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論文

Analysis and mapping of detailed inner information of crystalline grain by wavelength-resolved neutron transmission imaging with individual Bragg-dip profile-fitting analysis

櫻井 洋亮*; 佐藤 博隆*; 足立 望*; 諸岡 聡; 戸高 義一*; 加美山 隆*

Applied Sciences (Internet), 11(11), p.5219_1 - 5219_17, 2021/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:29.89(Chemistry, Multidisciplinary)

As a new method for evaluating single crystal and oligocrystal, pulsed neutron Bragg-dip transmission analysis/imaging method is being developed. In this study, a single Bragg-dip profile fitting analysis method was newly developed, and applied for analyzing detailed inner information in a crystalline grain position-dependently. In the method, the spectrum profile of a single Bragg-dip is analyzed at each position over a grain. As a result, it is expected that changes of crystal orientation, mosaic spread angle and thickness of a perfect crystal can be evaluated from the wavelength, the width and the integrated intensity of the Bragg-dip, respectively. For confirming this effectiveness, the method was applied to experimental data of position-dependent Bragg-dip transmission spectra of a Si-steel plate consisting of oligocrystals. As a result, inner information of multiple crystalline grains could be visualized and evaluated. The small change of crystal orientation in a grain, about 0.4$$^{circ}$$, could be observed by imaging the Bragg-dip wavelengths. By imaging the Bragg-dip widths, both another grain and mosaic block in a grain were detected. Furthermore, imaging results of the integrated intensities of Bragg-dips were consistent with the results of Bragg-dip width imaging. These small crystallographic changes have not been observed and visualized by previous Bragg-dip analysis methods.

論文

Neutron Bragg-edge transmission imaging for microstructure and residual strain in induction hardened gears

Su, Y. H.; 及川 健一; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 堀野 孝*; 井戸原 修*; 三阪 佳孝*; 友田 陽*

Scientific Reports (Internet), 11, p.4155_1 - 4155_14, 2021/02

AA2020-0778.pdf:6.49MB

 被引用回数:38 パーセンタイル:80.62(Multidisciplinary Sciences)

A time-of-flight Bragg-edge neutron transmission imaging was used to investigate the microstructure and strain distributions in a gear hardened by a newly developed two-step induction-heating method: precursor (Sample 1) and final product (Sample 2). The edge- position and edge-broadening were determined and mapped with high spatial resolution, which enabled us to confirm the two-dimensional distributions of the microstructure and residual strain. A deep hardened layer was made for Sample 1 in which martensite was formed on the entire teeth and the outer peripheral portion of the gear body. Sample 2 was subjected to double induction-hardening, where a tempered martensite was formed as the thermal refined microstructure between a fine-grained martensite at the tooth surface and a ferrite-pearlite microstructure at the core. The relationship between edge-broadening and the Vickers hardness described by a linear equation was employed to derive the elastic residual strain. The residual strain map for Sample 2 revealed that a steep compressive strain was introduced into the fine-grained martensite at the tooth surface by the super rapid induction- heating and quenching process. The reversal of tension was speculated to occur below 2 mm from the tooth tip, and the strain was almost zero in the core region.

論文

Visualization of phase distribution in lead-bismuth eutectic during one-dimensional solidification process

伊藤 大介*; 佐藤 博隆*; 齊藤 泰司*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也

Journal of Visualization, 22(5), p.889 - 895, 2019/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:18.86(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

Solidification process of lead-bismuth eutectic (LBE) is one of the key phenomena to prevent flow channel blockage accident in an LBE-cooled accelerator-driven system. However, the solidification of liquid metal cannot be observed optically and it is difficult to detect noninvasively. In this study, the one-dimensional solidification process of the LBE was visualized by pulsed neutron transmission imaging. Neutrons have higher transmittivity to the LBE than X-ray and neutron transmission spectrum of the LBE sample can be obtained by pulsed neutron imaging technique. The solid and liquid phases of the LBE were identified during the solidification process by the presence or absence of Bragg edge in the measured neutron transmission spectrum, and the transient behavior of the solid-liquid interface could be visualized. In addition, the characteristic spatial distribution of the crystalline structure was found in Bragg-edge transmission image after the solidification.

論文

中性子透過率スペクトル測定を利用した新しい中性子散乱実験

大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 佐藤 博隆*; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 杉山 正明*

波紋, 26(4), p.170 - 173, 2016/11

Based on the time-of-light (TOF) technique, new generation pulsed neutron sources enable novel neutron scattering experiments. Using small-angle neutron scattering (SANS) at the pulsed neutron sources, simultaneous measurements of SANS and Bragg edge transmission can be performed. From the SANS profiles, the precipitates and inclusions in metals and alloys are characterized, while the Bragg edge transmission spectra give crystallographic information about the matrix. This is a powerful tool for quantitative characterization of the microstructures in the metals and alloys. The neutron transmission experiments have potential for further development. Magnetic Bragg edge transmission analysis will be useful for magnetic materials. These new neutron scattering techniques enhance the usability and flexibility of neutron scattering experiments.

論文

Magnetic scattering in the simultaneous measurement of small-angle neutron scattering and Bragg edge transmission from steel

大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 大石 一城*; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 足立 望*; 鈴木 淳市*; 土山 聡宏*; Gilbert, E. P.*; 杉山 正明*

Journal of Applied Crystallography, 49(5), p.1659 - 1664, 2016/10

 被引用回数:13 パーセンタイル:60.84(Chemistry, Multidisciplinary)

Pulsed neutron sources enable the simultaneous measurement of small-angle neutron scattering (SANS) and Bragg edge transmission. This simultaneous measurement is useful for microstructural characterization in steel. Since most steels are ferromagnetic, magnetic scattering contributions should be considered in both SANS and Bragg edge transmission analyses. An expression for the magnetic scattering contribution to Bragg edge transmission analysis has been derived. The analysis using this expression was applied to Cu steel. The ferrite crystallite size estimated from this Bragg edge transmission analysis with the magnetic scattering contribution was larger than that estimated using conventional expressions. This result indicates that magnetic scattering has to be taken into account for quantitative Bragg edge transmission analysis. In the SANS analysis, the ratio of magnetic to nuclear scattering contributions revealed that the precipitates consist of body-centered cubic Cu$$_{0.7}$$Fe$$_{0.3}$$ and pure Cu, which probably has 9R structure including elastic strain and vacancies. These results show that effective use of the magnetic scattering contribution allows detailed analyses of steel microstructure.

論文

Role of excited states of Li ions in the stopping power of molecular hydrogen

森林 健悟

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.7, p.150 - 153, 2006/00

重粒子線のBragg Peak付近の領域で重要な原子分子過程に関して研究を行った。この領域では、陽子線や$$alpha$$線で見られるようにイオン衝突電離過程のほかに電荷移行過程,電子損失過程が重要になることが予測できるが、多くの評価済みデータが存在する水素原子,水素分子標的の断面積の原子番号(Z)依存性を調べ、各過程の断面積をZの式で表し、その傾向から重粒子線と水との衝突断面積を近似した。さらに、リチウム粒子線に関して、これらの衝突断面積とリチウムイオン・原子の基底・励起状態のエネルギーレベル,自動イオン化率,輻射遷移確率の原子データを計算し、核散乱を無視したモデルに適用させて、各原子過程のエネルギー付与への寄与を求めた。その結果、Bragg Peakのところ(約300keV/amu)では、90%程度電離過程がエネルギー付与に寄与しているが、100keV/amuのところでは、電荷移行と電子損失の寄与が10数%ずつあり、電離過程の寄与は70%程度であった。さらに、50keV/amuのところでは、電荷移行,電子損失,電離の寄与はそれぞれ約50%, 25%, 25%、10keV/amuでは、3つの過程の寄与は、35%, 25%, 40%となり低エネルギーでは、すべての原子分子過程が重要になることがわかった。

論文

Diffractometer for neutron crystallography in biology

新村 信雄; 田中 伊知朗*; 峯崎 善章; 唐沢 裕子*; 田中 勲*; 三木 邦夫*; 佐藤 衛*; 日高 昌則*; 皆川 宣明; 森井 幸生

Physica B; Condensed Matter, 213-214, p.786 - 789, 1995/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:70.05(Physics, Condensed Matter)

タンパク質・DNA等の生体物質の水素の位置及び、それらの配位水の水素の位置を決定するための装置が生体物質中性子回折計である。生体物質中性子回折計では、試料位置での中性子束が強く、かつ、ビーム分散の小さい中性子束が必要で、そのためのモノクロメーターが開発された。又、結晶からのBragg反射を出来るだけ多く観測できるように大面積の中性子検出器を設置した。その他種々の工夫を凝らした生体物質中性子回折計を製作し、卵白リゾチーム単結晶からのbragg反射パタンを得ることに成功した。

論文

High perfection $$alpha$$-$$^{57}$$Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$ crystals for nuclear bragg scattering

C.Suzuki*; 大野 英雄; 武居 文彦*; 坂井 富美子*; 依田 芳卓*; 工藤 喜弘*; 泉 弘一*; 石川 哲也*; 菊田 惺志*; X.Zhang*; et al.

Review of Scientific Instruments, 63(1), p.1206 - 1209, 1992/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:60.19(Instruments & Instrumentation)

放射光を利用した核ブラッグ散乱実験(NBS)のX線光学素子の主体は、メスバウアー核アイソトープ(例えば$$^{57}$$Fe)を含んだ高性能(完全性)単結晶あるいは薄膜である。この目的のためフラックス法によりヘマタイト($$alpha$$-$$^{57}$$Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$)単結晶を作成し、その結晶性能を放射光を利用したトポグラフ法で調べた。純粋に核のみからの反射である(111),(333),(555),(777)および(999)面からの反射形状の測定結果は理論から推定した形状と極めて良い一致を示した。核ブラッグ散乱実験はトリスタン蓄積リング(AR:高エネルギー物理学研究所)に設置されているビームライン(NE-3)を用い行った。(777)反射を用いた核ブラッグ散乱強度として10000cps以上の強度が得られた。

報告書

高エネルギーX線領域でのサジタルフォーカシング・モノクロメータの特性

柏原 泰治*

JAERI-M 91-008, 48 Pages, 1991/02

JAERI-M-91-008.pdf:0.86MB

8GeV級ストレージリングから放射される高エネルギーの光を単色化し、試料位置に集光するのに、サジタルフォーカシング・モノクロメータが利用される。この論文では、入射X線と結晶表面とのなす角、およびX線動力学理論から導かれるダーウィン幅を10~100keVのエネルギー範囲で、Si(111)、Si(311)、Si(333)、Ge(111)、Ge(311)、Ge(333)についてそれぞれ求めた。サジタルフォーカシング・モノクロメータを用いた集光配置では、発散した入射ビームの入射角は、ブラッグ角からはずれる。それゆえ、発散したビームの入射角とブラッグ角のずれを種々の幾何学配置で求めた後、発散ビームがモノクロメータから散乱される条件とダーウィン幅の数値結果を用いて検討した。

論文

Particle identification for heavy ions in a time-of-flight spectrometer

池添 博; 村上 哲也*; 冨田 芳明; 鹿園 直基

Nuclear Instruments and Methods, 196(1), p.215 - 218, 1982/00

タンデム加速器棟のターゲット室に設置された重イオンTOFスペクトロメーターの性能について報告する。飛行時間法(TOF)の精度をあげるために、位置検出可能なスタート検出器を開発した。その時間分解能は120psで、位置精度0.3mmであった。さらにその位置の非直線性は0.7%で十分満足できるものである。TOFスペクトロメーターの焦点での像を観測するために、2次元位置検出可能な位置検出器を製作し、その性能を調べた。その結果、位置の精度0.3mmで、位置のゆがみが十分小さく、像を観測出来た。この検出器を使って、スペクトロメーターの立体角の測定を行い、最大立体角9.5msrを得た。さらに、粒子検出器として、新しいタイプのガスカウンターであるブラッグカーブカウンターが開発され、その性能がテストされた。エネルギー測定精度1%、原子番号測定精度$$Delta$$Z/Z=1/50であった。このスペクトロメーター質量分解能は$$Delta$$A/A=1/80である。

報告書

Bragg Curve Ionization Chamber for Particle Identification

村上 哲也*; 池添 博; 冨田 芳明; 鹿園 直基

JAERI-M 9514, 20 Pages, 1981/06

JAERI-M-9514.pdf:0.68MB

ブラッグカーブ電離箱を粒子弁別用検出器として開発した。この検出器は、陰極、フリッシュグリッドそれに、陽極より成り、陰極窓を通過して入射する粒子をフリッシュグリッドと陰極間のガス中で止める。ガス中で電離した電子は陰極・フリッシュグリッド間の一様電場の中を陽極に向って動き、集められ、入射粒子のブラッグ曲線が陽極からの電流信号として得れる。ブラッグ曲線のピーク値は原子番号を与え、積分値は入射粒子のエネルギーを与える。又、その曲線の全幅は飛程を与える。これら3つの量は同時に測定され、粒子弁別のために使用された。この結果、原子番号の分解能Z/ZZは、ブラッブピーク値対飛程スペクトルの解析より、約50であった。

論文

Projectile Z dependence of double K-shell ionization in light elements by hydrogen- and helium-ion bombardment

川面 澄; 小沢 国夫; 藤本 文範*; 寺沢 倫孝*

Phys.Lett.,A, 64(3), p.282 - 284, 1977/03

原研2-MV VdGを用いて、H及びHeイオン励起によるBe,B及びO原子の二重K殻電離によるHypersatellite X線スペクトルをBragg型の結晶分光器を用いて測定した。得られた電離断面積の比б$$_{2}$$$$_{k}$$(He)/б$$_{2}$$$$_{k}$$(H)は入射イオンの核電荷Z$$_{1}$$の4乗に比例することが見出された。これはб$$_{2}$$$$_{k}$$のZ$$_{1}$$依存性に関するはじめての観測結果であり、クーロン力による電離を仮定した二体衝突近似(BEA)の結果と一致していることがわかる。

論文

X-ray emission spectra induced by ion-atom collisions, 2; Effects of chemical bonding and multiple ionization on X-ray spactra

川面 澄

Rev.Phys.Chem.Jpn., 47(2), p.69 - 79, 1977/02

H(0.3-1.8MeV),He(0.25-2.0MeV),N(0.3-1.1Mev),Ne(0.3-0.85Mev)及びAr(0.3-1.8MeV)イオン衝撃によって、Be及びBeOのBe KX線B及びBNのB KX線及び酸化物のO KX線スペクトルとCr,Mn,Fe及びCoのL X線スペクトルを高分解能のBraggスペクトロメータで測定した。K$$alpha$$の主、衛星及び超衛星線やその遷移エネルギーは化学結合や入射イオンによって大きい影響を受ける。特に重イオンで励起された場合にこの効果は著しい。更に、K及びLX線の多重内殻電離効果は入射イオンの核電荷に大きく依存することが示された。

論文

X線回折装置の調整誤差に対するBragg角の補正

本橋 治彦

応用物理, 38(12), p.1139 - 1140, 1969/00

X綿回折装置(以下Df.と略す)とX綿管球の焦点との相対位置の精密な調整法については,M.Tournarie$$^1$$2)A.Smakula and J.Kalnajs$$^2$$$$^)$$らによって報告されている。またW.L.Bond$$^3$$$$^)$$によって測定方法の工夫が報告されている。われわれはこれらDf.の調整誤差をDf.に直接記録される入射X綿の方向より求め,これとDf.上の2$$theta$$角度目盛で与えられる回折角度の誤差との関係を導き実験値と比較した。

口頭

Applications of optical fiber remote strain measurement in nuclear energy maintenance

西村 昭彦

no journal, , 

This paper reports on the achievements and prospects of remote strain measurement based on FBG sensing in nuclear applications. In 2020, JAEA began technology transfer to deltfiber.jp for the fabrication of FBG sensors using picosecond laser precision machining. test machining was performed using a laser system, a microscope machining device, and a high-precision linear stage. The radiation resistance and polarization-maintaining characteristics of the optical fiber used for laser machining were evaluated to select the optimal fiber. FBG sensors can be implemented in a variety of applications. Current applications include heavy machinery such as cranes deployed at decommissioning sites, drum cams for conveniently holding drums, manipulators for handling radioactive materials, and monitoring earthquake-induced deformation of cooling pipes.

口頭

Effect of cryogenic temperature on strain and plastic deformation evolution in impacted fractures of high manganese austenitic steel using neutron Bragg-edge imaging and electron back scattering diffraction

Jiang, L.*; Wang, H. H.*; 徐 平光; Su, Y. H.; 篠原 武尚; Wang, Y. W.*

no journal, , 

高マンガンオーステナイト鋼は極低温構造材料として、液化天然ガス(LNG)、液化水素(LH)を貯蔵および輸送するための加圧貯蔵設備に広く適用されている。極低温衝撃靭性は高マンガンオーステナイト鋼のサービス性能を予測する上で重要であることを考慮すると、衝撃を受けた破壊における残留ひずみと塑性変形の発達を分析し、変形と破壊のメカニズムを深く理解することが重要である。ここでは、高マンガン鋼(24Mn-4Cr-0.4C-0.3Cu)の衝撃を受けた破壊のひずみと塑性変形の発達を、さまざまな極低温での中性子ブラッグエッジ透過(BET)イメージングと電子後方散乱回折(EBSD)によって比較研究した。BETの結果は、破壊近くの大きな塑性変形を伴う領域で、残留ひずみ$$varepsilon$$111が負で、$$varepsilon$$200が正であることを示している。しかし、同じ温度のVノッチ付き衝撃サンプルでは、破壊から遠く離れた領域では、$$varepsilon$$111と$$varepsilon$$200は同様の分布を示している。衝撃温度が低下すると、破壊近くのブラッグエッジ幅の高広がり領域が徐々に減少し、対応する領域での極低温衝撃変形中の局所塑性ひずみが減少したことが明らかになった。これは、さまざまな温度で得られた衝撃靭性値の変化傾向と基本的に一致している。EBSDの結果は、極低温衝撃後の破壊近くの領域で、$$<$$111$$>$$と$$<$$200$$>$$配向粒子の局所分布密度に明らかな違いを示している。鋼の組織が、極低温衝撃破壊近くの領域での$$varepsilon$$111と$$varepsilon$$200の異なる分布特性を明らかにする主な理由であることが示唆されている。

口頭

Strain and microstructure distributions around a fatigue crack tip by neutron Bragg-edge imaging and diffraction

Su, Y. H.; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 及川 健一; 甲斐 哲也; Gong, W.; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 相澤 一也; 鬼柳 善明*

no journal, , 

Fatigue damage is known as one of the major concerns in maintaining the integrity of large-scale engineering components. The nonlinear strain/stress distribution around a fatigue crack tip has a great impact to understand the fatigue and crack growth behavior of engineering component. We consider that it is possible to reveal local variations in strain and microstructure around a fatigue crack tip throughout the thickness of the material by using the non-destructive Bragg-edge imaging and diffraction probes. To investigate the influence of austenitic and ferritic phases on the changes in the strain and microstructure of steels during cyclic fatigue, we selected a typical single austenite stainless steel SUS304 and a duplex stainless steel SUS329J4L. The fatigue tests on the compact-tension samples were conducted with a servo-hydraulic fatigue testing machine. The pulsed Bragg-edge imaging experiment on the fatigued samples was performed at BL22 RADEN in MLF/J-PARC. The time-of-flight neutron diffraction strain mapping was performed at BL19 TAKUMI in MLF/J- PARC. Two-dimensional maps of inhomogeneous residual strain and microstructure for the samples, which had been under different fatigue loading conditions, were determined by Bragg-edge spectral analysis. The obtained Bragg-edge imaging results were quantitatively compared with those determined by diffraction. Surface strains measured by digital image correlation during the fatigue tests will also be presented.

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