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論文

Monte Carlo radiation transport modelling of the current-biased kinetic inductance detector

Malins, A.; 町田 昌彦; Vu, TheDang; 相澤 一也; 石田 武和*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 953, p.163130_1 - 163130_7, 2020/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:8.37(Instruments & Instrumentation)

Radiation transport simulations were used to analyse neutron imaging with the current-biased kinetic inductance detector (CB-KID). The PHITS Monte Carlo code was applied for simulating neutron, $$^{4}$$He, $$^{7}$$Li, photon and electron transport, $$^{10}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li reactions, and energy deposition by particles within CB-KID. Slight blurring in simulated CB-KID images originated $$^{4}$$He and $$^{7}$$Li ions spreading out in random directions from the $$^{10}$$B conversion layer in the detector prior to causing signals in the $$X$$ and $$Y$$ superconducting Nb nanowire meander lines. 478 keV prompt gamma rays emitted by $$^{7}$$Li nuclei from neutron-$$^{10}$$B reactions had negligible contribution to the simulated CB-KID images. Simulated neutron images of $$^{10}$$B dot arrays indicate that sub 10 $$mu$$m resolution imaging should be feasible with the current CB-KID design. The effect of the geometrical structure of CB-KID on the intrinsic detection efficiency was calculated from the simulations. An analytical equation was then developed to approximate this contribution to the detection efficiency. Detection efficiencies calculated in this study are upper bounds for the reality as the effects of detector temperature, the bias current, signal processing and dead-time losses were not taken into account. The modelling strategies employed in this study could be used to evaluate modifications to the CB-KID design prior to actual fabrication and testing, conveying a time and cost saving.

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(CD-ROM), 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

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

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

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

Application of neutron imaging plate and neutron CT methods on nuclear fuels and materials

安田 良; 松林 政仁; 仲田 祐仁; 原田 克也; 天野 英俊; 笹島 文雄; 西 雅裕; 堀口 洋二

IEEE Transactions on Nuclear Science, 52(1), p.313 - 316, 2005/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:43.23(Engineering, Electrical & Electronic)

本稿では、中性子イメージングプレート(IP)法及び中性子断層法など先進的な中性子ラジオグラフィ法を核燃料に適用した結果について報告する。試験は、JRR-3Mの中性子ラジオグラフィ第二撮影室TNRF-2において行った。試験に用いた燃料ピンは、形状・寸法及び濃縮度が制御・調整されたペレットを装荷している。中性子IP法では、燃料ピンの透過像を撮影し、CT法では、断面像を取得した。試験の結果、IP法・CT法ともに燃料ピン内のペレットの良好な画像を取得できた。

論文

Characteristics of SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$ based materials as a neutron storage phosphor

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.378 - 383, 2004/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:28.31(Instruments & Instrumentation)

$$gamma$$線感度の低い中性子イメージング用輝尽性蛍光体として有望な、軽元素から構成されるSrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$系蛍光体について調べた。SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$蛍光体は中性子照射によって輝尽性蛍光を示した。一方、SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$にSrF$$_{2}$$を添加すると輝尽性蛍光量が増大することを見いだした。これはSrF$$_{2}$$添加によって電子トラップセンターの数が増加したためである。また、SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$+SrF$$_{2}$$蛍光体の単位中性子束あたりの輝尽性蛍光量は中性子エネルギーの-0.5乗に比例していた。さらに、この輝尽性蛍光量は中性子照射量にも比例していることも確認しており、中性子イメージング用輝尽性蛍光体として有望である。

論文

Application of hydrogen analysis by neutron imaging plate method to Zircaloy cladding tubes

安田 良; 仲田 祐仁; 松林 政仁; 原田 克也; 畠山 祐一; 天野 英俊

Journal of Nuclear Materials, 320(3), p.223 - 230, 2003/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:32.66(Materials Science, Multidisciplinary)

本稿においては、水素濃度が既知な標準試料を用いて、照射済燃料被覆管を模擬した試料の水素分布を定量的に評価した。被覆管断面全体に渡っての水素濃度分布が得られ、その空間分解能は、画像上の画素(0.1$$times$$0.1mm)に一致する。さらに、イメージングプレート像に及ぼす酸化膜の影響を、酸化膜のみ、または酸化膜及び水素化物の両方を形成した被覆管を用いてしらべた。その結果、酸化膜に相当する領域は画像上において確認できなかった。また、画像数値解析によっても酸化膜の有意な影響は確認できなかった。上記の結果から、中性子イメージングプレート法により、水素分析を行う際においても、酸化膜の影響は小さく、考慮する必要がないと考えられる。

論文

Optimization of neutron imaging plate

芳賀 裕子*; 練石 恵子*; 高橋 建一*; 新村 信雄

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 487(3), p.504 - 510, 2002/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.57(Instruments & Instrumentation)

中性子イメージングプレートの中性子検出機構をその素過程から検討すると、カラーセンターを創生する割合が中性子イメージングプレートの中性子検出効率を向上させる基本パラメーターになっていることが判明した。そこで、中性子イメージングプレートの厚みと輝尽性蛍光物質量を変数にとり、カラーセンター創生率を実測した。あと、中性子イメージングプレート中の中性子コンバーター(Gd)から中性子吸収率を計算し、最終的な中性子検出効率を求めた。これを最適化することで、中性子コンバーター量50%,厚み200$$mu$$mが、最も検出効率の高い中性子イメージングプレートであることが結論付けられた。

報告書

中性子ラジオグラフィによる照射済燃料・材料の非破壊試験法の開発,3; 中性子イメージングプレート法及びCT法による未照射燃料ピンの撮影

安田 良; 松林 政仁; 仲田 祐仁; 原田 克也; 天野 英俊; 安藤 均*; 笹島 文雄; 西 雅裕; 堀口 洋二

JAERI-Tech 2002-001, 23 Pages, 2002/02

JAERI-Tech-2002-001.pdf:3.79MB

日本原子力研究所ホット試験室では、照射済燃料・材料中のクラック,形状変化及び水素化物等の欠陥・組成分布等を調べる非破壊検査法として中性子ラジオグラフィの有効性に着目し、中性子イメージングプレート法(IP法)や中性子断層撮影法(CT法)等を用いた先進的な中性子ラジオグラフィ技術の照射後試験(PIE)への適用を検討している。IP法及びCT法を核燃料に応用した例は少ないため、照射後試験への適用を検討するための基礎データの収集を必要としている。本稿では、基礎データ収集を目的として行った未照射燃料ピンを用いた中性子ラジオグラフィ試験の結果について報告する。試験は、JRR-3Mの中性子ラジオグラフィ装置TNRF-2において行った。中性子イメージングプレート法は、燃料ピンの透過像を撮影し、CT法では、燃料ピンの断面画像データを取得した。試験に用いた燃料ピンは、寸法,形状及び濃縮度の異なる複数の燃料ペレットが装荷されており、画像上及び画像解析処理によりそれらの相違を評価した。試験の結果、中性子イメージングプレート法においては、ペレットの形状,ペレット間の寸法の相違及びペレット間の濃縮度の相違が、画像上から確認され、CT法においても、ペレットの断面形状を示す良好な画像が得られた。

論文

Neutron diffractometer for biological crystallography-3; BIX-3

田中 伊知朗; 栗原 和男; 茶竹 俊行; 新村 信雄

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.459 - 461, 2001/05

原研JRR-3Mにおいて生体高分子結晶用中性子回折計(BIX-3)が建設された。そこには筆者らによって開発された中性子イメージングプレートや弾性湾曲Siモノクロメータなどの最新の技術革新が応用されている。これらによって、ルブレドキシンやミオグロビンの結晶から約1ヶ月でデータセットを得ることができるようになった。そのデータ分解能は1.5Åで、水素原子の位置同定を高い精度で行える。データの質と必要な測定時間を考えると、BIX-3は現在、世界のタンパク質用中性子回折計の中で最高の性能を持つことが判明した。

論文

Neutron crystallography of hen egg-white lysozyme at pH4.9

前田 満; 藤原 悟; 米澤 康滋*; 新村 信雄

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.403 - 405, 2001/05

タンパク質の機能、安定性を明らかにするためには、異なったpHでのタンパク質におけるアミノ酸のプロトネーションの状態を知ることが重要である。この問題に答えるために、異なったpHにおけるニワトリ卵白リゾチームの中性子結晶構造解析を行っている。本研究においては、pH4.9のニワトリ卵白リゾチームの中性子回折実験を日本原子力研究所の生体物質用中性子回折計(BIX-II)において行った。pH4.9のニワトリ卵白リゾチームの中性子結晶構造解析により、酵素活性部位において、グルタミン酸35(Glu35)のカルボキシル基に1つの水素がプロトン化され、アスパラギン酸52(Asp52)のカルボキシル基には、プロトン化されていなかった。この結果は、リゾチームの触媒機構のモデルと一致した。

報告書

2次元検出型マイクロストリップガスカウンタの中性子検出効率の計算評価

山岸 秀志; 曽山 和彦; 金子 純一; 池田 裕二郎

JAERI-Tech 2000-085, 21 Pages, 2001/02

JAERI-Tech-2000-085.pdf:1.73MB

大強度加速器の強力パルス中性子ビームを用いた種々の中性子散乱実験のために、高速、超高位置分解能を有する2次元中性子検出器の開発が強く望まれている。このため、ヘリウム-3混合ガスを用いたマイクロストリップガスカウンタ(MSGC)の開発を進めている。MSGCには高い中性子検出効率が求められるが、これを実現するにはヘリウム-3混合ガスを高圧で封入する必要がある。この結果、MSGC圧力容器には厚い金属製の中性子ウィンドウが必要になって、中性子を減衰させ、検出効率を低下させる。電極間ギャップの拡大はより高い検出効率を与えるが、中性子エネルギー分解能及び高計数率性能を低下させる。高い検出効率のMSGCを開発するため、MSGC圧力容器構造,ウィンドウ材料、電極間ギャップ及びヘリウム-3混合ガス圧力の最適設計と検出効率の計算評価を行った。この結果、中性子エネルギー0.1~25MeVの範囲において93%以上の高い検出効率が得られる見通しを得たので、MSGC圧力容器構造及び検出効率性能について報告する。

報告書

中性子2次元検出型マイクロストリップガスカウンタ圧力容器の検討

山岸 秀志; 金子 純一

JAERI-Tech 2000-079, 9 Pages, 2001/01

JAERI-Tech-2000-079.pdf:0.75MB

大強度陽子加速器の強力パルス中性子ビームを用いた中性子散乱実験のために、高速、超高位置分解能の2次元中性子検出器の開発が要求されている。このため、ヘリウム-3混合ガスを用いたマイクロストリップガスカウンタ(MSGC)の開発を進めている。MSGCには耐圧性及び密封性の高い圧力容器が必要であるが、高い検出効率と高い2次元位置分解能を達成するために、その中性子入射窓には中性子吸収及び散乱断面積の小さい材料を選択し、かつ可能な限り薄くする必要がある。最適な圧力容器構造を決めるため、3種類の中性子入射窓構造で圧力容器を設計し評価した。

論文

中性子イメージングプレートを用いた中性子応力測定,3

佐々木 敏彦*; 皆川 宣明; 森井 幸生; 新村 信雄; 広瀬 幸雄*

日本材料学会第36回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.259 - 262, 2000/09

中性子イメージングプレート(IP)は、新しい中性子用二次元検出器である。本研究は工業的利用に対し重要な応力測定技術開発の一環であり応力解析に必要な中性子回折環画像の解析に関する検討を行い、解析ソフトウェアの開発を行った。中性子イメージングプレート用中性子応力測定装置を開発作成し、日本原子力研究所JRR-3Mに設置された残留応力解析用中性子回折装置(RESA)を用いて実験を行い、厚さ2mmの鋼材に対し単軸引張応力を加え得られた画像の解析を今回開発したソフトウェアにより処理し良好な結果を得た。

論文

カーネーション切り花内の水に対する無極性ガスの影響

松嶋 卯月*; 大下 誠一*; 中西 友子*; 松林 政仁; 瀬尾 康久*; 川越 義則*

農業機械学会誌, 62(5), p.70 - 78, 2000/09

無極性ガスを利用した保存法のカーネーション切り花に対する適用性を検討するために、切り花の品質に関係深い内容の水に対して無極性ガスが与える影響を調べた。水の状態は、JRR-3熱中性子ラジオグラフィ装置を用いた中性子イメージングによる水分量の分析と、H-NMRによる縦緩和時間T1測定による水の動的状態から評価した。それらの結果から、無極性ガスであるキセノンによる処理は、切り花の吸水能力を維持することと同時に、切り花内部の水移動を妨げ、脱水を防ぐことが示唆された。特に、0.7MPaでのキセノン処理を行った切り花の子房の縦緩和時間は、処理後約24時間にわたり、実験初期とほぼ同じレベルにあり、水の動的状態が保持された。

論文

Performance of a multi-wavelength monochromator system for neutron single-crystal and powder diffraction

Ahmed, F. U.*; 田中 伊知朗; 新村 信雄

Journal of Applied Crystallography, 33(Part.2), p.291 - 295, 2000/04

時間のかかる中性子回折データの収集効率を大幅に上げるため、弾性湾曲完全結晶Si(111)及びSi(220)結晶を2枚重ね合せたモノクロメータ装置を使い、単結晶と粉末中性子回折において、多波長をうまく使用する方法を確立した。この実験には3号炉のTAS-2を用いた。Si(220)からは1.80Å、Si(111)からは2.94Åの2波長を用いた。モノクロメータの重ね合せ方位調整はうまくいき、ロッキングカーブは約0.3度の半値幅になった。粉末Siの回折パターンを中性子イメージングプレート(NIP)で撮影してみると、2波長からの反射が、スリット無しの条件で、高強度、高統計、高位置分解能で、同時にとることができた。有機化合物単結晶からの回折斑点もNIPで撮影に成功した。各波長からの回折リング、回折斑点は、間違いなく区別が可能であった。

論文

Neutrons expand the field of structural biology

新村 信雄

Current Opinion in Structural Biology, 9(5), p.602 - 608, 1999/10

 被引用回数:52 パーセンタイル:49.55(Biochemistry & Molecular Biology)

中性構造性物学は、タンパク質や核酸の水素原子位置や、水和構造を決定する重要な分野と思われていたが、技術的困難さのゆえに、これまで、実験は余り行われて来なかった。最近、筆者等が開発した中性子イメージングプレートのお陰で、ようやく、この種の実験が可能になった。本解説では、中性子イメージングプレートを使っての中性子構造生物学の実験のエッセンスと、今後の課題について述べた。

論文

$$gamma$$-ray sensitivity and shielding of a neutron imaging plate

芳賀 裕子; 熊沢 紳太郎*; 新村 信雄

Journal of Applied Crystallography, 32(5), p.878 - 882, 1999/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:27.98(Chemistry, Multidisciplinary)

中性子イメージングプレートを実用する際の最大の問題は$$gamma$$線のバックグラウンドである。そこで、中性子イメージングプレートの$$gamma$$線感度の$$gamma$$線エネルギー依存性を測定した。$$gamma$$線のエネルギーが300keV以下のとき、熱中性子に対する感度のほぼ半分で、遮蔽が困難な300keV以上の場合は四十分の一であることがわかった。それをもとに、三号炉実験ホールで、$$gamma$$線に対する鉛の中性子イメージングプレートに対する遮蔽効果を測定した。その結果、40mmの厚さの鉛で$$gamma$$線バックグラウンドを十分の一に減少できることがわかった。さらに、中性子イメージングプレートを厚さ1mmの鉛で覆うことによって、中性子シグナルを減少させることなく、中性子入射方向からの$$gamma$$線バックグラウンドを減少できることを明らかにした。

論文

An Upgraded neutron diffractometer (BIX-I$$_{M}$$) for macromolecules with a neutron imaging plate

田中 伊知朗*; 栗原 和男*; 芳賀 裕子*; 峯崎 善章; 藤原 悟; 熊沢 紳太郎*; 新村 信雄

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 60(8-9), p.1623 - 1626, 1999/00

 被引用回数:9 パーセンタイル:49.76(Chemistry, Multidisciplinary)

既存の生体高分子中性子回折計を改良し、中性子イメージングプレートを装備した回折計(BIX-I$$_{M}$$)の製作のための基礎的な実験と設計を終了した。設計にあたって解決されなければならない問題点が2つ存在した。一つは単位格子が80$AA$以下の生体高分子結晶からの最近接ブラッグ反射スポットを検出器上で分離すること、もう一つは中性子イメージングプレートの中性子及び$$gamma$$線に対する十分な遮蔽である。われわれが建設した既存の中性子回折計と比較すると、試料位置の前進及び弾性湾曲シリコンモノクロメータの高性能化を実現させることにより、検出器の立体角が8.5倍及び中性子強度が5倍となるので、最終的な測定効率が約45倍に向上する。

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