iMATERIA &
Z- Rietveld との差
± 3%
（
4
箇所の比較）
ND
RD ND ND
RD
Weld metal
HAZ 1 cm
6 mm
2012
年日本金属学会論文賞を受賞空間分解能
進入深さ 観測広さ
電子後方散乱回折
（EBSD）
m m µm n m
X線回折&イメージング
中性子回折
c m µm
n m
m m µ m
c m
パルス中性子 イメージング
大面積 高空間分解能
高検出効率 高信頼性
②
GEM
検出器を使った パルス中性子イメージングの考古学分野への応用
塩田 佳徳 （名古屋大学）
鬼柳 善明 （名古屋大学）
なぜパルス中性子イメージングが有効か？
日本刀の結晶組織構造を調べることは、その特 徴および製造法の歴史を明らかにする上で重 要である。
文化財保存の観点から非破壊測定が望ましい。
鉄をベースとしているため中性子による分析が 有効。
日本刀の全体像を把握するためには、パルス 中性子イメージングが有効。
日本刀一振りを丸ごと非破壊分析大強度陽子加速器施設「
J-PARC
」リニアック
ニュートリノ実験施設 太平洋
茨城県東海村
日本原子力研究開発機構原子力科学研究所
ハドロン実験施設
3GeV
シンクロトロン50GeV
シンクロトロン 物質・生命科学実験施設「MLF
」（パルス中性子・パルスミュオン）
Beam Line 10
実験で使用したビームライン
~15m
中性子ビーム
J-PARC / MLF / BL10
（中性子源・中性子工学試験装置）塩田佳徳
測定試料および画像検出器
96 mm
試料：日本刀
(
備前長船之住則光之作)
2
次元 中性子検出器Spatial resolution = 800μm 検出面
（提供）名大・広田克也 刃渡45.4cm
GEM
検出器大面積 高空間分解能
高計数率
塩田佳徳
ラジオグラフィと透過率スペクトル
透過スペクトル bcc-Fe
(110) (200)
(211) (220) (310) (222)
0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
Neutron wavelength / nm
塩田佳徳
単位等 A B C D
1 0.56 0.65 0.58 0.58
R111 2 0.60 0.59 0.65 0.64
3 0.46 0.57 0.68 0.54
A B C D
1 0.88 2.33 1.41 3.45
μm 2 1.49 3.85 1.38 2.59
3 2.36 3.23 1.75 2.71
投影原子数密度イメージングと結晶子サイズ解析
5mm 6mm 6mm 7
鉄の厚さ
1 2 3
A
B C D
結晶子 サイズ
0
中心から刃先にかけて結晶子は小さくなる傾向
塩田佳徳
結晶方位異方性
ND(111)
繊維集合組織α
鉄の熱間加工後に見られる集合組織 加工量、加熱温度、加熱時間が影響する1
0.3
一例）日本刀の製作工程と温度
・刀の形に延ばす（
1300
℃→800
℃）・火造り（
700
℃）・焼入れ前（800℃
→900
℃）0.4
1
（青）茎、刃区周囲、刀身中心に等方的な組織
（緑）刃部は一様な集合組織
（赤）峰側に強い集合組織
結晶配向：集合組織イメージング
製造法による特徴
塩田佳徳
・低炭素鋼、軟鋼
・刃区
(
はまち)
周囲に顕著な等方的結晶配向内側
(
心鉄)
外側
(
皮鉄)
刀身断面日本刀の鉄組織（解析のまとめ）
・高炭素鋼、硬鋼
・結晶子サイズが小さい
（峰側）強い集合組織 （茎）
・低炭素鋼、軟鋼
・組織状態から心鉄に近い鋼
（刃）微細な結晶子
塩田佳徳
③
GEM
検出器を使った パルス中性子イメージングの画像工学分野への応用
Pos it ion y / c m 1.8
0.0
Position x / cm 0.0 1.05 2.1 3.6
Macrostrain of crystal lattice plane {110}
（ µε = 10
-4% = 10
-6）
＋ 325
－ 725
（ 50 µε/div ）
－ 575
－ 425
－ 275
－ 125
＋ 175
＋ 25
ブラッグエッジひずみイメージング と 次の課題
引張試験中
その場 ひずみ
2
次元 イメージング0 0
d d d − ε =
K. Iwase, H. Sato, et al.,
手法開発における次の目標
2
次元ラジオグラフィ（レントゲン）型から3
次元トモグラフィ（CT
）型への発展?
ひずみの
CT
を実現するためには？新概念
CT
画像再構成アルゴリズム テンソルCT
法 を開発する必要がある。•
ひずみは 観測方向によって観測値が変わる テンソル物理量•
従来のスカラーCT
法では テンソル物理量をCT
処理することはできない。例
)
吸収コントラストCT
： 密度 （スカラー物理量）のCT
画像再構成位相コントラスト
CT
： 屈折率（スカラー物理量）のCT
画像再構成医療用
X
線CT
（吸収コントラスト
CT
の例）テンソル
CT
法の開発：中性子イメージングから画像工学への挑戦http://www.st-mary-med.or.jp/patient/me/me_ct.html
ε
θθ: Hoop strain
（周ひずみ）ε
rr: Radial strain
（径ひずみ）) , ( r θ φ
) , ( sin ) , ( )
, ( cos ) , ( )
,
(
2 290
θ ε θ φ θ ε θ φ θ
ε
φ r =
θθr r +
rrr r
x y
測定試料：
VAMAS
標準試料中性子回折ひずみ解析用
VAMAS
国際標準試料「
Aluminum shrink-fit ring and plug
（Al
シリンダー 冷やし填め）」2
つのひずみ要素（周ひずみ・径ひずみ）が軸対称に分布50 m m
50 mm
Inner plug diameter 25 mm
緑色の矢印に沿って観測されるひずみ
結晶格子面間隔イメージング実験
中性子ビーム特性
中性子束：
0.8 × 10
6n/cm
2/s
中性子波長分解能：
0.34% @ 4
ÅL/D
（コリメーター比）：600
（
BL10
ロータリーコリメーター「小」）測定時間：
16
時間／run
中性子画像検出器特性
画素サイズ：
800 μm × 800 μm
検出面積：10 cm × 10 cm
検出効率：
1%
以下（ビームが強すぎるため、 GEM の枚数を減らした）
TOF
分析速度：10 μs J-PARC MLF BL10 “NOBORU”
ビームラインJ-PARC 3 GeV
陽子加速器の出力：300 kW
中性子
VAMAS
試料GEM
（Gas Electron Multiplier
）型 中性子画像検出器（10B
ベース）KEK
宇野グループ試料は軸対称であるため、
1
方向の測定のみ行った。ブラッグエッジ出現波長
→
面間隔（ひずみ）ブラッグエッジ透過スペクトル 得られた結晶格子面間隔の径依存性
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
0 10000 20000 30000
Neutron transmission
Neutron flight time / μs