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山田 裕久*; 横山 信吾*; 渡部 雄二郎*; 鈴木 正哉*; 鈴木 伸一; 八田 珠郎*
日本イオン交換学会誌, 25(4), p.207 - 211, 2014/11
We investigate the Cs-adsorption behavior of weathered biotites collected from Domiki, Mankei, Tozawa, and Yatsuzaku (in Fukushima) by changing the initial concentration of Cs in a solution. The degree of weathering of the samples increased in the following order: Domeki sample 
Tozawa Mankei Yatsuzaku. A characteristic feature of the Domeki sample was distortion of the biotite layer. The Tozawa sample had an even greater degree of distortion of the biotite layer. In the Mankei sample, hydrobiotite and randomly interstratified biotite-vermiculite were observed with distorted biotite. The Yatsuzaku sample contained vermiculite with hydrobiotite and distorted biotite. The Cs adsorption ratio was associated with the initial Cs concentration of the solution. The Cs adsorption ratio of samples in an initial solution of 1 to 100 ppm Cs was about 99%; it decreased with increasing Cs concentration in the solution. Dependency of Cs adsorption behavior on the degree of weathering of biotite was clearly observed in the Cs concentration range of 300 to 1000 ppm. With increasing degree of weathering, the rate of decrease in Cs adsorption ratio with increasing initial Cs concentration in the solution became slower and the maximum amount of Cs adsorbed by the sample increased. These results confirm that weathered phyllosilicates, vermiculite, interstratified biotite-vermiculite, and distorted biotite play important roles in Cs adsorption.
前川 藤夫; 原田 正英; 及川 健一; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 明午 伸一郎; 大井 元貴; 坂元 眞一; 高田 弘; 二川 正敏; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 620(2-3), p.159 - 165, 2010/08
被引用回数：74 パーセンタイル：97.59(Instruments & Instrumentation)J-PARCの1MWパルス核破砕中性子源JSNSは、2008年5月30日、運転開始に成功した。以来、JSNSのモデレータ設計と中性子性能の優れた特徴を実証するため、幾つかの中性子実験装置において、中性子スペクトル強度,絶対中性子束,中性子パルス形状の時間構造等の測定を行ってきた。モデレータ設計の期待どおり、エネルギースペクトルの測定値にはパラ水素の特徴が明瞭に示された。0.4eV以下の中性子束測定値は設計値と
20%で一致したことから、JSNS設計計算の信頼性が示された。モデレータと中性子実験装置の適切な設計により、世界クラスの高分解能回折データ取得に成功した。さらに、大型円筒形の結合型モデレータの優れた設計により、世界クラスの高強度中性子束を提供可能であることが示された。
前川 藤夫; 及川 健一; 原田 正英; 甲斐 哲也; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 大井 元貴; 酒井 健二; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600(1), p.335 - 337, 2009/02
被引用回数：42 パーセンタイル：92.89(Instruments & Instrumentation)J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子源JSNSの第10番目の中性子ビームラインであるNOBORUが建設された。NOBORUの第一目的はJSNSの中性子性能を研究することである。NOBORUにより、JSNSで発生する記念すべき最初の中性子パルスの測定を行い、そして施設診断を目的として中性子のパルス形状,スペクトル,強度分布等を測定する計画である。NOBORUはテストポートとしての性格も併せ持ち、革新的実験装置開発のための試験も積極的に受け入れる。現在、NOBORUを利用した幾つかの革新的実験装置の実証実験を計画中である。
及川 健一; 前川 藤夫; 原田 正英; 甲斐 哲也; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 大井 元貴; 酒井 健二; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 589(2), p.310 - 317, 2008/05
被引用回数：54 パーセンタイル：95.02(Instruments & Instrumentation)中性子源特性試験装置NOBORUをJ-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)に建設した。NOBORUは、1MWの核破砕中性子源(JSNS)を「観測する」、すなわちJSNSの中性子特性を研究するために設計した。また、「研究」活動、すなわちR&Dや新しいアイデアを持っているトライアルユーザのためのテストポートとしても利用される予定である。本論文はNOBORUの設計と利用について記述し、期待される性能をモンテカルロシミュレーションにより検証した。
原田 正英; 渡辺 昇*; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 加藤 崇; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 574(3), p.407 - 419, 2007/05
被引用回数：14 パーセンタイル：68.37(Instruments & Instrumentation)ポイズン付き水素モデレータの中性子特性について、研究を行った。まず、簡素化した直方体形モデレータモデルを用いて、ポイズンの位置を関数として、基本的な中性子特性を研究した。この中で、われわれは、初めて、ポイズン背面のモデレータ厚さを厚くすることにより、むしろ、パルス幅が減少することを明らかにした。これは、デカップラーやライナーを通してターゲットや反射体から流入してくる中性子のパルス幅は広いが、ポイズンの背面から流入してくる中性子のパルス幅は狭いことに起因する。次に、水筒型形状と凹型形状のモデレータを用いて、ビーム取り出し角度とパルスの劣化との関係についても研究した。小さい取り出し角度でも、両形状とも、パルスが劣化することがわかった。凹型形状のモデレータは、水筒型形状モデレータより、中性子パルス特性にある程度の改善が見られることもわかった。最後に、2つのポイズン物質(CdとGd)の利点と欠点について、運転時間によるポイズンの燃焼問題を考慮して、議論した。
in JSNS前川 藤夫; 及川 健一; 原田 正英; 甲斐 哲也; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 大井 元貴; 酒井 健二; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; et al.
Proceedings of 18th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-18) (CD-ROM), p.118 - 126, 2007/00
JSNSでは、23本の中性子ビームラインのうちの1本(NOBORU)が、JAEA中性子施設開発グループに割り当てられている。このビームラインの第一目的はJSNSの中性子性能測定であるが、さまざまな研究のためのテスト実験も実施可能である。本論文では、2008年の初陽子ビーム受け入れ後の、JSNS試運転期間中におけるNOBORUを利用した実験計画について述べる。第一目的のための研究内容は、JSNS運転パラメータと中性子性能の相関,ユーザーに提供するためのビームパラメータ取得,JSNS中心機器の健全性確認,中性子工学設計の検証、及び測定手法開発である。さらに、われわれはラジオグラフィー,高圧実験装置の導入,eV中性子分光に興味があり、さらに新しい研究を生み出すための試験的利用も歓迎する。
原田 正英; 前川 藤夫; 勅使河原 誠; 渡辺 昇*; 加藤 崇; 池田 裕二郎
Proceedings of 18th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-18) (CD-ROM), p.616 - 626, 2007/00
JSNSにおいて、構造設計,水銀や冷却水の流動設計,冷却系設計に必要な核発熱データを得るために、粒子輸送計算コードPHITSを用いて、総発熱量や発熱分布の評価を行った。発熱計算では、特に、3つの物理的な現象について、注意した。すなわち、光子の発熱では、光子カーマ係数ではなく電子輸送を考慮したこと、エネルギー保存則により再評価された中性子カーマ係数を用いたこと、崩壊熱及び崩壊
線による発熱を考慮したことである。結果として、水銀ターゲットでの発熱は、530kWで、入射した陽子ビームエネルギーの約半分であることがわかった。また、水素への熱負荷は、3.8kWで、うち崩壊熱や崩壊線による熱負荷は、0.2kWであることがわかった。
前川 藤夫; 及川 健一; 田村 昌也; 原田 正英; 池田 裕二郎; 渡辺 昇
LA-UR-06-3904, Vol.1, p.129 - 138, 2006/06
J-PARC計画のJSNSでは、合計23本の中性子ビームラインが設置される。そのうちの1本は、物質・生命科学実験施設(MLF)に割り当てられ、MLFではJSNSの中性子性能を実証し、観測するための中性子ビームライン(NOBORU)を建設する。NOBORUの大部分、つまりビームダクト,遮蔽体,ビームストップ,スリット,測定キャビン,ジブクレーン,試料台等は2004年3月に既に発注済みで、2007年中に設置が完了する。T0チョッパー,フレームオーバーラップチョッパー,検出器システム,試料等は、今後の発注となる。試料位置は非結合型減速材から14mの位置である。試料室の概寸は、広さ3
2.5m,高さ3mである。遮蔽構造は、詳細な3次元構造を考慮した遮蔽計算により決定した。会合では、このNOBORUの設計について発表する。
原田 正英; 渡辺 昇; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 前川 藤夫; 加藤 崇; 池田 裕二郎
LA-UR-06-3904, Vol.2, p.700 - 709, 2006/06
JSNSにおいて、全ての中性子ビームラインに対するパルス特性データは、装置設計において不可欠である。詳細な計算モデルを構築し、PHITSコード及びMCNP-4Cコードを使用して評価を行った。これらの結果は、2004年9月よりJ-PARCのホームページ上で、公開している。製作設計を行っている中で、モデレータ形状の変更により、パルス特性(特にパルステールで)が低下していた。計算から、デカップラーと反射体容器設置する中性子吸収ライナーとの隙間からの漏洩中性子が原因であることがわかった。現在、製作設計の最終段階で、パルス特性を低下させるほかの要因を注意深く見つけ、製作設計にできるだけ反映させようとしている。さらに、デカップラー,ライナー及びポイズンの不均一な燃焼を考慮したパルス特性評価,各中性子ビームホールでのGeVまでの高エネルギー中性子エネルギースペクトルの導出も行った。
甲斐 哲也; 原田 正英; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 鬼柳 善明*; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 550(1-2), p.329 - 342, 2005/09
被引用回数：18 パーセンタイル：74.92(Instruments & Instrumentation)結合型モデレータに対する多数の中性子ビームの要求に応えるため、中性子ビームの取出角度を大きくする必要がある。このとき、低エネルギー中性子の時間積分、及びパルスピーク強度を最大とするため、中性子特性計算を行った。中性子強度の合計はビーム本数の増加に伴って増加したが、それぞれの中性子ビームの強度は、反射体に設けられたビーム取出孔に起因する反射体欠損により減少した。直方型モデレータにおいて取出角度が大きな場合(法線から25度)、その方向へ向かう低エネルギー中性子の空間分布を計算すると、大きく強度が減少している領域が生じていることがわかった。代案として提案した円筒型モデレータを用いることにより、強度減少の見られる領域を縮小することができた。さらに円筒型モデレータについて、時間積分,パルスピーク強度,パルス幅,パルス減衰特性をモデレータ直径の関数として計算した結果、直径140mmが最適であることがわかった。両者の比較の結果、円筒型の方が、時間積分強度とパルス減衰特性は同等で、高いパルスピーク強度,狭いパルス幅,平坦な角度依存性の中性子ビームを供給できることがわかった。両者のパルス特性の違いについての説明も行っている。J-PARC核破砕中性子源において、円筒型の結合型モデレータを採用することとした。
原田 正英; 渡辺 昇; 今野 力; 明午 伸一郎; 池田 裕二郎; 仁井田 浩二*
Journal of Nuclear Materials, 343(1-3), p.197 - 204, 2005/06
被引用回数：31 パーセンタイル：87.1(Materials Science, Multidisciplinary)JSNSにおけるメンテナンスや保管シナリオ構築のために、構造材の寿命を評価する必要がある。DPA(Displacement per Atom)は、放射線損傷の度合いを示す主要な指標である。そのため、まず、DPA計算の機能を粒子及び重イオン輸送計算コード"PHITS"に追加した。DPA計算には、はじき出し断面積が必要であったので、150MeV以下の中性子のはじき出し断面積はLA150ライブラリよりNJOYコードを用いて作成し、150MeV以上の中性子とすべてのエネルギーの陽子のはじき出し断面積はPHITSコードにおける核反応生成物のエネルギーから計算した。このPHITSコードを用いて、JSNS線源集合体のDPA値とDPAマッピングを計算した。その結果、各部の5000MWh運転によるDPAのピーク値は、ターゲット容器で4.1、反射体及びモデレータ容器で2.8、陽子ビーム窓で0.4となった。これらの結果から、ターゲット寿命は1年、モデレータ及び反射体寿命は6年と評価した。
前川 藤夫; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 高田 弘; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; Jerde, E.*; Glasgow, D.*; 仁井田 浩二*; 中島 宏; et al.
Nuclear Science and Engineering, 150(1), p.99 - 108, 2005/05
被引用回数：6 パーセンタイル：40.47(Nuclear Science & Technology)米国BNLのAGS加速器による1.94, 12, 24GeVの陽子ビームを入射した鉛反射体付き水銀核破砕中性子ターゲット模擬体系における中性子工学実験の解析を行い、陽子加速器駆動による核破砕中性子源に対する中性子工学計算の妥当性検証を行った。解析にはモンテカルロ法粒子輸送計算コードNMTC/JAM, MCNPX, MCNP-4A、及びJENDL, LA-150の核データライブラリを用いた。その結果、取り扱ったエネルギー範囲がGeVからmeVまで12桁以上に及ぶにもかかわらず、高速中性子束及び熱中性子束の計算値はほぼ40%以内で実験値と一致した。このことから、これらの計算コードとデータの組合せによる中性子工学計算により、核破砕中性子源の核特性評価を適切に行えるとの結論を得た。
原田 正英; 渡辺 昇; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 539(1-2), p.345 - 362, 2005/02
被引用回数：21 パーセンタイル：77.57(Instruments & Instrumentation)パラ水素濃度,デカップリングエネルギー,モデレータサイズ/形状及び反射体物質をパラメータとし、非結合型水素モデレータのニュートロニクス特性を評価した。異なるパラ水素濃度での中性子エネルギースペクトルは、修正マクスウェル関数を用いて特徴づけられることを示した。また、100%パラ水素モデレータが、最小パルス幅と最小パルステールでかつ、最高ピーク強度を与えることを示した。反射体によるパルスの広がりは、デカップラーを通してモデレータに流入するソース中性子の時間分布によって、説明できることを示し、時間分布に対する反射体材料依存性について明らかにした。デカップリングエネルギーが1eV以上の場合、中性子強度は大きく減少し、パルス幅やパルステールに大きな改善が見られないことを示した。さらに、直方体型及び水筒型モデレータに対する最適なモデレータ厚さについても検討を加えた。
甲斐 哲也; 原田 正英; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 523(3), p.398 - 414, 2004/05
被引用回数：36 パーセンタイル：89.22(Instruments & Instrumentation)結合型水素モデレータの中性子性能を、パラ水素濃度,モデレータの厚さと高さ,プレモデレータの厚さを関数として評価した。100%パラ水素による厚い(120
140 mm)モデレータが、高い15meV以下の時間-エネルギー積分強度とパルスピーク強度を得るという観点から最適であることがわかった。モデレータの中性子取出面における低エネルギー中性子強度分布より、プレモデレータ近辺の周縁部分の強度が中心部よりも高いことがわかった。この独特な分布から、プレモデレータに近いモデレータ周辺部の明るい部分を利用できるよう、モデレータと中性子取出面の設計が重要となることを示している。
鬼柳 善明*; 永宮 正治*; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 大井川 宏之; 井頭 政之*; 馬場 護*; 岩崎 智彦*; 渡辺 幸信*; 石橋 健二*
日本原子力学会誌, 46(3), p.173 - 197, 2004/03
大強度陽子加速器施設J-PARCでは、断面積測定,遮蔽実験などのビーム利用実験ができること、また、II期工事に計画されている核変換実験施設は、原子力エネルギーに直接関係するものであるという理由から、このような研究に関係が深い原子力学会の炉物理,放射線工学,加速器・ビーム科学,核データの4部会が合同で、J-PARCを利用した研究について、企画セッションなどを通して検討してきた。本特集は、そこでまとめられた研究計画について述べたものである。また、検討された研究を、さらに効率的・発展的に進めるための提案にも言及している。プロジェクト側から施設建設状況と実験施設の利用計画について、次いで4つの関係部会からの研究提案について詳細を述べる。
中島 宏; 高田 弘; 春日井 好己; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 甲斐 哲也; 今野 力; 池田 裕二郎; 大山 幸夫; 渡辺 昇; et al.
Proceedings of 6th Meeting of the Task Force on Shielding Aspects of Accelerators, Targets and Irradiation Facilities (SATIF-6), (OECD/NEA No.3828), p.27 - 36, 2004/00
米国ブルックヘブン国立研究所AGS(Alternating Gradient Synchrotron)加速器を用いて行われている一連の核破砕ターゲット実験及びその解析の概要について報告する。本実験では、中性子発生特性,遮蔽設計パラメータに関する情報を得ることを目的として、AGS加速器から得られる数GeV,数百kJの陽子ビームを水銀核破砕ターゲットに入射し、そこで発生する二次粒子を用いて、中性子工学及び遮蔽に関する実験を過去4年間にわたって行ってきた。昨年、遮蔽実験を行うとともに、これまでの実験結果の解析を通して大強度陽子加速器施設の設計コードの精度検証が精力的に行われている。本報告では、昨年行った遮蔽実験の最新結果及びこれまで行ってきた実験解析の結果について紹介する。
原田 正英; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 甲斐 哲也; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.697 - 706, 2003/07
NMTC/JAM及びMCNP-4Cを用いて、JSNSにおける2台の非結合型モデレータの中性子特性に関する最適化研究を行った。計算モデルはターゲット・モデレータ・反射体集合体を詳細に反映したものを用いた。水素は、100%パラを仮定した。2台のモデレータの形状は、水筒型で、13
12
6.2
cm
のものを用いた。ユーザーの要求に合わせて、デカップリングエネルギーは、1eVを適用した。デカップラ-材質は、銀・インジウム・カドミウム合金を採用した。非結合型モデレータでは(特にポイズンドモデレータで)、取り出し角度依存性が顕著であることがわかった。それゆえ、取り出し角度は、ポイズンドモデレータとポイズン無しのモデレータとで、それぞれ7.5
と17.5に制限した。ポイズン材質として、カットオフエネルギーが高くピーク強度が高くなるカドミウムを採用した。ポイズン位置は、ユーザーの要求に合わせて、取り出し面から25mmとした。
原田 正英; 斎藤 滋; 勅使河原 誠; 川合 將義*; 菊地 賢司; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.677 - 687, 2003/07
大強度中性子源のデカップラー材として、デカップリングエネルギー1eVを達成でき、(n,)反応がベースのためヘリウムガス生成量が小さい、銀・インジウム・カドミウム合金(AIC)を提案した。Cd及びB
Cデカップラーとさまざまな観点から比較した結果、有力であると判断し、デカップラー・ライナー材として、AICを採用した。現設計において、AICは、2.5mm厚のAg-35%wtCd及び0.5mm厚のAg-15%wtInとしている。デカップラー・ライナーは、構造材のAl合金にHIPにより接合され、Al合金を通して水冷される。最適なHIP条件を見つけるために、小試験片(
202mm)のAg-Cd及びAg-Inを幾つかの種類のAl合金カプセル(22mm,底厚3mm,蓋厚1mm)封入して、試験を行った。その結果、最適HIP条件として、500C, 100MPa, 保持時間60分が得られた。さらに、より現実的なサイズである大試験片(Ag-Cd: 2002002.5mm, Ag-In: 2002000.5mm, A5083 and A6061: 21021021mm)による試験を行っている。
高田 弘; 前川 藤夫; 本村 士郎*; 吉田 勝彦*; 寺奥 拓史*; 明午 伸一郎; 坂井 昭夫*; 春日井 好己; 兼近 修二*; 大竹 秀範*; et al.
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1115 - 1125, 2003/07
大強度陽子加速器計画で建設する1MW核破砕中性子源はヘリウムベッセル,ベッセルサポートシリンダ,遮蔽ブロック,23本の中性子ビームライン,陽子ビーム窓等の機器で構成される。機器はライナーの内側に配置され、ヘリウムベッセルを中心とし、その周囲を中性子ビームシャッターを含む鉄鋼製の遮蔽で取り囲む。鉄遮蔽の外周には重コンクリートを配置し、その外表面の線量率が12.5
Sv/hを超えないことを設計条件とした。ライナーの外形は直径9.8mであり、重コンの厚さは2.2-2.7mである。ライナー内は遮蔽体の除熱とNOxガスの発生抑制のため乾燥空気を循環させる。このようなステーション構造の概要と機器構造の各論、例えば中性子ビームシャッターは2本ロッド懸垂方式の直方体状で、その一部にガイド管等を装着したダクトを挿入できる構造であること、について報告する。
甲斐 哲也; 原田 正英; 勅使河原 誠; 渡辺 昇; 池田 裕二郎
Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.657 - 666, 2003/07
J-PARC核破砕中性子源の結合型モデレータについて中性子工学研究を行った。100%パラ水素モデレータを用いることにより、最大の15meV以下の積分強度、2meV,10meVのパルスピーク強度が得られたが、最適なモデレータ厚さはそれぞれ異なっていた。最終結論としては、140mmの厚さを選択した。また、中性子取出面上の中性子強度分布評価より、プレモデレータ近傍のモデレータ周縁部が中心部分よりも強度が高いことがわかった。このことは、モデレータと中性子取出面の設計が重要であることを示している。さらに、強度の中性子取出角度依存性を評価し、大きな角度取出しでは強度減少が著しいことがわかった。円筒型モデレータを用いることにより、この強度減少を緩和することができることが明らかになった。これらをもとに円筒型モデレータの直径を140mmと決定した。
