエネルギーにおける反射材として注目されている。ナノダイアモンドを用いた中性子源の高度化には、断面積データの整備が必要である。そのため、この論文では、中性子の透過率の測定から0.2meVから100meVの範囲で全断面積を測定した結果を報告する。測定した全断面積は、エネルギーが低くなるにつれて大きくなり、グラファイトと比較すると0.2meVで約2桁以上高くなることが分かった。その全断面積に占める非弾性散乱の寄与を調べるため、中性子のエネルギー1.2, 1.5, 1.9及び5.9meVで中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、測定したエネルギーにおいて、全断面積に占める非弾性散乱の寄与がほぼ無視できることも分かった。さらに、中性子小角散乱実験の結果から、全断面積の高くなる要因として、前方方向、いわゆる小角方向への散乱の寄与が高いことが示された。

論文

Neutron scattering studies on short- and long-range layer structures and related dynamics in imidazolium-based ionic liquids

根本 文也*; 古府 麻衣子; 長尾 道弘*; 大石 一城*; 高田 慎一; 鈴木 淳市*; 山田 武*; 柴田 薫; 上木 岳士*; 北沢 侑造*; et al.

Journal of Chemical Physics, 149(5), p.054502_1 - 054502_11, 2018/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:72.95(Chemistry, Physical)

Alkyl-methyl-imidazolium ionic liquids C$$n$$mimX ($$n$$: alkyl-carbon number, X: anion) have short-range layer structures consisting of ionic and neutral (alkylchain) domains. To investigate the temperature dependences of the interlayer, interionic group, and inter-alkylchain correlations, we have measured the neutron diffraction (ND) of C$$n$$mimPF$$_6$$ ($$n$$ = 16, 9.5, 8). The quasielastic neutron scattering (QENS) of C16mimPF$$_6$$ was also measured to study the dynamics of each correlation. C16mimPF$$_6$$ shows a first-order transition between the liquid (L) and liquid crystalline (LC) phases at $$T_{rm c}$$ = 394 K. C8mimPF$$_6$$ exhibits a glass transition at $$T_{rm g}$$ = 200 K. C9.5mimPF$$_6$$ has both transitions at $$T_{rm c}$$ = 225 K and $$T_{rm g}$$ = 203 K. In the ND experiments, all samples exhibit three peaks corresponding to the correlations mentioned above. The widths of the interlayer peak at ca. 0.2 $AA$^{-1}$$ changed drastically at the L-LC transitions, while the interionic peaks at ca. 1 $AA$^{-1}$$ exhibited a small jump at $$T_{rm c}$$. The peak position and area of the three peaks did not change much at the transition. The structural changes were minimal at $$T_{rm g}$$. The QENS experiments demonstrated that the relaxation time of the interlayer motion increased tenfold at $$T_{rm c}$$, while those of other motions were monotonous in the whole temperature region. The structural and dynamical changes are characteristic of the L-LC transition in imidazolium-based ionic liquids.

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

Sample environment at the J-PARC MLF

河村 聖子; 奥 隆之; 渡辺 真朗; 高橋 竜太; 宗像 孝司*; 高田 慎一; 坂口 佳史*; 石角 元志*; 大内 啓一*; 服部 高典; et al.

Journal of Neutron Research, 19(1-2), p.15 - 22, 2017/11

J-PARC MLFにおける試料環境(SE)チームは、ユーザー実験のためのSE機器の運用や開発を行っている。メンバーは、低温マグネット、高温、高圧、ソフトマター、光照射、水素環境、$$^3$$He偏極フィルターといったサブチームに所属している。現在は、数台の冷凍機と、マグネット、高温炉、高圧実験用パリエジンバラプレス、偏極中性子実験のためのSEOPシステムが運用中で、ユーザー実験への提供、運転を行っているほか、パルス磁場システムの汎用化に向けた開発も行っている。またJ-PARC研究棟では、レオメーター、ガス蒸気吸着量測定装置などのソフトマター研究に必要な機器類も整備している。

論文

Energy-resolved small-angle neutron scattering from steel

大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 大石 一城*; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 土山 聡宏*; Gilbert, E. P.*; 杉山 正明*

Journal of Applied Crystallography, 50(2), p.334 - 339, 2017/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:26.99(Chemistry, Multidisciplinary)

Recent progress of pulsed neutron sources has enabled energy-resolved analysis of neutron attenuation spectra, which include information on neutron scattering. In this study, a new analysis technique for small-angle neutron scattering (SANS) is demonstrated. A clear difference is observed in the neutron attenuation spectra between steels with different nanostructures; this difference can be understood as arising from attenuation due to SANS. The neutron attenuation spectra, calculated from the corresponding SANS profiles, agree well with the experimentally observed attenuation spectra. This result indicates that measurement of neutron attenuation spectra may enable the development of a novel experimental technique, i.e. energy-resolved SANS (ESANS).

論文

Contrast variation by dynamic nuclear polarization and time-of-flight small-angle neutron scattering, 1; Application to industrial multi-component nanocomposites

能田 洋平*; 小泉 智*; 増井 友美*; 間下 亮*; 岸本 浩通*; 山口 大輔; 熊田 高之; 高田 慎一; 大石 一城*; 鈴木 淳市*

Journal of Applied Crystallography, 49(6), p.2036 - 2045, 2016/12

 被引用回数:13 パーセンタイル:75.37(Chemistry, Multidisciplinary)

We have reported the first attempt with dynamic nuclear polarization (DNP) and contrast variation small-angle neutron scattering (SANS) experiments on model mixtures for industrial tyres conducted at the MLF of J-PARC. We performed time-of-flight SANS (TOF-SANS) experiments, employing neutrons with a wide range, which causes imperfect neutron polarization and variations in the coherent and incoherent scattering lengths. By carefully eliminating the effect of imperfect neutron polarization, separation of the partial scattering functions was successfully demonstrated for the ternary system styrene-butadiene-rubber/silica/carbon.

報告書

濃縮工学施設における廃止措置の進捗状況; 平成26年度上半期

松本 孝志; 森本 靖之; 高橋 信雄; 高田 正晴; 吉田 英明; 中島 伸一; 石森 有

JAEA-Technology 2015-036, 60 Pages, 2016/01

JAEA-Technology-2015-036.pdf:9.15MB

人形峠環境技術センターの濃縮工学施設は、ウラン濃縮のプラント技術的基盤を確立することを目的として建設された施設である。施設内に2つのプラントがあり、天然ウラン及び、回収ウランを用いたウラン濃縮試験を昭和54年度から平成元年度まで行った。平成26年度からは廃棄物調査や澱物調査等を実施する区画を整備するため、平成31年度までの計画でウラン濃縮プラントを構成するプロセス設備やユーティリティ設備などの管理区域内設備を解体・撤去する。本報告書は、この濃縮工学施設の廃止措置の基本計画を記載するとともに、廃止措置進捗状況として平成26年度上半期の実績工程、廃止措置方法、写真による廃止措置経過及び、部屋・作業員種別毎の作業人工実績、についてまとめた。平成26年度上半期の解体作業に伴い発生した解体物は、メッシュコンテナ37基、200リットルドラム缶199本であり、二次廃棄物は271.4kg(可燃物91.9kg、難燃物179.5kg)であった。

論文

Gelation process of polyacrylonitrile solutions as studied using small-angle neutron scattering techniques

中野 翔太*; 紺野 壮見*; 富田 直人*; 松葉 豪*; 富永 大輝*; 高田 慎一

Microsystem Technologies, 22(1), p.57 - 63, 2016/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.51(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARC-MLFの小角・広角中性子散乱法および光透過率法を用いて、ポリアクリルニトリルのゲル化構造形成過程における水分子の影響に関する研究を行った。その結果、ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒中の水分子の増加により、相分離およびゲル化が促進されることがわかった。白濁したゲルの場合、ナノメータスケールの結晶化による架橋点相関および液-液相分離によるミクロスケールの平坦境界が観測され、その相関長はアニーリング時間に依存しないこと、架橋点は局所的に存在しミクロゲルが形成されていることがわかった。一方、透明なゲルの場合は、相関長がゲル化過程において上昇し、高分子鎖の絡まり合いが擬似的な架橋点として作用していることがわかった。

論文

Evidence of electronic polarization of the As ion in the superconducting phase of F-doped LaFeAsO

Kim, J.*; 藤原 明比古*; 澤田 智弘*; Kim, Y.*; 杉本 邦久*; 加藤 健一*; 田中 宏志*; 石角 元志*; 社本 真一; 高田 昌樹*

IUCrJ, 1(3), p.155 - 159, 2014/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:24.15(Chemistry, Multidisciplinary)

放射光X線粉末回折データをもとに、電子密度解析を行い、低温でLaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_{x}$$の超伝導相の鉄層にのみ電子が集まっていることが見つかった。静電ポテンシャル分布解析の結果、ヒ素イオンの電子分極が協調的に増強され、電荷の再配列が起こっていた。

論文

Recent developments of instruments in a spallation neutron source at J-PARC and those prospects in the future

新井 正敏; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 中島 健次; 柴田 薫; 高橋 伸明; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 山田 武*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 82(Suppl.A), p.SA024_1 - SA024_14, 2013/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:47.11(Physics, Multidisciplinary)

J-PARC中性子散乱施設(1MW, 25Hzの短パルス中性子源)での実験装置の開発について記述したものである。大強度の結合型減速材を利用し、パルス整形チョッパーの利用により、新たな概念をもとにして高分解能装置の開発を行った。また、イベント・レコーディングによるデータ集積系の開発により、多重入射エネルギー法の実現も行った。さらに、回折計の高度化についても述べている。

論文

Structural analysis and superconductivity of CeFeAsO$$_{1-x}$$H$$_{x}$$

松石 聡*; 半那 拓*; 村場 善行*; Kim, S. W.*; Kim, J. E.*; 高田 昌樹*; 社本 真一; Smith, R. I.*; 細野 秀雄*

Physical Review B, 85(1), p.014514_1 - 014514_6, 2012/01

 被引用回数:41 パーセンタイル:85.51(Materials Science, Multidisciplinary)

LnFeAsO$$_{1-x}$$H$$_{x}$$($$Ln$$=lanthanoid)の1111型鉄系超伝導体を代表して、CeFeAsO$$_{1-x}$$(D,H)$$_{x}$$ ($$x$$=0.0-0.48)で粉末中性子回折と放射光X線回折測定を行った。これらの結果は、出発物質の水素の種類に関係なく両方の試料でH$$^{-}$$イオンが酸素サイトを占めていることを強く示唆している。

論文

Quantitative magnetic field imaging by polarized pulsed neutrons at J-PARC

篠原 武尚; 酒井 健二; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; 鈴木 淳市; 奥 隆之; 高田 慎一; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.121 - 125, 2011/09

 被引用回数:25 パーセンタイル:89.53(Instruments & Instrumentation)

中性子を用いたイメージング法は、中性子の特徴である高い物質透過性能や軽元素に対する感度の高さを利用し、他の放射線では困難な大型試料や水素系の材料の内部の情報を得ることができる優れた研究手法である。特に、中性子は磁気モーメントを持つため、磁場環境下での中性子磁気モーメントのラーモア歳差運動を偏極度変化として位置ごとに検出することにより、空間や物質中の磁場を可視化することができる。本研究では、パルス中性子の飛行時間分析法を用いて偏極度変化の中性子波長依存性を高精度に測定することにより、磁場強度の定量的な議論が可能となることを原理実証を行うため、物質生命科学実験施設のBL10ビームラインにおいて実験を行った。小型のソレノイド透過後の偏極度変化の波長依存性を解析した結果、ソレノイド内部に発生する磁場の可視化に成功し、その強度を見積もることができた。この結果から、偏極パルス中性子を用いた磁場イメージング法により磁場強度の定量化が可能であることが示された。

論文

Phase-change materials; Vibrational softening upon crystallization and its impact on thermal properties

松永 利之*; 山田 昇*; 小島 理恵*; 社本 真一; 佐藤 真直*; 谷田 肇*; 宇留賀 朋哉*; 小原 伸司*; 高田 昌樹*; Zalden, P.*; et al.

Advanced Functional Materials, 21(12), p.2232 - 2239, 2011/06

 被引用回数:103 パーセンタイル:95.79(Chemistry, Multidisciplinary)

相変化材料のアモルファスと結晶状態の熱特性は顕著な違いを示しており、それは結晶相におけるより大きな温度因子であり、またより際立った非調和的な振舞いである。これらの発見は結晶化における結合の変化に関連している。

論文

Imaging experiments on NOBORU at MLF

原田 正英; 及川 健一; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 酒井 健二; 前川 藤夫; 渡辺 昇*; 篠原 武尚; 高田 慎一

Proceedings of 19th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-19) (CD-ROM), 10 Pages, 2010/07

近年、パルス中性子源を用いたイメージング手法が開発されている。J-PARCのMLFに設置された中性子ビームラインNOBORUは、大きなビームサイズ,短いサンプルまでの飛行距離,大きな実験室など、イメージング実験に適している。そこで、イメージング実験の適用性を評価するために、サンプル位置での中性子スペクトルと中性子束分布を測定した。また、フィルター, コリメータ, スリットなどを使用した場合の特性も測定した。また、予備的な実験結果として、幾つかの合金のブラッグエッジと幾つかの試料の共鳴吸収を測定した。その結果、ブラッグエッジから、溶接部分と非溶接部分を見分けることができた。また共鳴吸収から、幾つかの元素を識別することができた。これらの結果より、J-PARCの中でもNOBORUは、イメージング実験に非常に適していると言える。

論文

パルス中性子小中角散乱装置によるナノ構造評価の新展開

鈴木 淳市; 篠原 武尚; 高田 慎一; 奥 隆之; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; 大友 季哉*; 杉山 正明*

日本結晶学会誌, 50(1), p.24 - 28, 2008/02

中性子小角散乱法は、物質透過能力,水素などの軽元素識別能力,同位体識別能力,磁気解析能力などのほかの量子プローブにない中性子の優れた特徴を活かした数nmから数10$$mu$$mに及ぶスケールの構造解析法として幅広い科学分野で利用されている。本稿は、これらの利用をさらに高い空間分解能や時間分解能で高効率に促進するためにJ-PARCに建設する世界最高性能のパルス中性子小中角散乱装置の特徴をまとめたものである。本稿は、装置の機器構成と設計概念,モンテカルロ・シミュレーションなどにより見積もられる装置の基本性能,装置性能をナノ構造評価に活かすデータ解析法の開発,ほかの装置の相補的利用の可能性の解説から構成される。

論文

High-resolution photoemission study of the hybridization gap in the Kondo semiconductor CeRhAs

島田 賢也*; 東口 光晴*; 有田 将司*; 生天目 博文*; 谷口 雅樹*; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 藤森 淳; 高田 恭孝*; Shin, S.*; et al.

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310(2, Part1), p.e57 - e58, 2007/03

近藤半導体CeRhAs及び半金属CeRhSbの電子状態を、40-5948eVの放射光を利用した光電子分光により調べた。光励起断面積のエネルギー依存性に基づき、これらの物質のp-d-f状態を明らかにした。

論文

Conceptual Design Study on Advanced Aqueous Reprocessing System for Fast Reactor Fuel Cycle

高田 岳; 駒 義和; 佐藤 浩司; 紙谷 正仁; 柴田 淳広; 野村 和則; 荻野 英樹; 小山 智造; 青瀬 晋一

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(3), 307 Pages, 2004/00

 被引用回数:27 パーセンタイル:85.48(Nuclear Science & Technology)

米国機会学会、日本機械学会共催の国際会議「The 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE11)」へ投稿・口頭発表した標記論文を日本原子力学会の英文論文誌「Journal of Nuclear Science and Technology (JNST)」に転載する。(JNST編集部より転載の推薦を受けたことに伴う措置)

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