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中原 将海; 渡部 創; 竹内 正行; 湯山 貴裕*; 石坂 知久*; 石井 保行*; 山縣 諒平*; 山田 尚人*; 江夏 昌志*; 加田 渉*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 542, p.144 - 150, 2023/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Instruments & Instrumentation)マイナーアクチニド回収のための抽出クロマトグラフィ技術において、荷電粒子誘起発光分析により様々な抽出剤を用いて調製した吸着材中のユウロピウム錯体構造の評価を行った。測定は、量子科学技術研究開発機構のイオン照射施設においてシングルエンド加速器から得られる陽子ビーム及びサイクロトロン加速器から得られるアルゴンイオンビームを利用して行った。本研究において、抽出剤の種類によって荷電粒子誘起発光スペクトルが変化することが確認され、これらの変化と錯体構造のとの相関について評価を行った。
中原 将海; 渡部 創; 石井 保行*; 山縣 諒平*; 山田 尚人*; 江夏 昌志*; 湯山 貴裕*; 石坂 知久*; 加田 渉*; 羽倉 尚人*
QST-M-39; QST Takasaki Annual Report 2021, P. 62, 2023/02
マイナーアクチニド回収のための抽出クロマトグラフィ法において、効率的にマイナーアクチニドを分離するために吸着材中の錯体構造解析に係る研究を行っている。本研究では、マイナーアクチニドの模擬物質としてEuを使用し、シリカ担持型吸着材にEuを吸着させた試料を調製した。吸着材中のEu錯体の荷電粒子誘起発光スペクトルを測定し、Eu錯体構造解析に向けた基礎データを取得した。
明午 伸一郎; 中野 敬太; 大久保 成彰; 湯山 貴裕*; 石井 保行*
Proceedings of 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.296 - 301, 2021/10
原子炉の廃棄物の有害度低減に用いる加速器駆動システム(ADS)や大強度核破砕中性子源の安定した運転のためには、ビームプロファイルモニタが重要となる。J-PARCの核破砕中性子源では、炭化珪素(SiC)の二次電子弾き出しによるマルチワイヤ-プロファイルモニタ(MWPM)用い測定を行っている。ADSのターゲット等の材料試験のためにJ-PARCで建設を計画している陽子照射施設でも、SiC製のMWPMを用いる予定としている。SiCのビーム耐久性が重要となるため、HeおよびArイオンビームを用いてSiCワイヤの劣化を測定した。本研究ではまた、2次元のビームプロファイル取得のため、蛍光型プロファイルモニタの開発を行った。アルミナを用いた蛍光体に対し、ArおよびXeイオンビームを入射し、蛍光スペクトルの測定を行った。
喜多村 茜; 八巻 徹也*; 百合 庸介*; 越川 博*; 澤田 真一*; 湯山 貴裕*; 薄井 絢; 千葉 敦也*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 460, p.254 - 258, 2019/12
被引用回数：2 パーセンタイル：23.19(Instruments & Instrumentation)我々は既に、フッ素系高分子の一つであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)が、イオントラックのみをエッチングできる材料として、イオントラックの研究に適することを示している。そこで本研究では、PVDFと2種類の照射技術に着目して、イオントラック径を制御する手法を検討した。一つはイオントラック内の酸化を促進できる可能性を持つ酸素雰囲気下での重イオンビーム照射であり、もう一つは単イオンに比べて60倍もの高いエネルギーを一つのイオントラックに付与できるフラーレン(C
)クラスタービームの照射である。前者の照射技術を用いて、エッチング可能なイオントラックの領域を、従来の真空中照射では得られないサイズにまで拡大させる手法の開発に成功した。また後者の技術を用いて、同じエネルギーを持つ単イオン(C)の場合に比べて、イオントラック径を拡大できる手法を示した。
明午 伸一郎; 武井 早憲; 松田 洋樹; 百合 庸介*; 湯山 貴裕*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.515 - 519, 2019/07
J-PARCセンターで進めている核変換実験施設では、標的に入射する大強度陽子ビームの形状を測定するために、発光型のプロファイルモニタの開発を行っている。このため、量子科学技術研究開発機構の高崎量子応用研究所のTIARA施設において、アルミナ発光型のプロファイルモニタの試験をArビーム(エネルギ150MeV)を用いて行った。アルミナ発光体は、加速器施設における実際の使用状況を考慮し、溶射によりアルミからなる母材に塗布し、密着性を有していることを試験により確認した。耐放射線性型のファイバイメージスコープを用いてビーム形状を測定したところ、明瞭な形状が得られることが確認された。さらに、発光体のビームに起因する発光強度の劣化をスペクトロメータを用いて測定した。その結果、700nmより長波長領域では2.5時間程度の照射時間で20%程度の発光強度の劣化が観測された。一方、700nmより短波長領域では著しい劣化が無いことが確認されたため、測定に用いる波長領域の選択により劣化の影響を緩和できることがわかった。
明午 伸一郎; 武井 早憲; 松田 洋樹; 百合 庸介*; 湯山 貴裕*
Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1035 - 1039, 2018/08
大強度陽子加速器を用いた加速器駆動型核変換システム(ADS)が原子力機構(JAEA)及び中国等で提案され、ADSにおいて標的に適切なビームが入射されていることを確認するプロファイルモニタの開発が重要となる。J-PARCの核破砕中性子源では炭化ケイ素(SiC)のマルチワイヤからなるプロファイルモニタを用いており、これまでの0.5MW運転では問題ないものの、今後の定常的な大強度運転ではワイヤの損傷劣化が進むことが予想されるため、ワイヤの損傷評価を定量的に行う事が重要となる。このため、量子科学技術研究開発機構(QST)のTIARAにおいて運動エネルギ105MeVのアルゴンビームを用い、プロファイルモニタのビーム試験を実施した。この結果、1MWの強度の半年間のビーム運転に対し、SiCワイヤによる測定信号は劣化を生じないことがわかった。マルチワイヤによる測定ではビームの二次元のプロファイルを得ることができないため、蛍光現象を用いたプロファイルモニタの開発を行った。一般的な蛍光体を用いる場合にはビームに起因する蛍光劣化が著しいものの、酸化クロムの含有量を抑えたアルミナを蛍光体として用い、更に短波長領域の光の観測により、蛍光劣化を大幅に改善できることが判明した。
百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 江夏 昌志; 山田 尚人
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.420 - 423, 2015/09
高崎量子応用研究所イオン照射研究施設TIARAのAVFサイクロトロンでは、多重極電磁石を用いて大面積で均一な強度分布を有するイオンビームを形成するための技術開発を進めているが、材料照射試験等で要求される高強度(1
10nA/cm
)でのビーム強度分布が調整時の低強度(約10pA/cm)の分布とは異なる場合があった。これは、通常ビーム調整に利用している蛍光板(三菱化学製DRZ-High)の発光強度が飽和しないようビーム電流を大幅に下げるために用いるアテネータ(多孔金属板)によってビームの位相空間分布が変化することに起因すると考えられる。そこで本研究では、様々なビーム強度においてリアルタイムでの強度分布調整を可能にするため、数10数100cmの大面積での利用が可能な蛍光体を探索した。実験では、10MeV陽子ビームを用いて、フッ化カルシウム結晶やポリエチレンナフタレートフィルム等の発光強度を調べた。その結果、これらの蛍光体がDRZ-Highと比べてより高い強度のビームで利用可能であり、複数の蛍光体を使い分けることによって、
nA/cmの広範な強度においてリアルタイムでのビーム調整が可能となった。
湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 石坂 知久; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 薄井 絢; 宮脇 信正; et al.
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.302 - 304, 2015/09
日本原子力研究開発機構のイオン照射施設TIARAでは4台の加速器により、材料・バイオ技術の研究開発への利用を主として、広範囲のエネルギー及び多様なイオン種のビームを提供している。本発表では2014年度のTIARAの稼働状況、保守・整備及び技術開発を報告する。保守・整備及び技術開発の主要な内容を以下に示す。サイクロトロンの高周波系において、ショート板用接触子に焼損が発生したため、接触子の交換及び焼損箇所の研磨を行うことで復旧させた。原因調査の結果、経年劣化によりフィードバックケーブルが断線しかかっていたため、不必要な高電圧が印加されたことが原因と判明した。サイクロトロン制御システムに関して、サポートが停止されたWindows XPをWindows 7に変更し、これに伴い制御システムを更新するとともに、トレンドグラフのログデータ保存機能、操作画面上の制御対象一括選択機能の付加など、各種機能を向上させた。Cイオンビームの計測に関して、複雑な二次荷電粒子を生成するCイオンビームの正確な電流測定のために、サプレッサー電極の構造を改良することで二次荷電粒子を十分捕集するファラデーカップを開発した。
百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 吉田 健一; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.236 - 238, 2015/06
A formation/irradiation technique of large-area uniform ion beams based on nonlinear focusing of multipole magnets has been developed for advanced research and efficient industrial applications at the AVF cyclotron facility of TIARA. The procedure of the uniform-beam formation is established as follows: First, an ion beam extracted from the cyclotron is multiply scattered with a self-supporting thin foil to smooth out the transverse beam intensity distribution into a Gaussian-like one, which is prerequisite to the formation of a highly uniform ion beam. Then, the tail of the distribution is folded into the inside by the nonlinear force of octupole magnets and the distribution is made uniform on a target. We have realized various uniform beams (over 100 cm in area) of H, C, Ar, and Xe ions with a typical uniformity below 10%. Such large-area uniform beams enabled the suppression of local target heating and efficient low-fluence irradiation, and are applied to a radiation degradation test of space-use solar cells and a study on functional materials to date.
百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.862 - 865, 2014/10
高崎量子応用研究所のイオン照射施設TIARAのAVFサイクロトロンでは、多重極電磁石を用いた非線形集束によって形成した均一ビームを照射利用に供するため、効率的なビーム形成技術の開発や利用環境の整備を進めている。照射条件に応じて2次元の大面積均一ビームや細長いリボン状の均一ビームを効率的に形成するため、主としてターゲット直前の2連四重極電磁石や多重極電磁石の磁場を調整するビーム形成手順をビーム光学計算に基づいて確立した。これに基づく実験により、これまでに陽子,ヘリウム,アルゴン,キセノン等の313MeV/uのビームで100cmを超える均一照射野が得られた。さらに、様々な利用形態に対応できるターゲットチェンバーを整備するとともに、大口径の薄膜窓を設置して大気中での均一照射を可能にした。本ビームは、照射野全体を同時に照射できるという、従来のスキャン方法では困難であった特長を持つことから、それが最大限活用できる機能性材料創製等の新たな量子ビーム応用研究での利用を開始した。
百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奥村 進
Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.3), p.4406106_1 - 4406106_4, 2014/06
The transformation and uniformization of the transverse beam intensity distribution by means of nonlinear focusing were investigated systematically for better understanding of the nonlinear focusing mechanism. In the theoretical analysis, the change in the on-target beam radius was derived when the Gaussian beam is focused with the octupole force. In the particle tracking simulation, the octupole-force dependence of the beam uniformity was revealed. It was also shown that a more uniform distribution was formed by a combination of the octupole and dodecapole forces. The present results are practically helpful for the design and operation of a uniform-beam irradiation system using multipole magnets. In the experiment at the JAEA AVF cyclotron, large-area square-like and elongated ribbon-like uniform intensity distributions were actually achieved for different utilization by adjusting the nonlinear beam optics including two octupole magnets.
百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 吉田 健一; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.138 - 142, 2014/06
原子力機構高崎量子応用研究所のイオン照射施設TIARAでは、イオンビーム利用研究に資するため、AVFサイクロトロンにおける重イオンの新たな大面積均一照射を目的に、多重極電磁石を用いた横方向ビーム強度分布の均一化に関する研究開発を行っている。本手法は、8極電磁石等の作る非線形集束力によりガウス型強度分布の裾野を内側へ折り畳むことで均一な強度分布を形成するもので、照射野全体を同時に均一照射できるという特長を持つ。サイクロトロンから引き出されるビームは複雑な横方向強度分布を有するが、均一ビーム形成の前提として、薄膜による多重クーロン散乱を利用したビーム強度分布のガウス様分布化を実現した。また、大面積ビームの面積や均一度の評価の手段にラジオクロミックフィルムが有用であることを、そのイオン照射応答を調べることにより明らかにした。これを用いて、核子あたり413MeVのアルゴンイオンビームに関して、均一ビームの形成を確認することに成功した。このようなビームは、超低フルエンスの効率的な均一照射を必要とするイオン穿孔膜創製の研究等に利用される予定である。
宮脇 信正; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 吉田 健一; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸
JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 158, 2014/03
A phase bunching effect in the central region of the JAEA AVF cyclotron has been investigated to obtain a narrow beam phase width necessary for extraction of a low energy spread beam. Simulation of a beam trajectory in the central region indicated that phase bunching was generated for the acceleration harmonic number (
) 2 and 3. The beam phase distribution of a 260 MeV 
Ne
( = 2) beam in the cyclotron was measured in order to experimentally confirm the phase bunching effect. As a result, reduction of the phase distributions from 
18.9 to 4 RF degrees was observed as consistent with the calculation results.
百合 庸介; 石坂 知久; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 727, p.40 - 45, 2013/11
被引用回数：3 パーセンタイル：26.71(Instruments & Instrumentation)Precise evaluation of the transverse intensity distribution of a large-area ion beam with various ion species at the AVF cyclotron is required for materials and biological researches at JAEA/Takasaki. The response characteristics of radiochromic films, Gafchromic HD-810 and EBT2, were, therefore, investigated using proton and several heavy-ion beams for developing a measurement technique of the transverse beam intensity distribution. The optical density of the films, read by general-purpose flat-bed scanners, increased linearly with the particle fluence of the beam in a low-fluence region. The linear-response range of the fluence was strongly dependent on ion species. The sensitivity of the film in terms of absorbed-dose response decreased for heavy-ion beams. The practical fluence range of the Gafchromic film for an ion beam of arbitrary energy was determined from the measurement result. Using the two types of Gafchromic films, we measured the relative intensity distribution and evaluated the size and uniformity of a large-area ion beam focused with multipole magnets. It was demonstrated that the present technique was useful for the measurement and evaluation of the ion-beam intensity distribution.
喜多村 茜; 八巻 徹也; 百合 庸介; 澤田 真一; 湯山 貴裕
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.47 - 50, 2013/11
被引用回数：1 パーセンタイル：11.54(Instruments & Instrumentation)The uniform-beam formation/irradiation system has been developed at TIARA. For the evaluation of the beam uniformity, the relative intensity distribution is obtained from the optical density change of a radiochromic film. However, the absolute fluence distribution cannot be estimated easily and precisely by the radiochromic film based on radiation-induced coloration. In this study, we microscopically evaluated the particle fluence distribution using the track-etching technique, which involves irradiation of a polymer with energetic heavy ions and chemical-etching of the resultant tracks. Relative standard deviation (RSD) value for the microscopic fluence distribution of the uniform beam on the PET film was agreed well with that determined by the radiochromic film. The uniform intensity distribution was realized in our uniform-beam formation system microscopically.
百合 庸介; 石坂 知久; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 25th North American Particle Accelerator Conference (NA-PAC '13) (Internet), p.1388 - 1390, 2013/09
Radiochromic films, Gafchromic HD-810 and EBT2, were investigated in terms of their response to energetic proton and heavy-ion beams in order to be applied to a measurement technique of the transverse beam intensity distribution at the cyclotron of JAEA. The optical density of the irradiated films increased linearly with the particle fluence of the beam in a low-fluence region. The linear-response range was strongly dependent on ion species as well as the film type. By analyzing the film response to absorbed dose, it was found that the sensitivity of the film decreased for a beam with higher linear energy transfer. Based on the linear response above, we could successfully evaluate the relative intensity distribution of a large-area ion beam focused with multipole magnets. It was demonstrated that the present technique was useful for the estimation of the size and uniformity of the ion beam.
石坂 知久; 今井 浩二*; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.594 - 596, 2013/08
TIARAサイクロトロンでは、多重極電磁石を用いた大面積均一ビーム形成照射技術の開発を進めている。形成されたビームの均一度や面積の評価にラジオクロミックフィルム線量計の一種であるガフクロミックフィルム(米国ISP社製)を用いた2次元相対強度分布計測を利用するため、イオンビーム照射によるフィルムの着色応答を調べた。ガフクロミックフィルムは、X線等を用いた線量分布評価に利用されているが、高解像度で大面積を評価でき取り扱いも容易である等の特長を有することから、イオンビームの強度分布の評価に利用可能と考えた。照射したフィルム(HD810, EBT2)をイメージスキャナで読み取りTIFF画像(16ビットRGB)に変換、RGB各成分に対応する吸光度を求めることでフルエンス応答曲線を作成した。3種類(10MeV 
H, 520MeV 
Ar、及び490MeV 
Xe)のビームに対する応答を調べた。520MeVのArビームをHD810フィルムへ照射した場合、B成分において3
10
個/cm
までのおよそ2桁のレンジのフルエンス範囲に対して吸光度が線形に増加することがわかった。
百合 庸介; 石坂 知久; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進; 喜多村 茜; 八巻 徹也; 澤田 真一
Proceedings of 1st International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2012) (Internet), p.531 - 533, 2013/06
In the TIARA cyclotron, it is required that transversely uniform ion beam formation by multipole magnets should be evaluated with the uniformity performance precisely. One of techniques developed for it is to measure the distribution of the beam intensity handily using Gafchromic radiochromic films. In order to obtain fluence ranges available, ion-beam irradiation experiments for the film calibration were performed for several ion species. The fluence range where the optical density increased linearly was overlapped with that required for irradiation in materials and biological research. Thus, the relative transverse intensity distribution could be measured with the films practically. Another technique using a polymer film with track-etched pores was tried to compare to the Gafchromic film measurement. The relative beam uniformity determined by the Gafchromic film method agreed with the relative standard deviation of the microscopic pore densities determined by the track-etching technique.
湯山 貴裕; 百合 庸介; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 1st International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2012) (Internet), p.246 - 248, 2013/06
A real-time beam profile measurement system was developed for efficient operation of a uniform-beam tuning by multipole magnets. This system consists of CCD cameras, two fluorescent screens (Gd
OS:Tb and AlO
:Cr) and an image analysis program based on LabVIEW. Available fluence rate and relative transverse intensity distribution could be obtained from the fluorescence in this system. The intensity distribution measured by the system agreed well with the relative intensity distribution obtained with a Gafchromic radiochromic film.
石坂 知久; 今井 浩二*; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 157, 2013/01
A research and development (R&D) study is now in progress on the heavy-ion uniform-beam formation using multipole magnets in TIARA. It is important to evaluate the quality of the uniform beam precisely for the R&D study and future applications. We have been, therefore, developing several techniques to measure the two-dimensional intensity distribution of a large-area ion beam expanded on the target. We here employed Gafchromic radiochromic films. The film, whose color turns blue due to radiation exposure, is widely used for dose evaluation in radiation therapy. It has various advantages such as high resolution, large area, relatively low-dose range. We thus expect that it can be applied to ion beams as well. The coloring response was investigated when the HD-810 and EBT2 films are irradiated with ion beams. It was found that the relative intensity distribution of various ion beams can be measured at practical fluence ranges using Gafchromic films.
