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論文

Radiation damage calculation in PHITS and benchmarking experiment for cryogenic-sample high-energy proton irradiation

岩元 洋介; 松田 洋樹; 明午 伸一郎; 佐藤 大樹; 中本 建志*; 吉田 誠*; 石 禎浩*; 栗山 靖敏*; 上杉 智教*; 八島 浩*; et al.

Proceedings of 61st ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2018) (Internet), p.116 - 121, 2018/07

放射線挙動計算コードPHITSにより放射線照射による材料損傷評価の基礎データを解析するため、入射粒子と核反応から生成する二次粒子によるターゲット1次はじき出し原子(PKA)のエネルギーを考慮した照射損傷モデルを開発した。このモデルを用いた解析により、100MeV以上の高エネルギー陽子による照射損傷において、二次粒子により生成したターゲットPKAの寄与が入射陽子によるPKAの寄与に比べて大きいことがわかった。また、高エネルギー陽子照射に対する照射損傷モデルを検証するため、サンプルを極低温まで冷却するギフォード-マクマフォン冷凍機を用いた陽子照射装置を開発した。本装置を用いて、125及び200MeV陽子を照射した銅とアルミニウムについて、はじき出し断面積に関連する極低温での欠陥に伴う電気抵抗率変化を測定した。実験値と計算値の比較の結果、欠陥生成効率を考慮したはじき出し損傷の計算値が実験値を良く再現することがわかった。

論文

Measurement of the displacement cross-section of copper irradiated with 125 MeV protons at 12 K

岩元 洋介; 義家 敏正*; 吉田 誠*; 中本 建志*; 阪本 雅昭*; 栗山 靖敏*; 上杉 智教*; 石 禎浩*; Xu, Q.*; 八島 浩*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 458, p.369 - 375, 2015/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.49(Materials Science, Multidisciplinary)

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの100MeV以上の陽子照射による材料損傷の計算手法を検証するため、極低温12Kの環境で125MeV陽子照射による銅の原子のはじき出し断面積に関係する電気抵抗率変化を測定した。実験にあたり、照射した銅サンプルを熱伝導に優れた無酸素銅板により冷却するため、Gifford-McMahon冷凍機を用いた極低温照射システムを開発した。照射サンプルは直径250$$mu$$m及び純度99.999%の銅線として、電気絶縁及び熱伝導に優れた2枚の窒化アルミニウムセラミック板で挟み込んだ。銅線の電気抵抗率変化は、四端子法を用いて測定した。京都大学FFAG施設でビームフルエンス1.45$$times$$10$$^{14}$$陽子/cm$$^{2}$$の125MeVの陽子を温度12Kで照射した結果、照射前の銅線の電気抵抗29.41$$mu$$$$Omega$$に対し、照射欠陥に伴う1.53$$mu$$$$Omega$$という微小な電気抵抗の増加を測定できた。また、PHITSコードを用いて、欠陥生成効率を考慮して銅のはじき出し断面積を算出し、電気抵抗率変化の測定結果から導出した値と比較した。その結果、PHITSの材料損傷の計算手法により、エネルギー100MeV以上の陽子照射による銅のはじき出し断面積を定量的によく再現することがわかった。

論文

Longitudinal beam dynamincs on 3 GeV PS in JAERI-KEK joint project

山本 昌亘; 田村 文彦; 絵面 栄二*; 橋本 義徳*; 森 義治*; 大森 千広*; Schnase, A.*; 高木 昭*; 上杉 智教*; 吉井 正人*

Proceedings of 8th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2002), p.1073 - 1075, 2002/00

JAERI-KEK統合計画大強度陽子加速器施設の3GeV陽子シンクロトロンにおいては、大強度養子ビームを加速するため、ビーム損失を押さえる方策が必要となる。縦方向ビーム運動については、空間電荷効果を提言するため高周波加速電圧に2倍高調波を重畳し、なおかつ運動量オフセットを持たせた入射ペインティング方式を採用することで、バンチングファクターを0.4まで改善できることを粒子追跡計算コードによって確認した。また、高周波加速システムに与えるビーム負荷の影響が強く、特に入射と取りだしの付近ではその影響が非常に大きくなるため、ビーム負荷補償システムを高周波加速システムに導入することを考えており、ビーム負荷補償が効果的に働くことを粒子追跡計算コードによって確認した。

論文

Digital RF feedforward systems for beam loading compensation in JKJ synchrotrons

田村 文彦; 山本 昌亘; 吉井 正人*; Schnase, A.*; 大森 千広*; 上杉 智教*

Proceedings of 8th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2002), p.2106 - 2108, 2002/00

JAERI-KEK統合計画(JKJ)のシンクロトロンにおけるビームローディング補償用の高速のディジタルRFフィード・フォワード・システムのコンセプト及びデザインを示す。JKJシンクロトロンは3及び50GeVの大強度陽子シンクロトロンであり、安定した加速のためにはビームローディング補償が必須である。ビームローディング補償はディジタルRFフィード・フォワード・システムによって実現される。この発表では、フィード・フォワード・システムのインプリメンテーションの詳細について述べる。システムは、ダウンコンバータ,ディジタルフィルター及びアップコンバータから構成される。フィルタは2つのインプリメンテーションが可能であり、1つはASICフィルタ・チップを使用し、また他方はFPGAを使用する。

論文

Particle-core analysis of dispersion effects on beam halo formation

池上 雅紀; 町田 慎二*; 上杉 智教*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, p.124201_1 - 124201_10, 1999/12

これまでのビームハロー形成過程の研究から、粒子-核共鳴によるビームハローの形成が、比較的ビーム密度の低い円形加速器においても起こる可能性があることがわかってきた。しかし円形加速器中におけるビームハロー形成過程を議論するためには、線形加速器中のビームハローの研究では考えてこられなかった偏向電磁石中での運動量分散の効果を評価することが不可欠である。本研究ではこのような観点から、従来線形加速器中のビームハローの研究に広く用いられてきた粒子-核モデルに運動量分散の効果をとり入れたモデルを構築し、そのモデルに基づいて円形加速器中でのハロー形成過程の研究を行った。この結果、運動量分散がある閾値を越えるときには分散整合を入射時にとらなければ強度の高い大きなハローが形成されうることがわかった。また分散整合をとったときに形成されるハローの大きさは線形加速器中よりもやや小さいとわかった。

口頭

125MeV陽子照射による銅のはじき出し断面積測定の検討

岩元 洋介; 吉田 誠*; 中本 建志*; 荻津 透*; 義家 敏正*; 阪本 雅昭*; 栗山 靖敏*; 上杉 智教*; 石 禎浩*; 森 義治*

no journal, , 

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの照射損傷計算手法を検証するため、京都大学原子炉実験所のFFAG加速器施設において、極低温下での高エネルギー陽子照射による銅のはじき出し断面積に関係する電気抵抗測定を行った。照射試料として、高熱伝導度、絶縁性を持つ窒化アルミ基板の上に、スパッタリングにより純度99.9%、厚さ0.2$$mu$$mの銅薄膜を形成し、試料の抵抗は4端子法を用いて測定した。照射中の試料の温度を測定するため、基板上に抵抗温度計を固定した。試料を7.3Kの極低温まで冷却し、125MeVの陽子を照射したところ、抵抗を常に20$$mu$$$$Omega$$程度の揺らぎで測定でき、かつビーム照射野の温度計も正常に動作することがわかった。以上のように、放射線照射による材料損傷を実験的に評価するため、高エネルギー陽子照射環境下で極低温での欠陥に伴う電気抵抗の増加と試料温度を測定する手法を確立した。今後、PHITSを用いて試料以外の生成粒子の損傷への寄与、加熱による点欠陥の回復等を検討する。

口頭

極低温下での陽子照射による銅の電気抵抗変化測定のための装置開発

岩元 洋介; 義家 敏正*; 吉田 誠*; 中本 建志*; 阪本 雅昭*; 栗山 靖敏*; 上杉 智教*; 石 禎浩*; Xu, Q.*; 八島 浩*; et al.

no journal, , 

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの100MeV以上の陽子照射による材料損傷の計算手法を検証するため、極低温の環境下ではじき出し断面積と相関する陽子照射欠陥に伴う電気抵抗増加を測定する装置を開発した。サンプルは、直径20mmのビーム範囲に収まるように波状にした純度99.999%の銅線(直径250$$mu$$m、長さ152mm)を、2枚の高熱伝導度及び絶縁性を持つ窒化アルミ基板(縦30mm、横25mm、厚さ1.5mm)で挟み込む構造とし、1,000$$^{circ}$$Cで1時間かけて焼鈍した。その後、サンプルは無酸素銅板とGM冷凍機を介した熱伝導により冷却した。試料の抵抗は、四端子法を用いて$$pm$$10mA出力の電流源(Keithley社製6221型)とナノボルトメータ(2182A型)の組み合わせによるデルタモードで計測した。本装置により、サンプルを11Kまで冷却し、その温度における銅の電気抵抗は常温における値の約1/1800となり、照射欠陥に伴う微小な電気抵抗増加の測定が可能であることを確認した。そこで、本装置を用いて、125MeV陽子を11K、電気抵抗29.41$$mu$$ $$Omega$$のサンプルに、1.45$$times$$10$$^{14}$$(個/cm$$^{2}$$)照射したところ、1.53$$mu$$ $$Omega$$の欠陥に伴う電気抵抗の増加を観測できた。

口頭

Measurement of the damage rate of copper irradiated with 125 MeV protons at 12 K and comparison with calculated result with the PHITS code

岩元 洋介; 義家 敏正*; 吉田 誠*; 中本 建志*; 阪本 雅昭*; 栗山 靖敏*; 上杉 智教*; 石 禎浩*; Xu, Q.*; 八島 浩*; et al.

no journal, , 

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの材料損傷の計算手法を検証するため、京大炉FFAG施設において極低温12Kの環境下で125MeV陽子照射による銅の原子のはじき出し断面積に関係する照射損傷率(電気抵抗率変化/粒子フルエンス)を測定した。照射サンプルは直径250$$mu$$m及び純度99.999%の銅線とし、これを熱伝導により冷却した。ビームフルエンス1.45$$times$$10$$^{18}$$ protons/m$$^{2}$$の125MeV陽子を温度12Kで照射した結果、照射前の銅線の電気抵抗29.41$$mu$$$$Omega$$に対し、照射欠陥に伴う1.53$$mu$$$$Omega$$という微小な電気抵抗の増加を測定できた。他の実験値との比較の結果、本測定による照射損傷率は、1.1GeV陽子による照射損傷率と同程度であること、14MeV中性子による照射損傷率の約1.4倍であることがわかった。また、PHITSコードを用いて、欠陥生成効率の有無による銅のはじき出し断面積を算出し、照射損傷率の測定結果から導出した値と比較した。その結果、実験値は欠陥生成効率を含まない計算値より約2.5倍小さく、欠陥生成効率を含む計算値に比べて約1.4倍小さいことがわかり、PHITSに欠陥生成効率を導入することで、実験値をより良く再現することがわかった。

口頭

核変換による高レベル放射性廃棄物の大幅な低減・資源化; 高強度負ミュオン生成法MERITの原理実証試験の現状

岡部 晃大; 吉本 政弘; 石 禎浩*; 上杉 智教*; 栗山 靖敏*; 金正 倫計; 谷口 秋洋*; 佐藤 朗*; 三宅 康博*; 森 義治*

no journal, , 

長寿命核分裂生成物の安定核種への変換と再利用を目的としたミュオン核変換を実現するための最重要課題である高効率ミュオン生成法についての研究開発を行っている。この生成法として、ビーム加速と貯蔵が両立可能なエネルギー回復型内部標的方式を用いたミュオン生成法: MERIT(Meson production Energy Recovery Internal Target)リングの研究開発を進めている。本研究では、MERIT法による高効率・大強度の負ミュオン生成法についてそのフィジビリティについて研究し、それらに基づきMERITミュオン生成法の根幹技術である1次ビームの加速ならびに貯蔵の両立について、その基本原理実証を行う。本発表ではMERIT原理検証試験の現状について報告する。(本研究は、総合科学技術・イノベーション会議により制度設計された革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)により、科学技術振興機構を通して委託されたものである。)

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