Feasibility of local fast ion distribution function measurement on JT-60U by means of neutral heating beams

Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀

Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07

JT-60では、イオンサイクロトロン波を用いた少数イオン加熱によってMeV領域まで加速されたイオンは、水素様の軽元素不純物イオンとの荷電交換によって中性化され、プラズマを飛び出して中性粒子分析器で検出される。中性粒子ビーム(NB)との荷電交換で生成される水素様の不純物イオンは、トロイダル方向に動き、分析器の視線を横切る。そのため、NBが分析器の視線を横切らなくても、NBは分析器信号を増大させる。不純物イオンは、トロイダル方向及びポロイダル方向に動くため、分析器の視線に対する各々のビームの寄与を注意深く取り扱うモデルを開発してきた。JT-60では、NBは多様なトロイダル位置から異なった角度でプラズマに入射される。この論文では、各々のNBからの分析器信号への寄与を評価することにより、異なる半径から放出される中性粒子を区別でき、その結果、局所的なエネルギー分布を測定できることを示す。NBによって生成される水素様不純物イオンの空間分布を計算するため、トカマクの配位やNB入射を正確に取り入れ、ビームのプラズマ中での減衰,不純物イオンのトカマク磁場中での運動,プラズマイオンや中性粒子との衝突を取り扱うことができるモンテカルロコードを開発した。

保障措置環境試料分析法の開発とその現状

間柄 正明; 半澤 有希子; 江坂 文孝; 宮本 ユタカ; 安田 健一郎; 鶴田 保博; 津田 申士; 渡部 和男; 臼田 重和; 西村 秀夫; et al.

核物質管理学会日本支部第20回記念大会論文集, p.183 - 187, 1999/11

保障措置環境試料分析法は、IAEAの「93+2」計画に基づく保障措置の強化・効率化策の有効な手法の一つで、施設の内外で採取した試料中の極微量の核物質を分析することにより未申告施設や未申告活動を探知しようとするものである。原研は、科学技術庁の要請に基づき、保障措置環境試料分析技術の開発を行っている。主要開発項目は、バルク分析技術、パーティクル分析技術及びスクリーニング技術である。バルク分析では、土壌や植物などの試料を化学処理の後、誘導結合プラズマ質量分析装置や表面電離型質量分析装置を用いて、極微量含まれるウランやプルトニウムの定量及び同位体比測定を行う。パーティクル分析では、二次イオン質量分析装置を用いてスワイプ試料中のウランやプルトニウムを含む微粒子一個一個について、それらの同位体比測定を行う。これらの核物質量は極微量であり、現在建設中のクリーンルームを備えた実験施設で行う計画である。スクリーニング技術では、核物質等によるクリーンルームの汚染を避けるため、試料搬入に先立ち含まれる核物質量を推定する。今回は、開発中の手法の紹介とその現状について報告する。

Alfven eigenmode and energetic particle research in JT-60U

木村 晴行; 草間 義紀; 三枝 幹雄*; Kramer, G. J.*; 飛田 健次; 根本 正博; 近藤 貴; 西谷 健夫; O.DaCosta*; 小関 隆久; et al.

Nuclear Fusion, 38(9), p.1303 - 1314, 1998/09

https://doi.org/10.1088/0029-5515/38/9/304

JT-60Uにおけるアルヴェン固有モード、高速イオンの閉じ込め、高速イオンの計測に関する最近の研究成果を発表する。負磁気シア放電では、輸送障壁に強い密度勾配が伴う場合はTAEモードは安定である。密度勾配がゆるいと、多数のTAEモードが安全係数のピッチ極小点付近に現れ、かつ大きな周波数変化(f~90kHz)が見られる。低q正磁気シア放電ではTAEモードの位置が電流分布の時間発展に伴い、q=1面の外側から内側へと変化する。q=1面の内側に多数の高nモードが存在するときのみMeVイオンの個数が顕著に減少する。負磁気シア放電では、トリトンの燃焼率がかなり劣化する。軌道追跡モンテカルロ計算によれば、トリトンの損失増大の原因はリップル損失である。負磁気シア放電のICRF加熱時の高速イオンの蓄積エネルギーは正磁気シア放電に匹敵する。その他、MeV中性子分析器、線計測等の開発成果を述べる。

Neutral particle analyzer with energy range up to 4MeV for both alpha particles and protons

草間 義紀; 根本 正博; Afanassiev, V. I.*; Kozlovskij, S. S.*; Petrov, S. Y.*; 佐藤 稔; 森岡 篤彦; 塚原 美光; A.I.Kislyakov*; M.P.Petrov*; et al.

Fusion Engineering and Design, 34-35, p.531 - 534, 1997/03

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(96)00583-2

原研とロシア・ヨッフェ研究所との協力により、中性粒子分析器の測定エネルギー範囲の拡大と中性子ノイズの低減に成功した。粒子種を分離するために通常は磁場と同方向に印加する電場の方向を逆転した運転方法の採用とその方向に検出器列を新たに配置したことにより、2MeVに制限されていた陽子に対するエネルギー範囲を4MeVに拡大した。また、中性子ノイズの低減により負イオン源NBIで生成される0.5MeVのイオンを精度良く測定するため、各検出器のエネルギー範囲に適したシンチレータの厚さを選んだ。10mに統一していた厚さを、最も薄いもので2mとしたことにより、中性子に対する感度を1桁以上低減できた。サイクロトロン等を用いた較正及びJT-60Uにおける中性水素粒子のエネルギー分布測によって、本分析器の性能を確認した。

Charge-exchange neutral particle measurement of MeV energy range on JT-60U

草間 義紀; 根本 正博; 佐藤 稔; 塚原 美光; 飛田 健次; 竹内 浩; S.Petrov*; Afanassiev, V. I.*; Kozlovskij, S. S.*; A.Kislyakov*; et al.

Review of Scientific Instruments, 66(1), p.339 - 341, 1995/01

https://doi.org/10.1063/1.1146405

JT-60Uにおいてアルファ粒子等のMeV領域のイオンの閉じ込めに関する研究を行うため、これらの粒子を測定する荷電交換中性粒子分析器をロシア・ヨッフェ研究所と協力して開発し、JT-60Uに設置した。当論文では、この分析器の特性と性能、較正実験結果、JT-60Uにおける配置と初期運転の結果について述べる。分析器のエネルギー範囲はアルファ粒子に対して0.5~4MeV、検出器数は8である。検出器はCsI(Tl)シンチレータと光電子増倍管を組み合わせたものである。この分析器の大きな特徴は、中性子及び線のノイズを除去するため、データ収集系に波高分析を取り入れた点である。波高分析システムを有効に用いるため、サイクロトロン、アルファ粒子線源を用いて粒子のパルス波高のエネルギー依存性等を詳細に調べ、この波高分析システムの有用性をJT-60Uの重水素実験で確認した。

Direct measurement of MeV-range atomic hydrogen using a charge-exchange neutral particle analyzer in ICRF-heated JT-60U plasmas

草間 義紀; Afanassiev, V. I.*; S.Y.Petrov*; 根本 正博; 木村 晴行; 森岡 篤彦; 佐藤 稔; 塚原 美光; 三枝 幹雄; 近藤 貴; et al.

JAERI-Research 94-036, 9 Pages, 1994/10

JAERI-Research-94-036.pdf:0.51MB

JT-60Uにおいてアルファ粒子等のMeV領域のイオンの閉じ込めに関する研究を行うため、ロシア・ヨッフェ研究所と協力して荷電交換中性粒子分析器を開発し、JT-60Uに設置した。当報告書は、この分析器を用いて得られた最初の測定結果について述べる。重水素ビームとイオンサイクロトロン周波数(ICRF)波を用いた加熱実験で、ICRF波で加速されてできるMeV領域の水素原子(H°)の測定を行った。検出器には、H°の他に中性子及びガンマ線がノイズとして受かった。これらのノイズと粒子信号を分離することを目的にデータ収集系に導入した波高分析(PHA)システムによって、中性子及びガンマ線によるノイズとH°の信号を分離することに成功した。H°のピークの部分のカウント数を足し合わせることによって、H°粒子束の時間変化を容易に得ることができた。

JAERI magnetic spectrograph for heavy-ion research

杉山 康治; 鹿園 直基; 池添 博; 池上 栄胤*

Nuclear Instruments and Methods, 187, p.25 - 35, 1981/00

原研タンデム加速器を用いた重イオン核反応の研究のために反応粒子分析磁石装置が設計された。この装置は4極(Q)-多極(M1)-2極(D1)-多極(M2)-2極(D2)-多極(M3) 電磁石の組み合せで構成されている。重イオン核反応で放出される種々の粒子の質量の同定のため粒子の放出角度による軌道差が小さく取られ、飛行時間の測定によって質量数200以上の粒子の質量の弁別が可能である。又16msrまでの大立体角に対して運動量分解能が1/7000より良いという高分解能が期待できる。重イオン核反応では放出角度による粒子の運動エネルギーの違いが大きいためその運動学補正が必要とされるが、非常に大きい範囲にわたってその補正が可能である。

超極微量プルトニウムとウランの同位体組成分析技術の開発

安田 健一郎; 鈴木 大輔; 富田 純平; 富田 涼平; 宮本 ユタカ

no journal, , 

粒子の形状が観察できないほど極微小なプルトニウムやウラン及びプルトニウムが混在している粒子の、ウランやプルトニウムの同位体比を効率的に測定する手法の開発がIAEAの行う保障措置活動において求められている。本研究グループではそのニーズに対応するため、両元素の存在を視覚的に判別するトラック法に基づく手法と、同位体組成の分析中に粒子の加熱温度を変えることで化学分離を用いることなく表面電離型質量分析法(TIMS法)によって同位体組成を高精度に分析する連続加熱昇温法を開発した。トラック法において、それぞれの元素に対して特徴的に反応する検出材を使うことで、粒子がどの元素を含んでいるのかを視覚的に判別するだけでなく、1つの粒子を検出・採取し測定時に元素分離することで、効率的かつ手軽に両元素の同時分析を可能にした。本発表では、開発した技術の概要とそれに基づく測定の例を報告する。