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論文

Study on B$$_{4}$$C decoupler with burn-up reduction aiming at 1-MW pulsed neutron source

大井 元貴; 勅使河原 誠; 原田 正英; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(7), p.573 - 579, 2019/07

パルス中性子源において、減速材から放出される中性子パルスを細くして、エネルギー分解能を向上させるためにデカップラーと呼ばれる中性子吸収材が使用される。カドミウムとB$$_{4}$$Cはデカップラーとして広く使用されている。しかしながら、B$$_{4}$$Cは中性子吸収に伴うホウ素の燃焼とヘリウムガスの生成のために、MW級中性子源においては、その使用は困難であると考えられてきた。この問題を解決するために、B$$_{4}$$Cを別の中性子吸収材で挟むプレデカップラーの概念を導入し、B$$_{4}$$Cの中性子吸収の削減を目的として、簡易的なモデルを使用した計算により、プレデカップラーのB$$_{4}$$Cデカップラーの燃焼に対する影響について計算を行った。結果として、カドミウムプレデカップラーにより中性子強度の減少なしに、B$$_{4}$$Cの中性子吸収を60%削減する効果がみられた。また、プレデカップラーにより、B$$_{4}$$Cのガススウェリングは、三分の一に抑えられる。

論文

Development of a correction method for the time-of-flight prompt $$gamma$$-ray analysis

Huang, M.; 藤 暢輔; 海老原 充*; 木村 敦; 中村 詔司

Journal of Applied Physics, 121(10), p.104901_1 - 104901_7, 2017/03

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

A new analytical technique, time-of-flight prompt $$gamma$$-ray analysis, has been developed at the Japan Proton Accelerator Research Complex. In order to apply it to accurate elemental analysis, a set of standard Fe and Au samples were measured to examine the factors which affect the number of detected events. It was found that the main contributing factors included the attenuations of neutrons and $$gamma$$ rays in the sample, live-time ratio of the data acquisition system and signal pile-up correction factor. A simulation model was built for the estimations of neutron and $$gamma$$-ray attenuations. A simple empirical formula was proposed to calculate the signal pile-up correction factor. The whole correction method has proven to be accurate and reliable.

論文

核物質の確実な検知システム及び検知・被疑物の安全解体のための内部構造・性状把握システムの必要性(提案)

瀬谷 道夫; 羽島 良一*; 呉田 昌俊

第37回核物質管理学会日本支部年次大会論文集(CD-ROM), 10 Pages, 2017/02

港湾で扱われる貨物コンテナは容積が大きく重量物も運べるため、核物質が隠されて持ち込まれる危険性が高い。核セキュリティを強化する上では、重遮へい物中の規制外核物質の確実な検知、及び、重遮へい物体の安全な解体により中から核物質を取出すことが不可欠である。このための対応として、(1)確実な核物質検知システムの導入、(2)検知物の正確な内部構造把握、及び(3)核物質性状把握(核兵器か否か、爆発物の混入等)が要求され、これらの情報を使うことにより検知物の安全な解体と核物質の取出しが可能となる。この発表では、(1)については、X線スキャン装置と単色$$gamma$$線利用NRFベース非破壊検知装置の組合せを提案する。後者の装置は重遮へい体に対しては、(2)及び(3)の機能も有している。また、取出された核物質部分に関する(2)及び(3)の機能を持つものとして、小型中性子線源(D-T中性子源)を用いるアクティブNDA装置を提案する。

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

パルス中性子源水銀ターゲットにおける陽子ビーム励起圧力波による衝撃壊食; ピッティングはモンスターか!

二川 正敏

日本原子力学会誌, 47(8), p.530 - 535, 2005/08

J-PARCや米国SNSでは水銀ターゲットを用いたパルス中性子源実験施設の運転開始に向けた建設が大詰めを迎えている。中性子源として使用される液体水銀は固体金属容器に充填される。大強度の陽子線が液体水銀ターゲット中に入射するため、液体水銀内部では急激な発熱反応に伴う熱膨張により、圧力波が生じる。この圧力波は、液体水銀中を伝播し、水銀を封じ込めている固体金属容器に衝撃荷重を負荷する。圧力波により容器構造材料に負荷される荷重は、容器構造の健全性に影響する。そこには、数ミクロンの小さなピットの観察が端緒となったピッティングというモンスターが立ちはだかった。本報では、これまでに著者が実施してきた陽子線励起圧力波に起因する構造工学的課題に関する研究開発の一端を紹介する。

論文

中性子散乱入門,1

加倉井 和久; 遠藤 康夫

固体物理, 40(4), p.239 - 250, 2005/04

中性子を固体物性研究の微視的プローブとして紹介する。物質のミクロ構造を観察する手段として結晶による回折現象を解説する。そしてこの回折現象を利用した中性子散乱の微視的プローブとしての特徴を原子との核及び磁気相互作用、及び界面による屈折と反射等の基礎を説明することにより、明らかにする。中性子散乱研究のための強力な中性子源としてJRR-3Mと現在建設中のJ-PARCのパルス中性子源を紹介する。また歴史的観点からこのJ-PARCの原点である木村一治先生の東北大学・原子核理学研究施設の電子ライナックにおけるパルス中性子源を使った歴史的かつ先駆的な研究を紹介する。

論文

高エネルギー放射光及びコンピュータシミュレーションを用いた「乱れた構造」の三次元可視化

小原 真司*; 大石 泰生*; 高田 昌樹*; 米田 安宏; 鈴谷 賢太郎

日本結晶学会誌, 47(2), p.123 - 129, 2005/04

第3世代放射光からの高強度高エネルギーX線回折を利用すると、その短波長と高透過能から、透過法で広いQ領域を迅速に測定することが可能になる。われわれは、最近、SPring-8における高エネルギーX線回折とパルス中性子回折を組合せ、さらにこの両データに逆モンテカルロシミュレーション法を適用することにより、これまで不明であったガラスや液体など非晶質物質の「乱れた構造」を三次元可視化し、その詳細を理解することに成功した。本稿では、その実験の詳細と酸化物ガラスと強誘電性半導体混晶の成果について解説する。

論文

ガスジェット音波浮遊装置で作製されたかんらん石ガラスの特異な構造

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 竹内 謙*

日本マイクログラビティ応用学会誌, 22(2), p.100 - 104, 2005/04

地球・宇宙科学上で重要な鉱物であるかんらん石(Forsterite, Mg$$_{2}$$SiO$$_{4}$$)は、稜共有のMgO$$_{6}$$をSiO$$_{4}$$四面体が繋いでいる典型的なケイ酸塩鉱物であるが、ケイ酸塩鉱物結晶のフレームワークを形成するSiO$$_{2}$$成分がMgOの半分のモル比であることから、SiO$$_{4}$$四面体の鎖状,環構造をもたない。そのためガラス化が大変困難であった。われわれは、ガスジェット音波浮遊法という坩堝を使わない方法を用いて、このかんらん石の高純度ガラスを作製し、高エネルギーX線回折,中性子回折の併用と、逆モンテカルロシミュレーションの適用により、その構造を調べた。その結果、ガラスにおいても、SiO$$_{4}$$四面体によるネットワーク構造は存在しないが、MgO$$_{n}$$(n=4,5,6)の多面体ユニット(MgO$$_{5}$$が一番多い)が、頂点,稜共有でネットワークを構成しているという特異な構造を持っていることが明らかになった。

論文

Large displacement of germanium atoms in crystalline Ge$$_2$$Sb$$_2$$Te$$_5$$

社本 真一; 山田 昇*; 松永 利之*; Proffen, T.*; Richardson, J. W.*; Chung, J.-H.*; 江上 毅*

Applied Physics Letters, 86(8), p.081904_1 - 081904_3, 2005/02

 被引用回数:46 パーセンタイル:15.38(Physics, Applied)

NaCl型結晶性Ge$$_2$$Sb$$_2$$Te$$_5$$の局所構造をパルス中性子による粉末回折データの結晶PDF解析により調べた。その結果、この結晶相におけるゲルマニウム原子の大きな変位を見つけた。通常はこのように大きな原子変位は、電気伝導性に影響を与えるが、電子バンド構造からは、Naサイトの格子欠陥に加えて大きな歪が熱伝導のみを下げる一方で、Clサイトに規則正しく並んだテルル原子が高い電気伝導性を維持していることを示している。

論文

Local structure of LiNiO$$_2$$ studied by neutron diffraction

Chung, J.-H.*; Proffen, T.*; 社本 真一; Ghorayeb, A. M.*; Croguennec, L.*; Tian, W.*; Sales, B. C.*; Jin, R.*; Mandrus, D.*; 江上 毅*

Physical Review B, 71(6), p.064410_1 - 064410_11, 2005/02

 被引用回数:60 パーセンタイル:10.73(Materials Science, Multidisciplinary)

LiNiO$$_2$$は、これまでS=1/2の三角格子系としてよく研究されてきたが、そのスピン相関に関してはまだよくわかっていない。そこではヤーンテラー効果による軌道状態も問題となるが、これまで長距離の格子歪みは見つかっていない。今回これまで行われたことのない幅広い実空間での結晶PDF解析を行うことで、短距離から長距離までさまざまな格子歪みが見つかった。この結果は10nmのドメインを持つナノ構造軌道秩序モデルで説明される。この局所的な軌道秩序状態が基となって、複雑な磁気特性が現れていると思われる。

論文

中性子スピンを利用したビーム制御法・分光法の開発

山崎 大; 海老澤 徹*

波紋, 15(1), p.51 - 54, 2005/01

原研で行っている中性子スピンの時間的制御に基づいたビーム制御法・分光法の開発について概説する。中性子スピンは電気的に制御が行えるため、他のシステムと同期を取ったさまざまな電気信号による時間的制御が可能である。本稿では、Drabkin型エネルギー・フィルターをパルス中性子分光器におけるエネルギー解析器として利用することを提案し、その方法を解説する。また、スピンフリップ・チョッパーの開発とS/N比を大きく向上させるための多段式チョッパーの原理及び実証実験について紹介する。

論文

Development status of position-sensitive neutron detectors for J-PARC in JAERI; A Comprehensive overview

片桐 政樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.254 - 259, 2004/08

 被引用回数:10 パーセンタイル:38.6(Instruments & Instrumentation)

原研・KEKで建設を進めているJ-PARCの高強度中性子源を用いて行う中性子散乱実験あるいはラジオグラフィに用いる中性子イメージ検出器の開発研究を進めている。高計数率の中性子イメージングを目指して開発を進めているシンチレータを用いたイメージ検出器及びこれらの検出器の最適化のために開発した多くの蛍光体あるいはシンチレータの開発状況を報告する。また、平行して開発を進めている個別信号読み出し方式と二次粒子弁別法をベースとした高性能マイクロストリップ中性子検出器の開発状況を報告する。

論文

1MW pulse spallation neutron source (JSNS) under the high intensity proton accelerator project

池田 裕二郎

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.13 - 24, 2003/07

原研とKEKが共同で進めている大強度陽子加速器プロジェクト(J-PARC)の、物質・生命科学実験施設の中心施設となる1MWパルス核破砕中性子源施設(JSNS)の建設の現状,主要機器の設計,今後のスケジュール等概観する。

論文

Optimization of coupled and decoupled hydrogen moderators for a short-pulse spallation source

渡辺 昇; 原田 正英; 甲斐 哲也; 勅使河原 誠; 池田 裕二郎

Journal of Neutron Research, 11(1-2), p.13 - 23, 2003/03

現在考え得る最も効率の高い高性能モデレータは、大出力核破砕中性子源にあっては超臨界水素減速材を用いることにより達成されている。しかしその性能は水素のオルソ・パラ比,モデレータの寸法,反射体の材料,形状・寸法,その冷却水等のパラメータと複雑にかかわり、その最適化は非常にむづかしい。そのほかに、時間的に鋭いパルス特性を最小限の中性子強度の犠牲で得るためには、さらなる工夫が必要となる。筆者等は最近水素のオルソ・パラ比とモデレータ寸法を微妙に調節することにより、これまでに実現できなかったパルス特性(高いピーク中性子強度と鋭いパルス)を得ることに、コンピュータシミュレーションで成功した。そのことを主な話題として、種々関連するほかの重要なパラメータの最適化,そのようにして得られるパルス中性子をより効率よく中性子散乱研究に利用するための方法についても述べる。

論文

Neutronics of pulsed spallation neutron sources

渡辺 昇

Reports on Progress in Physics, 66(3), p.339 - 381, 2003/03

 被引用回数:41 パーセンタイル:34.52(Physics, Multidisciplinary)

核破砕パルス中性子源の中性子工学に関する最近の研究の進展について詳述したレビュー論文で、中性子散乱研究,中性子ビームを用いた基礎物理研究等に必要な中性子はどんなものか,それをどのように効率よく作ることができるか,技術的問題は何か、等々について、中性子散乱や中性子源の開発にたずさわる研究者のみならず、広く関連分野の研究者に理解してもらい、将来この種の中性子源の一層の高性能化を目指すことを目的としている。特に筆者らの研究を含むターゲット,モデレータ系の最近の進歩について広範囲に論証し、現在世界で進行しているMW級の核破砕中性子源で実現できると期待される中性子源の性能,パルス特性について、最近の研究成果をもとに予測している。その性能は中性子散乱研究に新たな研究分野を開くに足りるものである。

論文

放射光X線及び中性子回折によるガラスの構造

鈴谷 賢太郎

波紋, 13(1), p.51 - 55, 2003/01

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線(E$$>$$30keV)を用いた回折実験と中性子回折との併用について、酸化物ガラスの構造研究を例に解説した。現在、SPring-8の高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ($$>$$300nm$$^{-1}$$)まで吸収補正などのデータ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となっており、従来のパルス中性子回折に匹敵する量と質のデータがX線回折でも得られようになりつつある。基本的なネットワーク形成酸化物ガラスの中距離構造(ネットワーク構造)は、この高エネルギー単色X線回折とパルス中性子回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、解析が可能になってきている。中距離構造は、ランダム系物質の物性を研究するうえで最も重要なファクターであり、今後、ランダム系物質の特異な物性は、高輝度放射光源,パルス中性子源を利用した回折,非弾性散乱実験,計算機シミュレーションとの併用によって、明らかにされると考えられる。

論文

Proposal for a chopper spectrometer with very high energy resolution

大山 研司*; 伊藤 晋一*; 大友 季哉*; 長壁 豊隆; 鈴木 淳市; 松田 雅昌; 桑原 慶太郎*; 新井 正敏*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1598 - S1600, 2002/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.33(Materials Science, Multidisciplinary)

パルス中性子源に設置されるチョッパー型非弾性散乱中性子分光器に対して、その分解能の計算をモンテカルロシミュレーションにより行った。その結果、大強度陽子加速器計画(原研-KEK統合計画)における非結合型液体水素中性子モデレーターにダブルフェルミチョッパーを組み合わせた場合、0.1%のエネルギー分解能を達成できることが明らかになった。

論文

中性子共鳴吸収を利用する新しい即発$$gamma$$線分析

松江 秀明

ぶんせき, 2002(11), P. 645, 2002/11

多くの中・重元素は、熱外中性子エネルギー領域に原子核固有の大きな中性子共鳴吸収をもつ。加速器によって発生するパルス中性子ビームを利用し、中性子の飛行時間(TOF)と即発$$gamma$$線測定を組み合わせることによって、この共鳴吸収を利用した元素あるいは同位体分析が可能である。近年、このような試みがベルギー・ギールの欧州連合共同研究センターのGELINA実験施設及び日本の高エネルギー加速器研究機構の中性子科学研究施設で行われ、研究論文として報告された。本発表はこれらの研究論文の概要を日本分析化学会の学会誌である「ぶんせき」のトピックス欄において紹介するものである。

論文

高エネルギー単色X線回折による酸化物ガラスの短範囲・中距離構造解析

鈴谷 賢太郎; 小原 真司*

まてりあ, 41(3), p.206 - 215, 2002/03

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線(E$$>$$30keV)を用いた回折実験及び実験装置(BL04B2高エネルギーX線回折用2軸回折計)の概要と、その高エネルギー単色X線回折によるランダム系物質:酸化物ガラスの構造研究の現状について解説した。高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ($$>$$300nm$$^{-1}$$)まで(吸収補正などの)データ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となった。SiO$$_{2}$$,GeO$$_{2}$$,B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスなどの基本的なネットワーク形成酸化物ガラスの高エネルギー単色X線回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、ランダム系物質の物性を研究するうえ上で極めて重要であるにもかかわらずこれまでデータ解析がほとんど不可能であった中距離構造(短範囲構造ユニットのつくるリング構造など)の信頼できるモデルを構築することに成功した。今後、ランダム系物質の特異な物性は、本研究で示されたような、中距離構造を含む大きな構造モデルをベースに理解が進むものと考えられる。

論文

High-speed readout method using wavelength-shifting fibers for an imaging plate

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 岸本 牧; 中村 龍也; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 477(1-3), p.179 - 183, 2002/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.16

大強度陽子加速器を用いた核破砕中性子源から発生するパルス中性子を用いた中性子散乱研究に用いる中性子イメージング検出法として、イメージングプレートの高速読み出し法の研究を進めている。本検出法は、長方形状の励起光をイメージングプレートに照射し、放出される輝尽性螢光を並列にならべた波長シフトファイバ束により検出する。並列に読み取りを行うため、従来法に比較して数100倍から数1000倍、読み取り速度を改善することができる。イメージングプレート,波長シフト光ファイバ束,光電子増倍管等を用いた基礎実験を行った結果、本検出法により放射線イメージを測定可能であることを確認した。

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