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論文

Incorporation of U, Pb and rare earth elements in calcite through crystallisation from amorphous calcium carbonate; Simple preparation of reference materials for microanalysis

宮嶋 佑典*; 斉藤 綾花*; 鍵 裕之*; 横山 立憲; 高橋 嘉夫*; 平田 岳史*

Geostandards and Geoanalytical Research, 45(1), p.189 - 205, 2021/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Geochemistry & Geophysics)

LA-ICP-MSによる方解石の同位体分析における不確実性は、主にデータの正規化と検証のために使われる標準試料の均質性によって支配される。本研究では、元素・同位体組成の均質な方解石の標準試料を作製するために、元素をドープした試薬溶液から沈殿させたアモルファス炭酸カルシウムを経由して、熱と圧力をかけて結晶化し、U, Pbと希土類元素を方解石に取り込ませた。X線吸収スペクトルから、Uは合成された方解石中にU(VI)として存在し、水性のウラニル・イオンとは異なる構造で存在することが示唆された。本研究の方解石へのUの取り込み率は、既報研究に比べ高かった。合成した方解石中の元素濃度のばらつきは12%未満で、概ね7%以内であった。$$^{238}$$U/$$^{206}$$Pb比のばらつきが各元素濃度のばらつきに応じて3-24%程度である一方で、$$^{207}$$Pb/$$^{206}$$Pb比のばらつきは1%以下であった。この合成方解石を標準試料として用いて、天然の方解石標準試料(WC-1)の年代測定を行ったところ、3%以内の不確かさで年代が求められた。本研究で提示した合成手法は、元素濃度を任意に調整した均質な方解石の合成に有効であり、また、合成試料はU-Pb地質年代学のための天然標準試料に代わる有望なものである。

論文

Potential for remote controllable systematization of the method of testing reinforced concrete using guided-wave on rebar

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介; 村松 壽晴

Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR 2019) (Internet), 4 Pages, 2019/05

本報告では、超音波ガイド波を用いた鉄筋コンクリートの検査法とその遠隔操作可能なシステム化への可能について報告する。具体的には、レーザーによって鉄筋コンクリートの鉄筋を伝播する超音波を励起して、腐食事象の進展に伴って変化する波形から腐食劣化の検出が可能であるか実験的に検証した。実験に用いた試験体は、鉄のロッドとその周囲にモルタルを塗布することで作成し、一方は電解腐食法によって腐食劣化させた。腐食の進展に伴って発生する超音波信号の変化の解析の結果から、周波数領域において顕著な信号の変化がみられることが確認できた。これらの実験結果に係る考察と遠隔操作可能な検査システム化への展望について報告する。

論文

核燃料サイクルおよび福島第一原子力発電所廃炉への適用を念頭としたレーザー誘起ブレークダウン分光と関連分光技術

若井田 育夫; 大場 弘則; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 大場 正規; 田村 浩司; 佐伯 盛久

光学, 48(1), p.13 - 20, 2019/01

レーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)や関連技術である共鳴吸収分光の原子力分野での応用について紹介する。放射性物質を多く含有した次世代低除染MOX燃料への適用や、福島第一原子力発電所の損傷炉内といった高放射線・過酷環境における燃料出渕のその場サーベランスにおいては、光ファイバーを活用したLIBS技術や共鳴吸収分光技術は、遠隔分析手法として最も有力な手法の一つとして期待されている。これらの技術の基本及び性能について現状を紹介し、LIBS技術などの原子力分野への適用についてレビューする。

論文

レーザアブレーション現象の理解にもとづく水中レーザ誘起ブレークダウン分光法の定量性向上

松本 歩

レーザ加工学会誌, 23(3), p.222 - 231, 2016/10

本論文は、著者の博士論文の内容をまとめた総合論文である。本研究では、水中レーザ誘起ブレークダウン分光法(LIBS)の定量性向上を目的として、レーザアブレーション現象の解明に取り組んだ。主な成果として、水中微小プラズマに対して発光スペクトルの空間分解測定を行い、ターゲット由来の元素と溶液由来の元素の空間分布を明らかにした。この結果をもとに、検出位置を最適化すれば、共鳴線の自己吸収を十分に抑制できること、検出器の時間ゲートなしで先鋭な発光線が得られることを示した。次に、溶液由来の元素は、その濃度比を維持したままプラズマに移行することを見出し、アブレーション初期過程における液体の蒸発メカニズムと溶存種の内部標準としての可能性を示した。また、電解析出とLIBSを組み合わせることで、水中重金属イオンの高感度定量分析に成功した。このとき、ロングパルス照射による電極表面の熱伝導と構成原子の蒸発速度を考慮したモデルを構築し、析出物の組成比とプラズマ中の原子密度比の違いを補正した。これらの結果は、水中レーザプラズマの生成メカニズムに新たな知見を与えるとともに、水中LIBSの精度向上のための指針となり得る。

論文

Effect of defocusing on laser ablation plume observed by laser-induced fluorescence imaging spectroscopy

大場 正規; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 若井田 育夫

Japanese Journal of Applied Physics, 55(2), p.022401_1 - 022401_4, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.91(Physics, Applied)

燃料デブリ遠隔分析としてレーザーブレークダウン発光分光法やアブレーション共鳴吸収分光法の開発を行っているが、最適な測定条件を得るためにはアブレーションプルームの挙動を知ることが重要である。アブレーション共鳴吸収分光条件の最適化を目的に、アブレーションレーザービームをデフォーカスさせたときのプルーム中の中性原子およびイオンの空間分布を測定した。試料として金属および酸化ガドリニウムを用い、アブレーションレーザーの焦点位置を試料表面に垂直な方向に変化させた時のアブレーションプルームの画像を中性原子およびイオンの基底状態から励起したレーザー誘起蛍法により観測した。その結果、デフォーカスが大きいとプルームは縦に広がり、一方、焦点が試料に合っているときには半球状に広がることが分かった。また、最も蛍光強度が高くなる条件は、中性原子では3-4mm、イオンでは2mmデフォーカスしたところにあることが分かった。これは、基底状態にある中性原子やイオンの密度がこのデフォーカス条件で最も高くなることを示している。したがって、最適な共鳴吸収条件は焦点位置が試料表面にあるときではなく、ある程度デフォーカスしたところにある。

報告書

日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門第15回光量子科学研究シンポジウム論文集; 2014年11月13日$$sim$$14日,京都府木津川市

光量子科学研究シンポジウム事務局

JAEA-Conf 2015-001, 93 Pages, 2015/07

JAEA-Conf-2015-001.pdf:27.43MB

平成26年11月13日$$sim$$14日の2日間にわたり「第15回光量子科学研究シンポジウム」を関西光科学研究所木津地区において開催した。本プロシーディング集にはそこで行われた講演およびポスター発表のうちから、プロシーディングとして投稿されたものを収録している。

論文

Hydrodynamics driven by ultrashort laser pulse; Simulations and the optical pump - X-ray probe experiment

Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; 長谷川 登; 錦野 将元; 山極 満; 石野 雅彦; Agranat, M. B.*; Ashitkov, S. I.*; Faenov, A. Y.*; Khokhlov, V. A.*; et al.

Applied Physics B, 119(3), p.413 - 419, 2015/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:40.44(Optics)

Spatial structures of ablative mass flow produced by femtosecond laser pulses are studied. In experiments with a gold film, the Ti:sap laser pulse having a focal size of 100 microns on a target was used, while a soft X-ray probe pulse was utilized for diagnostics. The experimental data are compared with simulated mass flows obtained by two-temperature hydrodynamics and molecular dynamics methods. Simulation shows evolution of a thin surface layer pressurized after electron-ion thermalization, which leads to melting, cavitation and formation of spallation liquid layer. The calculated asymptotic surface velocity of this layer as a function of fluence is in reasonably good agreement with experimental data.

論文

Formation of fullerene(C$$_{60}$$) by laser ablation in superfluid helium at 1.5K

荒殿 保幸; 和田 晃*; 秋山 和彦; 北澤 真一; 北條 喜一; 楢本 洋*

Chemical Physics Letters, 408(4-6), p.247 - 251, 2005/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:3.19(Chemistry, Physical)

1.5Kの超流動液体ヘリウム中において、レーザーアブレーションで生成した炭素粉末の中にフラーレンC$$_{60}$$が検出された。質量分析からC-12, C-13の分子内分布は、原材料のそれと異なりC-12が多いことがわかった。初期反応過程として、バブル状炭素のトンネル反応によるC2分子形成を提案した。

論文

Diagnostics of pulsed plasma in laser ablation of boron compounds

大場 弘則; 佐伯 盛久; 横山 淳

Proceedings of Plasma Science Symposium 2005/22nd Symposium on Plasma Processing (PSS-2005/SPP-22), p.331 - 332, 2005/01

XeClエキシマレーザーを用いてホウ素化合物である、B$$_{4}$$CあるいはBNからのアブレーションを行った。生成したプルームプラズマ中の粒子フラックスをイオンプローブ及び四重極型質量分析計を用いて測定した。プルーム中のイオンの割合は、レーザー強度の増加に応じておおよそ20%程度までになることがわかった。また、中心軸に沿ったプルームプラズマ中の中性のホウ素原子は天然存在比であったのに対して、イオンでは$$^{10}$$Bの濃縮が観測された。

論文

Numerical simulation of melting and evaporation of a cold foil target irradiated by a pre-pulse

内海 隆行*; 松門 宏治*; 大道 博行; Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. V.*

Applied Physics A, 79(4-6), p.1185 - 1187, 2004/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:35.78(Materials Science, Multidisciplinary)

近年、高強度・短パルスレーザーを薄膜に照射することにより高速に加速されたイオン,電子,陽子が観測されており、加速器へのイオン源や陽子線医療としての応用が期待されている。これらの粒子は、プリパルスにより生成されたプラズマに照射するメインパルスがプラズマ内に協力な電磁場を形成する過程から発生すると考えられている。したがって、プリパルス生成プラズマの状態制御は、この粒子生成を最適化するための重要なファクターである。このため、本報告では、プリパルスによるプラズマ生成過程を、光量子-物質相互作用シミュレーションの一環として開発したCIP法(3次補間擬似粒子法)に基づく解析コードにより、シミュレーションした結果を示す。本シミュレーションはイオン発生実験の条件で行ったものであるが、メインパルス到着直前に薄膜はプリパルスにより完全に溶融・蒸発し、サドル構造のアンダーデンスプラズマが生成されている状態となっており、実験結果と整合性のあるシミュレーション結果となっている。

論文

Preparation of TiO$$_{2}$$ nanoparticles by pulsed laser ablation; Ambient pressure dependence of crystallization

松原 正和*; 八巻 徹也; 伊藤 久義; 阿部 弘亨*; 浅井 圭介*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 42(5A), p.L479 - L481, 2003/05

KrFエキシマーレーザーを用いたアブレーションによってTiO$$_{2}$$ナノ微粒子を作製した。全圧1Torr以上に保ったO$$_{2}$$とAr混合ガス(O$$_{2}$$:Ar=5:5)中でアブレーションすると、低次酸化物などの不純物の混合がなく、ルチル, アナタ―ゼの両相から成るTiO$$_{2}$$の形成が確認された。ルチル/アナタ―ゼ結晶相の重量分率は、O$$_{2}$$/Arガスの圧力によって制御可能であった。得られたナノ微粒子は球状であり、その粒径もガス圧に依存して10-14nmであった。

報告書

ITER NBI保守用セシウム除去装置の概念設計

岡 潔; 柴沼 清

JAERI-Tech 2003-004, 57 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-004.pdf:2.36MB

ITERプラズマ加熱装置の1つである中性子入射装置(NBI装置)において、負イオンを安定に発生させるためにセシウムが必要となる。しかし、NBI装置を長時間運転したあと、セシウムは電極の支持部分を絶縁する部分(碍子)に付着するため、碍子の絶縁抵抗値が低下し、運転の継続が困難となる。このため、一定期間ごとに碍子部分のセシウムを除去及び清掃する必要がある。NBI装置は、プラズマからの中性子照射によって放射化されるため、遠隔操作によるセシウム除去及び清掃を実施するためのシナリオとセシウム除去装置の検討が必要である。このような背景の下、本報告では、レーザーアブレーション法をセシウム除去に適用した場合の除去手順と、遠隔によるセシウム除去装置の概念設計について、その検討結果を報告するものである。

論文

High-quality epitaxial TiO$$_{2}$$ thin films grown on $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ substrates by pulsed laser deposition

篠原 竜児*; 八巻 徹也; 山本 春也; 伊藤 久義; 浅井 圭介*

Journal of Materials Science Letters, 21(12), p.967 - 969, 2002/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:38.24(Materials Science, Multidisciplinary)

レーザアブレーション法によりエピタキシャル酸化チタン(TiO$$_{2}$$)薄膜を$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$上に作製し、その結晶構造の評価と表面形態の観察を行った。実験では、酸素雰囲気中でTiO$$_{2}$$焼結体ターゲットをKrFエキシマーレーザでアブレーションし、室温から600$$^{circ}$$Cに加熱した$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001)及び(10$$bar{1}$$0)基板(それぞれC, M面)上に薄膜を堆積した。X線回折分析により、成長させた薄膜と基板面とのエピタキシャル関係を明らかにした。また、基板温度の上昇とともにロッキングカーブの半値幅は小さくなり、600$$^{circ}$$CのときにはC面上で0.0265$$^{circ}$$、M面上で0.2416$$^{circ}$$となった。これらの値は、他の方法により作製した薄膜と比べて一桁ほど小さく、極めて良質な薄膜であることがわかった。原子間力顕微鏡による観察では、各基板上に表面形態の異なる薄膜が成長していることを確認した。

論文

Effects of annealing and quenching treatments on reconstruction of rutile thin films on sapphire substrates

Choi, Y.; 山本 春也; 阿部 弘亨; 伊藤 久義

Surface Science, 499(2-3), p.203 - 209, 2002/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:56.86(Chemistry, Physical)

レーザー蒸着法によってサファイア上に作製した酸化チタン薄膜のモルフォロジーの薄膜や熱処理温度(アニール及び冷却)依存性をAFM,XRD,SEM/EDXなどの手法を用いて調べた。特に、5nm程度の膜厚では、モルフォロジーはアニールと冷却の条件に強く依存することがわかった。高温でのサファイア基板表面の不安定性に基づき熱処理による基板上での酸化チタン粒の形成モデルを提案した。

論文

Removal of metal-oxide layers formed on stainless and carbon steel surfaces by excimer laser irradiation in various atmospheres

亀尾 裕; 中島 幹雄; 平林 孝圀*

Nuclear Technology, 137(2), p.139 - 146, 2002/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:41.16(Nuclear Science & Technology)

放射性核種で汚染された金属廃棄物の除染にレーザーアブレーション法を適用するため、照射雰囲気が鋼材表面に生成した酸化皮膜層のアブレーションに与える影響について検討した。レーザー光の吸収過程がLambert-Beer則に従うとの仮定の基づき、He、O$$_{2}$$、Kr、SF$$_{6}$$雰囲気中において、Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$ 焼結体、ステンレス及び炭素鋼の吸収長及びアブレーションしきい値を測定した。その結果、高温水中でステンレス及び炭素鋼表面に生成した酸化皮膜層の選択的な除去には、SF$$_{6}$$雰囲気が最も効果的であることがわかった。またレーザー照射後の模擬金属廃棄物に対して二次イオン質量分析及びSEM観察を行ったところ、酸化皮膜層が完全に除去されている様子が観察された。

論文

Structure of hyperlithiated Li$$_{3}$$O and evidence for electronomers

横山 啓一; 田中 宏昌*; 工藤 博司*

Journal of Physical Chemistry A, 105(17), p.4312 - 4315, 2001/04

 被引用回数:20 パーセンタイル:55.41(Chemistry, Physical)

金属元素が作る化学結合の電子論的な理解を深めるために、超リチウム化分子Li$$_{3}$$Oの構造と結合について理論と実験の両面から調べた。レーザーアブレーションと超音速分子線を組み合わせた光イオン化飛行時間型質量分析装置によりLi$$_{3}$$Oのイオン化効率曲線を高精度に測定した結果、イオン化閾値から約0.8eVの幅に渡ってイオン化効率が直線的に増加していることを見いだした。量子化字計算から予想された構造ではこの直線的増加を説明できないことが示された。代わって4つの構造異性体の間に同時に存在確率のある不定形な分子構造が導かれた。理論的にもこれを支持するポテンシャルエネルギー曲面が描かれた。超リチウム化分子の構造を実験的に明らかにしたのは本報文が最初である。

論文

Preparation of TiO$$_{2}$$-anatase film on Si(001) substrate with TiN and SrTiO$$_{3}$$ as buffer layers

Sugiharuto; 山本 春也; 住田 泰史; 宮下 敦巳

Journal of Physics; Condensed Matter, 13(13), p.2875 - 2881, 2001/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:61.06(Physics, Condensed Matter)

酸素雰囲気中のレーザ蒸着法によりSi(001)基板上にSrTiO$$_{3}$$とTiNをバッファ層としてアナターゼ相TiO$$_{2}$$薄膜をエピタキシャル出来た。アナターゼ相TiO$$_{2}$$薄膜とSrTiO$$_{3}$$/TiNのバッファ層及びSi基板との結晶学的な関係を$$theta$$-2$$theta$$測定と極点図測定のX線回折法により求めた。薄膜の成長方向については、$$rm TiO_{2}langle 001rangle$$/$$rm SrTiO_{3}langle 001rangle$$/$$rm TiNlangle 001rangle$$/$$rm Silangle 001rangle$$の関係があり、面内方向については、$$rm TiO_{2}{110}$$//$$rm SrTiO_{3}{100}$$//$$rm TiN{100}$$//$$rm Si{100}$$の関係があった。アナターゼ相TiO$$_{2}$$の結晶品位はロッキングカーブ測定で、薄膜の組成は2.0MeVの$$^{4}$$Heを用いたラザフォード後方散乱分光(RBS)により求められた。

論文

Production of hyperlithiated Li$$_{2}$$F by a laser albation of LiF-Li$$_{3}$$N mixture

横山 啓一; 羽毛田 直樹*; 橋本 雅史; 古川 勝敏; 田中 宏昌*; 工藤 博司*

Chemical Physics Letters, 320(5-6), p.645 - 650, 2000/04

 被引用回数:33 パーセンタイル:71.13(Chemistry, Physical)

理論的に存在が予測されていた超原子価分子のLi$$_{2}$$Fを実験的に観測することに初めて成功した。フッ化リチウムと窒化リチウムの混合物をターゲット材としたレーザーアブレーション-光イオン化質量分析法によりLi$$_{2}$$F$$^{+}$$イオンを検出し、イオン化用レーザーの出力依存性からLi$$_{2}$$F$$^{+}$$が中性のLi$$_{2}$$F分子から生成していることを確認した。

論文

Structural, optical and electrical properties of laser deposited FeTiO$$_{3}$$ films on C- and A-cut sapphire substrates

Dai, Z.*; 楢本 洋; 鳴海 一雅; 山本 春也; 宮下 敦巳

Journal of Applied Physics, 85(10), p.7433 - 7437, 1999/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:67.64(Physics, Applied)

酸素分圧を精密に制御することにより、化学量論比が正確にFeTiO$$_{3}$$になった単結晶薄膜を$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001)及び(1120)上に、レーザー・アブレーション法により合成した。従来この酸化物結晶は、バルクの状態でも化学組成の制御が困難であったが、レーザーの利用と分圧調整法がうまくマッチして、FeTiO$$_{3}$$単結晶薄膜の合成に成功した。さらに光学吸収法により、バンドギャップの値を3.55eVとはじめて決定した。この値は不純物が多くかつ組成比が確かではないバルク物質での値、2.58eVと比較してかなり大きな値となっている。電気的性質は、半導体的特性を有することも明らかになった。FeTiO$$_{3}$$は地球上に豊富に存在する素材であり、高純度、高品質な単結晶膜の基礎物性値の評価により、バンドギャップの大きな、光学分野で利用可能な半導体としての利用が期待される。

論文

Single pulse nm-size grating formation in polymers using laser ablation with an irradiation wavelength of 355nm

Lippert, T.*; Gerber, T.*; Wokaun, A.*; Funk, D. J.*; 福村 裕史; 後藤 真宏

Applied Physics Letters, 75(7), p.1018 - 1020, 1999/00

 被引用回数:38 パーセンタイル:81.7(Physics, Applied)

回折格子は光電子デバイスや液晶の配向等その応用性は注目されている。その作成法はおもに2つある。1つは機械的な手法、もう1つは光学的に作製する方法である。前者は高い精度で均一な格子を作製することが困難である。われわれは、マイケルソン干渉法と光分解ポリマーを組み合わせることにより、180nmと1090nmの回折格子を作ることに成功した。表面形状は原子間力顕微鏡を用いて測定した。さらに、レーザー照射回数、照射強度の違いによる回折格子形状変化を解析し、最適なナノメートルサイズ回折格子作製条件を見いだした。

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