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論文

Development of three-dimensional prompt $$gamma$$-ray analysis system

瀬川 麻里子; 松江 秀明; 呉田 昌俊

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.54 - 56, 2009/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.74(Instruments & Instrumentation)

本研究では、中性子を試料に照射しその際に放射される即発$$gamma$$線を利用した従来のバルク分析法(neutron induced Prompt $$gamma$$-ray Analysis)に加え新たにコンピュータ断層撮影解析技術(CT)を導入することによって、試料の内部構造情報と同時に多元素分布情報を3次元的に得られる新しい分析技術(PGACT)の開発に成功した。PGACTは物質に対し高い透過力を持つ中性子を入射ビームとして用いるため、試料内部の元素分布情報を非破壊で得られるという特徴を有する。また蛍光X線分析では難しい水素,ホウ素,ケイ素等の軽元素及びカドミウムや水銀等の有害元素に高い感度を持つ。以上から、本分析技術は材料構造・環境・考古学分析など、非破壊分析が望まれる広い分野への技術応用が期待できる。本講演ではPGACTシステム開発及びJRR3熱中性子ポートにて行ったPGACT・3次元構造及び元素分布可視化構築実証実験の結果について発表する。

論文

A Combined method of small-angle neutron scattering and neutron radiography to visualize water in an operating fuel cell over a wide length scale from nano to millimeter

岩瀬 裕希; 小泉 智; 飯倉 寛; 松林 政仁; 山口 大輔; 前川 康成; 橋本 竹治

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.95 - 98, 2009/06

 被引用回数:26 パーセンタイル:10.14(Instruments & Instrumentation)

燃料電池の発電特性は燃料電池セル中の水の分布・挙動と直結する。燃料電池の水分布は電解質膜のイオンチャンネル内に存在するミクロスケールの水,ガス拡散相やセパレータの流路に滞留したマクロスケールの水といったように広い空間スケールにわたって存在し、総合的に発電特性を支配すると考えられている。今回、ミクロスケールからマクロスケールの水分布を広範囲な空間スケールについて横断的に観察するための計測手段として、中性子小角散乱と中性子ラジオグラフィを結合させた計測システムを開発した。本計測法により、実作動状態下の燃料電池単セル内のミクロからマクロスケールの水分布状態を観察することを世界に先駆けて成功した。

論文

Visualization of water permeation into granite by neutron radiography

長 秋雄*; 松林 政仁; 長谷川 正一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.197 - 199, 2009/06

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

花崗岩は、強度・耐久性・美観に優れた素材特性から、石垣,建物外壁,橋,舗装等の社会資本に使用されている。花崗岩材は劣化により、変色,鉱物の脱落,白色化等が生じる。原因としては花崗岩とそれに浸透した水及びその溶解物との緩慢な化学反応が考えられる。このため、花崗岩石材の劣化現象を解明し劣化防止技術を検討するには、花崗岩石材中の水の浸透特性を把握することが重要である。本研究ではJRR-3に設置された熱中性子ラジオグラフィ装置を用いて、花崗岩石材に浸透する水の状態を可視化した。実験には国産2種(真壁御影石,稲田御影石)及び中国産2種(G614, G623)の花崗岩を4cm角にカットして用いた。

論文

Shape measurement of bubble in a liquid metal

齋藤 泰司*; Shen, X.*; 三島 嘉一郎*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.192 - 196, 2009/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:41.28(Instruments & Instrumentation)

気泡中や溶融金属中で蒸発する水滴を含む蒸気泡など、二相状態の気泡の動的挙動を高速度中性子ラジオグラフィにより可視化した。溶融鉛-ビスマスを利用する直接接触型の熱交換器の設計に関連して、熱的に層状化されたニュートン合金プールでの水滴の蒸発を対象として実験を実施した。ボイド率分布及び対称性のある気泡形状を想定して求めた全ボイド容積から瞬間的な気泡の形状及び寸法を評価した。その結果次の成果を得た。(1)溶融金属プール中での水滴の直接接触蒸発が高速度撮影により明確に可視化できた。(2)計算結果から水滴の対称性の仮定は現状の実験条件の範囲で許容範囲内であった。(3)二相状態の気泡は長円体からキャップ形状への遷移で横方向に急速に広がる。

論文

Quantification of water penetration into concrete through cracks by neutron radiography

兼松 学*; 丸山 一平*; 野口 貴文*; 飯倉 寛; 土屋 直子*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.154 - 158, 2009/06

 被引用回数:45 パーセンタイル:2.94(Instruments & Instrumentation)

Improving the durability of concrete structures is one of the ways to contribute to the sustainable development of society, and it has also become a crucial issue from an environmental viewpoint. It is well known that moisture behavior in reinforced concrete is linked to phenomena such as cement hydration, volume change and cracking caused by drying shrinkage, rebar corrosion and water leakage that affect the durability of concrete. In this research, neutron radiography was applied for visualization and quantification of water penetration into concrete through cracks. It is clearly confirmed that TNR can make visible the water behavior in/near horizontal/vertical cracks and can quantify the rate of diffusion and concentration distribution of moisture with high spatial and time resolution. On detailed analysis, it is observed that water penetrates through the crack immediately after pouring and its migration speed and distribution depend on the moisture condition in the concrete.

論文

Evaluation of water transfer from saturated lightweight aggregate to cement paste matrix by neutron radiography

丸山 一平*; 兼松 学*; 野口 貴文*; 飯倉 寛; 寺本 篤史*; 早野 博幸*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.159 - 162, 2009/06

 被引用回数:19 パーセンタイル:15.82(Instruments & Instrumentation)

In high-strength concrete with low water-cement ratio, self-desiccation occurs due to cement hydration and causes shrinkage and an increased risk of cracking. While high-strength concrete has a denser matrix than normal-strength concrete, resulting in lower permeability, early-age cracks would cancel out this advantage. For the mitigation of this self-desiccation and resultant shrinkage, water saturated porous aggregate, such as artificial lightweight aggregate, may be used in high-strength concrete. In this contribution, for the purpose of clarification of the volume change of high-strength concrete containing water-saturated lightweight aggregate, water transfer from the lightweight aggregate to cement paste matrix is visualized by neutron radiography. As a result, it is clear that water was supplied to the cement paste matrix in the range 3-8 mm from the surface of the aggregate, and the osmotic forces may yield water transfer around lightweight aggregate in a few hours after mixing.

論文

Dehydration process of fish analyzed by neutron beam imaging

田野井 慶太朗*; 濱田 洋祐*; 瀬山 祥平*; 斉藤 貴之*; 飯倉 寛; 中西 友子*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.179 - 184, 2009/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:67.7(Instruments & Instrumentation)

Since regulation of water content of the dried fish is an important factor for the quality of the fish, water-losing process during dryin (squid and Japanese horse mackerel) was analyzed through neutron beam imaging. The neutron image showed that around the shoulder of mackerel, there was a part where water content was liable to maintain high during drying. To analyze water-losing process more in detail, spatial image was produced. From the images, it was clearly indicated that the decrease of water content was regulated around the shoulder part. It was suggested that to prevent deterioration around the shoulder part of the dried fish is an important factor to keep quality of the dried fish in the storage.

論文

Effect of water distributions on performances of JARI standard PEFC by using neutron radiography

村川 英樹*; 植田 忠伸*; 吉田 壮寿*; 杉本 勝美*; 浅野 等*; 竹中 信幸*; 持木 幸一*; 飯倉 寛; 安田 良; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.127 - 130, 2009/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:14.45(Instruments & Instrumentation)

In order to clarify the effects of water on performances of a Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC), measurements of water distribution in a Japan Automobile Research Institute standard PEFC were carried out by means of neutron radiography. Furthermore, the cell voltage and the pressure drop between inlet and outlet of the air were simultaneously measured. From the measurements, the relation between cell voltage, pressure drop and movement of the water plug in the channel was confirmed. The PEFC performances were recovered as the water plug evacuated. Condensed water in the channel decreased with the relative humidity of air. However, it may affect the MEA permanence. Therefore, the most appropriate operating conditions should be decided for taking into account both the cell performances and the permanencies.

論文

Development of an ultra-high-speed scanning neutron tomography system for high-quality and four-dimensional visualizations

呉田 昌俊; 飯倉 寛

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 605(1-2), p.81 - 84, 2009/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.74(Instruments & Instrumentation)

高速度撮像中性子ラジオグラフィ技術とコンピュータ断層撮像技術(CT)を融合して、高品質な3次元トモグラフィや4次元可視化を実現する新しい中性子トモグラフィシステムを開発した。本技術は計測対象物を高速ターンテーブルを用いて回転させ高速度ビデオカメラと画像強度増幅器を用いて高速度で中性子ラジオグラフィ像を記録することが基本原理となっており、時間方向に連続した画像から3次元CT技術を時間方向に行うことで4次元可視化を実現した。高品質な3次元CT結果を1秒間で得ることができ、砂時計中の砂が流下する現象を4次元で鮮明に可視化することができた。また、本技術により測定対象物の中性子による放射化を激減することができた。

口頭

Development of multi pinhole aperture for improving spatial resolution with wide imaging area

林田 洋寿; 瀬川 麻里子; 安田 良; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

no journal, , 

中性子ラジオグラフィにおいて、得られる画像の鮮明度を表すパラメータにコリメーター比(L/D, L: コリメーター$$sim$$試料間距離, D:スリットの開口径)がある。より鮮明な画像を得るためにはコリメーター比を大きくする必要があり、コリメーター比1000を目指している。原子力機構JRR-3Mに設置されているThermal Neutron Radiography Facility(TNRF)では、L=2000mmに制限されるため、L/D=1000を担保するにはD=2mmが必要となる。しかしこの条件下での試料位置における撮像領域は20mm$$times$$20mmに制限され、十分な撮像領域が確保されなくなってしまう。われわれのターゲットサンプルである燃料電池を撮像するには最低50mm$$times$$50mmの撮像領域が必要となる。そこでわれわれはL/D=1000を担保しつつ50mm$$times$$50mmの撮像領域を満たすためにマルチピンホールコリメーターの開発を行った。

口頭

Development of high spatial resolution devices for neutron radiography in TNRF

安田 良; 林田 洋寿; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

no journal, , 

中性子ラジオグラフィは、燃料電池内部の水分布を可視化するツールとして期待されている。特に、厚さ数十$$mu$$m以下の電解質膜等、極めて微小な領域における水分布に関する知見がニーズとして高まっている。しかし、現状のTNRFの空間分解能では、こうした微小領域を観察することは困難である。そこで、TNRFの空間分解能を向上させるために、高L/Dを実現するためのピンホールコリメータシステム、及び微小な領域を観察するための微小領域撮像システムを製作した。ピンホールコリメータシステムの特性試験の結果、ピンホールの径を小さくするとともに、画像の解像度が良好になる傾向が見られ、本システムの効果を確認できた。また、微小領域撮像システムにおいては、画素サイズ4$$mu$$m, 4mm角の撮像領域の画像を取得できることを確認した。

口頭

Evaluation of spatial resolution on ZnS:Ag/10B$$_{2}$$O$$_{3}$$ type scintillation converter for neutron imaging

安田 良; 片桐 政樹; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 林田 洋寿; 杉本 勝美*; 竹中 信幸*; 松林 政仁

no journal, , 

シンチレーションコンバータは、中性子ラジオグラフィの空間分解能を決定する重要な要素機器の一つである。本研究開発では、原子力機構で開発されたZnS:Ag/10B$$_{2}$$O$$_{3}$$型コンバータの空間分解能とシンチレータ厚さとの関係について調べた。40, 60, 90, 120, 150$$mu$$m相当厚のB$$_{2}$$O$$_{3}$$型シンチレータを用意し、JRR-3のTNRFにおいてビーム試験を実施した。空間分解能は、厚さ0.1mmのGd板を撮像し、その端部画像のエッジスプレッドファンクションにより評価した。その結果、シンチレータ厚が薄くなるとともに空間分解能が向上することが明らかとなった。

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