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論文

コヒーレントQENSと時空相関解析による液体Biの異常構造の検出

川北 至信; 菊地 龍弥*

波紋, 29(2), p.91 - 94, 2019/05

ビスマスは結晶相ではパイエルス歪に基づいた二重層状構造を有する。液相では、単純な充填モデルでは解釈できない複雑な静的構造を示し、パイエルス歪が液体中にも残っているのではないかと考えられてきた。我々は、J-PARC物質・生命科学実験施設に設置されたBL14アマテラス分光器を用いて液体Biの中性子準弾性散乱(QENS)を測定し、そのコヒーレントQENSを解析した。時空相関関数から、長距離側に肩構造をもつ最近接分布が4つの成分からなり、30ピコ秒程度の長い緩和時間を示す長短2種類の相関と、ピコ秒以下の短い緩和時間をもつ中間的な距離の相関および最も長い距離をもつ相関があることが分かった。このことは、液体Bi中に層状構造が存在する直接的な証拠になる。本記事では、上記の成果とともに、時空相関関数によってコヒーレントQENSを解析する手法について報告している。

論文

Two inherent crossovers of the diffusion process in glass-forming liquids

古府 麻衣子; Faraone, A.*; Tyagi, M.*; 長尾 道弘*; 山室 修*

Physical Review E, 98(4), p.042601_1 - 042601_6, 2018/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

We report on incoherent quasielastic neutron scattering measurements examining a self-diffusion process in two types of glass-forming liquids, namely a molecular liquid (3-methylpentane) and an ionic liquid (1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide). We have experimentally demonstrated that both liquids exhibit two crossovers in the momentum transfer ($$Q$$) dependence of the self-correlation function, which is basically described by the stretched exponential function, $$exp [-(t/tau)^beta]$$. The first crossover point ($$Q approx 0.2$$~$AA$^{-1}$$) corresponds to a crossover from Fickian ($$beta = 1$$) to non-Fckian ($$beta ne 1$$) diffusion attributed to dynamical correlation. On the other hand, the second one at $$Q approx 0.8$$~$AA$^{-1}$$ is associated with the crossover from Gaussian to non-Gaussian behavior. It is remarkable that the stretching exponent $$beta$$ gradually changes in between the two crossover points. We consider that the two crossovers are the universal feature for glass-forming liquids.

論文

Determination of fusion barrier distributions from quasielastic scattering cross sections towards superheavy nuclei synthesis

田中 泰貴*; 成清 義博*; 森田 浩介*; 藤田 訓裕*; 加治 大哉*; 森本 幸司*; 山木 さやか*; 若林 泰生*; 田中 謙伍*; 武山 美麗*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 87(1), p.014201_1 - 014201_9, 2018/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:33.27(Physics, Multidisciplinary)

ガス充填型反跳生成核分離装置GARISを用いて$$^{48}$$Ca + $$^{208}$$Pb, $$^{50}$$Ti + $$^{208}$$Pb, $$^{48}$$Ca + $$^{248}$$Cm反応系における準弾性散乱断面積の励起関数を測定した。これらのデータから融合障壁分布を導出し、チャンネル結合計算と比較した。$$^{48}$$Ca + $$^{208}$$Pb及び$$^{50}$$Ti + $$^{208}$$Pb反応の障壁分布のピークエネルギーはそれらの反応系における2中性子蒸発断面積のピークエネルギーと良く一致し、一方$$^{48}$$Ca + $$^{248}$$Cm反応の障壁分布のピークエネルギーは4中性子蒸発断面積のピークエネルギーより少し下に現れることが判った。この結果は超重核合成の際の最適ビームエネルギーの予測に役立つ情報を与える。

論文

Difference in the hydration water mobility around F-actin and myosin subfragment-1 studied by quasielastic neutron scattering

松尾 龍人; 荒田 敏昭*; 小田 俊郎*; 中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 藤原 悟

Biochemistry and Biophysics Reports (Internet), 6, p.220 - 225, 2016/07

Hydration water is essential for a protein to perform its biological function properly. In this study, the dynamics of hydration water around F-actin and myosin subfragment-1 (S1), which are the partner proteins playing a major role in various cellular functions related to cell motility, was characterized by incoherent quasielastic neutron scattering (QENS). The QENS spectra of hydration water around F-actin and S1 provided the translational diffusion coefficient, the residence time, and the rotational correlation time. The differences in these parameters indicate a significant difference in mobility of the hydration water between S1 and F-actin: S1 has the typical hydration water, the mobility of which is reduced compared with that of bulk water, while F-actin has the unique hydration water, the mobility of which is close to that of bulk water rather than the typical hydration water around proteins.

論文

Quasielastic neutron scattering study on rotational aromatic groups of a thermotropic copolyester (vectra)

小泉 智

Journal of Chemical Physics, 107(2), p.603 - 612, 1997/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:82.4(Chemistry, Physical)

液晶性高分子を構成する芳香環の回転運動を、水素に由来する中性子非干渉性散乱を観集することで解析した。この高分子は2元ランダム共集合体(p-benzoic acid/2hydroxy-6-naphtoic acid 73/27(mol/mol))で、285$$^{circ}$$Cでアモルファス相からネマチック液晶相へと転移する。中性子散乱の非干渉成分を、(1)水素の振動運動によるデバイクーラー因子、(2)芳香環の回転運動による非弾性干渉性構造因子(EISF)、(3)同じく回転運動による準弾性散乱(QENS)の3成分に分離した。このようにして得られたEISFとQENSは、ネマチック相で、芳香環が分子軸まわりを自由回転するモデルで良好に再現された。また転移点以下のアモルファス相で、EISFとQENSの波数依存性が小さくなり、この変化は回転運動が自由なものからより拘束されたものへと移行したことを示唆する。

論文

Nucleon transfer in highly mass-asymmetric reaction systems between $$^{197}$$Au and relatively light projectiles in the energy region below 10MeV/u, I; Target-like products

横山 明彦*; 斉藤 直*; 庄司 正秀*; 馬場 宏*; 馬場 澄子; 畑 健太郎; 関根 俊明; 市川 進一

Z. Phys., A, 332, p.61 - 69, 1989/00

非対称重イオン核反応系における核子移行反応メカニズムを研究した。即ち、$$^{197}$$Auターゲットと、$$^{37}$$Cl,$$^{16}$$O,$$^{14}$$n,$$^{12}$$C入射粒子との反応で生成するターゲット類似核に関して、励起関数と反跳飛程を測定した。得られた実験結果を解析し、準弾性散乱成分と深部非弾性散乱成分に分割し、特に準弾性散乱による核子移行反応に関してトンネリング模型に基く理論的考察を試みた。

論文

Nucleon transfer in highly mass-asymmetric reaction systems between $$^{197}$$Au and relatively light projectiles in the energy region below 10 MeV/u, II; Projectile ($$^{16}$$O)-like products

横山 明彦*; 斉藤 直*; 馬場 宏*; 畑 健太郎; 永目 諭一郎; 市川 進一; 馬場 澄子; 篠原 厚*; 今西 信嗣*

Z. Phys., A, 332, p.71 - 81, 1989/00

$$^{197}$$Auターゲットと、8.8MeV/原子及び6.6MeV/原子の$$^{16}$$O入射粒子との反応で生成した入射粒子類似核の運動エネルギースペクトルと角度分布を測定した。それらの放出過程は、準弾性散乱過程と深部非弾性散乱過程に分割できた。深部非弾性成分に関して詳細な解析を行い、この反応系の場合、比較的短い反応時間で深部非弾性散乱が起きていることを確認した。

口頭

A View of the regulatory mechanism of muscle contraction from protein dynamics; A Neutron scattering study of muscle thin filaments

藤原 悟; 松尾 龍人; 山田 武*; 柴田 薫

no journal, , 

In order to investigate the regulatory mechanism of muscle contraction in terms of protein dynamics, we carried out neutron scattering experiments on the native thin filaments (NTF) in the presence and absence of Ca$$^{2+}$$ and F-actin using the dynamics analysis spectrometer ${it DNA}$ at J-PARC. The elastic incoherent and quasielastic neutron scattering experiments showed that NTF in the -Ca$$^{2+}$$ state is more flexible than in the +Ca$$^{2+}$$ state, and that this difference in flexibility arises from the different distributions of the local atomic motions. Comparison with F-actin suggests that the differences arise from the regulatory proteins. These results imply that regulation of the protein dynamics plays an important role in the regulatory mechanism of muscle contraction.

口頭

筋収縮調節機構と関連した筋肉の細いフィラメントのダイナミクス変化

藤原 悟; 松尾 龍人; 山田 武*; 柴田 薫

no journal, , 

筋収縮は、筋肉細胞のCa$$^{2+}$$濃度により調節されている。筋収縮調節の分子機構の解明は生理学・生物物理学的興味のみならず心筋症発症機構という医学的観点からも重要である。筋収縮調節は、筋肉の「細いフィラメント」上の調節蛋白質トロポニン, トロポミオシンにより行われている。Ca$$^{2+}$$濃度の違いにより、この細いフィラメントの柔らかさが変化することが示唆されている。蛋白質の柔らかさは、蛋白質のダイナミクスに由来する。我々は、筋収縮調節機構における蛋白質ダイナミクスの役割を調べるために、ウシ心筋から単離した細いフィラメントの中性子準弾性散乱実験を行った。筋収縮が抑制される低Ca$$^{2+}$$濃度と抑制解除される高Ca$$^{2+}$$濃度状態のそれぞれについて測定を行った結果、低Ca$$^{2+}$$度状態の細いフィラメントの方が高Ca$$^{2+}$$濃度状態よりも、より柔らかいこと、そしてこの柔らかさの違いは、原子の局所的な運動の分布の違いに由来することが示された。さらに、この違いは、調節蛋白質のダイナミクスの違いによることが示唆された。これらの結果は、調節蛋白質のダイナミクスの制御が、筋収縮調節機構において重要な役割を果たすことを示唆している。

口頭

ベンゼンおよび置換ベンゼンの拡散現象の全容解明

菊地 龍弥; 川北 至信; 中島 健次; 河村 聖子; 稲村 泰弘

no journal, , 

個別の解析モデルを必要としないモデルフリーな中性子準弾性散乱の解析法として、モード分布解析(MDA)を開発してきた。液体の水にこの解析法を適用した結果、今まで発見されていない新たなモードを観測することに成功した。我々はこの解析法を用いることにより液体の拡散現象全体を表現できる基本原理の解明に取り組んでいる。本発表では、基礎的な物質として単純な分子液体であるベンゼン、および、ベンゼンの水素を置換したクロロベンゼン, トルエン, フェノールなどについて拡散現象の全体研究を行った結果の報告をする。J-PARCのAMATERAS分光器で測定した液体のベンゼンについてMDAによる解析を行った結果3つのモードが観測されている。ベンゼンとその置換体についてこの3つのモードの詳細を発表する。

口頭

ダイナミクス解析装置DNAの実用化

柴田 薫

no journal, , 

平成28年度技術賞受賞記念講演「ダイナミクス解析装置DNAの実用化」と題して、日本原子力研究開発機構J-PARCセンターが共用装置として、物質・生命科学実験施設MLFの結合型モデレーター中性子源を臨むBL02ビームラインに設置した、micro eVオーダーの高エネルギー分解能で広帯域(-400 $$<$$ E/micro eV $$<$$ +600)に亘る非弾性・準弾性散乱測定を高S/N比($$>$$ 100000)で実現したSi結晶アナライザー背面反射TOF型高エネルギー分解能分光器DNAの開発研究及び、現在の仕様・性能について測定・研究の応用例を交えて紹介する。

口頭

QENS study for functional materials and reduction of time-space correlation function

川北 至信

no journal, , 

J-PARCではアマテラスおよびDNAの両分光器が中性子準弾性散乱実験によく用いられている。前者はパルス成形と単色化のためのディスクチョッパーを装備した1mevから80meVの範囲の入射中性子が使える直接配置型非弾性散乱分光器である。多重入射エネルギー測定法が遅い大きな構造のダイナミクスから速い原子レベルのダイナミクスまでの全体の描像をとらえるのに役立つ。一方、後者はパルス成形チョッパーとSi311アナライザーを備えた2.4$$mu$$eVの高いエネルギー分解能と-500$$mu$$eVから1500$$mu$$eVにわたる広いエネルギー移動量空間をカバーできる後方散乱分光器である。非常に高いS/N比が、中性子準弾性散乱・非弾性散乱の応用範囲の著しい拡大につながっている。本発表は、3つの部分からなる。(1)J-PARC MLFの現状、(2)機能性物質の中性子準弾性散乱研究、(3)液体金属の時空相関関数導出。

口頭

複雑液体金属の緩和時間と時空相関関数

川北 至信; 菊地 龍弥*; 稲村 泰弘; 田原 周太*; 丸山 健二*; 花島 隆泰*; 中村 充孝; 鬼柳 亮嗣; 山内 康弘*; 千葉 薫*; et al.

no journal, , 

静的構造が剛体球の充填では近似できない複雑な構造を持つ多価金属液体について、J-PARCのアマテラス分光器を用いてコヒーレント準弾性散乱実験を行った。液体BiやSbでは、固体の静的構造に見られるパイエルス歪を伴った二重層状構造が液体中にも残存しているのではないかと考えられてきた。今回我々は時空相関数を導出し、特徴的な原子間距離における構造緩和の違いとして、液体中でのこのパイエルス歪構造を検出することに成功した。

口頭

Real time and real space analysis for atomic dynamics in liquids

川北 至信; 菊地 龍弥*; 稲村 泰弘; 田原 周太*; 丸山 健二*; 花島 隆泰*; 中村 充孝; 鬼柳 亮嗣; 山内 康弘*; 千葉 薫*; et al.

no journal, , 

液体のコヒーレントな中性子準弾性散乱(QENS)スペクトルに対して、いわゆるファンホーヴ関数(時空相関関数)を正則化法を通じて導出する解析手法を開発した。原理的には、空間-時間スペースで定義されるファンホーヴ関数は、逆空間-エネルギー移動スペースで定義される動的構造因子から二重フーリエ変換によって計算できる。正則化法により直接ファンホーヴ関数を推定することは、たびたび得られた動的構造因子が実験的データに対して系統的にずれるデメリットがあるので、その代わり、ファンホーヴ関数と動的構造因子をともに計算できる媒介関数を導入し、それを関数推定するという手法を用いた。この媒介関数や得られたファンホーヴ関数、動的構造因子の性質を、複雑な構造を有するビスマスやアンチモンなど、J-PARCアマテラス分光器を用いてQESNを測定された液体金属への適用例を用いて紹介する。

口頭

中性子散乱実験による原子拡散の理解; 実時間・実空間解析への展開

川北 至信; 菊地 龍弥*; 松浦 直人*; 川崎 卓郎; 古府 麻衣子; 田原 周大*

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設MLFでは、高速イオン拡散現象を含む物質科学の研究にパルス中性子ビームを用いる機会を提供している。MLFに設置されているDNA分光器およびアマテラス分光器は、中性子準弾性散乱によって直接原子拡散を調べるのに非常に役立っている。我々は、モデルフリーな解析手法であるモード分布解析や時空相関関数の導出、単結晶試料を用いたイオン拡散経路の検出の可能性など、いくつかの例を示しながら、原子拡散に関する比較的新しい解析手法や実験手法に焦点を合わせて紹介する。

口頭

Current status and grade-up plan of DNA backscattering neutron spectrometer at MLF, J-PARC

川北 至信; 松浦 直人*; 富永 大輝*; 山田 武*; 小林 誠*; 中川 洋

no journal, , 

J-PARC物質・生命科学実験施設のBL02に設置された飛行時間分析型中性子分光器DNAは、中性子準弾性散乱・非弾性散乱のための中性子実験装置である。DNAは最大300Hzで回転するパルス整形チョッパーを備えたユニークな後方散乱分光器である。測定試料で散乱された中性子はSi111アナライザーミラーで選別される。ミラーの裏面にガドリニウムの中性子吸収剤をコートすることにより高い効率と高い信号雑音比を達成しており、非弾性散乱の強度の弱いシグナルでも観測可能である。DNAを用いた研究は、ピコ秒からナノ秒にわたる原子やスピンのダイナミクスで、生体物質, ソフトマターから、バッテリーに利用されるイオン伝導体や強相関電子系などの固体物質まで対象は及ぶ。この発表では、DNA分光器の性能に加えて、Si311面を用いた新たなアナライザーミラーのコミッショニングなどグレードアップ計画も紹介する。

口頭

Quasi-elastic and inelastic neutron scattering spectrometer DNA in MLF, J-PARC and its application to materials science

川北 至信; 松浦 直人*; 富永 大輝*; 山田 武*; 小林 誠*; 中川 洋

no journal, , 

J-PARC MLFのBL02に設置された飛行時間分析型後方散乱分光器DNAは生体分子, ソフトマター, 電池材料や強相関電子系などの固体物質を対象に、ピコ秒からナノ秒にわたる原子・スピンダイナミクスを解明するための中性子準弾性・非弾性散乱装置である。ガドリニウム中性子吸収剤をアナライザーミラーにバックコートすることで高い信号雑音比を達成している。DNAには最大300Hzで回転するパルス整形チョッパーの他、87.5$$^{circ}$$のブラッグ角で2.08meVの散乱中性子を取り出すSi111アナライザーミラーが設置されており、0.08$$sim$$1.9(1/A)の運動量移行の領域をカバーする。最近、7.64meVの散乱中性子を選別し3.79(1/A)の運動量移行まで拡張できるSi311ミラーの設置を進めている。本発表では、Si311のコミッショニングの状況を含むDNAのスペックの紹介に加え、材料科学におけるいくつかの利用例を報告する。

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