2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of non-destructive elemental analysis method using negative muon beam
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
18H05460
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
二宮 和彦 大阪大学, 理学研究科, 助教 (90512905)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 努 国立歴史民俗博物館, 大学共同利用機関等の部局等, 教授 (50205663)
大澤 崇人 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (70414589)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 負ミュオン / ミュオン原子 / 非破壊分析 / ミュオン特性X線 / 三次元分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
負ミュオンによる非破壊三次元分析実験を進めるにあたって、新たなCdTeイメージング検出器の開発を進めるとともに、J-PARCおけるS型実験課題申請を行い、ミュオン実験を実施した。これらの研究は、領域内の他の研究グループ、特にA01班、C01班、C02班とは強力な協力関係を構築することで推進した。
昨年度決定した、CdTeイメージング検出器の仕様に基づき、合計で６台の検出器を製作し、各種テストを行った。具体的には、測定器のエネルギー分解能、空間分解能を調べた。2mmのCdTe結晶を用いた標準線源による実験で、136 keVまでのエネルギー範囲で良好な性能を持っていることが確認できた。また測定器における冷却やケーブリングについて最適化することで、これまでにない、コンパクトな測定システムを作ることができた。これにより、J-PARCでのミュオン実験への適用をはじめとする汎用的な測定器にすることができた。
J-PARCにおけるビーム実験を実施し、まずは既存の半導体検出器、シンチレーション検出器を用いた各種のテストを行った。特に小さいサンプルを想定し、ビームパラメーターの調整による高流束のビーム取り出し条件の探索と、測定におけるバックグラウンドの評価を行った。ビーム実験から得られたビームのプロファイルをはじめとする様々な結果について検討を進め、ビーム実験条件における低バックグラウンド化に取り組んだ。そして、J-PARCにおける実験条件に適合した専用の測定システムの開発を行い、ビーム実験によりそのシステムの評価を行った。これにより、これまでのJ-PARCでは難しかった、数10 mgオーダーの少量のサンプルについて、元素分析が実施できることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度で予定していた、６台の検出システムの整備と、J-PARCにおける専用の実験システムの整備を行った。これらの一部は調達の関係から、予算の繰り越しを行っていたが、それぞれについては問題なく調達を行った。これらの評価を行い、検出システムについては想定していた性能が得られることがわかった。また、新たな実験システムでは、当初予想していたよりも低バックグラウンドの測定ができることが明らかとなり、J-PARCにおける実験において今後様々な試料への適用の選択肢を増やすことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度整備した検出システムの調整および利用と、J-PARCにおける専用の実験システムを用いた分析研究を進めていく。
検出システムの調整においては、今年度開発したコンパクトな測定システムを量産し、現有の６台について同一のものを製作する。さらに、イメージングにおいて重要なコリメーターシステムについて最適化を行い、実装を行う。整備した検出器については、順次J-PARCにおけるミュオン実験で利用する。同時に、複数台の検出器によるイメージ像を組み合わせて、三次元的な元素分布を決定するための解析ソフトウェアについても整備を進める。
実験システムを用いた分析研究では、まずは隕石試料と考古資料に着目して、分析研究を進めていく。隕石試料については、特に小さな試料の分析が可能となったことで、貴重な試料について系統的な分析を行うことが可能である。そのため、炭素を多く含む炭素質隕石についての分析を進めていく。考古資料については、まずは陶器類に注目した分析を進める。
これらの研究は、引き続き研究領域内の他の研究班との連携を強化しつつ推進する。
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[Presentation] Chemical environmental effects on muon capture for iron compounds and their application to nondestructive identification of chemical species2019
Author(s)
K. Ninomiya, M. Kajino, A. Nanbu, M. Inagaki, T. Kudo, K. Terada, A. Sato, D. Tomono, Y. Kawashima, Y. Sakai, T. Takayama, A. Shinohara
Organizer
15th International Conference on Modern Trends in Activation Analysis
Int'l Joint Research
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[Presentation] ミュオン特性 X 線測定による非破壊での化学状態分析法の開発2019
Author(s)
梶野芽都,二宮和彦,工藤拓人,寺田健太郎,稲垣誠,佐藤朗,友野大,川島祥孝,酒井陽一,高山努,篠原厚
Organizer
日本放射化学会第63回討論会(2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] ミュオン崩壊電子寿命測定による非破壊元素分析法の開発2019
Author(s)
工藤 拓人, 千徳 佐和子, 二宮 和彦, 竹下 聡史, 髭本 亘, 篠原 厚, 下村 浩一郎, 河村 成肇, パトリック ストラッサー, 三宅 康博, 齋藤 努, 久保 謙哉
Organizer
日本放射化学会第63回討論会(2019)
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[Presentation] ミュオン特性X線測定による文化財の酸化状態特定の可能性検討2019
Author(s)
梶野芽都,二宮和彦,工藤拓人,寺田健太郎,稲垣誠,佐藤朗,友野大,川島祥孝,酒井陽一,高山努,篠原厚
Organizer
第2回 文理融合シンポジウム 量子ビームで歴史を探る ～加速器が紡ぐ文理融合の地平～
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