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Analysis of ion-irradiation induced lattice expansion and ferromagnetic state in CeO$$_{2}$$ by using Poisson distribution function

山本 優輝*; 石川 法人; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Quantum Beam Science (Internet), 4(3), p.26_1 - 26_13, 2020/09

CeO$$_{2}$$セラミックスに高エネルギーイオン(200MeV Xeイオン)照射を行うと格子膨張及び強磁性の変化が起きる。イオントラック損傷の寸法で記述できるポアッソン分布関数を利用すると、それらの変化の照射量依存性がうまく記述でき、容易に予測できるようになることを示した。具体的には、ポアッソン分布関数を利用すると、イオントラックの寸法が決定できること、また、高照射量領域でのイオントラックのオーバーラップ効果も直感的に理解できるようになる。また照射によって発現する強磁性のふるまいも、同じ枠組みで理解できるようになることを示し、物性変化に対しても応用可能である利点を提示した。


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.


A Simulation of radiolysis of chloride solutions containing ferrous ion

端 邦樹; 井上 博之*

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(9-10), p.842 - 850, 2019/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:58.8(Nuclear Science & Technology)

希釈海水等の少量の塩分を含む水溶液中での鉄鋼材料の照射下腐食現象において、材料由来の成分がラジオリシスに及ぼす影響を評価するため、Cl$$^{-}$$イオンとFe$$^{2+}$$イオンが共存する系での水溶液の放射線分解シミュレーションを実施した。主要な水の放射線分解生成物であるH$$_{2}$$O$$_{2}$$, O$$_{2}$$, H$$_{2}$$はFe$$^{2+}$$イオンの存在により増加した。また、Cl$$^{-}$$イオンとFe$$^{2+}$$イオンが共存する系では、これら水分解生成物の発生量がさらに増加した。これは、Fe$$^{2+}$$イオンがOHラジカルにより酸化されて生じたFe$$^{3+}$$イオンが、水分子と反応して水酸化物となる際にプロトンを放出し、水溶液が酸性化するためであると考えられた。一方、鉄鋼材料の腐食に対しては、Fe$$^{2+}$$やCl$$^{-}$$の反応に由来するH$$_{2}$$O$$_{2}$$やO$$_{2}$$の効果より、FeOOHによる鉄の溶解等の別のプロセスが主に影響を与えているものと推察された。


Radiolysis of mixed solutions of Cl$$^{-}$$ and Br$$^{-}$$ and its effect on corrosion of a low-alloy steel

端 邦樹; 井上 博之*; 小嶋 崇夫*; 笠原 茂樹; 塙 悟史; 上野 文義; 塚田 隆; 岩瀬 彰宏*

Proceedings of Symposium on Water Chemistry and Corrosion in Nuclear Power Plants in Asia 2017 (AWC 2017) (USB Flash Drive), p.304 - 314, 2017/09

NaClとNaBrの混合水溶液についてラジオリシス計算を実施し、過酸化水素生成量についてこれまでの$$gamma$$線照射実験結果との比較を行った。計算結果は実験結果をほぼ再現したが、高純度NaCl水溶液に対しては酸性条件で過小評価される傾向にあった。各化学反応に対する感度解析を実施したところ、塩化物イオン(Cl$$^{-}$$)とOHラジカル($$^{.}$$OH)との反応の初期の3反応(Cl$$^{-}$$ + $$^{.}$$OH $$rightarrow$$ ClOH$$^{.-}$$、ClOH$$^{.-}$$ $$rightarrow$$ Cl$$^{-}$$ + $$^{.}$$OH、ClOH$$^{.-}$$ + H$$^{+}$$ $$rightarrow$$ Cl$$^{.}$$ + H$$_{2}$$O)の速度定数の変化によって過酸化水素量は大きく変化した。本結果はこれらの化学反応の速度定数の正確な評価が海水のようなNaClを含む水溶液のラジオリシス計算の信頼性向上に重要であることを示している。さらに低合金鋼SQV2Aを用いた$$gamma$$線照射下浸漬試験も実施し、NaClやNaBrが鋼材の照射下腐食に与える影響について調べた。基本的には腐食速度の変化は過酸化水素発生量の変化に追随したが、アルカリ性条件ではpH11付近で腐食速度が極大値をとり、12以上では高い過酸化水素濃度であるのに腐食がほとんど進行しなくなった。これは不働態皮膜が形成しているためであると考えられた。


Ion species/energy dependence of irradiation-induced lattice structure transformation and surface hardness of Ni$$_{3}$$Nb and Ni$$_{3}$$Ta intermetallic compounds

小島 啓*; 金野 泰幸*; 越智 雅明*; 千星 聡*; 堀 史説*; 斎藤 勇一*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Materials Transactions, 58(5), p.739 - 748, 2017/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:67.8(Materials Science, Multidisciplinary)



Hydrogen peroxide production by $$gamma$$ radiolysis of sodium chloride solutions containing a small amount of bromide ion

端 邦樹; 井上 博之*; 小嶋 崇夫*; 岩瀬 彰宏*; 笠原 茂樹; 塙 悟史; 上野 文義; 塚田 隆

Nuclear Technology, 193(3), p.434 - 443, 2016/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.13(Nuclear Science & Technology)

$$gamma$$ radiolysis experiments of solutions, which consisted of a mixture of NaCl and NaBr, were conducted to confirm the validity of radiolysis calculations of seawater simulated solutions and to determine the importance of Br$$^{-}$$ in the production of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ via water radiolysis. The steady-state concentration of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ in each solution was measured after irradiation and compared to that obtained by radiolysis calculations. It was found that the calculated and experimental results were in good agreement. The concentration of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ in the 0.6 M NaCl solution increased approximately three times by the addition of 1 mM NaBr. The result showed that Br$$^{-}$$ plays an important role in the production of H$$_{2}$$O$$_{2}$$ by water radiolysis, presumably due to the reactions of Br$$^{-}$$ with hydroxyl radical. The H$$_{2}$$O$$_{2}$$ production of 1 mM NaCl solutions increased when the pH was either higher or lower than 8. It was considered that hydrated electron also plays an important role in H$$_{2}$$O$$_{2}$$ production in these acidic and alkaline conditions.


Hardness modification of Al-Mg-Si alloy by using energetic ion beam irradiation

植山 大地*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 大村 孝仁*; 千星 聡*; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 351, p.1 - 5, 2015/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:54.36(Instruments & Instrumentation)

We have irradiated Al-Mg-Si alloy with 5.4 MeV-16 MeV several ion species at room temperature so far, and have found that ion irradiation is a useful tool for controlling the surface hardness for the alloy. In the present study, we tried several experiments as some applications of ion beam irradiation for hardness modifications of the alloy. Main results are as follows; (1) the combination of ion beam irradiation and the subsequent thermal aging are effective for the hardness modification of the alloy, and (2) designated regions and areas of the specimen can be hardened by changing the energy of ion beam and producing the irradiated area and unirradiated area of the surface. Then, we can expand the possibility of the ion beam irradiation as a new process for the three-dimensional hardness modification of Al-Mg-Si alloy.


Hardening induced by energetic electron beam for Cu-Ti alloys

植山 大地*; 千星 聡*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 西田 憲二*; 曾根田 直樹*; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Japanese Journal of Applied Physics, 53(5S1), p.05FC04_1 - 05FC04_5, 2014/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:82.21(Physics, Applied)



Magnetic patterning of FeRh thin films by energetic light ion microbeam irradiation

小出 哲也*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 大河内 拓雄*; 小嗣 真人*; 木下 豊彦*; 中村 哲也*; 岩瀬 彰宏*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 53(5S1), p.05FC06_1 - 05FC06_4, 2014/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:56.45(Physics, Applied)



Study on ferromagnetic ordering of FeRh thin films induced by energetic heavy ion irradiation by means of X-ray magnetic circular dichroism

愛甲 一馬*; 唐木 淳志*; 奥田 修一*; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 中村 哲也*; 木下 豊彦*; 岩瀬 彰宏*; 松井 利之*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.99 - 102, 2013/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.05(Instruments & Instrumentation)

The ion irradiation induced magnetic state of the FeRh thin films with 10 MeV Iodine ion beam has been investigated by the measurements of a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer and soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). It was clearly shown in the magnetization loops by SQUID measurements that the ion irradiation induced ferromagnetic state in the FeRh thin films even below room temperature. This was also confirmed by the XMCD measurements. However ion irradiation fluence dependence on magnetic state at the sample surface measured by XMCD was totally different from that by use of SQUID. Moreover, it was revealed by XMCD sum rule analysis that the ion irradiation induced ferromagnetism of FeRh thin films was mainly dominated by the spin moment.


Irradiation effect of swift heavy ion for Zr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$ bulk glassy alloy

小野寺 直利*; 石井 顕人*; 石井 康嗣*; 岩瀬 彰宏*; 横山 嘉彦*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 薮内 敦*; 堀 史説*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.122 - 124, 2013/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.33(Instruments & Instrumentation)



Magnetic Compton scattering studies of magneto-dielectric Ba(Co$$_{0.85}$$Mn$$_{0.15}$$)O$$_{3-delta}$$

篠田 遼一*; 伊藤 真義*; 櫻井 吉晴*; 山本 博之; 平尾 法恵; 馬場 祐治; 岩瀬 彰宏*; 松井 利之*

Journal of Applied Physics, 113(17), p.17E307_1 - 17E307_3, 2013/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:58.33(Physics, Applied)



MFM observation of micrometer-sized magnetic patterns produced by heavy ion microbeam irradiation in FeRh films

愛甲 一馬*; 唐木 淳志*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*; 佐藤 隆博; 高野 勝昌*; 江夏 昌志; 齋藤 勇一; 神谷 富裕

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 133, 2013/01

As the irradiation effect appears only within irradiated regions, we have used ion micro-beam irradiation to produce micrometer-sized and two-dimensional magnetic patterns on the surface of FeRh thin films. The thin films nearly show the anti-ferromagnetic state at room temperature. To realize the lateral magnetic modification on the sample surface, the micro-beam irradiation was performed by using 3-MeV tandem accelerator at the TIARA. The focused 10 MeV iodine ion micro-beam, which had a rectangular shape of 2$$mu$$m $$times$$ 4$$mu$$m, was scanned on the FeRh thin film surface. After irradiation, the surface roughness and the magnetic state were observed by means of atomic force microscopy (AFM) and magnetic force microscopy (MFM), respectively. The AFM images show that the ion micro-beam does not create any topographic modification at the FeRh surface, while an array with 2$$mu$$m $$times$$ 4$$mu$$m bright rectangles at designated regular intervals is seen in the MFM image. The ion micro-beam is a useful tool for the fabrication of two-dimensional and micrometer-sized magnetic patterns on FeRh samples.


Seven cysteine-deficient mutants depict the interplay between thermal and chemical stabilities of individual cysteine residues in mitogen-activated protein kinase c-Jun N-terminal kinase 1

仲庭 哲津子*; 深田 はるみ*; 井上 達矢*; 合田 正貴*; 中井 良子*; 桐井 康行*; 安達 基泰; 玉田 太郎; 瀬川 新一*; 黒木 良太; et al.

Biochemistry, 51(42), p.8410 - 8421, 2012/10

 被引用回数:12 パーセンタイル:62.41(Biochemistry & Molecular Biology)

タンパク質キナーゼは、さまざまな疾病の治療のための創薬標的タンパク質となっている。C-Jun-N末端キナーゼ1(JNK1)に存在する遊離型システインの機能・安定性・構造への効果を調べるために、そのシステイン残基に系統的に変異導入を実施した。JNK1の3つ及び7つのシステインに変異導入したM3変異体とM7変異体は、大腸菌発現実験において、M0野生型JNK1よりも、それぞれ5及び2倍高く発現した。凝集の時間依存性を分析したSDS-PAGEの結果から、M3とM7は凝集しにくいことが示された。走査型熱量計で熱安定性を評価したところ、M0野生型JNK1, M3変異体及びM7変異体は、いずれも3状態で遷移し、熱変性することが示された。2.6${AA}$分解能の結晶構造解析の結果、M3変異体の構造は野生型と同等であった。以上より、(1)最も高く生産され、(2)凝集に対する安定性が改善され、(3)構造も野生型と同等であったM3変異体が、今後JNK1の構造と機能の関係を調べるために最も適した変異体であると結論した。


Study on effects of energetic ion irradiation in Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$-doped CeO$$_{2}$$ by means of synchrotron radiation X-ray spectroscopy

田原 佑規*; 清水 浩貴*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 277, p.53 - 57, 2012/04



MFM and PEEM observation of micrometre-sized magnetic dot arrays fabricated by ion-microbeam irradiation in FeRh thin films

愛甲 一馬*; 唐木 淳志*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*; 佐藤 隆博; 高野 勝昌*; 江夏 昌志; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 大河内 拓雄*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 19(2), p.223 - 226, 2012/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:62.54(Instruments & Instrumentation)

FeRh thin films were irradiated with 10 MeV iodine ion microbeam to produce the lateral magnetic modification in micron-meter scale. Two-dimensional magnetic dot arrays with the dimension of approximately 2$$times$$4 $$mu$$m$$^2$$ as well as 10$$times$$10 $$mu$$m$$^2$$ were successfully produced on the FeRh surface, which was observed by magnetic force microscopy. The results of the photoelectron emission microscopy combined with X-ray magnetic circular dichroism reveal that the easy axis of the magnetization of the ion beam irradiated ferromagnetism in the FeRh thin films lies in the film planes along the $$<$$001$$>$$ direction of the MgO substrates.


Hardness modification of aluminum-alloys by means of energetic ion irradiation and subsequent thermal aging

光田 智昭*; 小林 一平*; 小杉 晋也*; 藤田 直樹*; 齋藤 勇一; 堀 史説*; 千星 聡*; 金野 泰幸*; 西田 憲二*; 曽根田 直樹*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 272, p.49 - 52, 2012/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:43.25(Instruments & Instrumentation)

So far, we have found that the hardness of Al-Cu-Mg alloy (JIS2017, Duralumin) increases by energetic heavy ion irradiation at room temperature. Observations by using the three-dimensional atom probe (3DAP) have revealed that nano-meter sized precipitates are homogeneously distributed in the irradiated specimens, which are produced through the irradiation enhanced diffusion of solute atoms. The small precipitates contribute to the increase in hardness. In this report, we show the results for the hardness modification of Al-Cu-Mg alloy by the combination of energetic ion irradiation and thermal aging treatment. The hardness of the specimens pre-irradiated and thermally aged at 423 K is much larger than that without the pre-irradiation. The present result indicates that the combination of energetic ion irradiation and subsequent thermal aging can be used as an effective tool for the hardness modification of Al-Cu-Mg alloy.


Study on Au cluster ion irradiation effects for Fz-Si single crystal by using slow positron beam

堀 史説*; 河裾 厚男; 齋藤 勇一; 岩瀬 彰宏*

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 154, 2012/01

Doppler broadening S-parameter measurements have been performed to study Au cluster ion irradiation effects on Fz-Si single crystals by using slow positron beam apparatus. As a result, the depth profile of Doppler broadening S-parameter clearly shows that vacancy type defects are introduced in both irradiation cases, but different types of defects, such as gold-vacancy and vacancy-impurity complexes, are produced in Fz-Si by Au and Au cluster ion irradiation.


Swift heavy ion irradiation effect on structural properties for epitaxial Ba(Fe$$_{0.5}$$Mn$$_{0.5}$$)O$$_{3-delta}$$ thin film

松井 利之*; 岩瀬 彰宏*; 山本 博之; 平尾 法恵; 馬場 祐治

Photon Factory Activity Report 2011, Part B, P. 243, 2012/00

Baを含むペロブスカイト酸化物の磁気特性や誘電特性を調べ、これまでにチタン酸ストロンチウム単結晶表面に作成したBa(Fe$$_{0.5}$$Mn$$_{0.5}$$)O$$_{3-delta}$$(BFMO)が室温で強磁性体であり、その酸素欠陥量が磁気特性に影響を及ぼすことを明らかにしてきた。しかし薄膜中の酸素濃度を熱化学的に正確に制御することは困難である。酸化物に高速重イオンを照射すると酸素欠陥ができることが知られており、これにより酸化物中の酸素濃度を制御できる可能性がある。そこで本研究では、BFMOに200MeV Xe$$^{14+}$$イオンを照射し、照射による構造変化について調べた。チタン酸ストロンチウム単結晶表面にエピタキシャル成長させて作成したBFMO薄膜は正方晶のペロブスカイト構造をもつことを確認した。X線結晶解析の結果、イオン照射によりBFMOの格子がわずかに広がることがわかった。放射光を用いたX線光電子分光法(XPS)を測定した結果、重イオン照射によりFe2pの結合エネルギーがシフトするのに対し、Mn2pのエネルギーはほとんど変化しないことがわかった。これらの結果から、高速重イオン照射により効果的にFe原子周辺に酸素欠陥が生成し、それが磁気特性に影響を及ぼすことを明らかにした。


Study on effects of swift heavy ion irradiation on the crystal structure in CeO$$_{2}$$ doped with Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$

田原 佑規*; Zhu, B.-L.*; 小杉 晋也*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 269(9), p.886 - 889, 2011/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:26.02(Instruments & Instrumentation)

反応度寿命の制御などを目的とした可燃性毒物の添加が、酸化物燃料の耐照射性に与える影響を調べるために、添加量,照射量などのパラメータを系統的に変化させて、基礎的な照射損傷データを取得した。具体的には、Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$添加したCeO$$_{2}$$において、高エネルギーイオン(200-MeV Xe)照射に伴う結晶構造変化をX線回折法及びX線吸収微細構造解析法によって調べた。その結果、イオン照射に伴う格子膨張や原子配置の乱れで定義される照射損傷は、Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$添加量の増加によってより顕著になることが明らかになった。

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