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1
Mitigation technologies for damage induced by pressure waves in high-power mercury spallation neutron sources, 4; Measurement of pressure wave response and microbubble effect on mitigation in mercury target at J-PARC
粉川 広行; 直江 崇; 二川 正敏; 羽賀 勝洋; 涌井 隆; 原田 正英; 高田 弘
Journal of Nuclear Science and Technology, 54(7), p.733 - 741, 2017/07
J-PARCの核破砕中性子源では、中性性ビームを生成するために水銀ターゲットシステムを運転している。水銀ターゲットでは、大強度のパルス陽子ビームが入射することによって水銀の急激な発熱により圧力波が発生する。圧力波によって、水銀を内包するターゲット容器に繰返し応力だけでなくキャビテーション損傷を引き起す。圧力波を低減することは、ターゲット容器の寿命を保つ上で非常に重要な課題である。我々は、微小気泡を水銀中に注入し、圧力波を低減する技術の開発を行っており、今回、微小気泡発生器を水銀ターゲット容器に実装し、圧力波により励起されるターゲット容器の変位速度をその場診断装置で測定し、陽子ビーム条件や微小気泡の効果を調査した。その結果、ターゲット容器の変位速度は微小気泡により減少し、変位速度のピーク値は、気泡の注入量が0.4%, 0.1%の場合、気泡を注入しない場合に比べて各々1/3, 2/3に低減することを明らかにした。
2
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構における量子ビーム利用の研究開発について
武田 全康
放射線と産業, (142), p.34 - 37, 2017/06
日本原子力研究開発機構(原子力機構)から量子ビーム応用研究の一部と核融合研究の業務を分離し、放射線医学総合研究所に移管統合することで発足した量子科学技術研究開発機構(量研機構)が動き出して約1年が過ぎた。本稿では量研機構に移管されずに原子力機構に残った量子ビーム応用研究の現状を紹介する。
3
Three-dimensional magnetic domain structure in a model with exchange randomness
横田 光史
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 432, p.532 - 538, 2017/06
Surface magnetic domain structure can be different from internal one. Both of them are influenced by structural randomness. Three-dimensional numerical simulations are performed using a model with random exchange interactions and dipolar interactions on a lattice with the periodic boundary condition for the horizontal directions to simulate infinite system in the directions and with the free boundary condition for vertical direction (z) to represent the existence of surface. The lattice sizes are $$64times 64times (2L_z +1)$$ for $$L_z =1, 2, 4$$ and $$32times 32times (2L_z +1)$$ for $$L_z=8, 16$$. To simulate highly anisotropic materials, time dependent Ginzburg-Landau equation using a model with Ising symmetry is solved numerically. Dependence of magnetic domain patterns on thickness of the system and the degree of disorder is investigated for systems with small thickness. Magnetic structure factor for the surface layer is compared with that for the internal layer. The inverse of the wave number that gives the maximum value of the magnetic structure factor depends on the thickness of the system $$T$$ as $$T^{0.3}$$ approximately. The distribution of the local magnetization depends on the disorder rather differently for different thicknesses of the system.
4
Time-of-flight elastic and inelastic neutron scattering studies on the localized 4d electron layered perovskite La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$
飯田 一樹*; 梶本 亮一; 水野 雄介*; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 星川 晃範*; 吉田 幸彦*; 松川 健*; 石垣 徹*; 河村 幸彦*; et al.
Journal of the Physical Society of Japan, 86(6), p.064803_1 - 064803_6, 2017/06
The magnetic structure and spin wave excitations in the quasi-square-lattice layered perovskite compound La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$ were studied by a combination of neutron diffraction and inelastic neutron scattering techniques using polycrystalline sample. Neutron powder diffraction refinement revealed that the magnetic structure is ferrimagnetic in the $$ab$$ plane with antiferromagnetic stacking along the $$c$$-axis. The inelastic neutron scattering results display strong easy-axis magnetic anisotropy along the $$c$$-axis due to the spin-orbit interaction in Mo ions. The model Hamiltonian consisting of in-plane anisotropic exchange interactions, the interlayer exchange interaction, and easy-axis single-ion anisotropy can explain our inelastic neutron scattering data well. Strong Ising-like anisotropy and weak interlayer coupling compared with the intralayer exchange interaction can explain both the high-temperature magnetoresistance and long-time magnetization decay recently observed in La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$.
5
Micro-orientation control of silicon polymer thin films on graphite surfaces modified by heteroatom doping
下山 巖; 馬場 祐治; 平尾 法恵*
Applied Surface Science, 405, p.255 - 266, 2017/05
イオンビームによりヘテロ原子ドーピングを行ったグラファイト基板上に蒸着したポリジメチルシラン(PDMS)薄膜の配向構造を調べるため、吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法を用いた。Si ${it K}$端NEXAFSスペクトルは非照射基板上とN$$_{2}$$$$^{+}$$照射基板上で互いに逆の傾向を示す偏光依存性を示し、Ar$$^{+}$$イオン照射基板上では偏光依存性を示さなかった。第一原理計算によるNEXAFSスペクトルの理論的解釈に基づき、PDMSは非照射基板で水平配向、N$$_{2}$$$$^{+}$$照射基板上で垂直配向、Ar+イオン照射基板上でランダム配向をとることがわかった。我々はさらに光電子顕微鏡を用いた分析を行い、同一基板上で照射・非照射領域が分離した表面でPDMS薄膜が$$mu$$mオーダーで異なる配向を持ちうることを見いだした。これらの結果は集光イオンビームを用いたグラファイトの表面改質が有機薄膜のための新たな微細配向制御法となる可能性を示唆している。
6
Bulk moduli and equations of state of ice VII and ice VIII
Klotz, S.*; 小松 一生*; 鍵 裕之*; Kunc, K.*; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 服部 高典
Physical Review B, 95(17), p.174111_1 - 174111_7, 2017/05
重水素化した氷VII相及びVIII相の圧縮挙動を、93-300K、2-13.7GPaの温度圧力領域にわたって、高圧中性子散乱によって調べた。その結果から、正確な体積弾性率B$${}_{0}$$,その圧力微分B'$${}_{0}$$及び常圧下での体積V$${}_{0}$$を含む状態方程式を決定した。このように決めた状態方程式は、過去のX線データと比べて氷VIIの安定領域のほほ全域を、また氷VIIIに関しては、約13GPaまでをカバーしている。両者の圧縮挙動に関して、低圧域では区別できないが、7GPa以上の圧力では氷VIIは予想以上に固くなることが分かった。これは、今回の圧力温度領域において過去の氷VIIIの研究[D.D. Klug et al., Physical Review B, 70, 144113 (2004)]で報告されている異常なフォノン硬化と関係しているかも知れない。
7
Numerical analysis of residual stress distribution on peening process
生島 一樹*; 柴原 正和*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 西川 聡*; 古川 敬*
Welding in the World, 61(3), p.517 - 527, 2017/05
本研究では、先ず、ショットピーニングプロセスにおける残留応力の挙動を予測するための解析手法を提案した。この手法ではショットの衝突時の荷重分布をモデル化し、さらに、理想化陽解法FEM解析手法(IEFEM)に基づく動的解析法と組み合わせた。提案した解析システムの解析精度は、ショット一発が衝突した際の応力分布をABAQUSによる解析結果と比較することで確認した。IEFEMを用いて熱弾塑性解析を実施し、配管のマルチパス溶接における溶接残留応力の解析を実施し、解析結果をX線回折による残留応力測定結果と比較し、両者がよく一致することを確認した。次いで、ショットピーニングによる溶接残留応力の変化を提案システムによって解析した。その結果、多量のショットを衝突した場合の残留応力は、解析と実験とでよく一致した。
8
Magnetocaloric effect of Sr-substituted BaFeO$$_{3}$$ in the liquid nitrogen and natural gas temperature regions
吉井 賢資; 林 直顕*; 水牧 仁一朗*; 高野 幹夫*
AIP Advances (Internet), 7(4), p.045117_1 - 045117_6, 2017/04
磁場誘起強磁性を示すBa$$_{1-x}$$Sr$$_{x}$$Fe$$^{4+}$$O$$_{3}$$ (x$$underline{<}$$0.2)の磁気熱量効果を調べた。外部磁場50kOeの時の磁気エントロピー変化の最大値(-$$Delta$$S$$_{max}$$)は、$$sim$$5.8J kg$$^{-1}$$K$$^{-1}$$ (x=0)から$$sim$$4.9J kg$$^{-1}$$K$$^{-1}$$ (x=0.2)へと変化した。ただし、冷却能力は$$sim$$165J kg-1程度とほとんど変化しなかった。$$Delta$$S$$_{max}$$を示す温度は、xを増やすと共に、$$sim$$116Kから$$sim$$77Kと低下した。よってこの系は、天然ガスおよび窒素の液化温度領域をカバーする希土類フリーの磁気冷凍物質として提案できる。
9
Energy-resolved small-angle neutron scattering from steel
大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 大石 一城*; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 土山 聡宏*; Gilbert, E. P.*; 杉山 正明*
Journal of Applied Crystallography, 50(2), p.334 - 339, 2017/04
Recent progress of pulsed neutron sources has enabled energy-resolved analysis of neutron attenuation spectra, which include information on neutron scattering. In this study, a new analysis technique for small-angle neutron scattering (SANS) is demonstrated. A clear difference is observed in the neutron attenuation spectra between steels with different nanostructures; this difference can be understood as arising from attenuation due to SANS. The neutron attenuation spectra, calculated from the corresponding SANS profiles, agree well with the experimentally observed attenuation spectra. This result indicates that measurement of neutron attenuation spectra may enable the development of a novel experimental technique, i.e. energy-resolved SANS (ESANS).
10
Chemical state analysis of high-temperature molten slag components by using high-energy XAFS
岡本 芳浩; 大杉 武史; 赤堀 光雄; 小林 徹; 塩飽 秀啓
Journal of Molecular Liquids, 232, p.285 - 289, 2017/04
高温溶融スラグ(SiO$$_{2}$$-CaO-Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$-CeO$$_{2}$$)中のセリウムの化学状態について調べるために、セリウムK吸収端を使用した高エネルギーXAFS測定を実施した。EXAFS解析から得られたCe-O距離の変化から、セリウムの化学状態は、溶融状態では4価、固体状態では3価をとっていることが分かった。室温におけるデバイワーラー因子は非常に大きく、その値は高温溶融状態でもその変化量は大変小さかった。この結果は、セリウム元素が固体スラグ中で極めて構造秩序が低く、かつ安定な状態にあることを示唆している。
11
Magnetic structure and quadrupolar order parameter driven by geometrical frustration effect in NdB$$_4$$
山内 宏樹; 目時 直人; 綿貫 竜太*; 鈴木 和也*; 深澤 裕; Chi, S.*; Fernandez-Baca, J. A.*
Journal of the Physical Society of Japan, 86(4), p.044705_1 - 044705_9, 2017/04
$$T_{rm 0}=17.2$$K、$$T_{rm N1}=7.0$$K、and $$T_{rm N2}=4.8$$Kで相転移を示すNdB$$_4$$の中間秩序相の磁気構造、および、秩序変数を決定するために、中性子回折実験を行った。II相($$T_{rm N1} < T < T_{rm 0}$$)で観測された回折パターンは、正方晶$$ab$$面内の静的磁気モーメントによる秩序構造を仮定することでよく説明できた。また、II相の磁気構造が二つのノンコリニアな反強磁性構造("all-in/all-out"型と"vortex"型)の線形結合で一意的に説明できることを見出した。この特異な磁気構造が実現する主要素として、我々は、「(1)磁気相互作用の優位性を抑制する幾何学的フラストレーションの効果、(2)ノンコリニアな磁気構造と四極子秩序を安定化させる四極子相互作用の重要性」の二つを提唱した。
12
Absence of a polar phase in perovskite chromite $$R$$CrO$$_{3}$$ ($$R$$=La and Pr)
吉井 賢資; 池田 直*; 下条 豊; 石井 慶信*
Materials Chemistry and Physics, 190, p.96 - 101, 2017/04
ペロブスカイト構造を持つクロム酸化物LaCrO$$_{3}$$, PrCrO$$_{3}$$およびLa$$_{0.5}$$Pr$$_{0.5}$$CrO$$_{3}$$の磁性と誘電性について調べた。これら酸化物は、近年、磁性と誘電性が重畳したマルチフェロイックであると報告されている$${it R}$$CrO$$_{3}$$系($${it R}$$:希土類)に属するため、対称系もマルチフェロイックであるとすれば興味深い。磁化測定からは、対象系はネール温度が240-288 Kの反強磁性体であることを観測した。中性子回折測定からは、これらの結晶構造は中心対称性を持つ斜方晶$${it Pnma}$$であり、NdCrO$$_{3}$$で報告された単斜晶構造とは異っており、強誘電体にはならないことを観測した。この結果と誘電率測定から、対象系の10000ほどの大きな誘電率は、電気双極子ではなく電荷の移動によるものと結論した。
13
溶媒抽出法による白金族金属分離に関する最近の研究
成田 弘一*; 鈴木 智也*; 元川 竜平
日本金属学会誌, 81(4), p.157 - 167, 2017/04
Most of the refineries for platinum group metals (PGMs) in Japan have adopted solvent extraction methods for mutual separation of PGMs. Few effective extractants for industrial use have been found although some industrial processes were established in 1970s. Recently, some compounds have been reported as candidates for practical PGM extractants in addition to new concepts for PGM extraction mechanisms. In this review article, we present well-known PGM recovery processes based on solvent extraction, industrial extractants and their properties, and conventional extraction mechanism for PGMs. Additionally, we discuss recent interesting extraction systems (amide-type compounds and ionic liquid) and then introduce new extraction concepts based on the specific interactions at the outer-sphere of a metal complex in the organic phase.
14
Selective extraction of Pt(IV) over Fe(III) from HCl with an amide-containing tertiary amine compound
前田 泰生*; 成田 弘一*; 所 千晴*; 田中 幹也*; 元川 竜平; 塩飽 秀啓; 矢板 毅
Separation and Purification Technology, 177, p.176 - 181, 2017/04
The separation properties of Pt(IV) over Fe(III) in HCl solutions using $$N$$-2-ethylhexyl-bis($$N$$-di-2-ethylhexyl-ethylamide)amine (EHBAA) were investigated and then compared with those using the conventional extractant tri-$$n$$-octylamine (TOA). Also, the structural analyses of Pt(IV) in both of the aqueous (HCl solution) and organic (EHBAA in $$n$$-dodecane-2-ethylhexanol solution) phases were performed with EXAFS spectroscopy. The extractability of Pt(IV) was much higher with EHBAA than with TOA in the studied HCl concentration range (0.2-0.8 M HCl); additionally, EHBAA selectively extracted Pt(IV) over Fe(III) under the condition of [EHBAA] $$leq$$ 0.1 M and [HCl] $$leq$$ 1 M. The Pt(IV) loading capacity of 0.1 M EHBAA was about 9.2 g/L (about 0.05 M). Most of the Pt(IV) extracted with 0.1 M EHBAA from 1 M HCl was stripped with 0.1 M NaOH; the co-extracted Fe(III) was selectively scrubbed with distilled water. The structural studies indicated that the Pt(IV) extracted with EHBAA from 1 M HCl formed an ion-pair complex, [PtCl$$_{6}$$]$$cdot$$(EHBAA$$cdot$$H)$$_{2}$$.
15
セシウムスパッターイオン源を利用した電子付着によるC$$_{60}$$負イオン生成技術の開発
薄井 絢; 千葉 敦也; 山田 圭介
JAEA-Technology 2016-034, 21 Pages, 2017/03
高崎量子応用研究所では、タンデム加速器を用いた高速(MeV級)クラスターイオンの照射効果に関する研究を加速するために、クラスターイオンの中でも特に大きな照射効果を持つC$$_{60}$$イオンビームの高強度化に取り組んだ。既存のセシウムスパッター型負イオン源(SNICS,米国National Electrostatics Corp.製)を利用し、従来のスパッター方式に変わる新たな負イオン生成法として電子付着による負イオン化機構をこれに組み込んだ。その結果、従来の1,000倍の強度のC$$_{60}$$負イオンを12時間安定に生成することに成功した。本報告書では、従来の生成方法の課題を示し、SNICSの簡便な改造でそれを解決する電子付着方式について詳説する。
16
Neutron powder diffraction study on the magnetic structure of NdPd$$_5$$Al$$_2$$
目時 直人; 山内 宏樹; 北澤 英明*; 鈴木 博之*; 萩原 正人*; Frontzek, M. D.*; 松田 雅昌*; Fernandez-Baca, J. A.*
Journal of the Physical Society of Japan, 86(3), p.034710_1 - 034710_5, 2017/03
中性子回折実験によりNdPd$$_5$$Al$$_2$$の磁気構造を研究した。$$q$$=(1/2 0 0)の変調ベクトルで説明できる顕著な反強磁性ピークを磁気転移温度$$T_textrm{N}$$=1.2K以下で観察した。c軸に平行なNdの磁気モーメントは0.3Kで2.9(1)$${mu}_{rm B}$$の大きさであり、a面内で強磁性的に整列した層がa軸方向に++--と4枚周期で配列する。各Nd層の面間隔はa/2である。この構造は$$q$$=(0.23 0.23 0)であるCePd$$_5$$Al$$_2$$によく似ていて、面内成分$$q_{|}$$のみの変調構造は、これらの物質の2次元的なフェルミ面によって生じていると理解できる。その2次元性は、これらの物質の縦長のとてもユニークな形のユニットセルと、2枚PdとAl層によって隔てられたNdの原子間距離がc軸方向に7${AA}$以上ととても大きいことに起因している。
17
Development of multi-colored neutron talbot-lau interferometer with absorption grating fabricated by imprinting method of metallic glass
關 義親; 篠原 武尚; Parker, J. D.*; 矢代 航*; 百生 敦*; 加藤 宏祐*; 加藤 秀実*; Sadeghilaridjani, M.*; 大竹 淑恵*; 鬼柳 善明*
Journal of the Physical Society of Japan, 86(4), p.044001_1 - 044001_5, 2017/03
パルス中性子源において効率的な位相イメージングを行うために、複数波長で機能する多色Talbot-Lau干渉計を設計・開発した。J-PARC物質・生命科学実験施設のエネルギー分解型中性子イメージング装置「螺鈿」において、中心波長0.25, 0.50, 0.75nmそれぞれに由来する異なるビジビリティーのモアレ縞を同一セットアップで確認することで、その動作原理の実証を行った。さらに、入射波長の波長分解能を18%から50%まで変化させながら、モアレ縞のビジビリティーの減衰を測定し、高波長分解能が実現できるパルスビームの利点を示した。さらに、中心波長0.5nmを用いて、アルミニウム、鉛、銅のロッドをテストサンプルとしたイメージングも行い、吸収像に加えて、境界がエンハンスされた微分位相像、ビジビリティー像も取得することに成功した。この干渉計では、アナライザー用吸収格子の製作方法として、初めて金属ガラスのインプリント法を採用した。中心波長でのモアレ縞のコントラストは68%と良好であり、従来のガドリニウムの斜め蒸着法を用いた格子と比較すると、形状の精密なコントロールが可能である。
18
J-PARC安全管理年報; 2015年度
J-PARCセンター 安全ディビジョン 放射線安全セクション
JAEA-Review 2016-032, 134 Pages, 2017/02
本報告書は、「J-PARC放射線管理年報(2011年度)」及び「J-PARC安全管理年報(2014年度)」に続き、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の安全管理(放射線安全及び一般安全)について2015年度の活動をとりまとめたものである。放射線管理については、施設及び周辺環境の放射線管理、個人線量の管理、放射線安全管理設備の維持・管理等の業務の概要、その他の関連業務について記述した。一般安全については、検討会及び各種専門部会、安全衛生会議、教育・講習会、訓練、さらに安全巡視等について記述している。また、放射線安全と一般安全に関連して行った技術開発・研究について記述した。加えて「2015年度版」では「安全文化醸成活動」についても新たに章を起こして記述している。
19
Electronic structure and correlation in $$beta$$-Ti$$_3$$O$$_5$$ and $$lambda$$-Ti$$_3$$O$$_5$$ studied by hard X-ray photoelectron spectroscopy
小林 啓介*; 田口 宗孝*; 小畠 雅明; 田中 健司*; 所 裕子*; 大門 寛*; 岡根 哲夫; 山上 浩志; 池永 英司*; 大越 慎一*
Physical Review B, 95(8), p.085133_1 - 085133_7, 2017/02
We have conducted hard X-ray photoelectron spectroscopy investigations of the electronic structure changes and electron correlation phenomena which take place upon the photoinduced reversible phase transition between $$beta$$- and $$lambda$$-Ti$$_3$$O. From valence band spectra of $$beta$$- and $$lambda$$-Ti$$_3$$O$$_5$$, we have identified the bipolaron caused by the $$sigma$$-type bonding of $$d_{xy}$$ orbitals in $$beta$$-Ti$$_3$$O$$_5$$ and the $$pi$$ stacking between the $$d_{xy}$$ orbitals between different Ti sites in $$lambda$$-Ti$$_3$$O$$_5$$, previously predicted by $textit{ab initio}$ calculations. On the other hand, the Ti $$2p$$ and Ti $$1s$$ core level spectra exhibit nonlocal screening satellite features, which are typical spectroscopic signs of strong electron correlation in the coherent Ti $$t_{2g}$$ states. Correlation in the valence band also manifests to reduce the plasmon energy, which results in an enhancement of the valence electron mass by a factor of 2.7.
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J-PARCチョッパー分光器による非晶質・超イオン伝導体のダイナミクス研究
中村 充孝
Radioisotopes, 66(2), p.93 - 99, 2017/02
粉末試料や非晶質などといった等方的試料のダイナミクスを研究対象とする場合、チョッパー分光器による中性子非弾性散乱測定は、定常炉の三軸分光器と比較して圧倒的な優位性を示す。特異な物性を発現する新規物質を発見した場合、研究の初期段階にあっては、単結晶を育成することができず、粉末試料しか得られないことも多いが、J-PARCの強力なパルス中性子ビームを用いることで、早々とダイナミクスに関する研究を展開することが可能である。すでにJ-PARCで稼働中の3台のチョッパー分光器は、今もなお装置高度化や新規解析手法の開発を継続しており、今後、革新的な研究成果を創出しうるポテンシャルを十分備えている。