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2017 年度 実施状況報告書

高い空間認識特性を持つ結晶粒・結晶方位の逆極点図イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 16K20876
研究機関北海道大学

研究代表者

佐藤 博隆  北海道大学, 工学研究院, 助教 (30610779)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード中性子 / イメージング / 結晶粒 / 結晶方位 / 逆極点図 / ブラッグディップ / 小型加速器パルス中性子源
研究実績の概要

本研究では、中性子回折イメージングよりも高い空間分解能が期待される「中性子透過イメージングによるバルク結晶粒の結晶方位イメージング」を開発することを目的としている。前年度までに、J-PARC MLFにおける実験と、新しいスペクトル解析法(ブラッグディップ解析法)である「データベースマッチング法」を組み合わせることにより、逆極点図表示された2D結晶方位イメージングを予定通り開発することができた。本年度は、この成果をJournal of Applied Crystallography誌に論文投稿し、受理・発行することができた。また、近年注目が高まっている小型加速器パルス中性子源施設で本手法が実施できないかを調べるため、北海道大学の電子線形加速器施設(北大LINAC)中性子実験施設(HUNS)にて同様の実験を行った。その結果、若干Noisyではあるが、小型施設でも実施可能であることがわかった。Noisyになった理由が興味深い。HUNSでは高波長分解能化を進めており、J-PARC MLFに近い水準に迫りつつあり、質の高いデータが取得できることが期待されたが、実際にはかなりシグナルの弱いブラッグディップが観測された。これは、ビーム平行度がHUNSでは高くないために起こっていることがわかった。そのため、今後は小型加速器中性子源施設は、強度・波長分解能だけでなく、できるだけビーム発散にも注意して実験を行う必要があるということが明確になった。つまり、中性子源の高輝度化が重要であるということである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

予定よりも進んでいる点として、小型加速器パルス中性子源においても、開発した手法が利用できる点が明らかになったことがある。小型加速器パルス中性子源施設は、当初計画では、単なるテスト実験用としか考えていなかったが、予想以上に良好な結果を得ることができた。これにより、より高度なテスト実験や、一部の本番の実験が実施できることが示され、実験トライ回数の増加が見込まれる。一方、残された研究課題として、3D化に関する研究がある。通常のCT画像再構成技術が通用しない本手法には、専用の新概念CT画像再構成法を開発・適用する必要がある。この目標を2年度目までには完了することができなかったため、「当初の計画以上に進展している」とはしない。

今後の研究の推進方策

CT化のためには、結晶方位の完全同定と、投影データの取得(結晶方位を完全同定した結晶粒の中性子ビーム透過方向に関する厚さ情報)の2つの情報が取得できれば良い。最終年度は模擬サンプルを用いて、この基礎実験を行い、模擬サンプル中の結晶粒の結晶方位の3Dイメージングの達成を目指す予定である。

次年度使用額が生じた理由

想定以上の研究成果が得られたため、その成果発表に注力した分(3Dイメージング実験の本番を先送りした分)、予定していた経費の使用ペースが変わった。当初計画自体は完遂するので、全体としては予定通りの金額を使用する見込みである。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] High wavelength-resolution Bragg-edge/dip transmission imaging instrument with a supermirror guide-tube coupled to a decoupled thermal-neutron moderator at Hokkaido University Neutron Source2018

    • 著者名/発表者名
      H. Sato, T. Sasaki, T. Moriya, H. Ishikawa, T. Kamiyama and M. Furusaka
    • 雑誌名

      Physica B: Condensed Matter

      巻: 551 ページ: 452-459

    • DOI

      10.1016/j.physb.2017.12.058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deriving quantitative crystallographic information from the wavelength-resolved neutron transmission analysis performed in imaging mode2018

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Sato
    • 雑誌名

      Journal of Imaging

      巻: 4 ページ: 7

    • DOI

      10.3390/jimaging4010007

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] パルス中性子透過ブラッグディップ解析による結晶粒ごとの結晶方位イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 博隆
    • 雑誌名

      中性子産業利用推進協議会季報「四季」

      巻: 38 ページ: 8-9

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Inverse pole figure mapping of bulk crystalline grains in a polycrystalline steel plate by pulsed neutron Bragg-dip transmission imaging2017

    • 著者名/発表者名
      H. Sato, Y. Shiota, S. Morooka, Y. Todaka, N. Adachi, S. Sadamatsu, K. Oikawa, M. Harada, S. Y. Zhang, Y. H. Su, T. Kamiyama, M. Ohnuma, M. Furusaka, T. Shinohara and Y. Kiyanagi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Crystallography

      巻: 50 ページ: 1601-1610

    • DOI

      10.1107/S1600576717012900

    • 査読あり
  • [学会発表] Hokkaido University Neutron Source2018

    • 著者名/発表者名
      M. Furusaka, M. Ohnuma, T. Kamiyama and H. Sato
    • 学会等名
      The 7th Meeting of the Union for Compact Accelerator-driven Neutron Sources (UCANS-VII)
    • 国際学会
  • [学会発表] The high wavelength-resolution Bragg-edge transmission imaging instrument at Hokkaido University Neutron Source with a supermirror guide-tube coupled to a decoupled moderator at ambient temperature2017

    • 著者名/発表者名
      H. Sato, T. Sasaki, T. Moriya, H. Ishikawa, T. Kamiyama and M. Furusaka
    • 学会等名
      International Conference on Neutron Scattering 2017 (ICNS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 中性子透過スペクトル解析によるひずみ・金属組織情報の広範囲イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 博隆
    • 学会等名
      日本材料学会第331回疲労部門委員会・第185回X線材料強度部門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] 小型中性子源HUNSでも出来た結晶相・ひずみ・結晶粒方位イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 博隆
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会材料の組織と特性部会平成29年度第2回微細構造制御と定量化手法の発展に関する若手フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 中性子イメージングによる鉄鋼材料組織情報の広範囲定量解析2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 博隆
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会評価・分析・解析部会鉄関連材料のヘテロ構造・組織の解析研究フォーラム「量子ビームを用いた鉄鋼の微視組織と力学的特性評価に関するシンポジウム」
    • 招待講演
  • [学会発表] ドーナツ形状の非結合型中性子減速材2017

    • 著者名/発表者名
      守屋孝洋, 佐藤博隆, 古坂道弘
    • 学会等名
      日本中性子科学会第17回年会

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公開日: 2018-12-17  

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