【19年・秋】 Vol.44
中性子産業利用推進協議会

季報

Industrial Users Society for Neutron Application
2019年9月25日 発行

P1 巻頭言 P2 協議会活動報告 P5 要望書の提出 P6 2019B課題申請 P6 J-PARCセンター情報 P8 実験技術・研究紹介
P9 研究トピックス P11 産業応用セミナー P12 活動報告＆お知らせ

不屈なる負ミュオンに薫風馥郁たり
国際基督教大学

久保 謙哉

いもあったようです。KEK-MSL はパルス状の正ミュ
オンビームを使ったμ SR の豊穣な研究成果で世界を今年の J-PARC MLF 産業利用報告会は、ミュオン

リードし、またそこではミュオニウムの光解離によ関係の講演が初めて組込まれ、それも一挙に 3 件といる QED の検証、超低速ミュオン生成の原理実証などう“歴史的インパクトのある会”（当事者談）となりまの実験が行われていました。当時でも現在 MUSE でした。

進められている負ミュオンを使った研究は原理的には「そんなもの誰が注文したんだ！」と（後の）ノーベル可能でしたが、負ミュオンビームの強度が低く、現実賞受賞者に言い放たれ、83 年前の発見時から邪魔者的なビームタイムで有意な結果を出すことは考えられ扱いされてきたミュオンです。素粒子や原子核物理のませんでした。したがって 1980 年代後半に世界的な世界ではそれなりの立場を与えられ、それ自身が研究ブームに後押しされて行われた、負ミュオンを媒介と対象とされたり道具として使われて来たミュオンですする 2H-3H 核融合（ミュオン触媒核融合）の実験が、つが、“物質生命科学研究”の施設（J-PARC MLF）に居場

くばでほとんど唯一積極的に推進された負ミュオン研所（MUSE）を確保するとは、「どこから忍び込んだん

究だったのです。

だ？」と今でも言われそうです。中性子の話題なら何中性子と違って電荷を持つミュオンは、陽子からの日でも続けて語れる人は数多くいますが、ミュオンの生成率が正負で異なり、陽子エネルギーが低いほど負紹介に 1 分以上費やせる人はいるでしょうか。さらにミュオンの生成率は小さく、エネルギーが上がると次ミュオンはμ SR という物性測定の手段として役立つ

第に等しくなっていきます。つくばでは 0.5GeV の陽ことは知っていても、普段μ SR に使う正ミュオンは子が使われていましたが、MLF では陽子エネルギー“正電荷を帯びている反粒子”、という正しいのに反対が 3GeV となり、ビーム電流の大幅な増強も相まって、という変な立場であることを認識している人はどのく

負ミュオンビームが実用強度で得られるようになりらいいるのでしょうか。本来の正粒子である「負ミュました。世界 5ヶ所のミュオン施設の中で、J-PARC

オンを使った様々な研究が MLF で行われ、近年とみMUSE で負ミュオン実験がさかんになったのはこのに注目を集めつつある」（当事者談）ことをご存知で“3GeV”というファクターと、負ミュオンをビームとしょうか。中性子は電荷を持たないので、正負の区別して十分利用可能にするために施設関係者が費やしてがありませんが、負ミュオンは電荷の符合の定義のせいる膨大な時間と労力のおかげです。

いで発見されてからずーっと、ネガティブな印象、日陰者、マイノリティとして生きて来ました。

負ミュオンを使った、試料を壊さず接触することなく物体中の 3 次元元素組成分布をミュオン X 線を利用

ミュオンの研究に特化した施設（KEK-BOOM またして測定する方法は、宇宙地球科学的試料や考古学的は KEK-MSL）は、1980 年に KEK つくばのブースター

試料、リチウム電池などに応用され始めています。実研究施設として実現し、中性子研究施設（KENS）とは用的でないからと、ほとんど絶滅したかと思われた負壁を隔てた同じ建物の中にありました。中性子とミュミュオンのμ SR 研究は、ここにきて突然の活況を呈

オン、さらに医学利用の 3 施設間で陽子ビームを振りし始め、ミュオンによるソフトエラーの研究は半導体

分けて排他的に利用していたために、ときには水争

社会での重要度をいや増しつつ産業界からも注目を集

四 季 Vol.44

1めています。これらのことが、冒頭に述べた今年のして多くの人に活用してもらえるとともに、新たな利J-PARC MLF 産業利用報告会での椿事を招きました。

用法がつぎつぎに開拓される躍動感と期待感に溢れた

電子より 200 倍重いけれども陽子に比べると 1/9 の時代が到来しています。やっと始まったという感のあ重さであり正負両方の電荷をもつミュオンを、中性子る負ミュオン利用研究の今とこれからを大いに楽しみとは相補的であったり、異質であったりするツールとたいと思います。

中性子産業利用推進協議会の進む方向
中性子産業利用推進協議会

会員全員が自分達の進む方向をしっかりと把握した上研究開発委員長で J-PARC MLF に代表される中性子施設関係者の皆日比 政昭（日本製鉄）

様、日本中性子科学会に代表される学術分野の皆様等、
7 月 18 日に中性子産業利用推進協議会の総会が開

関連の皆様とうまく連携を図らねばなりません。その催されました。この総会は、この一年間の活動の総括

ためには対話の場を多く持つことが重要ですが、もうあるいは今後の方針・計画について、会員間で議論し、一つ重要なことは、協議会の進む方向について情報発確認するための重要な場です。今年度の協議会総会に信を増やすことです。その一環として「四季」本号におおいても、大変活発な議論をしていただき、協議会のいて、中村副会長と志満津運営委員長の総会における進む方向が少しずつ見えてきたと考えております。

挨拶をそれぞれほぼ全文を掲載させていただくことにすなわち、中性子産業利用推進協議会は 2008 年にしました。

設立され、11 年目に入りましたが、我々を取り巻く

これを契機に、中性子産業利用推進協議会が進むべ

環境の変化に対応するために、現在、様々な点で改革

き方向について、改めて会員各位に考えていただけれに取り組んでいます。協議会の活動を進めるためには、ば幸いです。

中性子産業利用推進協議会活動報告● 2019 年度総会
7 月 18 日（月）に東京秋葉原コンベンションホール
において、中村道治副会長、志満津孝運営委員長、会
員企業 48 社・機関（委任状含む）他が出席して 2019 年
度総会を開催しました。会員以外の方の出席を含めて97 名の参加がありました．
初めに、中村道治副会長からの挨拶があり、続いて。
志満津孝運営委員長からの挨拶がありました。この後にそれぞれの全文を掲載します。
総会の議事においては、第 1 号議案「2018 年度事業

中村道治 副会長

志満津孝 運営委員長

報告及び決算報告について」、第 2 号議案「会員の入退会について」、第 3 号議案「2019 年度事業計画及び収支予算について」、第 4 号議案「会計監事の交代について」、その他「2019 年度の運営体制」の各項目について審議と報告があり、審議項目については全て承認されました。

2019 年 総会会場の様子

2

四 季 Vol.44

中性子産業利用推進協議会総会での挨拶
中性子産業利用推進協議会 副会長 中村 道治（JST 顧問）に伺っております。厳しい環境の中で、再開に向けて頑張っていただいておられます皆様方に御礼を申

この度、今井会長からのご指名により、庄山前副会

し上げます。

長の後を務めさせていただくことになりました。どう

最近の我々を取り巻く環境は、非常に厳しいものがかよろしくお願いします。この令和元年の総会に多数あります。一つは、せっかく世界中で動き出した多国

お集まりいただきまして、心からお礼申し上げます。

間のシステム、とりわけ自由貿易、自由市場を守ると私自身は、平成 20 年にこの中性子産業利用推進協議

いうことが、いろいろな理由によって難しくなり始め会ができました時に、初代の運営委員長を拝命しましているということがあります。その中で日本の製造業

た。協議会の立ち上げにあたっては、産業界から沢山がこれからどういうふうに発展して行くかが問われての方々にご参加いただきました。またその後、一貫しいると思います。また、国連のリーダーシップの下にて、J-PARC の皆様、茨城県の皆様、CROSS の皆様に世界中が取り組んでいる持続的な開発目標（SDGs）に大変ご尽力いただき、産業競争力につながる様なさま

おいても、製造業のありかた、とりわけ循環型社会のざまな成果を上げて今日に至ったということで、感銘中で、製造業がどういう役割を果たすかということがを受けている次第です。

大きなテーマになっています。持続可能な社会の実現

最近、J-PARC MLF は大変安定に稼働して、また高出力運転も実績を重ねておられるということでごに向けて、ますます環境調和型の製造業が望まれています。

ざいます。心から敬意を表したいと思います。このそういう意味で、こういう最先端の研究施設を使いような J-PARC の皆様方のご努力に対し、産業界がきこなして産業界が新しい道を切り開くということは、

ちんと成果を出して応えることが一番大事と思って日本が特に望まれていることだと思います。我々の責おります。震災以来懸案になっておりました研究用任が大きいと思っております。今日は総会やいろいろ

原子炉 JRR-3 の方ですが、これも関係者のご努力で、な研究会等活動のご報告、意見交流会を通じて、ぜひ再来年の 3 月に、我々が使えるようになるというよう

皆様方、活発なご議論をしていただければ幸いです。

中性子産業利用推進協議会総会での挨拶
運営委員長

中性子産業利用推進協議会も今年で 11 年目を迎えました。現時点で 49 社 2 研究志満津 孝（豊田中央研究所）

機関による 51 会員に参加していただきながら運営がなされております。本協議会の設立の目的は、全国の中性子産業利用推進協議会の運営委員長の志満津で産業界が結集して JRR-3 と J-PARC MLF 等におけるす。平素は当協議会の運営にあたりご高配を賜り、厚中性子の産業利用を推進すること、そして、施設側とく御礼申し上げます。また本総会に文部科学省量子研

産業界がしっかりと議論して学術分野、産業利用分野

究推進室よりご臨席を賜り、日頃より大強度陽子加速で大きな成果：イノベーションを生み出すことだと規器施設の運営にあたり多大なるご尽力をいただいてい定されております。中性子の利用の環境が整って来た

ることに深く感謝申し上げます。さて大強度陽子加速

今、本協議会でも、さらに連携を加速するための議論

器施設 物質・生命実験施設（J-PARC MLF）においてを開始しております。まずは、協議会における運営委

は、2016 年 3 月以降 3 年 4 か月にわたり、安定的に目

員会と研究開発委員会の役割を明確にして、具体的で標出力で運転され、2018 年以降は 500kW での長期

実効性のある提言・活動につなげて行くという活動を運転を、さらには定格出力 1MW での 10.5 時間の連

進めて行こうとしております。

続運転に成功されるなど、MLF の皆様の努力による

具体的には、協議会から施設へ生の声をお届けする、ものと考えております。これら中性子の利用環境が整

風通しの良い議論の場を作り、また一方的な提案ではうことで今後さらに大きな学術成果、産業のイノベー

なく、施設の皆様と直接お話し、お伝えすることを考

ションにつながる研究が加速されるものと大いに期待

えていきます。さらに、研究会の位置付けを明確にししております。

て施設側の各機関、また学術界や産業界の方々と一緒

2008 年に発足しました中性子産業利用推進協議会にあるべき姿について議論した上で、実行に移して行四 季 Vol.44

3

と思います。

きたいと思います。
午後の報告会では「MLF の産業利用の現状につい産業界と学術分野が連携し世界最高レベルの研究開て」ということで、J-PARC、茨城県、CROSS の方か発を推進するためにハード面とソフト面での高いポテらお話をしていただきます。午前の総会、午後の産業

ンシャルの構築と融合、産業界と学術両軸での成果の利用報告会において、出来たこと、出来ていないこと、最大化、また施設運営の安定性が整ってきた今、スピーさらに今後なすべきことを共有して、今後に向けた方

ドとフレクシビリティーの向上が非常に必要だと考え

向性を見出す良い機会となることを期待しています。

ています。何を一緒に目指せば世界一の施設で、世界

一方で、J-PARC MLF には世界最高レベルの中性一の研究開発が推進出来るのかを両者で共有し、実現

子実験施設：ハードが整備され、施設側、大学、研究するために何をすべきかを一緒に考えていきたく存じ

機関などの多くの研究者が活発に研究活動を進めています。

ます。同時に本協議会という産業界と学術分野が議論

本日から 2 日間に渡って、総会、産業利用報告会がする場もあります。産業界は現在非常に激しく変化す

開催されます。産業界と施設側研究者がしっかりと議る中で、環境性と両立しながら熾烈な世界市場の中で論して、次につながる 2 日間になるように是非よろし

日々戦っています。同様に学術分野でもグローバルなくお願いいたします。

研究機関の厳しい生存競争が繰り広げられているもの● 2019 年度 J-PARC MLF 産業利用報告会
7 月 18 日（木）-19 日（金）に東京秋葉原コンベンショ＜セッション 3 ＞はミュオン利用をテーマとして、ンホールにおいて、4 回目の J-PARC MLF 産業利用報

三宅康博 KEK 教授が「ミュオンによる産業利用の可

告会を開催しました。今回は産業利用に関する 5 つの能性」と題して講演され、（株）豊田中央研究所の梅垣セッションと 3 つの特別講演、ポスターセッションがいづみ氏が「J-PARC MLF における大強度負ミュオン

行われました。初めてミュオン利用セッションが設けビームによる電池解析」、大阪大学の橋本正宣教授がられました。

「ミュオン起因半導体ソフトエラーの測定と分析」と題して講演されました。

初めに齊藤直人 J-PARC センター長から開会挨拶が＜特別講演 1 ＞では、（株）日産アークの松本隆氏、あり、続いて菱山豊文部科学省科学技術・学術政策局

今井英人氏、富安啓輔氏が「中性子線を用いた解析へ

長から挨拶がありました。

の期待と将来展望」と題して、分析専門会社が、量子＜セッション 1 ＞では、MLF の産業利用の現状にビームを使ったマルチプローブ・マルチモーダル・マ

ついて、金谷利治 MLF ディビジョン長、児玉弘則茨

ルチスケール分析をサービスとして提供する将来像を

城県産業戦略部技監、宮﨑司 CROSS 産学連携推進室

示されました。

長から、それぞれ報告がありました。
＜セッション 2 ＞は中性子利用をテーマとして、日

19 日
（金）
に開催されたセッション 4 と 5 は、昨年と本製鉄（株）の重里元一氏が「鉄鋼業における中性子利同様「イノベーションの共創」と銘打ち、産業界から用への期待」と題して、東京農工大学の直井勝彦教授

利用成果とニーズを、施設側からシーズを紹介する

が「電池・キャパシター材料の開発」と題して講演されいわゆる「ニーズとシーズのマッチングセッション」

ました。

でした。

齊藤直人
J-PARC センター長

4四 季 Vol.44

菱山豊 文部科学省
科学技術・学術政策局長

松本隆氏（日産アーク）

峯村哲郎氏
（茨城県）

伊藤耕三氏
（東京大学）

＜セッション 4 ＞では産業界側から、アイシン精機（株）の今井和紀氏が BL22 でのイメージング、（株）豊名、の参加者があり、2 日とも参加された方は 158 名でした。

田中央研究所の橋本俊輔氏が BL14 での中性子準弾性散乱を利用した成果をそれぞれ報告されました。
＜セッション 5 ＞では産業界側から、日油（株）の藤田博也氏が BL20 での中性子小角散乱、（株）クラレの津村佳弘氏が BL17 での調湿環境下の反射率測定を利用した成果をそれぞれ報告されました。
＜特別講演 2 ＞では、茨城県の峯村哲郎氏が「産業利用この 10 年」と題して講演され、茨城県ビームライ

報告会会場の様子

ンの 10 年間の活動を分析・総括されました。
＜特別講演 3 ＞では、東京大学の伊藤耕三教授が「自動車用しなやかなタフポリマーの開発」と題して講演されました。
報告会閉会後、会場において利用相談会を行いました。
18 日の報告会には 224 名、19 日の報告会には 214

ポスターセッションの様子

要望書の提出
6 月 11 日（火）に、柴山昌彦文部科学大臣に宛てて、
中村道治副会長から要望書を提出しました。

さらに、「量子ビーム全体を見て、中性子以外のビームの成果も含めてどう産業界に役立つかを考えて進め

この日、中村道治副会長が松尾泰樹科学技術・学術て行く。各施設の役割分担、連携も今後考えて行きた政策局長と佐伯浩治研究開発局長とにそれぞれ面会しいので、民間からのご意見もいただきたい。」とのコメて、中性子利用に対する産業界の期待を説明し、要望ントをいただきました。

書を手渡しました。

佐伯研究開発局長からは、「JRR-3 の着実な運転再協議会からの要望事項は下記の 5 項目です。

開への思いは皆さんと同じであり、必要な予算措置に

1. ユーザーへのマシンタイムの増加

関して努力して行きたい。科学技術全般として、予算

年間９サイクル運転の実現はなかなか厳しいのが実情である。JRR-3 に関しても、

2. J-PARC MLF のユーザーの利便性向上

ユーザーのための周辺設備については、例えば企業側

3. J-PARC サイトへの直接入域を可能にするも費用の一部を負担して整備して行くこともあるのでアクセス道路の整備
4. JRR-3 の早期運転再開はないか。」との回答がありました。
要望書提出の様子を下記写真に示します。

5. J-PARC センターからの先進的研究成果の創出
松尾泰樹科学技術・学術政策局長からは「J-PARCの年間 9 サイクル運転については資金をどう確保するか、が課題である。」測定する試料の前処理を行う装置
設備の整備を行うことで、ユーザーの利便性向上を図りたいという要望に対し、「前処理設備などは企業が施設側と一緒になって進めて行くことが大事だと思う。」アクセス道路の要望については「自治体などの関係者とよく相談していただきたい。」との回答がありました。

松尾泰樹科学技術・学術政策局長、佐伯浩治研究開発局長への要望書の提出

四 季 Vol.44

5J-PARC MLF の 2019B における課題申請状況
J-PARC MLF 中性子一般利用課題 2019B 期（2019 年した。図 1 に 2018B と 2019A それぞれの申請課題の11 月 ~2020 年 3 月 に 実 施 予 定 ）の 公 募 が 5 月 17 日 ~6

申請元別分類を示します。これを見て分るように申請

月 7 日の期間に行われました。総数 379 件の応募があ

元の比率はほとんど変わっていません。これらは審査りました。2019A 期に比べ、114 件の大幅増となりまを経て、9 月の選定委員会で採否が決定されます。

2019B 379件

2019A 265件

KEK CROSS
2%
3%

KEK
4%

JAEA
10%

海外
28%

研究機関 6%

CROSS
3%

JAEA
7%
大学
（国内）
42%

企業
9%
図1

大学
（国内）
43%

海外
27%

研究機関 5%企業
11%

2019B と 2019A の申請課題の申請元別分類

J-PARC センター情報
日本学術会議マスタープランに向けた第 2 標的ステーションの検討
J-PARC センター

下村 浩一郎、三島 賢二

討を進めていただきました。施設の概念設計は MLF

金谷 利治の建設時の経験者を中心として検討を進め、学会・施設の合同検討会を東京大学・京都大学・量子ビームサ

6J-PARC では新たなコンセプトによる中性子・ミュ

イエンスフェスタ・中性子科学会等で開催し相互理解オン源を建設して中性子・ミュオンの輝度の大幅なに努めてまいりました。さらに本提案を物理学一般・増大を達成し MLF では達成できない新たなサイエン

物性分野から提出するため拡大物性委員会における 2スの創出と学術及び産業における大幅な利用拡大に

回のシンポジウムおよび学術会議主催のシンポジウム

よる展開を目指すために第 2 ターゲットステーション

においてその概要を周知し適切なフィードバックを受（2nd Target Station=TS2）施設の建設に向けての検けました。2019 年 3 月には前述の概念設計書をまと討を重ねてきています。本計画は中性子源・ミュオン

めるとともに、計画を 2020 年度マスタープランに向源を一体化する現在のコンセプトをもとに 2016 年にけ提出しました。

学術会議マスタープランに提案がなされ、ヒアリング

TS2 は現有の加速器を効率的に利用する計画です。

対象として選ばれたものの残念ながら重点課題として中性子においては陽子ビーム集束や中性子標的、モデ

採択されませんでした。そこで 2017 年からは検討体

レータ、及びビーム輸送の最適化などにより中性子制をより本格化し、MLF 内に将来計画の施設検討ワー

輝度で現行の MLF の 20 倍以上、ミュオンは中性子標

キンググループを設置するとともに日本中性子科学的表面から発生するミュオンを効率的に取り出すこ会・日本中間子科学会に TS2 におけるサイエンスの検とにより、50 倍～ 100 倍の強度増大を計画していま

四 季 Vol.44

す。これらの増強により現在の MLF では測定不可能

イノベーションに貢献することが期待されます。詳細な中性子実験、例えばガン治療や酵素の機能に関係すは TS2 の概念設計書（J-PRAC MLF のホームページ）：

るタンパク質の構造解析や、地球の下部マントルに匹

http://j-parc.jp/researcher/MatLife/ja/publication/

敵する高温高圧条件における構造解析、実空間イメー

index.html

ジング等が可能になります。またミュオンにおいてはに公開しております。詳しくは当設計書をご覧くださ

時間分割測定やミュオン顕微鏡が実現できるようになるとともに、今後のより一層のご理解とご支援を賜りります。これらにより新たなサイエンスの領域を拡大たいと思います。

するとともに、産業利用を含むユーザーの拡大により

図2

図1

第 2 中性子ミュオン源の概念図

第 2 標的ステーションで目指すサイエンス

1MW 相当で10 時間半の連続運転に成功
J-PARC センター

羽賀 勝洋

J-PARC センターでは水銀ターゲット 9 号機のビー
ム出力を 1MW 相当に上げた高出力運転試験を 7 月 3日に実施し、10 時間半の連続運転に成功しました。
水銀ターゲット容器 9 号機は昨年 10 月 22 日から運転を始めましたが、当初は水銀ターゲット容器を保護するためのバブリング用ガス供給設備の不調により、陽子ビーム出力を 300kW に抑えていました。その後、11 月 6 日からは出力を 500kW に上げて運転を

図1

水銀ターゲット 9 号機による運転状況（2019 年 7 月 3 日）

継続し、最終的な平均出力は 509kW、総入射パワー
は 2120MWh、平均稼働率は 94.5% と、これまで使用した水銀ターゲット容器の中で最も高い出力で長期に渡る安定な利用運転を達成しました。そして、7月 3 日朝の利用運転終了後、11：30 から 22：00 に渡り922kW ～ 935kW で 98% 以上の極めて高い稼働率の連続運転に成功しました。図 1 に 9 号機による高出力運転試験の状況を示します。パルスが間引かれている

図2

水銀ターゲット容器構造の改良

四 季 Vol.44

7ので、時間平均では 1MW より若干低めの出力ですが、ゲット容器とは異なる、新しい構造の無拘束型ター

個々のパルス当たりの強度は、設計値である 1MW のゲット容器に交換します。これは、図 2 に示すように

パルスビーム出力に相当します。

水銀容器と保護容器の間を接続せず、それぞれの容器

運転を終えた水銀ターゲットについては、これまでで生ずる熱伸びの差による熱応力を軽減し、信頼性とと同様に夏季メンテナンス中にこれまでのビーム運転

堅牢性を更に向上させた設計で、より高出力の安定なによって受けた損傷の程度を調べ、その結果を基に寿運転を目指して製作されました。MLF では、これら

命評価を行い、来年 6 月までの利用運転の出力計画をの改良に対する運転経験を蓄積しつつ、1MW の連続立案します。

運転を目指す計画です。

今季のメンテナンスでは、これまで用いてきたター

中性子実験技術の紹介
リートベルト解析ソフトウェア「Z-Rietveld」
高エネルギー加速器研究機構

神山 崇、米村 雅雄
萩原 雅人

総合科学研究機構

石川 喜久（Pawley）法は最小二乗法で各ピークの強度を計算するため標準偏差が得られる利点があります。
Z-Rietveld にはル・ベール法が導入されていません
が、Z-Rietveld のポーリー解析は非常に強力で未知構

Z-Rietveld は J-PARC 粉末回折データのリートベル

造解析に用いることができます。その上、リートベル

ト解析ソフトで、現在、自動解析機能や磁気構造解析
機能を強化中です。以下、機能を紹介します。
【Z-Rietveld と MEM 解析の一体化】
図 1 に、Z-Rietveld の maximum entropy method（MEM）解析ウィンドウを示します。タブ（画面上部で横一列のボタン）を切り替えることで、リートベルト
解析から MEM 解析に簡単に切り替わり、連続的で快適な解析環境が実現しました。実行ボタンを押せばMEM 解析が開始します。

図 2 Z-Rietveld を用いたポーリー法による解析。
（glycyl-glycine、a=9.7826Å,b=9.7563Å,c= 9.7826
Å, β =104.3023° ）。

ト解析と同じ最小二乗法を用いているため、リートベ
ルト解析とポーリー解析が連続的に繋がっており、たとえば、主相はリートベルト解析、副相は強度をパラメータにポーリー解析、さらに、いくつかの回折ピー
クは個別にフィッティングというようなことがボタン
図 1 Z-Rietveld1.1.0. の画面（MEM 解析画面）と MEM
解 析 結 果 の 一 例 を Z-3D で 表 示（中性子回折データはhttps://z-code.kek.jp/zrg/ か ら ダ ウ ン ロ ー ド で き る
Rb4Cu16I7.2Cl12.8）。

【ポーリー法 vs ル・ベール法】

8

一つで選べます。図 2 に 1141 本の反射にポーリー解析を実施した例を載せました。
【MLF 以外の回折データ解析も簡単に行えます】
Z-Rietveld で読み込める強度データファイルと回折

どちらも回折パターンから回折強度を抽出する方

計ファイルは、Z-Rietveld を用いて作成することがで法ですが、ル・ベール（Le Bail）法はリートベルト解きます。強度データファイルは、ウィンドウメニュー

析プログラムに導入しやすいため未知構造解析の需から「ヒストグラムの作成ウィンドウ」を選び、現れた要の高まりもあって普及しました。一方、ポーリー「ヒストグラムの作成」ウィンドウ内に、強度データを

四 季 Vol.44

ペーストし書き出します。XY データ形式の強度デー

グラムと回折計を追加」を選び指示に従います。

タをテキストエディタで開きコピーしておいてください。回折計ファイルは、Z-Rietveld 付属のテンプレー

Z-Rietveld には他にもさまざまな機能があります。

トを読み込み、回折計のパラメータ（波長、回折法等）

TOF データの解析から有効結晶子サイズや有効歪みのを確認・修正し、ファイルメニューから「回折計を書計算も可能です。また、Z-Rietveld は旧来のプログラ

き出す…」を選択して作成します。テンプレートとしムに比べ発散しにくく収束性も高いのですが、それでてブラッグ—ブレンターノ、放射光 X 線回折、角度分

も、ログを読み解きながら解析をすすめていくと収束

散型中性子、TOF 型中性子等の回折計ファイルが用性が改善します。これらについては、クイックガイド

意されています。

が公開されており、最新版の取得と合わせて https://z-code.kek.jp/zrg/ からダウンロードできます。

【複数の強度データの同時解析が可能】

Z-Rietveld はコード本体を富安亮子（KEK、現九州

複数の X 線回折・中性子回折データの同時解析がで大学）らがつくり、平井博明（Innoface）、田村智志

きます。ファイルメニューの「新規解析…」を選ぶと「ヒ（VIC）、田辺豪信（KCS）、鳥居周輝（KEK）、石垣徹（茨ストグラムと回折計ファイルの選択」ウィンドウが現城大）らの支援で KEK 構造科学グループが開発と配付れますので、ヒストグラムと回折計ファイルの組み合を行っています。Z-Rietveld 開発の大部分は茨城県委

わせを順次選び、「解析データを新規作成…」ボタンを託事業で行われ、一部は NEDO-RISING 事業、KEK押します。また、解析の途中でヒストグラムを追加し運営費交付金で実施しています。

解析を続行するには、ファイルメニューから「ヒスト研究トピックス
鉄筋コンクリート造の長期利活用技術の開発に貢献する中性子実験技術
日本原子力研究開発機構
東京理科大学鈴木 裕士
兼松 学

鉄筋腐食に伴う付着応力度分布の変化や、樹脂注入工法によるひび割れ補修に伴う付着回復効果を評価す
るうえで、中性子 CT や中性子回折法などの中性子実験技術が有効な手段であることを明らかにしました［1］。
鉄筋コンクリート（RC）は、圧縮に強いコンクリー
トと引張に強い鉄筋を相補的に組み合わせた複合材料
であり、多くの建築・土木構造物に利用されています。
RC 造の性能は、鉄筋とコンクリート間に働く付着力に由来しています。そのため、付着力が低下すれば、

図1

建物の倒壊や落橋などのリスクが増加します。特に、腐食大の RC 試験体の中性子 CT 像

老朽化の進む社会インフラの維持管理や RC 集合住宅の長期利活用の観点からは、補修や補強によって、この付着性能を維持・回復することが重要になります。
本研究では、このような RC 建造物の老朽化と長期利活用の問題に資するため、鉄筋腐食に伴う付着劣化とひび割れ補修による付着回復効果を、中性子実験技術をもって評価することを目的としました。
図 1 は、BL22「螺鈿」を用いて観察した RC 試験体の中性子 CT 断面像です。中性子線は樹脂に含まれる

図2

中性子回折法により測定した付着応力度分布

四 季 Vol.449水素に敏感なため、中性子 CT によって、ひび割れや効果を評価するうえで、中性子 CT や中性子回折法な

鉄筋周りに充填された樹脂の状態をはっきりと捉える

どの中性子実験技術が有効な手段であることが分かりことができました。一方、図 2 は BL19「匠」を用いたました。

中性子回折法により測定した付着応力度分布を示して中性子実験技術は、RC に対する新しい付着性能評

います。付着応力度は、付着力を表す指標の一つで、価手法として期待されています。将来的には、建築・大きいほど付着性能が良いことを示します。腐食小で土木分野における設計指針の策定や、新しい補修技術

は、腐食生成物による機械的固着により付着応力度が等の開発といった産業応用に繋がると期待されます。

増加しますが、さらに腐食が進行するとコンクリート

本研究の実施に際しては、日本原子力研究開発機構に割裂ひび割れを生じ、付着応力度が大きく減少するのステファヌス ハルヨ博士と川崎卓郎博士にご支援

様子を確認できました。一方、ひび割れに樹脂を注入

いただきました。この場を借りて感謝申し上げます。

すると、腐食前の状態までには戻りませんが、樹脂注入による拘束効果によって付着応力度が回復すること

参考文献

がわかりました。

［1］関根 , 兼松 , 鈴木 , コンクリート工学年次論文集

このように、鉄筋腐食に伴う付着応力度分布の変化

40, 1545-1550（2018）

や、樹脂注入工法によるひび割れ補修に伴う付着回復

量子ビームを利用した合成高分子構造物性相関の電子レベルからの検討は夢だけか？
田代 孝二１、塙坂 真１、山元 博子 2、日下 勝弘 3、た。しかし、手で扱える程度に大きく発達した「巨大

細谷 孝明 、大原 高志 、田中 伊知朗 、新村 信雄 、単結晶」があれば、この課題に挑戦することは不可能

3

4

3

3

5

ではありません。我々はポリジアセチレン単結晶に着

あいちシンクロトロン光センター

目しました。ジアセチレンモノマー単結晶にガンマ線CROSSを照射すると固相重合反応がトポタクティック的に起

栗原 和男 、黒木 良太 、玉田 太郎
5１

豊田工業大学

茨城大学工学部

３

5

２
４

量子科学技術研究開発機構

５

こり、殆どモノマー単結晶の形態を保ったまま高分子
ポリジアセチレン単結晶について行った広角中性子へ転移し、数ミリ角の大きな結晶が得られます。こうおよび X 線回折データの精密結晶構造解析結果を結びなると、X 線回折データだけではなく、高品質の中性

合わせ、高分子鎖に沿った結合電子密度分布の定量評

子回折データの収集も可能となります。X 線構造解析

価に成功するとともに、量子化学計算結果との間に良は電子密度分布情報を与え、中性子構造解析により原い一致を得ました［1］。

子核位置情報が得られます。後者からは、個々の（孤立した）原子核周辺での均一電子密度分布が推定され

10

合成高分子は、力学物性を利用した構造材料としてます。それを X 線による電子密度分布から差し引くこの役割だけにとどまらず、電気電子物性、熱物性、光とで、結合によって生じる電子密度分布変形の様子を物性など種々の優れた物性を有する材料として欠くべ

定量的に知ることが可能となります。この方法を X －からざる存在になっています。これら様々な物性を理N 法と言います。

解し、より優れた性能を有する新規高分子物質を分子

ポリジアセチレン単結晶について、X 線結晶構造解設計するためには、従来のように分子鎖の形態やその析はラボ装置ならびに SPring-8 高エネルギーＸ線回集合状態を知るだけではなく、電子レベルにまで立ち折装置（BL02B1）を用いて、また広角中性子回折実験

入った検討が必要となります。モノマーが無数に連結については、単色中性子からの二次元回折データをした高分子化合物ならではの電子密度分布を調べるこ

JRR-3 の BIX-3 で、飛行時間法による回折データ収集とは重要です。ポリアセチレンなど導電性高分子につを J-PARC MLF の i-BIX を用いて行いました。このよ

いて分光学的手法による検討は古くから行われていま

うに種々のシステムを用いた結晶構造解析を行い、構すが、分子鎖に沿った電子分布を具体的な形で観察し造の精度を慎重に確認しました。X － N 法の実行結果た例は皆無でした。一般に合成高分子材料においては、を図 1（a）に示します。CC 三重結合の中心に高い電子

数百Åオーダーの微結晶が非晶相中に存在するが故

密度ピークが見えるなど隣接原子間の結合に伴う電子に、X 線あるいは中性子回折データは極めて貧弱であ

密度分布変形の様子が見てとれます。密度汎関数法をり、結合電子密度分布の評価は夢物語とされてきまし用いて量子化学計算した結果が図 1（b）です。分子鎖

四 季 Vol.44

骨格に沿った結合電子密度分布を実験結果（X － N 法）と比較したものですが、極めて良好な一致が得られています。
巨大単結晶という特殊なケースではありますが、合成高分子について分子鎖骨格に沿った結合電子密度を実験的に定量評価出来ました。この意義は大きい。高分子化合物の構造物性相関を電子レベルから議論出来る道を拓いただけではなく、時には絶対的に正しいとまで言われる量子化学計算の妥当性を直接検証することが可能となったのです。高分子に光照射すると電子励起が起こる。その時の高分子の状態は？あるいは高分子を変形、破壊させた際の電子構造変化は？電子レベルからの議論こそ高分子科学が将来目指すべきテーマです。しかし、一般の高分子材料の回折データの貧弱さを考えると、はたと立ち止まってしまいます。この分野の今後の展開を期待します。
参考文献［1］Kohji Tashiro et al., Macromolecules, 51,
3911–3922（2018）.
図 1 (a) ポリジアセチレン主鎖骨格に沿った結合電子密度分布、(b) 量子化学計算結果との比較

中性子産業応用セミナー
中性子産業利用推進協議会と茨城県、総合科学研究機構では、J-PARC センター他のご協力をいただいて、中性
子の産業利用に関わる測定技術を会員企業に出向いて講習するセミナー、いわゆる「出前講座」を開催しています。
今回パナソニックにおいてセミナーを開催しましたのでご報告します。パナソニックはこれまでも J-PARC MLF
を積極的に利用していただいていますが、今後、さらに多くの分野で利用されることを期待します。

●パナソニック株式会社
8 月 6 日（火）、大阪府守口市八雲中町 3-4-1 にあるパナソニッ
ク イノベーション推進部門で中性子産業応用セミナーを開催しました。22 名の方が聴講されました。
プログラムと講師は下記の通りです。
1. 中性子の基礎

野間 敬（CROSS）

2. 構造物内部の残留応力測定

鈴木 裕士（JAEA）

3. パルス中性子イメージング

林田 洋寿（CROSS）

4. 即発ガンマ線分析

松江 秀明（JAEA）

5. 中性子反射率測定

阿久津 和宏（CROSS）

6. 準弾性散乱による材料の機能解析

山田 武（CROSS）

7. お知らせ峯村 哲郎（茨城県）

会場の様子「出前講座」を希望される企業は、協議会事務局（E-mail:info@j-neutron.com）
までご相談ください。

四 季 Vol.44

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お知らせ
◆研究会
●第 1 回構造生物学研究会
日時：2019 年 11 月 28 日（木）13：30-17：00

今回はトピックとしてタンパク質の構造・機能解析

会場：エッサム神田ホール１号館 401 会議室

における相関構造解析の現状を紹介し、「新世代中性中性子産業利用推進協議会と茨城県、CROSS が主子構造生物学」が目指す研究の方向を探っていきます。

催し、J-PARC MLF 利用者懇談会が共催して「新世代＜チュートリアル＞、＜相関構造解析＞、＜タンパ

中性子構造生物学と相関構造解析」をテーマに開催しク質の構造解析と創薬＞の 3 つのセッションで 5 件のます。

講演を予定しています。

◆講習会●中性子実験技術基礎講習会（レベル１講習会）
日時：2019 年 11 月 29 日（金）9：35-17：00

技術の基礎的事項を紹介し、パルス中性子実験施設で

会場：エッサム神田ホール 1 号館 701 会議室

ある J-PARC MLF での実験計画立案や課題申請に役

中性子産業利用推進協議会、日本中性子科学会、茨城県、CROSS が主催して開催します。

立てていただくことを目的として開催します。
多くの皆さまのご参加をお願い致します。

中性子実験技術の初心者の方を対象に、中性子実験●初級者向け Z-Code 講習会
日時：2019年11月7日（木）9：30-8日（金）17：00

Z-Rietveld と Z-3D、Z-MEM の最新版の使い方につ

会場：エッサム神田ホール（予定）いて講義と実習を行います。J-PARC MLF の粉末構

J-PARC センター MLF ディビジョン、KEK 物構研、

造回折装置を利用される多くの皆様には是非ご参加い茨城県、中性子産業利用推進協議会、茨城大学 F セ

ただき、これらの解析ツールを構造解析に活用していンター、CROSS が主催して、粉末構造解析ソフト

ただきますようお願い致します。

ウ エ ア Z-Code の 初 心 者 向 け 講 習 会 を 開 催 し ま す。

多くの皆さまのご参加をお願い致します。

協議会 HP（http://www.j-neturon.com/）では、J-PARC MLF や JRR-3 の運転情報などを提供するサイトや、研究成果を紹介するサイトなどが設けてあります。研究会や講習会などの詳細については HP に順次新規情報を掲載しています。是非 HP にアクセスして活用してください。また、新規材料の発見や高度な測定技術の開発、ならびに、中性子に関係する重要な会議など皆様に周知すべき情報がありましたら、是非ご提供ください。
季報「四季」編集委員会
委員長 杉山 純（CROSS）
委 員 勅使河原 誠（J-PARC）、山田 悟史（J-PARC）、水沢 多鶴子（CROSS）
事務局 野間 敬、大内 薫（中性子産業利用推進協議会）

中性子産業利用推進協議会
発行日
発行元

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四 季 Vol.44

季報【19年・秋】Vol.44

2019年9月25日
中性子産業利用推進協議会〒319-1106 茨城県那珂郡東海村白方162-1 いばらき量子ビーム研究センター2F
TEL：029-352-3934 FAX：029-352-3935 E-mail：info@j-neutron.com

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