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論文

The Hydrogen gas generation by electron-beam irradiation from ALPS adsorbents solidified by several inorganic materials

佐藤 淳也; 鈴木 眞司*; 加藤 潤; 榊原 哲朗; 目黒 義弘; 中澤 修

QST-M-2; QST Takasaki Annual Report 2015, P. 87, 2017/03

福島第一原子力発電所における汚染水処理に伴い、多核種除去設備(以下、ALPS)から発生する廃吸着材は$$beta$$線放出核種を含む多量の放射性核種を含有しており、処分のため作製する固化体への放射線影響が懸念されている。したがって、処分時の安全性の観点から、固化体中の水の放射線分解による水素ガスの発生を評価しておくことが重要である。本件では、ケイチタン酸塩とSb吸着材の模擬物を対象に、無機固型化材(普通ポルトランドセメント(OPC),高炉スラグセメント(BB)及びジオポリマー(GP))を用いて固化試料を作製し、$$beta$$線を模擬した電子線照射を行い、水素ガスの発生量を調査した。結果、模擬廃棄物の種類が電子線照射時の水素ガス発生量に影響を与えていることが示唆された。

論文

Operation of the electron accelerator and the $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray irradiation facilities

宇野 定則; 花屋 博秋; 山縣 諒平; 清藤 一; 長尾 悠人; 山崎 翔太; 上松 敬; 川島 郁男*; 八木 紀彦*; 高木 雅英*; et al.

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 172, 2016/02

平成26年度の高崎量子応用研究所の$$gamma$$線照射施設及び電子加速器の運転状況を報告する。$$gamma$$線照射施設はおおむね順調に稼働したが、電子加速器は34年間にわたる稼働による経年劣化のために、主に放電による故障が頻発し、約5ヶ月間停止した。$$gamma$$線照射施設第1棟,第2棟及び食品照射棟の年間運転時間は、各19,907時間、13,831時間及び7,293時間で、電子加速器では746時間であった。$$gamma$$線照射施設では2.22PBqの新線源を5本補充し、20本の古い線源を処分した。電子加速器では、前述の故障に対してその都度適切に対処をしたが、完全な修復には至っていない。

論文

Fabrication of Pt nanoparticle incorporated polymer nanowires by high energy ion and electron beam irradiation

佃 諭志*; 高橋 亮太*; 関 修平*; 杉本 雅樹; 出崎 亮; 吉川 正人; 田中 俊一郎*

Radiation Physics and Chemistry, 118, p.16 - 20, 2016/01

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

ヘキサクロロ白金(IV)酸を添加したポリビニルピロリドン(PVP)薄膜に高エネルギーイオンビームを照射することによってPVP-Ptナノ粒子ハイブリッドナノワイヤを作製した。一個のイオンを照射するとその飛跡に沿って、PVPの架橋反応とPt $$^{4+}$$の還元反応によるPt粒子の析出が同時に起こるため、現像処理後、基板にPtナノ粒子を包含するPVPナノワイヤを得ることができた。ヘキサクロロ白金(IV)酸の添加量を増加するとナノワイヤの直径が減少し、ナノワイヤの単離が困難となることが明らかになったが、イオン照射後、電子線を照射することによってナノワイヤの直径の制御およびナノワイヤの単離が可能であることを見出した。

論文

Effect of heavy ion irradiation on optical property of radiation-crosslinked hydroxypropyl cellulose gel containing methacrylate monomers

廣木 章博; 山下 真一*; 木村 敦; 長澤 尚胤; 田口 光正

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part B), p.583 - 586, 2015/12

放射線架橋ヒドロキシプロピルセルロースゲルと2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどのメタクリル酸エステルモノマーから調製したポリマーゲル線量計に150MeV/uヘリウム線、290MeV/u炭素線、500MeV/u鉄線を照射すると、透明だったゲル線量計は白くなった。照射したポリマーゲル線量計の吸光度は、10Gyまでの線量増加に伴い増加した。また、吸光度は、線量率増加に伴い低下した。線量率一定で照射サンプルの吸光度を比較すると、ヘリウム線,炭素線,鉄線の順で低下した。これは、線エネルギー付与(LET)の変化と一致した。LETの増加にともない、重合の開始剤となるOHラジカルや水和電子の濃度が低下し、白濁因子となるポリマーの生成が抑制されたためと考えられる。このように、ポリマーゲル線量計は、線量,線量率やLETに依存した白濁化を示すことが分かった。

論文

Defect engineering in silicon carbide; Single photon sources, quantum sensors and RF emitters

Kraus, H.; Simin, D.*; Fuchs, F.*; 小野田 忍; 牧野 高紘; Dyakonov, V.*; 大島 武

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.176 - 179, 2015/11

Quantum centers in silicon carbide (SiC) have already transcended their former reputation as mere performance-hampering defects. Especially the silicon vacancies, but also other point defects offer a variety of quantum applications, completing and complementing the successful NV centers in diamond. We aim to provide an overview over the research activities on quantum centers in silicon carbide, from fundamental knowledge on the 3/2 spin multiplicity, over microwave emission and single photon sources, to axis-aware magnetic field sensing and temperature sensing. Finally, we discussed creating tailored defects in SiC using different radiation parameters.

論文

Recovery of radiation degradation on inverted metamorphic triple-junction solar cells by light soaking

柴田 優一*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 大岡 幸代*; 高本 達也*

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.65 - 68, 2015/11

次期の高効率薄膜宇宙用太陽電池として逆積み格子不整合型(IMM)三接合太陽電池の開発が進められている。最近、IMM三接合太陽電池に関して、放射線により劣化した特性が光照射により回復する現象が見いだされたが、その詳細は明らかになっていない。そこで、1MeV電子線を3$$times$$10$$^{15}$$ e$$^-$$/cm$$^2$$照射することで劣化させたIMM三接合太陽電池の光照射回復現象を調べた。その結果、3時間の光照射(AM0、1sun)によって開放電圧が43mV回復することが判明した。また、太陽電池中に残留する欠陥について調べるためにエレクトロルミネセンス測定したところ、InGaP, GaAs, InGaAsの三層のうち、InGaPトップセルのエレクトロルミネセンス強度が光照射後に増加していることがわかった。このことから、光照射による回復は、InGaPトップセル中の欠陥が回復したことに起因することが明らかとなった。

論文

放射線によるモノづくりに携わって

玉田 正男

放射線化学(インターネット), (100), P. 16, 2015/10

放射線を駆使した研究開発とそのマネジメントに携わって、35年、捕集材による温泉水中のレアメタルの捕集は特にマスコミの注目を受け、数多くの新聞やNHKの「おはよう日本」などのテレビ報道で大きな反響を呼んだ。捕集実験は群馬県にある自然湧出量が日本一である草津温泉で行った。朝8時からの生放送では、6時から現地にスタンバイしたこともあった。また、モノマーを界面活性剤により水に安定に分散して行うエマルショングラフト重合の発案は、捕集材を作製するコストをいかに抑えるかという問題の解決に繋がり、半導体洗浄液中のppbレベルの金属除去フィルターやセシウム吸着材の技術移転の道を切り開くことができた。

論文

さらなるイノベーション創出に向けて

玉田 正男

群馬大学理工学部100年史, p.454 - 455, 2015/10

桐生市の前身は絹織物の生産と交易を担った町であり、その歴史的経緯から、群馬大学工学部(群大工学部)は、繊維すなわち高分子材料に関連する化学や材料評価に関する数多くのノウハウや知見ならびに多様な人材を継承している。伝統から創造へ100年にわたる輝かしい研究の歴史を刻んできた群大工学部と先進の量子ビーム技術のノウハウを持つ高崎量子応用研究所との研究協力や人材交流は、新たな発想や従来とは異なった観点から未知の現象の発見、メカニズムの解明、イノベーションの創出や幅広い世代の人材育成などに極めて重要な役割を果たしてきた。これまで以上に関係を密にした協力を推し進め、最先端の研究成果の輩出や産業利用の新たな礎を築いて行きたいと考えている。

論文

ヒドロキシプロピルセルロースを用いたゲル線量計の開発

廣木 章博

Cellulose Communications, 22(3), p.143 - 145, 2015/09

これまでに報告されているポリマーゲル線量計の多くは、母材とモノマーに再溶解しやすいゼラチンゲルと劇物のアクリルアミドをそれぞれ用いている。そこで著者らは、熱安定性がよく、かつ低毒性の素材から成るポリマーゲル線量計の研究開発に取り組み、放射線架橋ヒドロキシプロピルセルロースゲルとメタクリル酸エステルを用いたポリマーゲル線量計を提案・作製した。本稿では、作製したポリマーゲル線量計が放射線治療線量に相当する2Gy程度で白濁すること、その白濁度合いが線量の増加に伴い増加すること、さらにモノマー組成や脱酸素剤の濃度調節により放射線感度が制御できることなどを紹介した。

論文

水域に飛散したセシウムを捕集する材料の開発

瀬古 典明; 柴田 卓弥; 笠井 昇; 植木 悠二; 佐伯 誠一; 保科 宏行

放射線と産業, (138), p.9 - 12, 2015/06

福島の原子力発電所災害以降、環境資源材料研究グループでは環境中の水域に飛散した放射性物質のうち、特にセシウムに対して効果のある捕集材料の開発を進めてきた。これまでの実績から水に対して接触効率が良好で、取り扱いの簡便な不織布繊維を基材に用い、これにセシウムに対して親和性のある吸着基を量子ビーム技術を活用した放射線グラフト重合技術により導入した。材料の評価では、福島被災地の各所で実施したフィールドテストで評価を重ね、最終的には井戸水, 沢水を対象にした飲用水向けのモニター試験を進め、その良好な結果から給水器の発売に繋げた経緯について紹介する。

論文

Energy loss process analysis for radiation degradation and immediate recovery of amorphous silicon alloy solar cells

佐藤 真一郎; Beernink, K.*; 大島 武

Japanese Journal of Applied Physics, 54(6), p.061401_1 - 061401_6, 2015/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.81(Physics, Applied)

薄膜安価な宇宙用太陽電池への応用が期待されているa-Si/a-SiGe/a-SiGe三接合太陽電池の放射線照射劣化機構について詳細に調べた。シリコンイオン, 電子線, 陽子線照射による電気特性劣化をその場電流・電圧測定システムを用いて調べたところ、照射直後から顕著な回復が生じること、またそれが放射線の種類や温度によらず発生することが分かった。これは実宇宙空間での劣化予測において重要な現象であり、短絡電流をパラメータとして用いることで、回復挙動の予測が可能であることを明らかにした。さらに、入射粒子のエネルギー損失過程(イオン化エネルギー損失(IEL)と非イオン化エネルギー損失(NIEL))と相対損傷因子を解析し、電子線照射劣化に対してはイオン化線量が、陽子線照射劣化に対してははじき出し損傷線量が支配的なパラメータになると結論付けた。これは、一般的にはNIELに起因する欠陥生成(損傷)はIELよりもはるかに大きいが、電子線の場合はIELに対するNIELの比が非常に小さく、NIELに起因する損傷が無視できるためである。一方、シリコンイオン照射による劣化は、放射線の線質効果の影響を考慮する必要があることが分かった。

報告書

JAEA Takasaki annual report 2013

小嶋 拓治

JAEA-Review 2014-050, 218 Pages, 2015/03

JAEA-Review-2014-050.pdf:73.11MB

高崎量子応用研究所研究年報2013は、同研究所にあるTIARA施設(イオン加速器4基)及び電子・$$gamma$$線照射施設(電子加速器1基、Co-60$$gamma$$線照射施設3棟)等を利用して2013年4月1日から2014年3月31日までの間に行われた研究・技術開発成果をまとめたものである。この研究年報には、(1)宇宙・原子力・エネルギー、(2)環境保全・資源利用、(3)医療・バイオ技術応用、(4)先端材料・分析・基盤技術の4分野に分類した160編の論文及び9編の施設の運転・管理状況報告からなる合計169編を収録する。また、論文リスト、出願特許、新聞発表、テレビ放映及び研究実施形態・利用施設の一覧表を付録として含む。

論文

Isolated electron spins in silicon carbide with millisecond coherence times

Christle, D.*; Falk, A.*; Andrich, A.*; Klimov, P.*; Hassan, J.*; Son, N. T.*; Janz$'e$n, E.*; 大島 武; Awschalom, D.*

Nature Materials, 14(2), p.160 - 163, 2015/02

 被引用回数:128 パーセンタイル:0.92(Chemistry, Physical)

Carbon vacancy - silicon vacancy pair (V$$_{C}$$-V$$_{Si}$$) in silicon carbide (SiC) is regarded as a promising candidate for a qubit for quantum computing since V$$_{C}$$-V$$_{Si}$$ is thought to have electronic states with sharp optical and spin transitions. However, single spin operation using V$$_{C}$$-V$$_{Si}$$ has not yet been succeeded although it was revealed that V$$_{C}$$-V$$_{Si}$$ shows the characteristics as a single photon source (SPS). In this study, we studied spin properties of V$$_{C}$$-V$$_{Si}$$ created in SiC by 2 MeV-electron irradiation. First, we found V$$_{C}$$-V$$_{Si}$$ in SiC using a confocal microscope (CFM) and measured their optical detected magnet resonance (ODMR) at 20 K. Then, their spin coherence was measured from the standard two-pulse Hahn-echo sequence using ODMR. As a result, the spin coherence time exceeding 1 ms was obtained.

論文

Enhancement in dose sensitivity of polymer gel dosimeters composed of radiation-crosslinked gel matrix and less toxic monomers

廣木 章博; 山下 真一*; 田口 光正

Journal of Physics; Conference Series, 573(1), p.012028_1 - 012028_4, 2015/01

BB2014-0610.pdf:0.75MB

 被引用回数:4 パーセンタイル:9.59

放射線橋かけヒドロキシプロピルセルロース(HPC)ゲルを母材とするポリマーゲル線量計の放射線感度向上を目的に研究を行った。電子線照射により作製したHPCゲルを放射線検出液(2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、ポリエチレングリコールジメタクリレート(9G)、テトラキスヒドロキシメチルホスホニウムクロリド(THPC)を含む水溶液)に浸漬後、真空パックすることでポリマーゲル線量計を作製した。$$gamma$$線照射による白濁度合いは観測波長660nmの吸光度から評価した。ポリマーゲル線量計は、1Gyで白濁し、10Gyまでの線量に対して吸光度増加を示した。単位線量あたりの吸光度増分である放射線感度は、THPC濃度に依存し、HEMA 2wt%, 9G 3wt%, THPC 0.40wt%で約0.06Abs.Gy$$^{-1}$$に達することが分かった。

論文

The Volume reduction method of radioactively-contaminated plant waste through extraction and removal of radioactive cesium

佐伯 誠一; 柴田 卓弥; 保科 宏行; 植木 悠二; 笠井 昇; 瀬古 典明

日本イオン交換学会誌, 25(4), p.170 - 175, 2014/11

After Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accidents, a lot of contaminated wastes have been produced by decontamination works at contaminated areas around Fukushima prefecture, Japan. At some temporary storage sites, it was found that contaminated leaching water was accumulated under stacks of contaminated "plant" wastes. To handle the wastes and the solution properly, decontamination tests of the leaching water were examined with molybdophosphate type cesium adsorbents synthesized by radiation-induced grafting method. At batch adsorption tests, 75% of radioactive cesium was successfully removed with cesium adsorbents. At column adsorption tests, radioactivity concentration of the leaching water could be reduced under provisional limit value up to around 500 times volume as large as an adsorbent volume. For development of volume reduction method of contaminated plant wastes, radioactive cesium extraction tests from the wastes and removal tests from the extracts were executed using contaminated oil cakes of sunflower seeds as a model of contaminated plant wastes. As a result, 65% of radioactive cesium was successfully extracted from the oil cakes to liquid phase, and more than 65% of radioactive cesium could be collected from the extract by grafted cesium adsorbents. These results showed a possibility of an application of these processes to volume reduction method for contaminated plant wastes.

論文

Adsorption properties of styrenesulfonate-grafted fibrous metal adsorbent

植木 悠二; 佐伯 誠一; 瀬古 典明

日本イオン交換学会誌, 25(4), p.99 - 104, 2014/11

The dynamic adsorption/elution properties of an ethyl p-styrenesulfonate (EtSS)-based fibrous graft adsorbent having sulfonic acid (SO$$_{3}$$H) groups were evaluated by column-mode adsorption/elution tests for various cations. The EtSS-based fibrous graft adsorbent could work to capture various cations rapidly even under high flow rate conditions, compared with a commercial granular resin. The reason for this difference of adsorption rates was thought to be that the target ions were easily and rapidly transported near the SO$$_{3}$$H groups of graft chains by fluid convection. The affinity order of the fibrous graft adsorbent for cations depended on the cationic size and valence. It was found that the EtSS-based fibrous graft adsorbent preferentially adsorbed more multiply-charged cations having a larger cationic radius. The adsorbed cations could be easily eluted and concentrated by 1 M HNO$$_{3}$$ aqueous solution, and the recovery of each cation was reached over 90%. Based on the above results, it was found that the EtSS-based fibrous graft adsorbent could be available as a sophisticated metal adsorbent in the industrial processes.

論文

Room temperature quantum emission from cubic silicon carbide nanoparticles

Castelletto, S.*; Johnson, B. C.*; Zachreson, C.*; Beke, D.*; Balogh, I.*; 大島 武; Aharonovich, I.*; Gali, A.*

ACS Nano, 8(8), p.7938 - 7947, 2014/08

Single Photon Sources (SPSs) in cubic (3C) Silicon Carbide (SiC) Nano Particles (NPs) were investigated. As a result, photo luminescence (PL) with broad emission at wavelength ranges between 600 and 800 nm was observed from 3C-SiC NPs at room temperature. The second order photon auto-correlation measurements revealed that defect with the PL characteristic is SPSs. The intensity and stability of the PL increased when samples were irradiated with electrons and subsequently annealed at 500 $$^{circ}$$C. From PL measurements at low temperature and theoretical analysis using spin-polarized density functional theory, the defect can be identified as carbon-antisite carbon-vacancy pair (C$$_{Si}$$V$$_{C}$$).

論文

Radiation-induced change of optical property of hydroxypropyl cellulose hydrogel containing methacrylate compounds; As a basis for development of a new type of radiation dosimeter

山下 真一*; 廣木 章博; 田口 光正

Radiation Physics and Chemistry, 101, p.53 - 58, 2014/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:43.1(Chemistry, Physical)

It was aimed to develop a novel polymer gel dosimeter to overcome weakness of earlier ones. A cellulose derivative, hydroxypropyl cellulose (HPC), was chosen as a polymer composing gel matrices and processed with a radiation-crosslinking technique in advance to manufacture of a gel dosimeter. Two methacrylate-type monomers, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and poly(ethylene glycol) dimethacrylate (9G), were selected as vinyl-type monomers polymerizing with irradiations. Visual change with irradiation of $$^{60}$$Co $$gamma$$-rays was observed, and haze and UV-vis absorption analyses were conducted to quantify visual changes of irradiated dosimeters. Radiation-induced white turbidity was easily observable directly by our eyes even with $$^{60}$$Co $$gamma$$-irradiation of 1 or 2 Gy. Sensitivity, which was evaluated by haze, toward $$gamma$$-ray dose was dependent on the composition of the vinyl-type monomers. UV-vis spectroscopy indicated that there are at least two different mechanisms leading to white turbidity. It was shown that dose rate effect can be less significant by optimizing composition of the vinyl-type monomers.

論文

Observation of deep levels and their hole capture behavior in p-type 4H-SiC epilayers with and without electron irradiation

加藤 正史*; 吉原 一輝*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武

Japanese Journal of Applied Physics, 53(4S), p.04EP09_1 - 04EP09_5, 2014/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:92.85(Physics, Applied)

Deep levels in p-type hexagonal (4H) silicon carbide (SiC) epilayers irradiated with and without electrons at 160 keV and subsequent annealing at 1000 $$^{circ}$$C were investigated. Current deep level transient spectroscopy (I-DLTS) was applied to investigate deep levels. As a result, Deep levels with activation energies less than 0.35 eV which are located near the valence band were detected. Also, two deep levels (AP1 and AP2) existed in all samples. Other deep levels appeared after the electron irradiation. Since electrons with an energy of 160 keV can knock-on only carbon atoms from the lattice site of SiC, it was concluded that the deep levels observed after irradiation were related to carbon vacancy V$$_{C}$$.

論文

Effect of initial radical concentration on radiation-induced graft polymerization on polyethylene nonwoven fabric

佐伯 誠一; 岡屋 慶子*; 瀬古 典明

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 54, 2014/03

前照射法を用いた放射線グラフト重合法において、照射試料の保管工程におけるラジカル失活の影響については詳細に検討されていない。そこで本研究では、照射試料の保管条件最適化のため、ポリエチレン不織布をモデル基材として、各保管温度における照射試料中のラジカル減衰挙動をESR法により観測し、同保管条件におけるグラフト率と比較することで、保管条件がグラフト率へ及ぼす影響について検討した。結果、大気中にて保管した照射試料について観測されたESRスペクトルはアルキルラジカルと同定され、保管時間経過及び保管温度増加に従い、ラジカル濃度及びグラフト率の減衰速度は増加した。また、ラジカル濃度の減衰挙動は、異なる2つの擬一次反応の和で再現でき、ラジカル濃度とグラフト率の相関関係については、保管温度・保管時間という条件に関係なく、ラジカル濃度によりグラフト率が決定することが分かった。100%のグラフト率を得るためには、50kGy照射ポリエチレン不織布を大気下20$$^{circ}$$Cにおいて32時間まで保管可能であることが示された。

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