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Development of non-destructive elemental analysis method using negative muon beam

Planned

Project AreaToward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams
Project/Area Number 18H05460
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

二宮 和彦  大阪大学, 放射線科学基盤機構附属ラジオアイソトープ総合センター, 准教授 (90512905)

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)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥148,200,000 (Direct Cost: ¥114,000,000、Indirect Cost: ¥34,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥31,980,000 (Direct Cost: ¥24,600,000、Indirect Cost: ¥7,380,000)
Fiscal Year 2019: ¥46,410,000 (Direct Cost: ¥35,700,000、Indirect Cost: ¥10,710,000)
Fiscal Year 2018: ¥33,280,000 (Direct Cost: ¥25,600,000、Indirect Cost: ¥7,680,000)
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 / ミュオン / 非破壊元素分析 / イメージング分析 / 考古学 / 隕石
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。

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。

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。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(50 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 6 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Non-Destructive Elemental Analysis Using Negative Muon Obtained from DC Muon Beam Source; RCNP-MuSIC2020

    • Author(s)
      二宮 和彦, 新倉 潤, 佐藤 朗, 寺田 健太郎, 齋藤 岳志, 松崎 禎一郎, 友野 大, 川島 祥孝, 篠原 厚, 久保 謙哉, 齋藤 努
    • Journal Title

      RADIOISOTOPES

      Volume: 69 Issue: 1 Pages: 13-17

    • DOI

      10.3769/radioisotopes.69.13

    • NAID

      130007785026

    • ISSN
      0033-8303, 1884-4111
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Per atom muon capture ratios and effects of molecular structure on muon capture by γ- Fe2O3 and Fe3O42020

    • Author(s)
      Kazuhiko Ninomiya, Meito Kajino, Makoto Inagaki, Kentaro Terada. Akira Sato, Dai Tomono, Yoshitaka Kawashima, Atsushi Shinohara
    • Journal Title

      Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry

      Volume: 324 Pages: 403-408

    • DOI

      10.1007/s10967-020-07065-0

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  • [Journal Article] 長登銅山と皇朝十二銭2020

    • Author(s)
      齋藤努
    • Journal Title

      學士會会報

      Volume: 940 Pages: 100-105

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  • [Journal Article] Development of non-destructive isotopic analysis methods using muon beams and their application to the analysis of lead2019

    • Author(s)
      Kazuhiko Ninomiya, Takuto Kudo, Patrick Strasser, Kentaro Terada, Yosuke Kawai, Motonobu Tampo, Yasuhiro Miyake, Atsushi Shinohara, Kenya M. Kubo
    • Journal Title

      Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry

      Volume: 320 Pages: 801-805

    • DOI

      10.1007/s10967-019-06506-9

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    • Author(s)
      Takuto Kudo, Kazuhiko Ninomiya, Patrick Strasser, Kentaro Terada, Yosuke Kawai, Motonobu Tampo, Yasuhiro Miyake, Atsushi Shinohara, Kenya M. Kubo
    • Journal Title

      Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry

      Volume: 322 Pages: 1299-1303

    • DOI

      10.1007/s10967-019-06682-8

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      Yoshiyuki Hirano, Kazuhiko Ninomiya, Seiichi Yamamoto
    • Journal Title

      Physica Scripta

      Volume: 94 Pages: 125804-125804

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ab3acb

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      Kazuhiko Ninomiya
    • Journal Title

      Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences

      Volume: 19 Pages: 8-13

    • NAID

      130007986174

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      齋藤努
    • Journal Title

      歴史系総合誌『歴博』

      Volume: 214 Pages: 18-19

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      Kazuhiko Ninomiya/Takashi U. Ito/Wataru Higemoto/Naritoshi Kawamura/Patrick Strasser/Takashi Nagatomo/Koichiro Shimomura/Yasuhiro Miyake/Makoto Kita/Atsushi Shinohara/Kenya M. Kubo/Taichi Miura
    • Journal Title

      Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry

      Volume: 319 Pages: 767-773

    • DOI

      10.1007/s10967-018-6366-3

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      Kazuhiko Ninomiya, Takuto Kudo, Michihiro Kitanaka, Motonobu Tampo, Yasuhiro Miyake, Atsushi Shinohara, Michael K. Kubo
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 25 Pages: 11010-11010

    • DOI

      10.7566/jpscp.25.011010

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    • Author(s)
      Go Yoshida Kazuhiko Ninomiya Makoto Inagaki Wataru Higemoto Patrick Strasser Naritoshi Kawamura Koichiro Shimomura Yasuhiro Miyake Taichi Miura Kenya M. Kubo Atsushi Shinohara
    • Journal Title

      Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry

      Volume: 320 Pages: 283-289

    • DOI

      10.1007/s10967-019-06470-4

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    • Author(s)
      齋藤努
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      Integrated Studies of Cultural Research Resources

      Volume: 2019 Pages: 233-265

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      齋藤努
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      国立歴史民俗博物館研究報告

      Volume: 213 Pages: 69-125

    • NAID

      120006820391

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    • Journal Title

      国立歴史民俗博物館研究報告

      Volume: 213 Pages: 31-41

    • NAID

      120006820390

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    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 121 Pages: 87202-87202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.087202

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      K. Ninomiya, M. Kajino, A. Nanbu, M. Inagaki, T. Kudo, K. Terada, A. Sato, D. Tomono, Y. Kawashima, Y. Sakai, T. Takayama, A. Shinohara
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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

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      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
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      Kazuhiko Ninomiya
    • Organizer
      3rd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ミュオン特性X線を用いた非破壊同位体分析法の開発2018

    • Author(s)
      工藤拓人、二宮和彦、篠原厚、久保謙哉、反保元伸、三宅康博
    • Organizer
      2018日本放射化学会年会・第62回放射化学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 密封容器中の放射性物質に対する負ミュオンを用いた非開封元素分析法の開発2018

    • Author(s)
      工藤拓人、二宮和彦、篠原厚、久保謙哉、反保元伸、三宅康博
    • Organizer
      2018日本放射化学会年会・第62回放射化学討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ベンゼンおよびシクロヘキサンにおけるミュオン転移過程への分子構造の影響2018

    • Author(s)
      稲垣誠、二宮和彦、工藤拓人、寺田健太郎、佐藤朗、川島祥孝、友野大、篠原厚
    • Organizer
      2018日本放射化学会年会・第62回放射化学討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ミューオン非破壊分析の原理、測定例と将来計画2018

    • Author(s)
      二宮和彦、工藤拓人、篠原厚、久保謙哉、反保元伸、三宅康博
    • Organizer
      ミューオンによる非破壊分析の可能性 - 考古学・文化財への応用を考える -
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ミュオン特性X線測定による非破壊内部元素分析法Non-destructive elemental analysis method for interior of a material by muonic X-ray measurement2018

    • Author(s)
      二宮 和彦,寺田 健太郎,佐藤 朗,三宅 康博,久保 謙哉
    • Organizer
      量子ビームを用いた次世代非破壊分析技術とその応用 惑星物質科学との可能性
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      2018 Annual Research Report
  • [Book] ここが変わる! 日本の考古学2019

    • Author(s)
      藤尾 慎一郎、松木 武彦
    • Total Pages
      210
    • Publisher
      吉川弘文館
    • ISBN
      9784642083423
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Published: 2018-07-20   Modified: 2022-07-01  

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