レーザー駆動光核反応中性子による大型検体非破壊検査技術の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26246043
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 西村 博明 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (60135754)
• 研究分担者: 三間 圀興 光産業創成大学院大学, その他の研究科, 特任教授 (30033921) ; 阪部 周二 京都大学, 化学研究所, 教授 (50153903) ; 大竹 淑恵 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, チームリーダー (50216777) ; 余語 覚文 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (50421441) ; 中井 光男 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (70201663) ; 有川 安信 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 講師 (90624255)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 中性子ラジオグラフィ / レーザー駆動中性子 / 光核反応

研究実績の概要

本研究の目的は、レーザー生成高速電子が物質を運動する過程で放つ高エネルギー制動放射X線により、二次的に発生する中性子の発数を向上させるとともに、時間分解中性子イメージング検出器を開発することにより、最終的に30cm厚さの鉄筋コンクリートの中性子ラジオグラフィの可能性を調べることにある。
本年度における中性子発生に関しては、京都大学化学研・阪部研究室のT6レーザーを用いた光核反応中性子発生に関する実験を行った。高速電子の発生量ならびにスペクトル勾配温度を増すため、主レーザーパルス投入前にナノ秒の先行パルスを照射してプレプラズマを発生させる手法を試みた。その結果、500ｍJもの僅かなエネルギーで10＾4個の中性子発生を得た。この値は将来100J繰り返しレーザーによる大型検体の中性子ラジオグラフィに必要とされるレーザー1ショット当たり10＾6個を超える中性子数に匹敵する。
平行して、ハニカム構造材に液体シンチレータを浸潤させたパネルからの出力画像をゲート付きCCDカメラ(ICCDカメラ）で撮像する「時間分解中性子画像装置」において、蛍光体からICCDカメラまでの光伝送効率を改善するための像転送用光学系の改善を試みた。この実験では大阪大学LINACを用いて制動放射X線ならびに光核反応中性子を発生させ、コンクリートやプラスティックブロック、水を満たしたバケツなどの撮像を行った。従来の手法に比べて改善は見られたが、さらなる「明るさ（出力信号の強度）」が必要であることも判明した。このため、アバランシュフォトダイオードアレーを用いた時間弁別機能をもった光検出器の開発の着想を得た。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 中国科学院物理学研究所(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国科学院物理学研究所
• [雑誌論文] Boosting laser-ion acceleration with multi-picosecond pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yogo, K. Mima, N. Iwata, S. Tosaki, A. Morace, Y. Arikawa, S. Fujioka, T. Johzaki, Y. Sentoku, H. Nishimura, A. Sagisaka, K. Matsuo, N. Kamitsukasa, S. Kojima, H. Nagatomo, M. Nakai, H. Shiraga, 他10名
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 42451-1~10
  • DOI: 10.1038/srep4251
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large-aperture fast-neutron imaging detector with 10-ns time resolution (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Arikawa, S. Matsubara, Y. Abe, Y. Kato, H. Kishimoto, A. Yogo, H. Nihsimura, M. Nakai, H. Shiraga, S. Fujioka, H. Azechi, Y. Otake, K. Mima, Y. Honda
  • 雑誌名: Proc SPIE 10328, Selected Papers from the 31st International Congress on High Speed Imaging and Photonics 巻: 10328oT ページ: 10328oT
  • DOI: 10.1117/12.2270527
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Integrated simulation of magnetic-field-assist fast ignition laser fusion (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, H. Nagatomo, A. Sunahara, Y. Sentoku, H. Sakagami, M. Hata, T. Taguchi, K. Mima, Y. Kai, D. Ajimi, T. Isoda, T. Endo, A. Yogo, Y. Arikawa, S. Fujioka, H. Shiraga, and, H. Azechi
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion 巻: 59 ページ: 014045-1~8
  • DOI: 10.1088/0741-3335/59/1/014045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Visualization of water in corroded region of painted steels at a compact neutron source (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Taketani, M. Yamada, Y. Ikeda, T. Hashiguchi, H. Sunaga, Y. Wakabayashi, S. Ashigai, M. Takamura, S. Mihara, S. Yanagimachi, Y. Otake, T. Wabayashi, K. Kono, and T. Nakayama
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 1 ページ: 155-161
  • DOI: 10.2355/isijinternational
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrahigh-contrast kilojoule-class petawatt LFEX laser using a plasma mirror (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Arikawa, S. Kojima, A. Morace, S. Sakata, T. Gawa, Y. Taguchi, Y. Abe, Z. Zhang, 他40名
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 55 ページ: 6850-6857
  • DOI: 10.1364/AO.55.006850
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microstructured boron foil scintillating G-GEM detector for neutron imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Fujiwara, U. Bautista, Y. Mitsuya, H. Takahashi, N. L. Yamada, Y. Otake, A. Taketani, M. Uesaka, H. Toyokawa
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 838 ページ: 124-128
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.09.00
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Influence of Strain Rate and Strain on the Behavior of Stress Relaxation in 980 MPa-Grade Dual Phase Steel Sheets (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Murasawa, H. Komine, Y. Otake, H. Sunaga, M. Takamura, Y. Ikeda, and S. Suzuki
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 716 ページ: 948-953
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.716.948
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Prospect for application of compact accelerator-based neutron source to neutron engineering diffraction (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikeda, M. Takamura, A. Taketani, H. Sunaga, Y. Otake, H. Suzuki, M. Kumagai, Y. Oba
  • 雑誌名: Nucl. Instr. Meth. A 巻: 833 ページ: 61-67
  • DOI: /10.1016/j.nima.2016.06.127
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 小型中性子源によるコンクリートに浸透する水のイメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉村雄一、水田真紀、須長秀行、大竹淑恵、林崎規託
  • 学会等名: 日本原子力学会2017年春の年会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2017-03-27 – 2017-03-27
• [学会発表] 理研小型中性子源による鉄鋼材料解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大竹淑恵
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会・ビーム物理領域
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-20 – 2017-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] J-PARC産業利用ビームライン 小型中性子源活用法「現場で使える理研小型中性子源RANSの実用化へ向けた挑戦」 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大竹淑恵
  • 学会等名: 日本中性子科学会大第16回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2016-12-02 – 2016-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] 10-ns time resolution fast-neutron imaging detector (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Arikawa, S. Matsubara, Y. Kato, H. Kishimoto, Y.Abe, A. Yogo, H.Nihsimura, M. Nakai, H.Shiraga, S. Fujioka, H.Azechi, Y. Otake, K. Mima
  • 学会等名: International Conference on High Speed Imaging and Photonics
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2016-11-09 – 2016-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Compact neutron system on site -RANS towards industrial use and social infrastructure safety (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshie Otake
  • 学会等名: 6th International Meeting of Union for Compact Accelerator-Driven Neutron Sources
  • 発表場所: Xi'an China
  • 年月日: 2016-10-27 – 2016-10-27
  • 招待講演
• [学会発表] Analysis of efficient ion acceleration with multi-picosecond LFEX laser (2016)
  • 著者名/発表者名: N.Iwata, K.Mima, A.Yogo, H.Nagatomo, Y.Sentoku
  • 学会等名: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Seatle, USA
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-27
  • 国際学会
• [学会発表] Laser-driven ion acceleration on LFEX for fast ignition: State of the art and applications (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yogo, N. Iwata, K. Mima, A. Morace, S. Tosaki, S. Fujioka, Y. Arikawa, Y. Abe, S. Kojima, S. Sakata, 他25名
  • 学会等名: The 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17 – 2016-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] A New Research Project on Laser-Driven Neutron sources and applications at ILE, Osaka University (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nakai, Y. Arikawa, A. Yogo, Y. Abe, Y. Kato, S. Matsubara, S. Tosaki, K. Koga, N. Iwata, H. Nagatomo, A. Morace, K. Mima, Y. Otake, S. Miyamoto and H. Nihsimura
  • 学会等名: Nuclear Photonics 2016
  • 発表場所: Monterey, California, USA
  • 年月日: 2016-10-16 – 2016-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement in the heating efficiency of fast ignition inertial confinement fusion by suppressing the preformed plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Arikawa, S. Kojima, A. Morace, M. Hata, S. Sakata, S. Fujioka, T. Kawashima, 他32名
  • 学会等名: IAEA-fusion energy conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-16 – 2016-10-16
  • 国際学会
• [学会発表] RIKEN Accelertor-driven Compact Neutron Source, RANS and its Practical Applications(ID263) (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshie OTAKE
  • 学会等名: Deutsche Neutronenstreutagung 2016
  • 発表場所: Kiel, Germany
  • 年月日: 2016-09-20 – 2016-09-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Anomalous Electron Heating and Ion Acceleration with High-Contrast laser pulses on LFEX (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yogo, K. Mima, N. Iwata, S. Tosaki, A. Morace,Y. Arikawa, S. Fujioka, H. Nishimura, A. Sagisaka, T. Johzaki, K. Matsuo, 他15名
  • 学会等名: The 34th European Conference on Laser Interaction with Matter (ECLIM2016)
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 2016-09-19 – 2016-09-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Compact Neutron Source, RANS, for Practical Use with Thermal and Fast neutrons (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshie OTAKE
  • 学会等名: BIT’s 5th Annual World Congress of Advanced Materials-2016
  • 発表場所: Chongqing, China
  • 年月日: 2016-06-06 – 2016-06-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Research and development of RIKEN Accelerator-driven compact Neutron Source and its practical applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshie OTAKE
  • 学会等名: Symposium RIKEN/COPL/INO
  • 発表場所: Quebec, Canada
  • 年月日: 2016-05-26 – 2016-05-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast electron diffraction and deflectometry with laser accelerated electrons (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Sakabe
  • 学会等名: Optics and Photonics International Conference (OPIC)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2016-05-17 – 2016-05-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Anomalous Electron Heating and Ion Acceleration with High-Contrast laser pulses on LFEX (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yogo
  • 学会等名: Conference on Laser Energy Science 2106
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2016-05-17 – 2016-05-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RIKEN Accelerator-driven compact neutron source and its practical applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshie OTAKE
  • 学会等名: Forum on Advanced Nuclear Science and Technology
  • 発表場所: Xi’an, China
  • 年月日: 2016-04-09 – 2016-04-09
  • 国際学会 / 招待講演