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石神 努; 島田 太郎; 関 優哉; 向井 雅之
JAEA-Data/Code 2015-019, 122 Pages, 2015/12
JAEA-Data-Code-2015-019.pdf:3.65MB
原子力施設の廃止措置の最終段階となるサイト解放検認では、測定で得られた敷地放射能濃度が基準値以下であることを確認することが想定される。そこでは、対象領域内の幾つかの測定データから空間的相関を考慮して領域全体の空間的放射能濃度分布および平均濃度を推定すること、また、推定平均濃度を濃度基準値と比較して、それに適合するか否かの判断を行うことが必要である。この推定平均濃度には測定データの数(測定点数)に依存して不確かさが含まれているため、判断には不確かさの度合いに応じてある確率で過誤が伴う。安全確保のためには、この過誤率と測定点数の関係を明らかにして測定点数を決定することが重要である。そこで、サイト解放の判断を支援するために、既存の放射能分布推定プログラムESRAD (Estimation of Spatial RadioActivity Distribution)の拡張版として、対象領域の平均放射能濃度を推定するとともに過誤率に応じて必要とされる測定点数を算出するESRADの第2版(ESRAD2)を整備した。本報告書は、サイト解放検認手法の概要、ESRAD2の構成と機能、入力ファイルの仕様と出力例、プログラムの実行方法およびサンプルランについてまとめたものである。
吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 畑山 明聖*; 柴田 崇統*; 山本 崇史*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; et al.
Fusion Engineering and Design, 96-97, p.616 - 619, 2015/10
被引用回数：11 パーセンタイル：67.3(Nuclear Science & Technology)JT-60SAのプラズマ加熱および電流駆動装置として利用する世界最大の負イオン源では、要求値となる22Aの大電流負イオンビームの100秒生成を目指している。そのためには、40cm
110cm(全1000穴)のビーム引出面積から生成されるビームの一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの親粒子である水素原子および水素イオンをより一様に生成するために、磁場分布・高速電子分布計算結果および実験結果に基づいて、従来の横磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造に改良した。これにより、全プラズマ電極に対する一様な領域は、従来よりも1.5倍まで改良し、この一様な領域からJT-60SAの要求値を満たす22Aのビーム生成を可能にした。このときのビーム電流密度は210A/m
であり、これはITERの負イオン源にて要求される200A/mをも満たすビーム生成に成功した。
小島 有志; 梅田 尚孝; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.
Nuclear Fusion, 55(6), p.063006_1 - 063006_9, 2015/06
被引用回数：41 パーセンタイル：89.45(Physics, Fluids & Plasmas)原子力機構では、JT-60SAやITERで利用する中性粒子入射装置の開発に向けて、大型高エネルギー負イオン源による100秒を超える負イオン生成・加速の実証を目指した研究を進めている。まず、JT-60SA用負イオン源の負イオン生成部のプラズマ閉じ込め用磁石配置を変更することにより、生成されたプラズマの密度分布を一様化することに成功した。これにより、引出領域の83%から一様な負イオンビームを生成し、これまでの最高値17Aを大きく超える32Aの負イオン電流を1秒間引き出すことに成功した。この磁場配位とこれまでに開発した長時間負イオン生成用温度制御型プラズマ電極を適用し、さらに負イオン電流のフィードバック制御手法を用いることにより、15Aの大電流負イオンビームを100秒間維持することに成功した。これは、JT-60SAの定格の68%の電流に相当し、パルス幅は定格を満たしている。また、ITER用高エネルギー加速器の開発に向けては、負イオンビームが加速途中で電極に衝突して生じる熱負荷を低減するだけでなく、負イオンと同時に引き出される電子を熱的に除去することが重要であった。今回、冷却構造を改良することにより従来の5倍の電子熱負荷を許容できると共に、残留磁場で偏向する負イオンビームの軌道制御機構を組み合わせて、新しい引出部を開発した。その結果、700keV、100A/mの負イオンビームを従来の7倍以上長いパルス幅である60秒間維持することに成功した。
高井 静霞; 関 優哉; 木村 英雄; 武田 聖司
保健物理, 50(1), p.50 - 66, 2015/03
福島第一原子力発電所事故に伴い大気中に放出された放射性セシウム(Cs)により汚染された可能性のある木材(間伐材等)及び木質系廃棄物(建設発生木材等)は、木質チップに加工され様々な用途に利用されている。しかし、汚染された木材等の利用に対する線量評価は今まで行われておらず、再利用基準は原子炉施設等で発生する金属やコンクリートに対するクリアランスレベルに基づき、放射性Cs濃度として100Bq/kgが適用されている。本研究では木材等の再利用の安全性を検討することを目的として、現在利用されている木質チップの主な利用用途(パーティクルボード、製紙、堆肥、バイオマス発電、マルチング材)に対し、汚染された木質チップが再利用されたときの線量評価を行った。さらに線量の評価結果から、再利用に伴って作業者および公衆が受ける被ばくを抑えるために満たすべき基準線量に対応する木質チップ中の放射性Cs濃度を算出し、その中で最も低い濃度を各再利用用途に対する木質チップの濃度の目安値として求めた。その結果、木質チップに対する全ての再利用用途のうち、パーティクルボードへの再利用に対する全Cs濃度の目安値が120Bq/kgと最も低くなった。よって、原子力安全委員会が示した再利用にあたっての基準線量を満足する全Cs濃度は、木質チップの全ての再利用用途で再利用基準である100Bq/kgを超える結果となり、現行の基準値が木質チップの再利用に対する安全性を担保していることを示した。
秋野 昇; 遠藤 安栄; 花田 磨砂也; 河合 視己人*; 椛澤 稔; 菊池 勝美*; 小島 有志; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.
JAEA-Technology 2014-042, 73 Pages, 2015/02
JAEA-Technology-2014-042.pdf:15.1MB
日欧の国際共同プロジェクトであるJT-60SA計画に従い、JT-60実験棟本体室・組立室及び周辺区域に設置されている中性粒子入射加熱装置(NBI加熱装置)の解体・撤去、及びその後の保管管理のための収納を、2009年11月に開始し計画通りに2012年1月に終了した。本報告は、NBI加熱装置の解体・収納について報告する。
吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.
Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02B314_1 - 02B314_4, 2014/02
被引用回数：14 パーセンタイル：50.88(Instruments & Instrumentation)負イオン中性入射装置では、JT-60SAにて要求される22Aの大電流を生成するために、負イオン源内の負イオンビームの一様性を改善する必要がある。本研究では、イオン源の磁場構造を従来のカスプ磁場配位からテント型磁場配位に改良した。磁場構造を改良することによって、負イオンビームの一様性を負イオンの生成効率を劣化させることなく、10%以下に改善することができた。
吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 井上 多加志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405146_1 - 2405146_4, 2013/11
本研究では、JT-60負イオン源の端部から引き出される負イオンビームの密度が低い原因を明らかにするために、負イオン源内での負イオン生成の元となる水素イオン及び水素原子の密度分布を静電プローブ及び分光計測にて調べた。またフィラメントから電子の軌道分布を計算コードにて求めた。その結果、負イオンビームの密度が低くなる原因は、電子のBgrad Bドリフトによって負イオンが非一様に生成されるためであることがわかった。また、負イオンビームが電子数の多い端部では高密度の負イオンを、電子数の少ない反対側の端部では低密度の負イオンを引き出すために歪んでしまい、接地電極に当たっていることも明らかとなった。
小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.
Nuclear Fusion, 51(8), p.083049_1 - 083049_8, 2011/08
被引用回数：51 パーセンタイル：88.4(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60NNBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されていることが大きな問題であった。そこで、負イオン源内の真空絶縁距離を調整し、単段の要求性能を超える各段200kVを保持することに成功した。この結果を踏まえて負イオン源を改良し、従来よりも短いコンディショニング時間で500kVの印加に成功し、設計値である490kVを加速電源の限界である40秒間絶縁破壊することなく保持することにも成功した。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施し、従来410keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。また、486keVのビームでの負イオン電流値は18m離れたカロリーメーターで2.8A(84A/m)が得られた。通常、過度のギャップ長延長はビーム光学の劣化を引き起こすが、今回のギャップ長ではビーム光学の大きな劣化がないことを計算及び実験で確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。
小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.
Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03
JT-60N-NBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されているのが問題であった。そこで、加速電極の間隔を拡げて、負イオン源内の最短の真空絶縁距離である支持枠角部の電界集中を低減した結果、単段の要求性能を超える200kVを保持することに成功し、設計指標となっていた大型の負イオン源では小型電極よりも6から7倍程度長い真空絶縁距離が必要であることが明らかになった。その理由として電極の面積が100倍異なることだけでなく、1080個もある電極孔や支持枠等の局所電界の電界分布が影響していることが小型電極の実験結果から予測される。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施した結果、従来420keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。ギャップ長を増加させたことによりビーム光学が劣化して電極熱負荷が増大することが懸念されたが、今回のギャップ長の範囲ではビーム光学の劣化がないことを確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。
飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.
JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08
JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MBJAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB
発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/mとした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。
高戸 直之; 戸張 博之; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 関 孝義*; 加藤 恭平*; 畑山 明聖*; 坂本 慶司
JAEA-Research 2008-031, 44 Pages, 2008/03
JAEA-Research-2008-031.pdf:4.05MB
セシウム添加型負イオン源から引き出された大電流密度負イオンビーム強度が空間的に非一様となるメカニズムを解明するため、JAEA10アンペア負イオン源内でのプローブ測定及び負イオンビーム強度測定を行った。実験結果を考察するため、レート方程式及び粒子(電子・原子・負イオン)軌道追跡を用いた数値解析を行った。その結果、(1)セシウムを導入して負イオンの表面生成反応を促進した状態では、体積生成時とは逆に高い電子温度の領域で高い負イオンビーム強度が得られることを明らかにした。レート方程式を用いた数値解析から、表面生成された負イオンは高速電子によって破壊される前に引き出されることが推定された。(2)1次電子はB
Bドリフトによってイオン源内で局在化することを確認し、フィラメントの配置を改良して1次電子のドリフトを抑制することにより、負イオンビーム強度の空間的非一様性が改善されることを示した。
戸張 博之; 関 孝義*; 高戸 直之*; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 柏木 美恵子; 畑山 明聖*; 坂本 慶司
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.022_1 - 022_4, 2007/06
外部磁気フィルタ付き負イオン源では、フィルタ磁場中の高速電子のドリフトによりソースプラズマが局在化し、局所的に電子温度が高い(3-4eV)領域が形成される。従来、電子温度が1eV以上のプラズマ中では負イオンの消滅反応が著しく促進されるため不向きとされてきたが、セシウム添加型負イオン源では、電子温度の高い領域からより多くの負イオンビームが引き出されることが観測された。このことを検証するために、(1)カソードフィラメントをプラズマ電極近傍に配置,(2)外部磁気フィルタ強度を低減、させることでプラズマ電極近傍に電子温度の高い水素プラズマを生成し、負イオンビーム引き出しを行った。これらの結果より、セシウム添加時には、プラズマ中の高エネルギー電子が電子,解離に寄与し、より多くの水素原子/イオン束が生成され、消滅反応を上回る表面生成により多量の負イオンが生成されることが示唆された。
花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之; 井上 多加志; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 谷口 正樹; 渡邊 和弘
Nuclear Fusion, 46(6), p.S318 - S323, 2006/06
被引用回数：30 パーセンタイル：69.47(Physics, Fluids & Plasmas)セシウム添加方式体積生成型負イオン源のビーム非一様性の原因について実験的に調べた。ビーム強度分布とプラズマ密度分布の相関を調べた結果、負イオン強度はプラズマが集中している領域において高かった。プラズマが集中している領域においては、負イオンの素となるプロトンばかりでなく、水素原子の密度も局所的に高かったと考えられる。さらに、フィラメントから放出する1次電子の軌道を計算した結果、プラズマの集中は、フィラメントから放出した1次電子が、フィラメント近傍の磁場によって、Bx
Bドリフトするためであることがわかった。ビーム非一様性の原因である高速1次電子のBxBドリフトを抑制するために、フィラメントの形状を変更した。その結果、ビーム強度の平均値からの偏差は、変更前の半分に減少しており、ビーム一様性を大幅に改善した。
-ion beams for ITER neutral beam system谷口 正樹; 井上 多加志; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 関 孝義*; 大楽 正幸; 坂本 慶司
Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A514_1 - 03A514_4, 2006/03
被引用回数：14 パーセンタイル：56.68(Instruments & Instrumentation)ITER用中性粒子入射装置では、放射線誘起伝導のため高電圧の絶縁にSF6等の絶縁ガスが使用できない。このため、原研では加速器全体を真空中に置く真空絶縁型加速器(VIBS)の開発を行っている。大型電界緩和リングの装着等の耐圧改善を行った結果、加速可能な負イオン電流密度は大きく増大し、900keVにおいて0.1Aレベルのビームを運転期間中175ショット安定に加速することに成功した。また、ITERで要求されるイオン源運転ガス圧条件(
0.3Pa)を満たす領域で、電流密度146A/m(エネルギー836keV)の負イオンビーム加速に成功し、ITER NBIに向けて着実に性能が向上していることを示した。
花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之*; 井上 多加志; 戸張 博之; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; et al.
Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A515_1 - 03A515_3, 2006/03
被引用回数：24 パーセンタイル：71.63(Instruments & Instrumentation)セシウム添加方式体積生成型負イオン源のビーム非一様性の原因究明を行うために、フィルター磁場と負イオンビームの長手方向の強度分布との相関関係について実験的に調べた。実験では、3種類のフィルター強度(49, 370, 800Gauss
cm)について調べた。それぞれのフィルター強度に対して、イオン源に少量のセシウム(約0.3g)を添加して、負イオン電流値を添加前よりも3
4倍に増加させた後、ビーム強度分布を測定した。いずれのフィルター強度に対しても、ビーム強度を長手方向に積分したビーム電流値はほぼ一定であった。しかしながら、ビーム強度分布の偏差は、フィルター強度が800Gausscmの時、平均値に対して30%であったが、フィルター強度を49Gausscmに下げることにより、17%まで低減した。この結果、フィルター強度を低減することによって、ビーム電流値を下げることなく、大幅にビーム強度分布を改善できることが明らかになった。また、プローブ測定の結果、フィルター強度を下げると、プラズマ電極近傍のプラズマ密度及び電子温度は一様になっていることがわかった。これらの結果から、ビーム強度分布の非一様性の原因は、フィルター磁場によってプラズマ電極近傍のプラズマが偏在するためであることが明らかとなった。
加藤 恭平*; 高戸 直之*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 関 孝義; 井上 多加志
Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A535_1 - 03A535_3, 2006/03
被引用回数：12 パーセンタイル：52.29(Instruments & Instrumentation)タンデム型負イオン源におけるプラズマの非一様性発生の原因を明らかにするため、フィラメント陰極より放出された一次電子の軌道解析を行った。モンテカルロ法を用いた3次元輸送コードを、実形状の磁場分布を考慮したJAEA10アンペア負イオン源に適用した。また、中性粒子との主な非弾性衝突反応も合わせて考慮した。その結果、ドライバ領域の高速電子はドリフトにより引出し領域へと失われ得ること、及びそのドリフト方向は負イオン源上下端で逆方向となることが明らかになった。
ion source高戸 直之*; 花谷 純次*; 水野 貴敏*; 加藤 恭平*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 関 孝義; 井上 多加志
Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A533_1 - 03A533_3, 2006/03
被引用回数：14 パーセンタイル：56.68(Instruments & Instrumentation)負イオンビームの空間的非一様性発生の原因を明らかにするため、負イオン生成及び輸送過程の数値解析を行った。モンテカルロ法を用いた原子及び負イオンの3次元輸送コードを、セシウム添加型負イオン源に適用した。その結果、電子温度の高い領域で局所的に原子が生成され、プラズマ電極表面への原子フラックスが非一様となることが明らかとなり、負イオン生成分布に影響を与えることが明らかとなった。加えて、生成された負イオンの引出し確率は電子温度依存性が弱いことが明らかとなった。
ion beam in a large negative ion source花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之*; 井上 多加志; 森下 卓俊; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; et al.
Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.311 - 317, 2005/11
被引用回数：7 パーセンタイル：44.9(Nuclear Science & Technology)原研10A負イオン源を用いて、JT-60U負イオン源の問題点の1つである負イオン源内の負イオン密度の空間的不均一の原因について、実験的に調べた。測定の結果、ビームの空間分布はJT-60U負イオン源同様フィルター磁場に対して垂直な高さ方向(長手方向)に非対称であり、上半分領域の強度は下半分の約60%80%程度であった。また、この時のプラズマ電極近傍の電子温度は高さ方向に対して均一なフィルター磁場を形成しているにもかかわらず不均一であり、上半分領域では13.5eVで、下半分領域ではほぼ1eV一定であった。高速電子の軌道を計算した結果、この高い電子温度の原因はカソードから放出した高速電子がイオン源の上部壁近傍に存在する10Gauss以下の領域を通って、フィルター磁場を飛び越えて、プラズマ電極に漏れ出すためであることが明らかになった。そこで、プラズマ電極への高速電子の漏れ出しを抑制するために、計算で予測された位置に、5cm5cmの閉止板を取り付けた。その結果、イオン源上部の電子温度は1eV程度まで減少し、上半分領域における負イオンビームの一様性も大きく改善され、20%程度ビーム電流値が増加した。本研究により、負イオン密度の不均一性の原因の一つは高速電子のプラズマ電極への漏洩であることが明らかになった。
井上 多加志; 谷口 正樹; 森下 卓俊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 関 孝義*; 渡邊 和弘
Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08
原研では、1MeV加速器と大型負イオン源の開発を推進してきた。本論文はITER NBシステムの実現に向けた1ステップである、以下の開発の進展を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、Hイオンの1MeV級エネルギー加速試験が進展している。1MeV, 100mA級Hイオンビームを実用規模である100A/m程度の電流密度で発生しており、イオン源の調整により、電流密度のさらなる増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:既存負イオンNBシステムにおいては、負イオンの空間一様生成がNB入射性能を左右する要因となっている。本研究では、磁気フィルターから局所的に洩れ出た高速電子が負イオン源引き出し領域に生成した負イオンを破壊していることを明らかにした。本論文では、幾つかの対応策とその試験結果についても報告する。
井上 多加志; 谷口 正樹; 森下 卓俊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 関 孝義*; 渡邊 和弘
Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08
被引用回数：23 パーセンタイル：59.63(Physics, Fluids & Plasmas)本論文では、ITER NBIシステムを実現するために原研が行ってきた、1MeV加速器と大型負イオン源の開発研究に関する以下の成果を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、HイオンのMeV級加速試験が進展した。これまでに、1MeV, 100mA級Hイオンビームを実用規模である100A/m程度の電流密度で発生しており、イオン源運転条件の調整により、さらなる電流密度の増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:従来、大面積引き出し面上に生成する負イオンの一様性が問題となっていたが、本研究により、磁気フィルターから局所的に漏れ出た高速電子が負イオン引き出し部に生成した訃音を破壊していることが明らかになった。本論文では、高速電子漏洩の遮断による一様性改善の結果を報告する。
