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論文

Practical tests of neutron transmission imaging with a superconducting kinetic-inductance sensor

Vu, TheDang; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 曽山 和彦; 宮嶋 茂之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1006, p.165411_1 - 165411_8, 2021/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.03(Instruments & Instrumentation)

We found that the sizes of the Gd islands determined from the transmission image correlated strongly with those determined from the SEM image. We demonstrated the CB-KID could be used to identify (1) tiny voids in a thermally sprayed continuous Gd$$_2$$O$$_3$$ film in and (2) various mosaic morphologies and different eutectic microstructures in Wood's metal samples. The fact that the CB-KID system could be used to identify features of samples with a wide distribution of sizes and thicknesses is promising for real application of the device for imaging samples of interest to material scientists. Operating the CB-KID at higher temperatures appreciably improved the efficiency for simultaneously identifying the X and Y positions of hotspots. We also compared the detection efficiency with the PHITS simulations. We now plan to improve the detection efficiency by increasing the thickness of the $$^{10}$$B neutron conversion layer

論文

Homogeneity of neutron transmission imaging over a large sensitive area with a four-channel superconducting detector

Vu, TheDang; 宍戸 寛明*; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 宮嶋 茂之*; 奥 隆之; 曽山 和彦; 相澤 一也; et al.

Superconductor Science and Technology, 34(1), p.015010_1 - 015010_10, 2021/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.02(Physics, Applied)

We demonstrated that a four-readout superconducting neutron imaging system shows good spatial heterogeneity and linearity using the delay-line method. We examined the precise pattern of a $$^{10}$$B-dot-array absorber and found the X-direction pitch (Px) = 250.7 um with a scatter of (Hx)= 5.4 um and the Y-direction pitch (Py)= 249.1 um with a scatter of (Hy)= 3.4 um while the $$^{10}$$B dot array was fully extended toward the X direction across the detector sensitive area. We consider that this demonstrates detection with good spatial homogeneity and conclude. The transmission-imaging system is suitable for use at pulsed neutron facilities. We also reported a clear transmission image of tiny screws and nuts, and ladybug (insect). We recognize that further efforts to improve the detection efficiency are necessary to make using the detector more practical.

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:6 パーセンタイル:89.87(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.

報告書

研究炉利用における研究成果集; 平成15年度

研究炉利用課

JAERI-Review 2005-034, 450 Pages, 2005/09

JAERI-Review-2005-034.pdf:38.93MB

JRR-3及びJRR-4は中性子散乱,即発$$gamma$$線分析,中性子ラジオグラフィ,医療照射(BNCT)などの実験利用及び、各種試料の放射化分析,原子炉材料の照射試験,フィッショントラックの照射利用など、さまざまな目的に利用されている。本報告書は、平成15年度に研究炉を利用した方(原研外を含む)から成果の提出246件を受け、中性子散乱(9分野),中性子ラジオグラフィ,即発$$gamma$$線分析,放射化分析,RIの製造,原子炉材料照射試験,その他の分野別に取りまとめたものである。

報告書

高温融体中への水ジェットの貫入と直接接触沸騰に関する研究

柴本 泰照

JAERI-Research 2005-016, 127 Pages, 2005/08

JAERI-Research-2005-016.pdf:4.54MB

高温の融体の表面に注がれる水の沸騰は、融体中に水が侵入することで伝熱面積が拡大することとあいまって、高効率の熱伝達を提供する。本研究は、融体中に水が強制注入される場合(冷却材注入モード)について、融体と水との間の力学的・熱的相互作用を支配する現象を解明し、将来の工業上の応用に資することを目的としている。同現象は冷却材注入モード以外の他の燃料-冷却材相互作用(FCI)の結果として生じることも指摘されており、FCI素過程の解明に資することも期待できる。本研究では、実験的なアプローチとして、高速度撮影中性子ラジオグラフィ並びに新たに開発したプローブを採用し、融体-水-蒸気混相流の可視化と計測を行った。このような手段によっても、実験的に得られる情報には依然として限界があるが、関連現象から得られる知見との比較を含め、実験データの詳細な分析を行った。その結果、本現象の特徴である高効率な熱伝達を安定に達成させる条件について、安定性を支配する因子を明らかにし、その成立条件を示すことに成功した。さらに、本現象のような流体自由表面の移動を伴う現象の解明に有用な、界面付近の速度場・圧力場を界面形状の時間変化から算出する方法を開発した。

論文

中性子ラジオグラフィによる原子力燃料・材料の内部観察

安田 良; 松林 政仁; 仲田 祐仁; 松江 秀明; 中西 友子

第5回放射線による非破壊評価シンポジウム講演論文集, p.31 - 34, 2005/02

中性子ラジオグラフィは、照射済燃料・材料の健全性評価を行うための照射後試験の有効な非破壊試験ツールである。特に、中性子CT法,イメージングプレート法は、3次元情報の取得,組成の定量評価等を可能にし、より高次な情報を抽出することができると考えられる。本稿では、中性子CT法及びイメージングプレート法の照射後試験への有効性を検討するために行った未照射の燃料・材料を用いて試験の結果について報告する。

論文

An Improved fast neutron radiography quantitative measurement method

松林 政仁; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 吉井 康司*; 岡本 孝司*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 533(3), p.481 - 490, 2004/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:25.71(Instruments & Instrumentation)

もともと熱中性子ラジオグラフィ用に提案された$$Sigma$$スケーリング法の高速中性子ラジオグラフィ定量化法としての有効性をモンテカルロ計算及び高速中性子源炉弥生で実施した実験により検証した。水と銅がそれぞれ、熱中性子ラジオグラフィとの比較及び密度の大きい試料として選ばれた。シミュレーションにより実効的な巨視的断面積は異なった特性を有していることが示唆されたが、核分裂スペクトル断面積を用いた$$Sigma$$スケーリングにより校正した実験結果は水,銅ともに測定結果とよく一致した。このことは、$$Sigma$$スケーリング法が高速中性子ラジオグラフィの定量測定法としてうまく適合することを示している。

報告書

研究炉利用における研究成果集; 平成14年度

高橋 俊行; 研究炉利用課

JAERI-Review 2004-016, 542 Pages, 2004/08

JAERI-Review-2004-016.pdf:74.07MB

平成14年度における研究炉での実験利用,照射利用を行った利用者(原研外を含む)からの成果の提出を受け、これを取りまとめたものである。

論文

Development of scintillator for a high-frame-rate neutron radiography

松林 政仁; 片桐 政樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.389 - 393, 2004/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.72(Instruments & Instrumentation)

1000フレーム/秒を超える撮像を可能とする高速度撮像中性子ラジオグラフィがJRR-3M中性子ラジオグラフィで可能となっている。J-PARCの核破砕中性子源ではJRR-3Mよりも高強度の中性子ビームが実験装置に供給されるものと期待される。この核破砕中性子ビームを用いてより時間分解能に優れた撮像系あるいは高計数率の中性子シンチレーション検出器を可能とするためには、蛍光寿命の短いシンチレータの開発が不可欠である。ZnS系のシンチレータではキラー物質の添加が発光強度を低下させる一方で、蛍光寿命を短縮する可能性を秘めている。キラー物質としてニッケルを用いたZnS(Ag)蛍光体について、中性子照射による蛍光寿命測定,アルファ線照射による発光スペクトル測定及び光透過率の測定を行い、中性子シンチレーション検出器用のシンチレータとして優れた特性を有していることを確認した。

論文

中性子で見る原子炉内蒸気/水の("3D"+"2D+Time")可視化

呉田 昌俊

VizJournal, (11), 5 Pages, 2004/06

本研究成果論文は、原研が独自に開発した中性子ラジオグラフィ熱流動計測技術の一部である可視化技術に関して解説したものである。新計測技術により得られる大量の詳細データは、適切な可視化手法を用いて観察することが研究の観点から重要である。有効な観察を実現するため最先端の可視化技術を効果的に組合せたソフトを開発し、立体視表示やアニメーション表示などによる現象の詳細な把握を可能とした。本論文は、特に日経サイエンス主催ビジュアルサイエンスフェスタ2003入賞作品を製作する基盤となっている可視化技術を、一般読者にも理解し易いように多くの図や動画を活用して解説した。

報告書

JRR-3将来計画作業部会審議報告書

中性子ビーム利用専門部会; 将来計画作業部会

JAERI-Review 2003-037, 88 Pages, 2004/02

JAERI-Review-2003-037.pdf:6.98MB

改造3号炉(JRR-3)が1990年3月に臨界に達し、1991年6月に共同利用が開始されて以来、早10余年を経た。この間、JRR-3の中性子ビーム利用研究分野では、中性子散乱実験設備の高度化とその装置数の増加が大幅な利用者・利用研究分野の拡大をもたらし、一躍JRR-3を世界のベスト4に入る研究炉と世界的に位置づけられるまでになった。即発$$gamma$$線分析や中性子ラジオグラフィの分野でも独創的な研究が進み世界的に高い評価を受けている。しかしながら、研究炉においてはその研究競争力を維持するために不断の改造と設備の高度化が必要である。また、日本原子力研究所においては、高エネルギー加速器研究機構との共同推進プロジェクトとして、パルス中性子源を含む大強度陽子加速器計画(J-PARC)が進行している。このような状況を受けて平成13年度に中性子ビーム利用専門部会の下に、JRR-3のあり方を今後約10年間のタイムスパンのもとに考える「将来計画作業部会」が組織され2年にわたってJRR-3の将来像を議論してきた。本報告書は、JRR-3が今後果たすべき将来計画に関する事項を取り纏め、これに基づくより一層の高度化の実現と、世界をリードする研究成果の発信地としてあり続けることを切望しつつ、提言するものである。

論文

Development of a fast neutron radiography converter using wavelength-shifting fibers

松林 政仁; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 吉井 康司*; 岡本 孝司*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 510(3), p.325 - 333, 2003/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:55.15(Instruments & Instrumentation)

シンチレータと高水素含有樹脂からなる高速中性子ラジオグラフィ用蛍光コンバータが開発され、電子撮像に応用されてきた。高速中性子とコンバータとの反応割合は、コンバータを厚くすることによって増加されるが、蛍光コンバータ自身が不透明であることから内部の発光はコンバータ表面に到達するまでに減衰を受ける。高速中性子ラジオグラフィ用の蛍光コンバータにおいて輝度を改善するために、コンバータ内部の発光を波長変換ファイバーを用いて観察側端面に伝達する新しい考えを取り入れた蛍光コンバータを考案した。東京大学の高速中性子源炉弥生で実施した実験により、波長変換ファイバーを用いた蛍光コンバータが従来型のポリプロピレン樹脂を用いた蛍光コンバータより高輝度であることが確認された。

報告書

研究炉利用における研究成果集; 平成13年度

研究炉利用課

JAERI-Review 2003-019, 484 Pages, 2003/07

JAERI-Review-2003-019.pdf:29.68MB

平成13年度における研究炉での実験利用,照射利用を行った利用者(原研外を含む)からの成果の提出を受け、これをとりまとめたものである。

報告書

研究炉利用における研究成果集; 平成12年度

高橋 俊行

JAERI-Review 2002-014, 491 Pages, 2002/08

JAERI-Review-2002-014.pdf:30.53MB

平成12年度における研究炉での実験利用,照射利用を行った利用者(原研外を含む)からの成果の提出を受け、これを取りまとめたものである。

論文

Preliminary examination of the applicability of imaging plates to fast neutron radiography

松林 政仁; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 吉井 康司*; 岡本 孝司*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 463(1-2), p.324 - 330, 2001/05

 被引用回数:16 パーセンタイル:74.78(Instruments & Instrumentation)

高速中性子ラジオグラフィは高速中性子の物質に対する透過率が熱中性子よりも大きいことから工業製品の非破壊検査手法として期待されている。高速中性子の検出法には金属箔を用いる転写法、トラックエッチ法、シンチレータを用いるフィルム法等があるが、最終的な画像取得までの所要時間、高速中性子ビームに含まれる$$gamma$$線に対する感度等の点で一長一短がある。このため、X線、$$beta$$線等の好感度二次元放射線検出器として開発されたイメージングプレート(IP)の高速中性子ラジオグラフィへの適用を試みた。高水素含有樹脂と高速中性子との反応により発生する反跳陽子をIPで記録するとともに、重ねたもう1枚のIPを用いて画像処理により$$gamma$$線の補正を行った。鉛、アクリル樹脂等から構成されるサンプルを高速中性子炉弥生で撮影した結果、$$gamma$$の補正が適切になされた高速中性子ラジオグラフィ画像を得ることができた。

報告書

研究炉利用における研究成果集; 平成11年度

豊田 政幸*

JAERI-Review 2001-004, 494 Pages, 2001/03

JAERI-Review-2001-004.pdf:31.77MB

平成11年度における研究炉での実験利用,照射利用を行った利用者(原研外を含む)からの成果の提出を受け、これを取りまとめたものである。

論文

Present status on the development of a high-frame-rate neutron radiography system in JRR-3M

松林 政仁; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*

Nondestructive Testing and Evaluation, 16(2-6), p.267 - 275, 2001/01

JRR-3M熱中性子ラジオグラフィ装置は1991年以来熱水力、農学、医学、考古学等における研究領域で利用されてきた。報装置の有する高性能は毎秒30フレームの実時間撮像を実用的なものとしさらに、高速度カメラの利用により毎秒1,000フレームを超える撮像の可能性を実験上示唆した。実験の結果を受けて蛍光コンバータ、イメージインテンシファイア(II)及び高速度デジタルカメラを組み合わせた高速度中性子ラジオグラフィシステムの開発を行い、フルフレーム撮影時で毎秒4,500フレームの撮影が可能となった。システムの時間分解能向上にあたってはIIの光電面及び蛍光面材料の最適化のみならず蛍光コンバータの残光特性改善が重要であることからNiをキラー物質として微量添加した$$^{6}$$LiF:ZnS(Ag,Ni)コンバータを試作し紫外線励起による測定を行った。その結果、Niの微量添加により発光強度の低下は見られるものの残光特性の改善が確認された。

論文

Design and characteristics of the JRR-3M thermal neutron radiography facility and its imaging systems

松林 政仁; 小林 久夫*; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*

Nuclear Technology, 132(2), p.309 - 324, 2000/11

 被引用回数:24 パーセンタイル:82.34(Nuclear Science & Technology)

JRR-3M熱中性子ラジオグラフィ装置は1991年に完成以来、高中性子束及び高コリメータ比を有する高性能な装置として数多くの研究領域で利用され成果を挙げてきた。近年の高度化された応用研究では、中性子ラジオグラフィ画像の詳細な解析を行うために装置の詳細な特性及び仕様を必要としている。本報告では中性子源、ビームチューブ及び撮影室内部の詳細を記述し、撮影位置における中性子ビーム強度分布、散乱中性子成分等新たに測定した結果とこれまでの特性測定結果を併せて解析し設計値との比較を行った。その結果、設計値を上回る10$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$sを超える高中性子束は、核計算の結果とコリメータ比の測定結果からコリメータ入口の有効面積の増加によるものとわかった。さらに装置完成以降に開発を行った高空間分解能を有する撮像システム及び高時間分解能を有する撮像システムについて仕様を詳述し性能を明らかにした。

報告書

研究炉利用における研究成果集; 平成10年度

豊田 政幸*; 小山 芳己

JAERI-Review 2000-004, p.398 - 0, 2000/03

JAERI-Review-2000-004.pdf:19.39MB

平成10年度における研究炉での実験利用、照射利用を行った利用者(原研外を含む)からの成果の提出を受け、これをとりまとめたものである。

論文

Visualization and measurements of liquid phase velocity and void fraction of gas-liquid metal two-phase flow by using neutron radiography

斎藤 泰司*; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 飛田 吉春*; 鈴木 徹*; 松林 政仁

Proceedings of 9th International Symposium on Flow Visualization, p.391_1 - 391_10, 2000/00

高速増殖炉の炉心溶融事故では、溶融燃料-スチールの混合層で再臨界の可能性が予想される。再臨界を抑制するメカニズムの一つは負のボイド反応度効果を有する溶融燃料-スチール混合層におけるスチールの沸騰である。沸騰による反応度の変化を評価するためには溶融燃料-スチール混合層中の気液二相流の特性を知ることが必要であり、気体-液体金属の二相混合状態の基本特性を研究するために溶融燃料-スチール混合層中の沸騰気泡を液体金属層の断熱気体の気泡によって模擬した実験を行った。中性子ラジオグラフィと画像処理技術を用いて二相混合状態の可視化、液相移動速度及びボイド率の測定を行った。これらの測定により気体-液体金属二相混合気の基本特性が明らかにされた。

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