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口頭

XAFS測定によるホウケイ酸ガラス中のウラン原子価評価

永井 崇之; 岡本 芳浩; 秋山 大輔*; 佐藤 修彰*

no journal, , 

模擬高レベル放射性廃液のガラス固化プロセス実験において、実廃液に含まれる微量のウランを、化学的物理的な性質の類似性からランタニド元素で代替しているものの、ガラス中のウランの化学状態を把握し、ウランの代替元素を適切に選定する必要がある。本研究は、ガラス固化体製造のガラス原料であるホウケイ酸ガラスを対象に、ガラスに含まれるウランの化学状態を放射光XAFS測定により評価することを目的に実施した。合成した重ウラン酸ナトリウムをガラス原料へ添加混合し、アルゴン酸素混合ガスを掃気しながら加熱溶融してウラン含有ガラス試料を作製し、ガラス試料のウランL3端をXAFS測定した結果、ウランの原子価が6価であることを確認した。

口頭

MLF-BL04における$$^{35}$$Clの中性子捕獲断面積測定

原 かおる*; 藤井 伸弥*; 佐藤 博隆*; 成田 祐樹*; 加美山 隆*; 片渕 竜也*; 岩本 信之; 中村 詔司; 藤 暢輔

no journal, , 

低レベル放射性廃棄物に含まれる長寿命放射性核種$$^{36}$$Clは、原子力や加速器施設の冷却材や遮蔽材に不純物として存在する安定核種$$^{35}$$Clが中性子を捕獲することによって生じる放射化生成物である。$$^{36}$$Clは水への溶解性が高いために環境への影響を考える上で、その生成量を把握する必要がある。$$^{36}$$Clの生成量見積もりの精度を高めるためには、$$^{35}$$Clの中性子捕獲断面積のデータが必要であるが、これまでに行われた実験ではデータが数十meVから数百eVのエネルギー領域にわたって欠如しているという問題がある。そこで、J-PARC・MLF(BL04)において、NaI(Tl)検出器を使って、3種類のNaCl試料に対する中性子捕獲断面積測定を飛行時間法により行った。3種類のNaCl試料に対する中性子捕獲反応データを利用して解析し、20meVから1keVの中性子エネルギー範囲における$$^{35}$$Clの中性子捕獲断面積を導出した。発表では、得られた断面積と評価済核データライブラリ(JENDL-4.0)の評価値とを比較し、議論する。

口頭

全反射高速陽電子回折を用いた最表面構造決定

深谷 有喜

no journal, , 

全反射高速陽電子回折(TRHEPD)は反射高速電子回折(RHEED)の陽電子版である。陽電子は電子の反粒子であり、電子とは逆のプラスの電荷を持つ。このため、陽電子に対する物質の結晶ポテンシャルは障壁として働き、陽電子ビームの物質中への侵入深さを低減させる。特にすれすれ入射の場合には全反射が起こり、その時の侵入深さは原子1個分の厚みにしか満たない。したがって、TRHEPDは最表面層に極めて敏感な構造解析ツールである。我々は2010年より、それまでの線源法によるTRHEPD法を高度化させるべく、加速器を用いた新たな装置開発に着手した。結果として、従来の約100倍増のビーム強度を実現し、これまで観測が困難であった表面超構造由来の回折パターンの明瞭な観測に成功した。本発表では、TRHEPD法を用いたグラフェン、ゲルマネン等の2次元物質の構造決定と、本手法の発展形としての最表面原子配置の直接決定法の開発について報告する。

口頭

汚染土壌からのセシウム除去と溶融塩電気化学法を用いた電界効果

本田 充紀; 後藤 琢也*; 坂中 佳秀*; 岡本 芳浩; 鈴木 伸一; 矢板 毅

no journal, , 

福島環境回復への取り組みとして、土壌中の粘土鉱物からのセシウム除去と分離回収法の開発に取り組んでいる。我々はCs収着力が高い風化黒雲母(WB)からCsを除去する方法として混合塩(NaCl-CaCl$$_{2}$$)を添加して熱処理する方法を推進している。その結果、混合塩を添加して700$$^{circ}$$Cで加熱することにより100%のCsを除去し、Cs除去後に4種類の結晶(普通輝石, 和田石, 赤鉄鉱, 方解石)が創成されることを明らかにした。次のステップとして、溶融塩電気化学法を用いた電解析出による分離・回収の可能性について探索している。溶融塩電気化学法ではWB含有溶融塩(NaCl-CaCl$$_{2}$$)を用いて700$$^{circ}$$C加熱中に電解走査を行う。-2.2Vから+0.5Vの範囲で電位操走を行い、2対の酸化還元ピークを確認した。今回、還元ピークである-1.4V/700$$^{circ}$$Cと還元ピーク前の-1.0Vの異なる電位にて2時間反応させた後にXAFSによるCaおよびFe局所構造解析を行い、異なる電位における電解効果について報告する。

口頭

物質・生命科学実験施設における陽子ビーム窓交換作業

大井 元貴; 細川 英洸*; 西川 雅章*; 福田 真平; 勅使河原 誠; 明午 伸一郎; 高田 弘

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源では、中性子を発生させる中性子標的等をヘリウムベッセル内に設置している。一方、3GeVシンクロトロンからMLFの中性子源まで3GeV陽子ビームを輸送するビームラインは10$$^{-5}$$Pa以下の超高真空に保たれている。このビームラインとヘリウムベッセルを隔離するために陽子ビーム窓が設置されている。陽子ビーム窓は、窓材のアルミ合金の放射線損傷のため、1MW出力の運転において2$$sim$$3年の周期で交換する計画である。2017年夏の保守期間において、2号機から3号機への交換を行った。放射化したビーム窓の移動には、遮へいキャスクを使用し、また、冷却水, 真空、およびピローシール加圧配管等の着脱は、遮へいプラグ上部でハンズオン作業で行った。冷却水中には、5$$times$$10$$^{4}$$Bq/ccのトリチウムが含まれているため、交換前に配管内を乾燥させ、配管着脱時には、放射性物質の飛散防止対策として、作業エリアにグリーンハウスを設置し、局所排気を施した。本発表では、陽子ビーム窓交換作業とその安全対策について報告する。

口頭

磁気PDF解析を用いたMn$$_{0.5}$$Fe$$_{0.5}$$TiO$$_3$$のスピングラス状態における短距離磁気相関の観測

樹神 克明; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 社本 真一; 大友 季哉*

no journal, , 

磁気対相関関数(磁気PDF)は磁気モーメント間の相関を実空間であらわす量であり、シャープな磁気ブラッグピークを示さない短距離磁気秩序を調べる上で有効である。本研究では磁気PDF解析の適用例としてスピングラス物質Mn$$_{1-x}$$Fe$$_x$$TiO$$_3$$(x=0.5)を取り上げ、J-PARCに設置されている全散乱装置NOVAを用いて粉末中性子回折実験を行った。実験から得られた磁気PDFは異なる2つの短距離磁気相関の線形結合で再現され、過去に報告されている磁気相関の競合によるスピングラスの発現と一致する結果が得られた。

口頭

MLF中性子分光器「四季」

梶本 亮一; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹

no journal, , 

J-PARC・MLFに設置されている中性子分光器「四季」は直接配置型の熱中性子非弾性散乱装置である。共用装置のひとつとしてユーザーにビームタイムを提供し、ここ数年2倍程度の競争率の課題応募があるが、近年海外からの申請が占める割合が高くなっている。課題の多くは磁性・強相関電子系分野であり、2017年には銅酸化物高温超伝導、スピン-軌道結合系、一次元磁性体、金属ナノ粒子等の分野の研究成果が生まれた。単に実験課題を実施するにとどまらず現在も性能および操作性・安全性のさらなる向上を目指して装置の高度化が続けられており、2017年では中性子ガイド管の交換、マグネットを使用可能にするための装置改造等を行った。本発表では、これらの装置整備状況、利用状況、研究成果について報告する。

口頭

MLF中性子分光器の現状

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 柴田 薫; 川北 至信; 松浦 直人*; 遠藤 仁*; 瀬戸 秀紀*; 伊藤 晋一*; 中島 健次; et al.

no journal, , 

J-PARC・MLFでは現在21台の中性子実験装置が稼働または整備中であるが、そのうち6台が非弾性・準弾性散乱装置である。これら6台の特徴の異なる装置の組み合わせによって、MLFでは固体物理、非晶質、液体、ソフトマター、生体物質から工業材料まで幅広いダイナミクス研究が可能になる。既に稼働して久しい直接配置チョッパー型分光器のBL01四季、BL12 HRC、BL14アマテラス、および、逆転配置背面反射型分光器のBL02 DNAからは、スピン-軌道秩序系におけるスピン-軌道結合励起、ブリルアン散乱測定による金属磁性体のスピン波の観測を通したベリー位相の観測、三角格子反強磁性体における階層的磁気励起、超イオン伝導体の準弾性散乱測定によるリチウムイオンの拡散現象等、多くの重要な研究成果が生まれている。さらに順調にコミッショニングを続けていたスピンエコー分光器群BL06 VIN ROSEも2017B期よりいよいよユーザー利用を開始し、偏極チョッパー分光器BL23 POLANOもコミッショニングを開始した。本発表ではこれらMLFの中性子分光器群の特徴と目指すサイエンス、そして、装置整備・研究成果の最新のトピックスを総覧する。

口頭

中性子回折を用いたミクロ組織評価による日本刀の製作過程の解明

及川 健一; Harjo, S.; 鬼柳 善明*; 川崎 卓郎; 森戸 茂一*; 伊藤 正和*; 大庭 卓也*; Pham, A.*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也

no journal, , 

日本刀のミクロ組織は主に、刃側は高い硬度のマルテンサイトであり、背面側は比較的低い硬度のフェライトであることが知られている。ミクロ組織のタイプは、同じような位置でも刀ごとに異なり、製造方法の違いによるものと考えられている。今回、30年以上前に光学顕微鏡分析およびXRDを用いて研究された4種の日本刀試料片を用い、中性子回折実験を行った。顕微鏡分析から相分率分布は評価されず、またX線回折は定性的にのみ利用され、格子定数、相分率、構成相の転位密度は評価されなかった。そこで我々は、MLFのTAKUMIを用い、マッピング測定を3つの直交する方向に実施した。マッピング測定におけるゲージボリュームは、2mm角とした。Z-Rietveldを用いた解析により、試料毎に可能な相(フェライト, マルテンサイト, セメンタイトなど)の格子定数、相分率、選択配向のマッピングを行った。当日はこれら解析結果の概略を紹介し、過去の報告と比較を行う。

口頭

$$mu$$eV高エネルギー分解能TOF型Si結晶アナライザーBackscattering分光器DNA(J-PARC)における非弾性・準弾性散乱研究の現状

柴田 薫; 川北 至信; 中川 洋; 山田 武*; 富永 大輝*; 松浦 直人*

no journal, , 

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設MLFに設置されているSi結晶アナライザー背面反射TOF型高エネルギー分解能分光器DNAは、1.6micro eV以下の高エネルギー分解能を実現し高S/N比で広帯域に亘るmicro eV分解の非弾性散乱・準弾性散乱測定を世界に先駆けて実現した。本発表では、DNA分光器の平成29年度の現状と新たな研究成果を報告書する。

口頭

2017年度のMLF放射線安全チームの活動報告

原田 正英; 川上 一弘*; 相澤 一也; 曽山 和彦; 石角 元志*; 平松 英之*; 橋本 典道*; 細谷 倫紀*; 市村 勝浩*

no journal, , 

J-PARCのMLFの放射線安全チームは、放射線安全セクションと協力しながら、課題申請における放射線安全審査を担いつつ、MLFで実施されるユーザー実験における放射線安全を担保し、実験ホールの放射線安全を維持している。2016年11月より、MLF実験ホールを第2種管理区域から第1種管理区域表面汚染低減区域へ区分変更を実施した。管理区域出口で汚染検査を行うことにより、汚染を非管理区域に広げることなく、気体や液体を使用した実験をスムーズに実施できるようになった。また、小型物品搬出モニターの設置により、小物類の常時持出検査が可能となり、ユーザーの利便性が向上した。夏期メンテナンス期間には、第2種管理区域へ一時的に区分変更を行い、夏期メンテナンス作業の利便性を図った。汚染検査室では、管理区域での正しい服装・装備の確認のために、服装チェック鏡を設けた。2017年度末には、小型物品搬出モニターの予備機の導入、大型物品モニターの新規整備を行い、更なるユーザーの利便性の向上を予定している。その他、2017年度半ばから、実験後の各BLの分光器室内の汚染サーベイ、放射化した器材や試料の核種分析作業を行うことを始め、活動を広げている。ポスターでは、2017年度のこれらを含めた活動報告を行い、詳しい運用や設備の現状と今後の予定を報告する。

口頭

J-PARC/物質・生命科学実験施設全体制御システムの進捗

酒井 健二; 大井 元貴; 高田 弘; 甲斐 哲也; 中谷 健; 小林 庸男*; 渡邊 聡彦*

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核破砕中性子源やミュオン標的などを安全に効率よく運転するために、物質・生命科学実験施設(MLF)では、専用の全体制御システム(GCS)を持ち、運転状況に応じた機器の監視操作やインターロックを運用している。GCSは、MLF制御室の監視操作システムから専用リンクを介して、MLF内の機器を独自に運転制御する一方、J-PARCの加速器や他実験施設と連動しながらMLFの安定したビーム運転を実現している。GCSは、その役割に応じてネットワーク系(LAN), 統括制御系(ICS), サーバー, インターロック系(ILS), タイミング配信系(TDS)など幾つかのサブシステムで構成される。2008年のビーム運転開始以来、GCSは運転制御コミッショニングに基づく改修(2008年$$sim$$2009年)を経て、機器や装置の増強・増設が毎年の様に実施される環境下でシステム性能を継続的に維持する視点から、ICSの大幅なアップグレードやILSの機能拡張を実施してきた(2010年$$sim$$2015年)。近年は、制御機器の生産・サポート終了に伴い、後継機種への更新を進めている。本発表では運転開始から約10年間のGCSの運転・改造の履歴と、現時点(2017年)でのGCSの概要や各サブシステムの機能・役割などについて報告する。

口頭

偏極Xe標的を用いた中性子-原子核スピン相関項の研究

酒井 健二; 奥 隆之; 原田 正英; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 清水 裕彦*; 広田 克也*; 奥平 琢也*; et al.

no journal, , 

中性子基礎物理学において、弱い相互作用の増幅効果が期待できる中性子共鳴ピークでの時間反転非保存項(TRNC)の検証は重要な研究テーマである。パリティ非保存項(PNC)の増大が測定され、スピン交換光ポンピング(SEOP)法による高偏極が期待できるXeは、TRNC項検証の有力な標的候補であるものの、TRNC項と干渉すると予想される中性子-原子核スピン(${bf s・I}$)相関項に関する測定データはほとんど報告されていない。我々は物質・生命科学実験施設の狭いビームラインに設置可能な小型SEOPシステムによる偏極Xe標的を開発した。さらに核破砕中性子源で得られる高強度の熱外中性子ビームを利用した${bf s・I}$相関項の測定を検討し、その第一段階として$$^{129}$$Xeの9.6eV共鳴ピークでの中性子偏極能力の測定を行い、初期結果ではあるが有意な値を得た。

口頭

MLF中性子データ処理環境「空蝉」の最新トピック

稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 安 芳次*; 大下 英敏*

no journal, , 

「空蝉」はJ-PARC, MLFにおける中性子散乱用データ処理・可視化環境の一つであり、多くのビームラインで導入されているソフトウェア群である。MLFでは長い間、測定中のデータを解析してその場で結果を見たいという要望に対し、十分に対応できていなかった。平成28年度よりMLF計算環境チームでは、分散メッセージングミドルウェアRedisとデータ収集システムを組み合わせたシステムを用い、リアルタイムな情報取得やデータ処理を目指した開発に取り組んでいる。空蝉も率先してこのシステムを活用しイベント記録方式と組み合わせたリアルタイムデータ処理(Live Data Reduction)機能の開発を進めている。

口頭

ガラス固化技術高度化のための放射光XAFS研究

岡本 芳浩; 永井 崇之; 小林 秀和; 塩飽 秀啓; 菖蒲 康夫

no journal, , 

ガラス固化試料の分析において、高い元素選択性および低濃度への柔軟な適応性から放射光XAFS分析法が広く用いられている。我々は、様々なガラス固化試料のXAFS分析を実施してきた。ガラス固化体中に、多数の元素が含まれているので、XAFSの利用は、非常に効果的である。一方で、均一に分布していない元素(たとえば白金族元素)もあることから、イメージングXAFSを適用して対応している。本発表では、ガラス固化技術の高度化のために実施した、これまでの放射光XAFSとイメージングXAFSにより判明してきた知見をまとめて報告する。

口頭

中性子標的容器の高出力対応化の現状

羽賀 勝洋; 涌井 隆; 若井 栄一; 直江 崇; 粉川 広行; 高田 弘

no journal, , 

現在運転中の中性子標的容器は、熱応力の制限から利用運転に供する最大出力を700kWとしているが、次の標的容器では、J-PARCの目標である1MW運転を可能とするため、熱応力を低減する新たな冷却水流路と構造の設計を行い、現在製作中である。新しい設計では、発熱密度の高い標的前半部で水銀容器と保護容器を分離し、保護容器の冷却水流路の配置を最適化することで、容器の熱膨脹差で生ずる熱応力を大幅に低減している。また、全体の部材数を減らすように製作設計を行い、各部材はワイヤー放電加工を用いてブロック状の材料から成型することで溶接箇所を大幅に減らした。一部の溶接は電子ビーム溶接を新たに導入し、溶接に伴う変形・残留応力を低減した。さらに、製作工程で放射線検査、超音波検査を積極的に導入し、溶接部の健全性を確認している。圧力波によるキャビテーション損傷に関しては、150kW$$sim$$200kWの出力で使用した使用済み中性子標的容器から試験片を切り取って損傷深さを計測し、気泡の無い条件における損傷予測の精度を向上させるデータが得られた。

口頭

J-PARC核破砕パルス中性子源の大強度化のための半無拘束型ターゲットの設計と製作の状況

若井 栄一; 粉川 広行; 涌井 隆; 直江 崇; Guan, W.; 花野 耕平*; 木下 秀孝; 成井 紀男*; 羽賀 勝洋; 勅使河原 誠; et al.

no journal, , 

J-PARCの核破砕中性子源施設は大強度(1MW(3GeV, 25Hz))での安定運転を目標としている。核破砕中性子源の水銀ターゲット容器は、水銀容器及び冷却水層を有する保護容器から成る薄肉多重容器構造を持ち、耐食性が良いSUS316L鋼で製作している。本研究では運転時に発生する応力をより低減させるため、従来と構造を大きく変更した半無拘束型ターゲット構造モデルの成立性を検討した。有限要素法などによって解析を進めた結果、設計要件を十分に満足させることができた。一方、その製作技術の評価では水銀容器と保護容器を繋ぐ部分(リブ)を容器後方の一部のみとし、溶接時に生じる熱変形や残留応力を低下させるため、電子ビーム溶接法による技術実証試験を行った。また、保護容器の構造強度を高めるとともに製作時間を短職化させるため、水路の体積を減少させる構造を採用し、その水路の加工をガンドリル法によって製作技術の実証試験を行った。その結果、応力などの解析評価と技術実証によりその成立性に関する良好な結果を得た。また、本評価を基にした実機ターゲット容器の製作も進んでおり、その近況も報告する。

口頭

有機太陽電池薄膜の作製溶媒が電子状態へ与える影響

久保田 正人; 櫻井 岳暁*; 宮寺 哲彦*; 中尾 裕則*; 杉田 武*; 吉田 郵司*

no journal, , 

軟X線共鳴散乱測定では、軽元素の吸収端エネルギーを用いるので、有機薄膜材料の電子状態を捉える上で有用な測定手段である。変換効率が異なる有機太陽電池試料の電子状態を捉えるために、poly(3-hexylthiophene) (P3HT)と[6,6]-Phenyl-C 61-Butyric Acid Methyl Este (PCBM)の混合膜の成膜時に溶媒の種類を変え、スピンコート法によりガラス基板上に有機太陽電池薄膜試料を作成した。両サンプルでは、非共鳴エネルギー位置と共鳴エネルギー位置のスペクトル強度差が大きく異なり、局所的な硫黄サイト周辺の電子状態が異なっていることが示唆された。UV-VISスペクトルとも比較しながら、作製溶媒が電子状態へ与える影響について、議論を行う。

口頭

MLF先進計算環境整備2017

中谷 健

no journal, , 

平成29年度J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)では、MLFにおいて開発された新測定手法(多重エネルギー計測法, 単結晶4次元測定法, ストロボスコピック測定法)により生み出されるデータを適切に処理するため、MLFとJ-PARC研究棟の建屋間広帯域ネットワークと大容量ストレージから成る先進計算環境ネットワークを整備中である。建屋間広帯域ネットワークの基幹部は今後のMLFのビーム強度増大により想定されるデータ転送量を十分賄うよう40Gbpsの光ファイバーケーブルを2本束ねた構成である。大容量ストレージは200TBのストレージを2台並列させ、各装置からのデータを遅滞なく読み書きできるように構成している。また、ネットワークすべての機器および経路は冗長化されており、障害発生時には自動的に切り替わる。本発表では平成29年度の整備内容の詳細と平成30年度以降の整備計画について報告する。

口頭

エネルギー分析型中性子イメージングによる稼働条件下での実用製品の直接観察

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

no journal, , 

中性子イメージング(ラジオグラフィ)は工業製品内部の非破壊検査に広く利用されてきた。近年、中性子透過像のエネルギー依存性を解析することで、対象内部の結晶構造、元素、温度、磁場などの様々な物理/化学情報の分布を可視化するエネルギー分析型中性子イメージングが注目されている。この手法を稼働中の実用製品の観察に応用すれば、従来までシミュレーション等から推測することしかできなかった動作環境下における電池内部の元素分布やモーター内部の磁場分布等の製品の特性を直接的に観測することが可能になり、計算・設計と比較可能な実測データを取得することで、製品設計の高度化や性能向上に繋がることが期待される。J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)では世界に先駆け本格的なパルス中性子イメージング専用装置BL22「螺鈿」の運用を開始しており、MLFの大強度パルス中性子を活用したエネルギー分析型中性子イメージング技術の開発とその応用研究を進めている。本発表では「螺鈿」で開発を進めている中性子イメージング手法の原理を紹介するとともに、それを実用製品の測定に適用した実験結果について説明する。

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