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江頭 尚弥*; 松田 朋己*; 奥地 拓生*; 瀬戸 雄介*; 伊藤 佑介*; 菖蒲 敬久; 中新 信彦*; 佐野 智一*; 他4名*
Journal of Applied Physics, 137(10), p.105903_1 - 105903_8, 2025/03
被引用回数：1 パーセンタイル：84.76(Physics, Applied)Femtosecond laser-driven shock waves exhibit characteristic features that form distinctive microstructures not formed by plate impacts or nanosecond laser-driven shock waves. A key to understanding this phenomenon is understanding the lattice behavior inside the shock front, which is the boundary between the ambient and shock compression states. However, direct measurements of the lattice spacing inside a femtosecond laser-driven shock front have not yet been performed. Here, we report 
measurements of lattice spacing using X-ray free electron laser diffraction with a pulse width of 
10 fs during the shock rise in single-crystal copper irradiated directly in air with a femtosecond laser pulse on the order of 10
W/cm
at a pulse width of 101 fs. The lattice spacing of the femtosecond laser-irradiated single-crystal Cu (002) plane starts to compress 6.3 ps after femtosecond-laser irradiation. It takes 15.7 ps for the plane to reach peak compression, at which point the compressive elastic-strain is 24.3%. Therefore, the shock front was found to form at an elastic compressive strain rate of 1.55
10
/s in this shock-driving situation. It is suggested that the initiation of plasticity under such ultrafast deformation at the most elastic compression is based on both dislocation multiplication and dislocation generation mechanisms.
岩田 圭弘; 関谷 洋之*; 伊藤 主税
Applied Physics A, 131, p.165_1 - 165_8, 2025/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)液体試料を対象とした分析法の中で、時間分解レーザー誘起発光分光法は分析計への試料導入の必要なく、水溶液中のGdイオン濃度をリアルタイムに測定することが可能である。本研究では、水中Gd濃度のリアルタイム計測法を開発した。検出限界は超純水に硫酸Gdを溶解した条件で約60ppbと得られた。この値はレーザー誘起ブレークダウン分光法を用いた文献値より2桁優れており、分析計への試料導入が必要となる誘導結合プラズマ発光分析法を用いた文献値と同程度である。
狩野 貴宏; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research 2024 (FDR2024) (Internet), 3 Pages, 2024/10
In decommissioning of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, only a small amount of the debris removed can actually be analyzed in detail. Therefore, we propose to analyze debris efficiently by performing a simple analysis in advance using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). LIBS is an elemental analysis method by using laser generated plasma. Plasma emission is measured by spectrometer and identifies the elements contained in the debris. LIBS analysis is suitable for measuring large amounts of debris because it does not require sample pretreatment and only a few seconds of laser irradiation. In addition, the composition ratio of elements can also be determined by analysis using a calibration curve prepared in advance. To create a calibration curve, the intensity ratio of the spectrum is used, but the intensity ratio is affected by the plasma temperature. For this reason, it is desirable that the plasma temperature does not change in LIBS. However, the spectrum changes depending on the measurement conditions. (For example, when the composition ratio changes.) In such cases, the plasma temperature may also change. Therefore, in this study, we did experiments under various conditions to verify whether the plasma temperature changes.
Almaviva, S.*; 狩野 貴宏; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
Spectrochimica Acta, Part B, 218, p.106960_1 - 106960_7, 2024/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Spectroscopy)The Nuclear Energy Agency (NEA) launched the Nuclear Education, Skills and Technology (NEST) Framework to pursue careers in the nuclear field, by exposing researcher working on these topics to international challenging project of real-world issue and by transferring the knowledge and expertise accumulated in the current generation to them through hands-on training. In this framework the 2022 edition of the NEST project offered a training educational period at the Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning (CLADS) located at Tomioka, Futaba District, in the Fukushima prefecture (Japan). Among the research sectors active at CLADS there is the application and development of the LIBS technique as diagnostics of analytical chemistry aiming at characterizing the debris inside the Tokyo Electric Power Company (TEPCO)s FDNPS reactor cores after the tsunami of March 2011, which destroyed three of the six reactors of the plant. These debris need to be chemically characterized with techniques suitable to be implemented in compact, remote and radiation resistant devices, due to the residual radioactivity of the cores. The present study shows the results in realizing chemical bi-dimensional maps of samples in the form of compressed tablets of mixed oxides, with a complex distribution and concentration of chemicals simulating these debris. The results allowed to create detailed maps of the samples, with spatial resolution down to 0.5 mm and an excellent correspondence between the real spatial distribution of the materials and that reconstructed by LIBS. Moreover, it was found a good correspondence between the nominal concentration of the chemicals and the concentration estimated by using LIBS. This study shows the potentialities of LIBS in the realization of chemical maps on samples of interest for FDNPS, providing multi-elemental images of the samples under analysis.
Rapp, L.*; 松岡 健之*; Firestein, K. L.*; 寒河江 大輔*; 羽原 英明*; 向井 啓一郎*; 田中 和夫*; Gamaly, E. G.*; 兒玉 了祐*; 瀬戸 雄介*; et al.
Physical Review Research (Internet), 6(2), p.023101_1 - 023101_18, 2024/04
固体表面に超相対論的強度のレーザーパルスを照射すると表面にプラズマが発生し、内部は超高圧状態になることが知られている。本研究ではシリコン単結晶に当該レーザーを照射し、内部に生成された高圧相の結晶構造分析をBL22XU(JAEA-BL)の応力・イメージングステーションの回折システムにより実施した。その結果、内部には体心、菱面体、六方晶、正方晶というシリコンが持つといわれている高圧相の存在が確認された。今後は、さらにデータの蓄積を図り、材料内部の構造、強度、機能性制御への発展を図っていきたいと考えている。
大場 弘則; 若井田 育夫; 平等 拓範*
スマートプロセス学会誌, 13(2), p.51 - 58, 2024/03
福島第一原子力発電所の廃炉には、事故炉から核燃料デブリを安全かつ円滑に取り出すことが必要である我々は、事故炉内の過酷な環境下でのサーベイランスを可能にする遠隔元素分析を実現するファイバー結合レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)技術を提案している。長距離にわたってファイバー結合LIBSをより安全に実行するためのマイクロチップレーザーの応用を検討し、マイクロチップレーザー結晶の放射線環境下での適用性を多結晶と単結晶で比較した。多結晶材料は放射線の影響を受けやすく、発振特性が劣化することが確認された。しかしながら、ガンマ線照射中に結晶を非常に高い温度ではなく、100
C程度に加熱することで発振特性が回復できることを見出した。一方で単結晶は、追加の熱処理を行わなくても、多結晶よりも優れた耐放射線性を有することが示された。また、ロボットアームに簡単に取り付けられる、マイクロチップレーザー結晶を内蔵した小型・軽量のLIBSプローブを開発し、廃炉作業のための放射線環境における遠隔分析としての適用可能性が実証された。
Srの加速器質量分析本多 真紀; Martschini, M.*; Marchhart, O.*; Steier, P.*; Golser, R.*; 坂口 綾*
放射線(インターネット), 48(4), p.130 - 136, 2024/02
ストロンチウム90(Sr、28.9年)は、体内では骨や歯に蓄積して健康障害を引き起こすため、内部被ばく線量評価において重要な核分裂生成物核種である。そのため、環境中のSrの分布やその経時変化(生物相におけるSrの濃縮)を知ることが不可欠である。Srの経年変化を調査するためには多くの環境試料を効率的に分析する必要がある。本稿ではSr AMSの実用化に向けて、オーストリア共和国ウィーン大学の3MV AMS施設(VERA: Vienna Environmental Research Accelerator)と共に実施した、Sr濃度既知の環境試料の分析成果に関して解説する。本研究では、Sr濃度が既知の環境試料(IAEA-447, IAEA-A-12, IAEA-TEL-2015-03 sample 5:各1 dry-g)を分析することでAMS法の妥当性を示した。本研究で開発した化学分離にかかる時間は約2日であり、従来の
線検出法よりシンプルな手法である。Srの測定は、加速したイオンとレーザーの相互作用を利用した質量分析装置(ILIAMS)と組み合わせたAMSシステムで実施した。AMS法はSrの検出限界0.1mBq (1.310
atoms)を達成し、これは一般的な線検出の1/30である。この低い検出限界を達成した結果、AMS法はより少ないサンプル量でSrの定量が可能になり、例えばSr濃度が4 mBq/Lの日本の淡水試料では、5リットルの試料量で分析可能である。
楠本 利行*; 猿田 晃一; 直江 崇; 勅使河原 誠; 二川 正敏; 長谷川 和男*; 坪井 昭彦
実験力学, 23(4), p.310 - 315, 2023/12
原子力施設の廃止措置や放射性廃棄物の減容化に、切断技術としてレーザー溶断を適用する場合、レーザーによる加熱で溶融した物質が、溶滴となって飛散するスパッタが発生するために、放射能汚染を生じる恐れがある。本研究では、レーザー溶断時のスパッタ飛散量の低減を目的に、レーザーパワー,ビーム径,照射時間からなるレーザー制御条件と高速度カメラで可視化したSS316L試験片のスパッタ飛散過程を3つの特徴的な挙動を示す時間領域:(I)金属蒸気の発生、(II)溶融金属の液膜的挙動と粒状化、(III)溶融金属の液柱化と断続的噴出に分類し評価した結果に対して機械学習を適用し、レーザー制御条件とスパッタ飛散挙動を関連付ける予測モデルを作成した。予測モデルの精度は89%であり、このモデルで計算したスパッタ飛散量の予測結果をレーザーパワーとビーム径の2次元ヒートマップとして図示することで、100点程度の少ない学習データでも予測結果の効率的な評価が可能となり、スパッタ飛散量を低減するレーザー制御条件の選定ができることを示した。
SbLechner, S.*; 宮城 宇志*; Xu, Z. Y.*; Bissell, M. L.*; Blaum, K.*; Cheal, B.*; Devlin, C. S.*; Garcia Ruiz, R. F.*; Ginges, J. S. M.*; Heylen, H.*; et al.
Physics Letters B, 847, p.138278_1 - 138278_9, 2023/12
被引用回数：8 パーセンタイル：79.71(Astronomy & Astrophysics)不安定核を含むアンチモン同位体Sbの磁気モーメントと電気的四重極モーメントをレーザー分光を用いて測定した。現象論的な相互作用と有効演算子を用いた殻模型計算によって測定値をよく再現することができた。第一原理に基づいたVS-IMSRG法による殻模型計算では、磁気モーメントは現象論的な有効演算子を用いればよく実験値を再現するものの、電気的四重極モーメントについては有効電荷を用いても現象論的な相互作用を用いた計算ほどには実験値を再現することができなかった。
10
W/cmSkobelev, I. Yu.*; Ryazantsev, S. N.*; Kulikov, R. K.*; Sedov, M. V.*; Filippov, E. D.*; Pikuz, S. A.*; 浅井 孝文*; 金崎 真聡*; 山内 知也*; 神野 智史; et al.
Photonics (Internet), 10(11), p.1250_1 - 1250_11, 2023/11
被引用回数：2 パーセンタイル：16.78(Optics)物質が高強度レーザーパルスと相互作用して生成されるプラズマの電荷状態の発展において、光電場と衝突電離の影響を明確に区別することは困難である。この研究では、プラズマキネティクスの時間依存計算を用いて、クラスターが十分に小さい低密度のガス状ターゲットを用いた場合にのみ可能であることを示した。Arプラズマの場合、クラスター半径の上限は
mと見積もられた。
川堀 龍*; 渡部 雅; 今井 良行; 植田 祥平; Yan, X.; 溝尻 瑞枝*
Applied Physics A, 129(7), p.498_1 - 498_9, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では空気中におけるナノ粒子を使用した炭化ケイ素(SiC)のフェムト秒レーザー焼結の可能性を調査した。ポリビニルピロリドンとエチレングリコールを含むSiCナノ粒子インクは、780nmの波長でナノ粒子による強い吸収を示した。走査速度1mm/sでは焼結フィルムパターンの表面から底部まで全体が酸化しており、過剰なエネルギー照射により酸化ケイ素が生成したと考えられる。対照的に、走査速度5mm/s及び30
mのラスターピッチのレーザー走査で作製されたパターンでは焼結領域が観察され、表面から1.72mを除き、原料のSiCナノ粒子の酸化に有意な差は見られなかった。これらの結果からフェムト秒レーザーパルスの照射は熱の蓄積が少ないため、原料の大気酸化を受けることなく焼結SiCパターンが生成できることが示された。また、X線光電子分光法によって分散剤であるポリビニルピロリドン及びエチレングリコールは焼結に影響を及ぼさないことがわかった。したがって、この真空フリー直接描画技術は積層造形に適用できる可能性がある。
大道 博行*; 山田 知典
ILT-APR-34; ILT2023年報(インターネット), p.1 - 5, 2023/07
福島の廃炉と復興への貢献は国民的課題となっている。これを目的とした原子力機構の公募事業の一つとして採択された"レーザー加工により発生する微粒子の解析と核種同定手法の開発"(代表 長谷川秀一東京大学教授)に筆者らは2018年度から2021年度まで分担者として参加し、レーザーと各種レーザー照射ターゲットとの相互作用の観察と評価・解析に関する研究を行った。本報告では筆者らが分担した研究成果に関し概要を紹介する。実験では照射チェンバー内に設置した試験体に対しレーザー照射を行い、高速度カメラとHe-Neレーザーを用いて影絵撮影を実施した。実験結果の一例として、金属(ステンレス鋼)及び金属酸化物(ジルコニア)の影絵撮影、レーザー照射後の照射痕、レーザー照射パワーと噴出質量の関係を示し、レーザーと金属、金属酸化物との相互作用について考察を行った。この成果は、福島第一原子力発電所の廃炉技術に資するに留まらず、レーザー加工技術やレーザー相互作用研究にも資すると考えられる。
井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 横田 博紀*; 川井 大輔*
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 5 Pages, 2023/05
熱化学水素製造法(ISプロセス)は、大規模水素製造法の候補の一つである。ISプロセスには、硫酸を熱分解する厳しい環境が含まれている。耐硫酸性と延性をもつハイブリッド材料の開発を進めている。プラズマ溶射とレーザー処理により作製したハイブリッド材料は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を示した。この原因は、表面にSiO
が生成したためと考えられる。ハイブリッド技術を用いた容器を製作し、95%沸騰硫酸中で500時間の腐食試験を実施した。腐食試験後容器の内面には剥離等が認められず、容器の優れた耐食性を確認した。
松田 晶平; 横山 啓一
Isotope News, (786), p.6 - 9, 2023/04
高レベル放射性廃液に含まれるアクチノイドやランタノイドは化学的な性質(イオン半径)がほぼ同じため、通常の化学的な手法で分別するのは難しい。一方、各元素は吸収する光の波長が異なるため、光吸収により元素を選んでエネルギーを付与できる。この特徴が分別に役立つと考えられたが、単純な光吸収ではエネルギーが足りないため化学反応を誘起できず分別の原理としては不完全であった。我々は、エネルギーを補うための別の光吸収を同時に起こすことで、アメリシウムの光誘起反応の観測に世界で初めて成功した。また、この原理を使い、ランタノイドが共存する溶液中から光反応したアメリシウムだけ回収できることを実証した。放射性廃棄物分別工程の簡素化や希少金属の超高純度精錬への貢献が期待される。
宮部 昌文; 加藤 政明*; 長谷川 秀一*
Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 38(2), p.347 - 358, 2023/02
被引用回数：3 パーセンタイル：49.56(Chemistry, Analytical)同位体シフトの小さい核種の遠隔核種分析法を開発するために、レーザーアブレーションプルームを用いてCaのドップラーフリー蛍光分光を行った。2台の外部共振器半導体レーザーから対向伝搬するレーザー光をコンクリートのアブレーションプルームに照射し、
S
P
Dの2段階共鳴励起スキームにより、基底状態のCa原子をD状態まで励起させた。その後、D状態からP状態への緩和を伴う蛍光スペクトルを測定した。ヘリウムガス圧70Paでアブレーション後1msの遅延で測定したスペクトルの線幅は70MHz以下であり、ドップラー広がりのある蛍光スペクトルの線幅の約1/30であることがわかった。また、アブレーションから観測までの時間間隔が600マイクロ秒以下の場合には、蛍光スペクトルに幅の広いガウス型のペデスタルが観測され、これは衝突により速度が変化した原子に起因することがわかった。さらに、様々なガス圧で測定したスペクトルから、2段目のP D遷移の圧力拡がり係数を46.0MHz/torrと決定した。天然に存在する3種類のCa同位体(
Ca, 
Ca, 
Ca)の蛍光信号を用いて、検量線の直線性,検出限界,測定精度などの分析性能を評価し、同位体存在比の検出限界が、バックグラウンドの3
基準から0.09%と推定された。これらの結果は、この分光法が同位体シフトの小さな核種の遠隔核種分析に有望であることを示唆している。
大道 博行*; 山田 知典; 猿田 晃一; 宮部 昌文; 伊藤 主税; 柴田 卓弥; 井上 薫*; 寺林 稜平*; 長谷川 秀一*
Physica Scripta, 98(3), p.035112_1 - 035112_22, 2023/02
被引用回数：1 パーセンタイル：22.15(Physics, Multidisciplinary)kW級の疑似連続発振レーザー(パルス時間10ms)と金属・金属酸化物との相互作用について、レーザー誘起絶縁破壊や連続的なレーザー誘起溶融・蒸発と機械的応答、それに続く様々な種類の粒子や破片の放出に関する特性評価を行った。ファイバーレーザーと高速度カメラを用いて、相互作用ダイナミクスを観察した。放出された微粒子をカスケードインパクターや自作コレクターで捕集して電子顕微鏡で観察した。照射痕形状はデジタル光学顕微鏡で観察し、ターゲットから噴出した総質量を求めた。その結果、金属との相互作用のしきい値は、酸化物との相互作用のしきい値よりも低く安定していた。またステンレス鋼では、レーザーで加熱された薄層からの熱伝導により生じる溶融層のダイナミクスと、隣接する固体層による機械的応答の少ない連続的な粒子放出が支配的であることが分った。一方、酸化物では溶融のほか、比較的深い相互作用領域での破壊と、比較的大きなレーザーショット間変動のある脆性材料応答が重要な役割を果たすらしいことが分った。
O-BO
-SiO glass plate with bearing NiO for heat center and structural probe富田 夏奈*; 岸 哲生*; 松村 大樹; 矢野 哲司*
Journal of Non-Crystalline Solids, 597, p.121891_1 - 121891_10, 2022/12
被引用回数：2 パーセンタイル：12.87(Materials Science, Ceramics)NaO-BO-SiO glass plate phase separated in spinodal was partially remelted and homogenized by laser heating. As heat generation source, 0.8 mol% NiO was added to absorb continuous-wave laser with 
=1064 nm. After acid leaching, borate phase with NiO was remaining partially in laser irradiated area. X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) spectra revealed that Ni
in laser irradiated area showed coordination change from 6 coordinated octahedral to 5 coordinated in square pyramid along with apparent color change from green to brown. Similar change was observed in water-quenched specimen from 1000C. Ni transition gave additional structural information in phase separate / homogeneous glass, which was difficult to be distinguished by spectroscopy which focuses on covalent bonding of glass network.
宮川 鈴衣奈*; 上林 大介*; 中村 浩隆*; 橋田 昌樹*; Zen, H.*; 染川 智弘*; 松岡 健史*; 小倉 広之*; 寒河江 大輔*; 瀬戸 雄介*; et al.
Scientific Reports (Internet), 12, p.20955_1 - 20955_8, 2022/12
被引用回数：3 パーセンタイル：24.69(Multidisciplinary Sciences)大型放射光施設(SPring-8)にて原子力研究機構が有するビームラインBL22XUの応力イメージング装置を用いて、レーザー誘起周期構造(Laser-Induced Periodic Surface Structure: LIPSS)の結晶評価を行った。測定対象のLIPSSは、Ti:Sapphireレーザー(波長800nm)とMIR-FEL(中赤外自由電子レーザー:波長11.4m)の2種の近・中赤外フェムト秒レーザーを用い、Si基板上に形成された。これらのレーザーは波長の違いの他、レーザーパルスの構造に違いがあり、その違いが形成されるLIPSSの構造に与える影響があることが分かった。放射光XRDにより、Ti:Sapphireレーザーによって形成されたLIPSSは、転位などの欠陥は発生せずに結晶性を維持するものの残留歪が存在することが判明した。一方、MIR-FELによって形成されたLIPSSは、残留歪はないものの転位などの欠陥が発生していることが分かった。これらの結果から、LIPSSを形成する光源レーザーの選択により、結晶状態の異なるLIPSSが得られることが分かった。これらの情報は、今後のLIPSSの機能的応用に向けた取り組みにおいて、有用な情報となりうる。
和田 資子*; 赤木 浩*; 熊田 高之; 板倉 隆二*; 若林 知成*
Photochem (Internet), 2(3), p.798 - 809, 2022/09
フェムト秒レーザーを用いたジクロロエチレン異性体のクーロン爆発実験をおこなったところ、異性体間で
Cl
とCの異なる質量分解モーメンタムイメージングが得られた。
涌井 隆; 山崎 和彦*; 二川 正敏
Advanced Experimental Mechanics, 7, p.103 - 109, 2022/08
高放射化物を閉空間に閉じ込めた状態で切断・減容化する技術開発の一環として、鉛含有量が異なる放射線遮へいガラスに対して、Nd-YAGレーザーの照射条件(パワー及び照射回数)を変えた照射試験を実施した。鉛含有量、照射パワー及び照射回数の増加とともに、大きな黒色で凹形状の照射損傷とその周りにき裂が生じた。損傷に及ぼす機械的特性の影響を調べるために、非照射部及び照射部の一般的な機械特性を調べた。評価された機械的特性を基に算出された熱衝撃破壊靭性値は、鉛含有量の増加ともに減少する。黒色の照射領域の微小硬さは、非照射より10%小さくなり、レーザー照射による機械的特性の変化が確認された。
