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報告書

モックアップ試験流下ガラス試料の放射光XAFS分析(受託研究)

岡本 芳浩; 永井 崇之; 塩飽 秀啓; 狩野 茂; 姫野 晴行*; 小林 大志*; 中谷 三喜雄*

JAEA-Research 2018-013, 18 Pages, 2019/03

JAEA-Research-2018-013.pdf:1.98MB

模擬廃液を利用したガラス固化体モックアップ試験のうち、高レベル模擬廃液供給20バッチ分の流下ガラス試料中の元素の化学状態および局所構造を、放射光XAFS分析によって調べた。セリウム元素の分析の結果、バッチが進むにつれて、緩やかに酸化が進む傾向が確認された。マンガン, 鉄, 亜鉛については、バッチ間の違いはほとんど認められず、ガラスの骨格構造に入り込んで安定化しているものとみられた。EXAFS解析の結果では、白金族元素を除き、明らかに結晶性と思われる元素は無かった。イメージング分析の結果、ジルコニウムやモリブデンでは、目立った析出はほとんど観察されなかった。白金族元素では、筋状の析出が認められたが、いずれも小さなものであった。

論文

放射光分析技術によるガラス固化技術高度化への貢献; 廃棄物ガラスの化学状態分析から、健全性を証明する構造解析への展開

岡本 芳浩; 永井 崇之; 塩飽 秀啓

溶融塩および高温化学, 62(1), p.11 - 17, 2019/01

高レベル放射性廃液の廃棄物形態であるガラス固化体は、多くの種類の元素が含まれる多成分系物質である。放射光XAFSは、高い元素選択性を有することから、固化体中の元素の分析に適している。XAFS分析からは、化学状態や局所構造が明らかにされる。XAFS分析の拡張版であるイメージングXAFSは、ガラス中の元素分布に基づく分析だが、ガラスへの溶解度の低い白金族元素やモリブデンの分析に特に有効である。たとえば、ロジウムとルテニウムの2元素同時測定分析から、ロジウムの化学形がルテニウムとの分布相関に強く支配されていることを明らかにした。我々は、XAFS分析に広角散乱、PDF解析及び小角散乱を加えたマルチスケールの構造解析を行い、固化体の健全性まで評価可能な構造情報の取得を目指している。

論文

Gamma-ray imaging system for Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant using silicon strip detector

冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 鳥居 建男

Reactor Dosimetry; 16th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-16) (ASTM STP 1608), p.405 - 414, 2018/11

On March 11, 2011, a massive earthquake occurred in the Tohoku region of Japan, and a large tsunami hit the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F), resulting in a nuclear accident. Despite the years that have passed since the accident, decommissioning remains a concern. Radiation measurement techniques are very important for accelerating the decommissioning and ensuring low radiation exposure to workers. Our gamma-ray imaging system is the detection device for determining the three dimensional radioactive distributions of nuclear fuel debris, measuring high-energy gamma rays (greater than 1 MeV). Silicon semiconductor detectors are among the candidate detectors for radiation measurements in our system because of their radiation-hardness and high counting rate capability. We have been developing a stacked amorphous-silicon (Si)/crystal-Si heterojunction Si strip detector, which has 1-mm-pitch striped electrodes (0.5 mm wide) and 1.2-mm-pitch stacked technology. The detector consists of an Si strip mounted on a thin printed circuit board, front-end readout electronics with a complementary metal oxide semiconductor application specific integrated circuit, and a field programmable gate array. The threshold level of energy deposition of each pulse signal in each channel can be set from the application-specific integrated circuit, and gamma-ray images with energy discrimination can be obtained. The energy threshold level for discrimination of $$^{60}$$Co gamma rays from $$^{137}$$Cs gamma rays was investigated experimentally and by means of simulation, and it was found to be about 500 keV. Therefore, our Si strip detector has the required position sensitivity and energy discrimination ability for identifying high-energy gamma-ray source distributions.

論文

中性子ビーム技術を用いた鉄筋コンクリートの変形破壊挙動の評価

上野 一貴*; 鈴木 裕士; 小山 拓*; 西尾 悠平*; 兼松 学*

コンクリート構造物の補修、補強、アップグレード論文報告集, 18, p.647 - 650, 2018/10

本研究では、中性子イメージング技術と画像処理技術を組み合わせることで、コンクリート内部に分散したガドリニウムマーカの動きを精度よく評価できる技術を開発した。次に、中性子イメージング技術と中性子回折法を組み合わせて、鉄筋コンクリートの引張載荷時の付着劣化挙動を評価した。その結果、中性子イメージング技術により得られるコンクリートの変形挙動と、中性子回折により得られる鉄筋の応力分布を比較・検討することで、鉄筋コンクリートの付着劣化挙動の評価が可能になることを示した。

論文

廃棄物低減を目指すガラス固化技術高度化のための放射光利用

岡本 芳浩; 永井 崇之; 塩飽 秀啓

放射光, 31(4), p.274 - 280, 2018/07

ガラス固化技術は、放射性廃棄物の処理法として有望であるが、多くの種類の元素をガラス原料内に安定に閉じ込めることが要求されており、それらを確認する必要がある。我々は、元素選択性を有する放射光XAFS分析を利用し、様々なガラス固化試料における各元素の挙動を明らかにしてきた。さらに、イメージングXAFSの活用、XAFSデータの積み重ねにより、ガラス固化技術の高度化へ貢献する活動へと展開している。ここでは、それらの中から、高温スラグ融体の高エネルギーXAFS、高温ガラス融体のイメージング観察、およびイメージングXAFSによるホウケイ酸ガラス中の白金族元素分析の成果を紹介する。

論文

中性子技術を用いたRCの腐食ひび割れの補修による鉄筋付着性能回復の検証

関根 麻里子*; 鈴木 裕士; 兼松 学*

コンクリート工学年次論文集(DVD-ROM), 40(1), p.1545 - 1550, 2018/07

本論文は、これまで難しいとされてきた鉄筋コンクリート内の健全および腐食した鉄筋、さらに腐食ひび割れに補修を施した鉄筋コンクリート内の腐食鉄筋の応力分布を工学材料回折装置を用いて精度良く測定し、また、中性子イメージング装置を用いたCT撮影により試験体内部のひび割れ分布と補修材充填状態を確認した。検証の結果、腐食グレードによる付着応力度分布の変化を捉えることができた。また、腐食ひび割れに対して補修材を施工した場合、摩擦力の向上およびコンクリートの拘束効果の回復によって付着が回復することが確認された。

論文

放射線分布の3次元イメージング技術

佐藤 優樹; 鳥居 建男

Isotope News, (757), p.44 - 47, 2018/06

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所(以下、福島第一原発という)の円滑な廃炉作業に向けて、日本原子力研究開発機構廃炉国際共同研究センターでは、放射線イメージングセンサーとして大きな遮蔽体の要らない小型コンプトンカメラを用い、放射性物質の立体的な分布を示そうと、福島第一原発の作業環境において放射線物質の3次元可視化技術の研究開発に取り組んでいる。本研究開発では、レーザー光を利用した測域センサー(LiDAR)で取得した建屋構造物の3次元モデルにコンプトンカメラで取得される汚染分布の情報を重ね合わせることにより、実空間における汚染分布の拡がりをより詳細に可視化する手法を検討している。本稿では、これらの技術と取り組みについて紹介する。

論文

短パルス中性子源とエネルギー分析型中性子イメージング装置RADEN(螺鈿)による可視化技術

甲斐 哲也; 篠原 武尚; 廣井 孝介; Su, Y.; 及川 健一

非破壊検査, 67(5), p.209 - 216, 2018/05

RADENの機器構成とその役割、及び中性子ラジオグラフィ、トモグラフィの実例を示し、解説を行う。また、パルス中性子を利用した、ストロボ撮影、中性子共鳴吸収イメージング、ブラッグエッジイメージング、偏極中性子イメージングについても、手法の解説と簡単な測定例の紹介を行う。

論文

放射光XAFSおよびイメージングXAFS法による模擬ガラス試料中のロジウム元素の化学状態分析

岡本 芳浩; 永井 崇之; 塩飽 秀啓; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*

日本原子力学会和文論文誌, 16(4), p.180 - 190, 2017/12

模擬ガラス中のロジウムの化学状態を調べるために、X線吸収微細構造(XAFS)およびイメージングXAFS分析を実施した。ガラス中のロジウムの化学形は、EXAFSデータの線形結合解析の結果から、84%がRhO$$_{2}$$、残り16%がRh金属と見積もられた。イメージングXAFS分析によると、ルテニウムと共存しているロジウムの化学形は、RhO$$_{2}$$であった。これは、模擬ガラス中に、安定な(Ru,Rh)O$$_{2}$$固溶体が存在することを示唆している。一方、ルテニウムと分布が一致しないロジウムの化学形は金属であった。ガラス中の金属ロジウムは、凝集体になる傾向があった。これらの結果から、ロジウムの化学状態は、ルテニウム元素の存在とその分布に強く影響を受けると結論付けられた。

論文

Development of multi-colored neutron talbot-lau interferometer with absorption grating fabricated by imprinting method of metallic glass

關 義親; 篠原 武尚; Parker, J. D.*; 矢代 航*; 百生 敦*; 加藤 宏祐*; 加藤 秀実*; Sadeghilaridjani, M.*; 大竹 淑恵*; 鬼柳 善明*

Journal of the Physical Society of Japan, 86(4), p.044001_1 - 044001_5, 2017/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:18.97(Physics, Multidisciplinary)

パルス中性子源において効率的な位相イメージングを行うために、複数波長で機能する多色Talbot-Lau干渉計を設計・開発した。J-PARC物質・生命科学実験施設のエネルギー分解型中性子イメージング装置「螺鈿」において、中心波長0.25, 0.50, 0.75nmそれぞれに由来する異なるビジビリティーのモアレ縞を同一セットアップで確認することで、その動作原理の実証を行った。さらに、入射波長の波長分解能を18%から50%まで変化させながら、モアレ縞のビジビリティーの減衰を測定し、高波長分解能が実現できるパルスビームの利点を示した。さらに、中心波長0.5nmを用いて、アルミニウム、鉛、銅のロッドをテストサンプルとしたイメージングも行い、吸収像に加えて、境界がエンハンスされた微分位相像、ビジビリティー像も取得することに成功した。この干渉計では、アナライザー用吸収格子の製作方法として、初めて金属ガラスのインプリント法を採用した。中心波長でのモアレ縞のコントラストは68%と良好であり、従来のガドリニウムの斜め蒸着法を用いた格子と比較すると、形状の精密なコントロールが可能である。

論文

Experimental evaluation of neutron absorption grating fabricated by oblique evaporation of gadolinium for phase imaging

關 義親; 篠原 武尚; 上野 若菜; Parker, J. D.*; 佐本 哲雄*; 矢代 航*; 百生 敦*

Physics Procedia, 88, p.217 - 223, 2017/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:0.61

Talbot-Lau interferometry with three gratings is a powerful imaging method which produces a radiography image, a differential phase imaging, and a visibility contrast image at one measurement. We develop a new neutron Talbot-Lau interferometer at "RADEN" beam line on the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). Since the alignment condition of Talbot-Lau interferometer allows use of several wavelengths at the same setup of gratings, we can carry out wavelength-resolved phase contrast imaging with time-of-flight measurement. This method utilizes intensive beam of spallation neutron source with avoidance of chromatic aberration at the sample, and gives more detailed sample information depending on wavelength. We have successfully performed Talbot-Lau imaging for several types of metal rods with wavelengths of 2.5, 5.0 and 7.5 A.

論文

Development of micro-structured fluorescent plates for high-resolution imaging

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 松林 政仁

JPS Conference Proceedings (Internet), 11, p.020005_1 - 020005_6, 2016/11

We have developed novel fluorescent plates for high-resolution imaging. The devices consist of capillary plates and fine phosphor grains, namely each capillary is filled with the grains. We used the capillary plates (HAMAMATSU, J5112-25D25U1TB) as substrates. The thickness of the plate is 1 mm and the diameter of each hole is 25 $$mu$$m. The phosphor grains are sifted silver-activated zinc sulfide (ZnS:Ag). The mean particle size is approximately 7 $$mu$$m. The fabricated fluorescent plates are observed using an optical microscope and a scanning electron microscope. The observation results show that all capillaries are filled with grains very well. The imaging experiment is performed using a small X-ray source. The results show that the fluorescent plates are expected to be compatible with both spatial resolution and detection efficiency.

論文

中性子ラジオグラフィによる混相流の可視化計測

呉田 昌俊

化学工学, 80(8), p.464 - 467, 2016/08

中性子ラジオグラフィは中性子を利用して物質内部を可視化計測する技術であり、X線ラジオグラフィ(レントゲン)と相補的な特長を持つ。本レビュー論文においては、その計測原理および適用事例、例えばエンジン内の潤滑油オイルの可視化、大強度陽子加速器施設J-PARC(共用中性子イメージング専用施設)を利用した最先端技術などについて、計測の次元毎に技術全体を網羅し整理した形で紹介する。

論文

Imaging of radiocesium dynamics in soybean by using a high-resolution gamma camera

尹 永根; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 吉原 利一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 112, 2016/02

Large areas of agricultural fields were contaminated with radiocesium ($$^{134}$$Cs and $$^{137}$$Cs) in Japan by the accident of The Tokyo Electric Power Company Fukushima Daiichi Nuclear Power Station in March 2011. Many agricultural studies, such as fertilizer management and plant breeding, are undertaken for reducing radiocesium uptake in crops or enhancing of uptake and transportation via phytoremediation. These studies examine the control of radiocesium transport into/within plant bodies from the viewpoint of plant physiology. Radiotracer imaging is one of the few methods that enable the observation of the movement of substances in a living plant, like a video camera, without sampling of the plant tissues. In this study, we performed the imaging of $$^{137}$$Cs uptake and transport from root to aerial part by using a new gamma camera in intact soybean plants because contamination of soybean by radiocesium has currently become a major problem in agriculture in Fukushima.

論文

Correlative imaging of live biological cells with a soft X-ray microscope and a fluorescence microscope

加道 雅孝; 岸本 牧; 保 智己*; 安田 恵子*; 青山 雅人*; 刀祢 重信*; 篠原 邦夫*

AIP Conference Proceedings 1696, p.020019_1 - 020019_4, 2016/01

 パーセンタイル:100

軟X線顕微鏡は生きている細胞の細胞内小器官を観察するための非常に強力なツールであり、これまで細胞の内部構造を観察するための多くの研究開発が行われてきた。しかし、細胞内構造は非常に複雑で、軟X線顕微鏡で取得した細胞の軟X線顕微鏡像において細胞内小器官を特定することは困難であった。我々は、同一細胞を軟X線顕微鏡と蛍光顕微鏡により同時に観察するハイブリッドイメージング法を提案した。細胞にあらかじめ蛍光標識を施すことにより蛍光顕微鏡により細胞内小器官の位置を正確に特定することができ、蛍光顕微鏡によって得られた細胞内小器官の位置情報を用いて軟X線顕微鏡で取得した細胞の軟X線顕微鏡像において細胞内構造を正確に特定可能となる。軟X線顕微鏡は蛍光顕微鏡よりはるかに高い空間分解能を持つため、正確に特定された細胞内小器官の詳細な構造の解析が可能である。ハイブリッドイメージング法により生きている細胞の観察を行った。その結果、生きている細胞内のミトコンドリアの詳細な構造が確認できた。

論文

分析化学における放射光の利用, 放射光分析の応用; 環境分析

岡本 芳浩; 矢板 毅

ぶんせき, 2015(11), p.478 - 485, 2015/11

放射光を利用した分析化学の中で、環境試料を対象とした放射光分析の応用を紹介した。環境試料を、(1)どのような元素から構成されているかが分からない、(2)どのような化学形で存在しているかが分からない、(3)どのように分布しているかが分からない、の3つの視点から、放射光を使い分析している現況を解説した。それらを実現する手法として、蛍光X線分析とそれを使用した蛍光XAFS、最近利用が広がりつつあるイメージングXAFSとその応用、実際に使用された例を題材として取り上げて説明した。

論文

中性子ラジオグラフィ

飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

波紋, 25(4), p.277 - 282, 2015/11

中性子ラジオグラフィに関する入門講座として、原理の説明から、JRR-3に設置されている熱中性子ラジオグラフィ装置(TNRF)の概要や測定手法の説明、さらに実際に行われている応用研究や技術開発に関して簡潔に紹介したものである。中性子ラジオグラフィは非破壊分析技術として、学術研究だけでなく産業界への応用など、幅広い分野で利用されており、TNRFにおいては利用者の多様なニーズに対応すべく、様々な技術開発が行われてきた。本稿は、中性子利用の初心者に向けて、これらの概要をまとめたものである。

論文

Inner observation of canning Cadmium by energy-selective neutron imaging at NOBORU

原田 正英; Parker, J. D.*; 及川 健一; 甲斐 哲也; 篠原 武尚

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.035002_1 - 035002_5, 2015/09

これまでの研究から、カドミウム(Cd)は、核破砕中性子源のポイズン材として適しているだけでなく、大強度中性子源において、少ない中性子強度減で、寿命を長くできる材質であることがわかった。したがって、JSNS/J-PARCの最初のモデレータのポイズン材として、Cdを使うことに決めた。JSNSの開発時期には、冷間等方圧加圧法(CIP)による、アルミニウム合金によるCd板の封入化が失敗し、アルミニウム合金が破損した。製造プロセスを見直すため、サンプルの内部を観察しなければならず、エネルギー選択中性子イメージング方法を適用することとした。JSNSのNOBORU(BL10)で、マイクロ・ピクセルガス二次元中性子検出器($$mu$$PIC)により、アルミニウム合金に内封されたCd板を測定した。その結果、いくつかのボイドが見つかった。

論文

エンジン内を駆け巡るオイルを可視化する

呉田 昌俊

波紋, 24(特別号), 2 Pages, 2014/11

本報では、中性子イメージング技術の基礎と利用例、中性子3次元CT技術による立体的観察と3次元測定、パルス中性子イメージングによる最先端技術について現状を纏める。運転中のエンジン内部の観察とオイル分布の計測は中性子イメージング技術を産業利用した一例である。その他、混相流の可視化や計測技術として利用されてきている。3次元観察技術はコンクリートの研究などに利用されている。J-PARCのパルス中性子を利用したイメージング技術は、従来技術では困難であった元素識別型イメージングや金属材料別イメージングなどを可能としている。また、新たにパルス中性子イメージング専用の共用装置が整備中であることを紹介する。

論文

イオン励起発光顕微イメージング分光と大気マイクロPIXEを組み合わせたシステムによる大気中微粒子の分析

加田 渉*; 横山 彰人; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕

放射線と産業, (136), p.40 - 45, 2014/06

イオンビーム照射により、試料から発生する可視光領域の発光(イオン誘起発光、Ion Luminescence: IL)を分光分析する測定装置に、両面凸レンズの顕微集光レンズを開発して付加することで、ILに対する感度が従来よりも3桁程度向上した。この分光技術を既存の大気マイクロPIXE(Particle Induced X-ray Emission)分析技術と組み合わせることにより、化学組成と元素組成を高感度に測定可能なILの顕微イメージング分光(Ion Luminescence Microscopic Imaging and Spectroscopy: ILUMIS)システムを開発した。本システムを用いて、大気中から採取した直径数$$mu$$mのエアロゾル粒子を個別に測定した結果、10分程度で粒子の元素組成と化合物の二次元イメージングの取得に成功した。今後は、大気中を長期間浮遊して越境汚染の伝播媒体となっているエアロゾルの固着・伝播メカニズムを解き明かす重要な情報が得られると考えられる。

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