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論文

Using LiF crystals for high-performance neutron imaging with micron-scale resolution

Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.

High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:54.4(Optics)

This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 $$mu$$m and a linear response with a dynamic range of at least 10$$^{3}$$. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.

論文

Direct observation of lattice symmetry breaking at the hidden-order transition in URu$$_2$$Si$$_2$$

利根川 翔*; 笠原 成*; 福田 竜生; 杉本 邦久*; 安田 伸広*; 鶴原 悠悟*; 渡邊 大樹*; 水上 雄太*; 芳賀 芳範; 松田 達磨*; et al.

Nature Communications (Internet), 5, p.4188_1 - 4188_7, 2014/06

 被引用回数:50 パーセンタイル:90.3(Multidisciplinary Sciences)

We report on the observation of lattice symmetry breaking from the fourfold to twofold structure by high-resolution synchrotron X-ray diffraction measurements at zero field. Small orthorhombic symmetry-breaking distortion sets in at the transition temperature with a jump, uncovering the weakly first-order nature of the hidden-order transition. This distortion is observed only in ultra pure samples, implying a highly unusual coupling nature between the electronic pneumaticity and underlying lattice.

論文

LiF crystals as high spatial resolution neutron imaging detectors

松林 政仁; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 加藤 義章*; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.90 - 94, 2011/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.85(Instruments & Instrumentation)

中性子ラジオグラフィで標準試料として広く使用されているSensitivity Indicator(SI)をLiF結晶のカラーセンター形成による中性子イメージングに適用した。撮影はJRR-3熱中性子ラジオグラフィ装置において、SIをLiF結晶と中性子イメージングプレート(NIP)とともに直径5mmのピンホールでコリメートした熱中性子ビームに120分間照射することにより行った。過露光となったNIPからの画像読出しには連続繰返し読出し法を適用し、50$$mu$$mの画素サイズで読み出した。一方、LiFの画像は共焦点レーザー顕微鏡を用いて画素サイズ1.38$$mu$$mで読み出した。LiFとNIPにより撮影したSIの中性子透過画像を比較すると、SIのすべてのギャップ(最大250$$mu$$m,最小12.5$$mu$$m)は両者ともにはっきりと確認することができた。ステップの下にある小さな孔については、NIPでは確認できなかった。実験の結果、LiF結晶は中性子イメージング検出器として、高感度,高空間分解能,広いダイナミックレンジ等、優れた特性を有していることが確認できた。

報告書

軽水炉配管材の延性不安定破壊に関する研究,第3報; 炭素鋼管製中央貫通または未貫通切欠き付引張試験片の室温における破壊挙動

鬼沢 邦雄; 柴田 勝之; 安田 祐司; 大場 敏弘; 川村 隆一; 宮園 昭八郎

JAERI-M 87-077, 83 Pages, 1987/06

JAERI-M-87-077.pdf:5.4MB

日本原子力研究所では、LBB概念に関連して配管の破壊挙動を明らかにするために、ステンレス鋼配管及び炭素鋼配管の延性不安定性破壊実験を実施している。本報告書は、以前に行ったSTS42鋼管より採取した中央貫通切欠き付平板試験の延長として同一試験片に貫通及び未貫通切欠きを施して静的引張試験及び延性不安定破壊試験を行った結果をまとめたものである。

報告書

周方向貫通切欠きを有する3インチ口径; SUS304鋼配管の延性破壊挙動に関する研究

安田 祐司; 柴田 勝之; 鬼沢 邦雄; 川村 隆一; 大場 敏弘; 宮園 昭八郎

JAERI-M 87-068, 111 Pages, 1987/05

JAERI-M-87-068.pdf:3.0MB

日本原子力研究所では、軽水炉冷却材圧力バウンダリ配管のLBBに関する試験研究を実施している。本報告書は、周方向貫通切欠きを加工したオーステナイト系ステンレスSUS304鋼3インチ口径配管を供試配管として、室温大気中で実施した4点曲げ試験により明らかになった配管の延性破壊挙動についてまとめたもである。

論文

Investigation and evaluation of ductile fracture behaviors in LWR piping under bending load

柴田 勝之; 安田 祐司; 鬼沢 邦雄; 宮園 昭八郎

Structural Mechanics in Reactor Technology,Vol.G, p.461 - 466, 1987/00

軽水炉圧力バウレダリ配管にLBB(Leak Before Break)の考え方を適用していくには、欠陥の成長評価ならびに冷却材漏洩流量評価とともに配管の破壊条件を明らかにしておく必要がある。 そのため原研では、配管信頼性実証試験の一環として炭素鋼配管およびステンレス鋼配管を対象とした不安定破壊試験を進めてきた。本報では、これまでに実施した試験結果を基に配管の破壊挙動および破壊評価法を検討する。 試験は、6インチおよび12インチ口径SUS304ならびにSTS42配管を用いて4点曲げ試験装置により行った。 この結果を用いて、実断面応力基準、J値抵抗曲線、き裂開口面積等を検討した。

口頭

中性子イメージング用シンチレーションコンバータの発光特性に及ぼす粉末粒径の影響

安田 良; 片桐 政樹; 酒井 卓郎; 林田 洋寿; 飯倉 寛; 松林 政仁; 川端 祐司*

no journal, , 

本稿では、Gd, 10B系のシンチレーションコンバータであるGd$$_{2}$$O$$_{2}$$S及びB$$_{2}$$O$$_{3}$$$$cdot$$ZnS(Ag)(以下、B$$_{2}$$O$$_{3}$$型)について、発光特性の最適化を図るために、コンバータの発光特性に及ぼす粉末粒径の影響を調べた結果について報告する。粒径の異なるG$$_{2}$$O$$_{2}$$Sにより作製したシンチレーションコンバータについて、韓国原子力研究所の研究炉HANARO,JRR-3の中性子ラジオグラフィ装置において照射実験を行った。実験の結果、G$$_{2}$$O$$_{2}$$S型シンチレーションコンバータについては、粒径が大きくなるとともに、蛍光強度が単調に増大している傾向にあった。本発表においては、これらGd$$_{2}$$O$$_{2}$$Sに加え、B$$_{2}$$O$$_{3}$$型コンバータの結果についても報告する。

口頭

中性子スピン干渉計による電流密度分布可視化の試み

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 竹中 信幸*; 影山 将史*; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 川端 祐司*; et al.

no journal, , 

近年偏極中性子を用いたイメージングにより、空間的磁場分布を可視化する研究が行われているが、この方法ではアナライザーの透過強度によってコントラストを得るため、試料中での減極と歳差回転とが区別できない。一方、中性子スピン干渉計(Neutron Spin Interferometer, NSI)では減極と歳差回転はそれぞれNSIシグナルの振幅と位相として得られるので、NSIをイメージングに適応することでこれらを区別する研究も行われている。電流の作る磁場をNSIの位相で観測することも可能であり、一つの応用例として固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)の面内電流密度分布の観測がある。そこでPEFCへの応用を見据えて、電流の作る磁場に対するNSIの感度テストを行った。テストサンプルとして、直径1mm,長さ20mmの導線に100mA, 1Aの電流を流したものを用いた。電流による磁場を位相で観測することに成功した。

口頭

中性子スピン干渉計による磁気イメージングの試み

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中で歳差回転を行う。磁場分布がある場合、その分布に応じて歳差回転角にも分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いて空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。この手法は非破壊で試料内磁場分布の可視化を可能とする技術として注目を集めている。しかしこの方法では、アナライザーの透過強度によってコントラストを得ているため、偏極中性子の試料中での減極と歳差回転とを区別することは困難である。一方、中性子スピン干渉計(Neutron Spin Interferometer:NSI)では減極と歳差回転とはそれぞれNSIシグナルの振幅と位相として得られる。したがって、NSIをイメージングに適応することでこれらを区別し、さらに定量的な可視化の可能性が期待される。応力による磁気的ひずみのある磁性体や、電流の作る磁場などでは、減極と歳差回転とを生じさせる磁場が混在していると考えられる。このような試料に対してNSIによるイメージングの有効性を示すことを目的として、テストサンプルを用いて基礎データの取得を行った。実験の結果、応力による磁性体の磁気構造の崩れや、電流密度分布の可視化に成功した。

口頭

中性子ラジオグラフィの磁場イメージングへの展開

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中で歳差回転を行う。磁場分布がある場合、その分布に応じて歳差回転角に分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いた空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。この手法は、非破壊で試料内磁場分布及び電流密度分布の可視化(電流の作る磁場を観測することで)を可能とする技術として注目を集めている。このような背景の中、われわれは中性子スピン干渉計を用いて磁場イメージングを試みた。磁性薄膜と直流電流を流したアルミ線をテストサンプルとして、それぞれ応力を受けた磁性薄膜の磁気構造変化、及び電流密度の可視化に成功した。

口頭

中性子ラジオグラフィによる燃料電池内水分布の可視化

林田 洋寿; 安田 良; 本田 充紀; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*

no journal, , 

燃料電池開発において、フラッディング時の生成水の挙動を解明することは重要なテーマの一つである。また、実際の燃料電池の発電では、燃料電池内部が加圧条件下で発電されることがあり、加圧下でのフラッディングにおける生成水の挙動解明も重要視されている。これらのニーズに対してわれわれは中性子ラジオグラフィによる燃料電池内部の可視化を試みた。本実験に際して、燃料電池発電に必要なガス供給システムを、JRR-3M 7RポートThermal Neutron Radiography Facilityに導入した。本供給システムでは背圧により200kPa(絶対圧)を上限として加圧発電が可能である。実験では、100kPa及び200kPaの2条件において、フラッディング現象時の生成水の可視化を行った。ガス流量は両条件ともに水素20cc/min.,空気30cc/min.であった。定電流0.3A(電流密度0.15A/cm$$^2$$)の負荷開始後、背圧100kPaでは3分,6分,10分(フラッディング)、200kPaでは3分,7分(フラッディング)の経過時刻においてラジオグラフィ撮影を行った。測定の結果、カソード側流路及び、高分子膜表面に水が生成される様子が観測された。また、両圧力条件下において生成水発生の傾向には特徴的な差異はなく、圧力による影響はみられなかった。

口頭

燃料電池内部可視化のための高空間分解能中性子ラジオグラフィの開発

安田 良; 林田 洋寿; 酒井 卓郎; 本田 充紀; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*

no journal, , 

中性子ラジオグラフィは、比較的実機に近い燃料電池内部の水分布を可視化する手法として有望視されているが、拡散層やMEA内部の微小領域における水分挙動把握のためには、より高い空間分解能が要求されている。中性子ラジオグラフィの高空間分解能化のために、コリメータ比を向上させるピンホールコリメータシステムを製作し、その特性評価を行った。その結果、コリメータ比の向上とともにぼけが小さくなり、解像度の良い画像が得られることを確認した。また、本機器を用いて発電状態下の燃料電池内部可視化試験も行い、画像上で流路や拡散層における水分布を確認することができた。

口頭

中性子ラジオグラフィによる燃料電池内水分布の可視化

林田 洋寿; 安田 良; 本田 充紀; 野島 健大; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 塩澤 方浩*; 新田 高弘*; 礒貝 勇児*

no journal, , 

固体高分子型燃料電池開発において、フラッディング時における生成水挙動解明は重要なテーマの一つである。また、実際には加圧下でガス供給が行われることもあり、加圧下における生成水挙動解明も重要となる。このような背景の中、中性子は軽元素で構成される水に対して高いコントラストを持ち、かつ金属に対して高い透過性を持つため、中性子ラジオグラフィ法は上記ニーズに対して非常に有効な手段となり得る。そこでわれわれは中性子ラジオグラフィによって、フラッディング現象を直接可視化することを目的として実験を行った。実験に先立ち、燃料電池を発電するためのガス供給システムを、中性子ラジオグラフィ装置に導入した。本システムでは背圧によって電池内部の圧力制御を行う仕様となっている。実験時の背圧条件は、100kPaと200kPaの2条件とした。ガス流量は両条件ともに水素20cc/min.,空気30cc/min.であった。定電流0.3A(電流密度0.15A/cm$$^{2}$$)の負荷開始後、背圧100kPaでは3分,6分,10分(フラッディング)、200kPaでは3分,7分(フラッディング)の経過時刻においてラジオグラフィ撮影を行った。本実験の結果、背圧100kPaと200kPaにおける生成水挙動の差異を観測するには至らなかったが、背圧をかけた状態で可視化実験を行うことができる環境を整えることができた。今後はさらなる高空間分解能化を図り、より明確にフラッディング時における生成水の挙動を観測したい。

口頭

中性子スピン干渉計による磁場イメージング

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 飯倉 寛; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁; 竹中 信幸*; et al.

no journal, , 

中性子は磁気モーメントを持つため磁場中でラーマー歳差回転を行う。磁場に分布がある場合、その分布に応じてラーマー歳差回転角にも分布が生じる。この性質を利用して、偏極中性子を用いて空間的磁場分布を可視化する研究が近年行われている。このような手法は非破壊で試料内部磁場分布の可視化や、電流密度分布の可視化を可能とする技術として、多様なニーズが期待される。このような背景の中、われわれは中性子スピン干渉計によって以下の2つのテストサンプルに対して磁場のイメージングを試みた。一つは、磁性薄膜を折り曲げることで応力を加え、折り曲げ有りなしで磁性薄膜中の磁場分布の変わる様子の観察を試みた。もう一つはアルミ線に直流電流を流し、電流の作る磁場を観測してビオ・サバールの法則から電流密度を求めることを試みた。実験の結果、磁性薄膜サンプルでは折り曲げた部位において飽和磁化の減衰が観測され、アルミ線サンプルでは観測した磁場から電流密度を求めることに成功した。また、中性子スピンのラーマー歳差回転は中性子の波長と磁場積分に依存している。そのため、中性子スピン干渉計の磁場分解能は、波長分解能及びビーム発散角から生じる試料中での経路分散に依存する。パルス中性子では飛行時間法によって波長分解されるため、原子炉に比べて中性子スピン干渉計の磁場分解能向上が期待される。モンテカルロシミュレーションによって磁場分解能を見積もった結果、原子炉では測定が困難である数10[Tesla$$times$$mm]の磁場積分を持つ試料に対して、測定可能であることがわかった。

口頭

細胞内器官の蛍光顕微鏡像と軟X線顕微鏡像との直接比較

石野 雅彦; 加道 雅孝; 保 智己*; 安田 恵子*; 篠原 邦夫*; 三方 裕司*; 岸本 牧; 錦野 将元; 大場 俊幸; 海堀 岳史; et al.

no journal, , 

軟X線顕微鏡は、水溶液中の生きた細胞を高い空間分解能で観察可能な技術である。また、電子顕微鏡で必要とされる染色や切片化を必要とせず、細胞試料を無加工、非破壊で観察できるメリットもある。現在までに、レーザープラズマX線を光源とした密着法により、ヤツメウナギの網膜細胞や生きた精巣ライディッヒ細胞の軟X線像を無染色で取得することに成功しているが、軟X線顕微鏡により得られる像は細胞内器官によるX線吸収像であるため、従来の光学顕微鏡の像とは異なるコントラストで観察される。軟X線顕微鏡により細胞内器官の微細構造の観察や構造変化に伴う機能発現を明らかにするためには、取得した軟X線像に写る構造を同定する必要があり、軟X線顕微鏡開発の中の重要な課題の一つに挙げられる。そこで、生体細胞の可視化技術として、細胞内器官を蛍光標識した同一の細胞を蛍光顕微鏡と軟X線顕微鏡を用いて観察し、各顕微鏡により得られた像を直接比較することにより構造の同定を試みた。その結果、軟X線像には蛍光顕微鏡像と同一の構造が微細に観察されていることを確認できた。

口頭

長崎型原爆由来プルトニウムの化学状態解析

岩田 孟*; 川元 侑治*; 坂巻 景子; 安田 健一郎; 大貫 敏彦; 宇都宮 聡*

no journal, , 

放射性廃棄物には長半減期の$$^{239}$$Pu等が含まれ、地層処分後の化学的安定性や移行挙動の理解が重要である。本研究では、環境中に放出された長崎型原子爆弾由来Puの化学状態,サイズ依存性を調べ、Puの環境中における化学種変化を解明することを目的とした。長崎型原爆由来Puを含む堆積物サンプルを用いて、化学種分画とサイズ分画実験を行った。その結果、Puの約60%が有機物結合種として、30%程が酸化物などの難溶解性核種として存在することが明らかになった。また、10-114$$mu$$mが主要なサイズ領域であった。

口頭

J-PARC MLFに建設する新しいパルス中性子イメージング装置「物質情報3次元可視化装置」の概要と現状

篠原 武尚; 甲斐 哲也; 瀬川 麻里子; 大井 元貴; 及川 健一; 原田 正英; 中谷 健; 酒井 健二; 飯倉 寛; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

現在、われわれは世界初のパルス中性子イメージング専用ビームライン「物質情報3次元可視化装置」をJ-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)に建設すべく設計を進めている。本装置は共用促進法に基づいて建設される共用装置の一つであり、平成24年度に予算化され、3か年をかけてMLFのBL22に建設される。この装置には2つの特徴がある。一つは、パルス中性子の特徴を活かした高効率かつ高精度の本格的なエネルギー分析型中性子イメージングが可能となることである。これにより、観測対象内部の形状のみならず構成核種や結晶組織、磁場等の物理的な情報を定量的に解析し画像化することができる。もう一つは、国内の既存の中性子ラジオグラフィ装置と比較して高いL/D比を実現し、世界最高レベルの高精細なラジオグラフィ像が取得可能となることである。発表では、本装置の概要とデザイン、機器開発の現状と、期待される応用研究について報告する。

口頭

Present status of a new pulsed neutron imaging instrument at J-PARC

瀬川 麻里子; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 飯倉 寛; 大井 元貴; 及川 健一; 原田 正英; 酒井 健二; 曽山 和彦; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

We are now constructing a pulsed imaging instrument at beam line 22 in MLF (Materials and Life Science Experimental Facility) of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). This is the world first instrument dedicated to the pulsed neutron imaging, which enable us to make two dimensional image of the crystalline structure and nuclide composition and magnetic fields using the features of the pulsed neutron. This instrument also has capability to give the high-resolution images using a higher L/D option compared with other facilities in Japan. In this presentation, we introduce the current status of the instrument development and the prospective practical researches.

口頭

High-performance neutron imaging with microns scale resolution using LiF crystal detector

Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.

no journal, , 

The overview of main findings, which clearly demonstrated that the LiF crystal performs efficiently as imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers, generated by neutrons irradiation. It was shown that the obtained neutron images are almost free from granular noises, have spatial resolution of 5 micron, practically linear response with the dynamic range of at least 10$$^{3}$$ and two holes with less than 0.02 transmittance differences could be distinguished. We propose to use such detector in areas, where a high spatial resolution with a high image gradation resolution is needed.

口頭

東京電力福島第一発電所事故におけるセシウムの化学的挙動に関する検討,6; 不溶性Cs粒子の微細構造の検討

大石 佑治*; 中森 文博*; 牟田 浩明*; 黒崎 健*; 山中 伸介*; 坂田 孝夫*; 佐藤 和久*; 保田 英洋*; 逢坂 正彦

no journal, , 

不溶性Cs粒子の組成を模擬した試料を溶融後に冷却し、フランクリナイト(ZnFe$$_{2}$$O$$_{4}$$)の核形成-析出挙動と冷却条件との関係を調べた。また、スピノーダル分解によるフランクリナイト生成の可能性について検討した。

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