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論文

Effect of the interface roughness correlation on the reflectivity in a neutron multilayer mirror

丸山 龍治; 山崎 大; 曽山 和彦

JPS Conference Proceedings (Internet), 22, p.011011_1 - 011011_5, 2018/11

J-PARC MLFの中性子ビーム利用の高度化のため、高性能中性子スーパーミラーの開発を進めている。中性子源から試料位置まで中性子スーパーミラーガイドや集光スーパーミラー等による中性子ビーム輸送の高効率化には、スーパーミラーの反射率が高いことが重要である。これまで我々が進めてきた研究において、スーパーミラーの界面粗さの面内相関が小さく面間の相関が大きい多層膜により、集光系を構成する際に試料位置周辺でのバックグラウンドとなる散漫散乱が小さく抑えられることがわかった。本研究では、スーパーミラーを構成する多層膜界面の面内及び面間の相関が反射率に与える影響を歪曲波ボルン近似を用いた反射率シミュレーションにより調べた。その結果、異なる界面間で粗さの相関が大きい場合ブラッグ反射ピークにおいて反射率が減少することがわかり、多層膜からの反射率計算において界面粗さの面間の相関を考慮することの重要性が示された。

論文

Development of high-polarization Fe/Ge neutron polarizing supermirror; Possibility of fine-tuning of scattering length density in ion beam sputtering

丸山 龍治; 山崎 大; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 宮田 登*; 青木 裕之; 武田 全康; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 888, p.70 - 78, 2018/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:53.66(Instruments & Instrumentation)

イオンビームスパッタ法で成膜されたFe/Si及びFe/Ge多層膜に対して、X線及び偏極中性子反射率、走査型透過電子顕微鏡と組み合わされたエネルギー分散型X線分光分析等のプローブによって層構造や局所元素分析を行った。その結果、Fe/Ge多層膜のGe層に含まれたスパッタリングガスであるArが含まれることにより、Ge層の散乱長密度が減少し、(-)スピンの中性子に対するFeとGeの散乱長密度のコントラストがほぼ消失し偏極中性子反射において高偏極率となることがわかった。Ge層に含まれるArは、成膜時においてAeがGeターゲットで後方散乱することに起因することが知られており、偏極スーパーミラーの高偏極率化に必要な(-)スピン中性子に対する散乱長密度コントラストを微調整する新たな手法となる可能性を示すものである。この結果を基に、Niの5倍の全反射臨界角をもつFe/Ge偏極スーパーミラーを成膜し偏極反射率測定を行った結果、(+)スピン中性子の反射率が0.70以上、偏極率はビームラインの偏極性能が正しく補正されている領域においては0.985以上という高い偏極率を達成した。

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

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

論文

Accessible length scale of the in-plane structure in polarized neutron off-specular and grazing-incidence small-angle scattering measurements

丸山 龍治; Bigault, T.*; Wildes, A. R.*; Dewhurst, C. D.*; Saerbeck, T.*; Honecker, D.*; 山崎 大; 曽山 和彦; Courtois, P.*

Journal of Physics; Conference Series, 862(1), p.012017_1 - 012017_6, 2017/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:7.25

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりもサイズの小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、磁化の過程における多層膜の面内磁気構造を偏極中性子非鏡面反射及び斜入射小角散乱を用いて測定し、散乱データの歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションを行うことにより面内方向の長さスケールの異なる非鏡面反射と斜入射小角散乱で得られたデータの比較を行った。本発表では2つの散乱手法の特徴や適応可能な面内構造の長さスケールの範囲に関する議論を行う。

論文

Silver photo-diffusion and photo-induced macroscopic surface deformation of Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$/Ag/Si substrate

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 近藤 啓悦; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Mitkova, M.*

Journal of Applied Physics, 120(5), p.055103_1 - 055103_10, 2016/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:46.91(Physics, Applied)

Ge-chalcogenide films show various photo-induced changes, and silver photo-diffusion is one of them which attracts lots of interest. In this paper, we report how silver and Ge-chalcogenide layers in Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$/Ag/Si substrate stacks change under light exposure in the depth by measuring time-resolved neutron reflectivity. It was found from the measurement that Ag ions diffuse all over the matrix Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$ layer once Ag dissolves into the layer. We also found that the surface was macro-scopically deformed by the extended light exposure. Its structural origin was investigated by a scanning electron microscopy.

論文

Processes of silver photodiffusion into Ge-chalcogenide probed by neutron reflectivity technique

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Sheoran, G.*; Mitkova, M.*

Physica Status Solidi (A), 213(7), p.1894 - 1903, 2016/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.47(Materials Science, Multidisciplinary)

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。

論文

Improvement of exchanging method of neutron startup source of high temperature engineering test reactor

澤畑 洋明; 島崎 洋祐; 石塚 悦男; 山崎 和則; 柳田 佳徳; 藤原 佑輔; 高田 昌二; 篠崎 正幸; 濱本 真平; 栃尾 大輔

Proceedings of 24th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-24) (DVD-ROM), 8 Pages, 2016/06

HTTRでは、起動用中性子源として$$^{252}$$Cfが使用され、定期的に交換を行っている。本交換作業において、2つの課題が挙げられていた。1つは、中性子線漏洩による作業員の被ばくであり、もう一つは、中性子源輸送容器の取扱性能の信頼性である。中性子線漏洩による被ばく線量の低減については、PHITSコードを用いて漏洩源である燃料交換機の解析を行い、効果的な遮へい方法を考案し、簡易に取付・取外しができるポリエチレン製のブロックと粒子を冷却流路に設置した。その結果、集団線量を約700人・$$mu$$Svから約300人・$$mu$$Svまで低減できた。中性子源輸送容器については、容器を小さくすることにより、取扱性能を改善して取扱作業を安全に完遂した。

論文

Measurement of transient photo-induced changes in thin films at J-PARC; Time-resolved neutron reflectivity measurements of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Wolf, K.*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031023_1 - 031023_6, 2015/09

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが、初期の急速な拡散によるAg-richな層の形成と、緩やかな拡散によるAg-poorな層の形成と、2段階のプロセスを経て拡散が進行していることを明らかにした。

論文

蒸気発生器伝熱管内蓄水量測定実験と蓄水量評価モデル

山路 達也*; 小泉 安郎; 山崎 康平*; 大竹 浩靖*; 長谷川 浩司*; 大貫 晃*; 金森 大輔*

混相流シンポジウム2015講演論文集(USB Flash Drive), 2 Pages, 2015/08

PWR小破断冷却材喪失事故時に、過渡的な炉心水位低下をもたらすことが懸念されている、蒸気発生器上昇流側U字管内冷却水滞留を調べることを目的として、凝縮を伴う垂直管内気液対向流の蓄水挙動を実験により調べた。実験は、内径18mm、長さ4mの垂直円管を試験流路として、蒸気と水を用いて圧力0.1MPaの下で行われた。透明管による可視化、及び、真鍮管を用いた蓄水量定量評価の2種の実験を行った。流路下端入口で液が流下できない条件であっても、蒸気は流路を上昇するにつれ凝縮されて流速を減じるため、管路上方で凝縮液流下の状態となり、管路内に二相混合水位が形成され、管路内に凝縮水滞留を生じることを実験的に把握した。さらに実験結果をもとに、蓄水量評価モデルを導出し、蓄水挙動を適切に表現できることを確認した。

論文

Dynamics of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films; Time-resolved neutron reflectometry

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, M. R.*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 619(1), p.012046_1 - 012046_4, 2015/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:1.93

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)とISIS(INTER)の中性子反射率測定を用いて、拡散界面の解析を行った。その結果、光照射によって初期の急速なAg拡散によるAg-rich層の形成された後、その界面をほぼ一定に保ちながら、緩やかな拡散による第2のAg-poor層が形成される2段階のプロセスが進行していることが明らかになった。

論文

中性子実験装置J-PARC編,2; 中性子反射率計; J-PARCにおける中性子反射率計SOFIA/写楽

山田 悟史*; 武田 全康; 山崎 大

波紋, 24(4), p.288 - 295, 2014/11

中性子反射率計は複合高分子界面構造や水面の高分子膜の形態観察、またトンネル磁気抵抗素子等をはじめとする磁性多層膜の界面磁気構造観察など、特にソフトマターの分野において他の方法では決して行うことのできない、ユニークかつインパクトの大きな成果を生み出してきた。しかしながら過去において日本での実験環境は恵まれているとは言い難く、KENSやJRR-3といった既存の施設における中性子反射装置では数インチの大きな基板に作製した試料と、数時間$$sim$$数十時間オーダーの測定時間が必要であった。また、測定可能なダイナミックレンジも5桁程度で、測定時間と共に海外の装置と比較して大きく見劣りするスペックであった。ところが、この状況はJ-PARCの登場により一変した。本稿が、J-PARCに設置された2台の中性子反射率計SOFIAと写楽(SHARAKU)について紹介し、反射率計の利用を検討している研究者の一助となれば幸いである。

論文

中性子実験装置「定常炉編」,8; 中性子反射率計

武田 全康; 山崎 大; 日野 正裕*

波紋, 24(3), p.200 - 205, 2014/08

中性子反射率法は、多層構造を持った物質の表面や埋もれた界面の構造を非破壊的に調べることのできる強力な研究手法である。中性子反射率計は、定常炉中性子源にもパルス中性子源のどちらにも設置されているが、それぞれの使われ方に特徴がある。本稿では、定常炉に設置された中性子反射率計に焦点を当てて、初心者向けに解説する。

論文

Studies of silver photo diffusion dynamics in Ag/Ge$$_{x}$$S$$_{1-x}$$ ($$x$$=0.2 and 0.4) films using neutron reflectometry

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, R.*; et al.

Canadian Journal of Physics, 92(7/8), p.654 - 658, 2014/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:30.76(Physics, Multidisciplinary)

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。

論文

Development of a compact vertical splitting system for the cold neutron beam at JRR-3

田村 格良; 丸山 龍治; 山崎 大; 中村 清; 山本 和喜; 相澤 一也; 曽山 和彦

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012012_1 - 012012_7, 2014/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

中性子ビーム実験装置の効率的な利用をするために、新たに開発した小型分岐装置を使用してJRR-3のC2冷中性子ビームラインの中性子ビーム実験装置を再配置した。この小型分岐装置は2つの小型マルチチャンネルベンダーを有している。これらのベンダーは0.2mm厚さのシリコン基板の両面にコーティングされたNi/Tiスーパーミラーを使用している。2つのベンダーの曲率半径は938mmであり、20$$^{circ}$$に曲げるベンダーの長さは320mmである。原子力機構のイオンビームスパッタリング装置を使用して、ベンダーに使用するm=3のスーパーミラーをシリコン基板の両面に成膜した。20$$^{circ}$$に曲げるベンダーの出口に設置された中性子ガイド末端の中性子束を金箔の放射化法により測定した結果、1.58$$times$$10$$^{7}$$ n/cm$$^{2}$$/sであった。本研究は、高い反射率を有する両面上に成膜されたスーパーミラーが小型分岐装置に適していることを示した。

論文

Shielding study at the Fukui Prefectural Hospital Proton Therapy Center

佐藤 大樹; 前田 嘉一*; 為重 雄司*; 中島 宏; 柴田 徳思*; 遠藤 章; 津田 修一; 佐々木 誠*; 前川 素一*; 清水 康弘*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 49(11), p.1097 - 1109, 2012/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:38.41(Nuclear Science & Technology)

陽子線がん治療施設における放射線安全設計の健全性及び妥当性を検証するため、福井県立病院陽子線がん治療センターにおいて中性子線量測定を実施し、施設の安全設計に用いた解析モデル及びモンテカルロコードPHITSの計算値と比較した。実験では、治療に用いる235MeV陽子ビームを水平照射室に設置した水ファントムに入射し、前方及び直上方向の遮蔽壁後方で中性子モニタDARWIN, Wendi-2及びレムメータを用いて中性子線量を測定した。また、照射室と入り口とをつなぐ迷路に固体飛跡検出器を配置し、迷路中の中性子線量分布を取得した。本研究により、国内の陽子線がん治療施設の設計に広く使われてきた解析モデルとパラメータセットによって、十分な安全裕度を持つ施設設計が可能であることを実験的に明らかにした。また、モンテカルロコードを利用することで、複雑な構造下で複数の線源から飛来する中性子の線量を、適切に評価できることを示した。この成果は、今後建設される陽子線がん治療施設における安全設計の最適化に、大きく寄与すると期待される。

論文

Intermediate-valence icosahedral Au-Al-Yb quasicrystal

綿貫 徹; 柏本 史郎*; 川名 大地*; 山崎 照夫*; 町田 晃彦; 田中 幸範*; 佐藤 卓*

Physical Review B, 86(9), p.094201_1 - 094201_6, 2012/09

 被引用回数:44 パーセンタイル:11.91(Materials Science, Multidisciplinary)

Au-Al-Yb正20面体型準結晶において準周期配列するYbが2価と3価の間の中間価数状態をとることをYb $$L$$$$_{3}$$端吸収分光測定により見いだした。これは、通常環境下で中間価数状態をとる希土類系準結晶として初めての例である。Ybの平均価数は2.61価であるが、局所構造の異なる2種類のサイトにおいて互いに価数が異なる電荷分離が起きており、このうち主要サイトは2.8価程度であることを結論付けた。磁化測定の結果、中間価数を引き起こしているYb 4$$f$$電子系が100K以上ではキュリーワイス則に従うような局在的な振舞いをしていることが明らかとなった。また、10K以下の低温では比熱などの測定から非フェルミ液体的な振舞いをすることが明らかとなった。

論文

偏極中性子反射率計「写楽(SHARAKU)」(BL17)

武田 全康; 山崎 大

四季, 16, P. 4, 2012/09

J-PARCの物質・生命科学実験施設のビームライン17(BL17)に新しく設置された偏極中性子反射率計「写楽」について、その概要を紹介する。

論文

Current status of a new polarized neutron reflectometer at the intense pulsed neutron source of the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of J-PARC

武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Chinese Journal of Physics, 50(2), p.161 - 170, 2012/04

The construction of a new polarized neutron reflectometer is now in progress at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has the world's brightest pulsed neutron and muon sources (JSNS and MUSE). The user program of MLF has been already started in 2008, and now nine neutron and two muon spectrometers are in operation. Installation of the new reflectometer was expected to be completed in March 2011. However, the construction was interrupted by the massive earthquake hitting northeast Japan, including Tokai-mura where J-PARC is located. We expect to restart the user program of the new polarized neutron reflectometer at the beginning of next year (2012).

論文

Effect of Si interlayers on the magnetic and mechanical properties of Fe/Ge neutron polarizing multilayer mirrors

丸山 龍治; 山崎 大; 岡安 悟; 武田 全康; 是津 信行*; 永野 幹典*; 山村 和也*; 林田 洋寿; 曽山 和彦

Journal of Applied Physics, 111(6), p.063904_1 - 063904_10, 2012/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:83.62(Physics, Applied)

Fe/Ge多層膜の界面に薄いSi層を積層させて得られるFe/Si/Ge/Si多層膜を中性子偏極スーパーミラーとして用いた際に、中性子の偏極性能を得るために必要な外部磁場が小さく抑えられることが知られている。このメカニズムを解明するために、中性子偏極反射率,磁化,膜応力測定等を行った。中性子偏極性能を得るために必要な外部磁場の大きさは膜応力の大きさに比例し、Fe/Si/Ge/Si多層膜では膜応力が著しく小さいという結果が得られ、中性子偏極スーパーミラーの成膜において膜応力を減少させることの重要性が示された。さらに、これらの多層膜に対してX線光電子分光測定を行った結果、Fe/Si/Ge/Si多層膜ではSiがGe層全体に分布していることがわかった。SiとGeとは比率によらず固溶体を形成することが知られており、これが膜応力の蓄積を妨げているのではないかと考えられる。

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