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論文

Development of strength evaluation method of ceramic reactor for iodine-sulfur process and hydrogen production test in Japan Atomic Energy Agency

竹上 弘彰; 野口 弘喜; 田中 伸幸; 岩月 仁; 上地 優; 笠原 清司; 今井 良行; 寺田 敦彦; 久保 真治

Nuclear Engineering and Design, 360, p.110498_1 - 110498_6, 2020/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:32.7(Nuclear Science & Technology)

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉を熱源として利用する熱化学法ISプロセスによる水素製造法の研究開発を行っている。ISプロセスの実用化に向けて、主要反応器について耐食性及び処理性能に関する信頼性評価を完了し、これらの成果を基に、全系を実用工業材料で製作した100NL/h-H$$_{2}$$規模の連続水素製造試験装置を完成させた。本報では、連続水素製造試験でのヨウ化水素溶液の安定的な送液技術を開発することで、水素製造時間を8時間から31時間に延伸することに成功した。また、セラミクス試験体の破壊試験データを用い、セラミックス構造体の強度推定式を作成することができた。

論文

Inverse odd-even staggering in nuclear charge radii and possible octupole collectivity in $$^{217,218,219}$$At revealed by in-source laser spectroscopy

Barzakh, A. E.*; Cubiss, J. G.*; Andreyev, A. N.; Seliverstov, M. D.*; Andel, B.*; Antalic, S.*; Ascher, P.*; Atanasov, D.*; Beck, D.*; Biero$'n$, J.*; et al.

Physical Review C, 99(5), p.054317_1 - 054317_9, 2019/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:34.29(Physics, Nuclear)

Hyperfine-structure parameters and isotope shifts for the 795-nm atomic transitions in $$^{217,218,219}$$At have been measured at CERN-ISOLDE, using the in-source resonance-ionization spectroscopy technique. Magnetic dipole and electric quadrupole moments, and changes in the nuclear mean-square charge radii, have been deduced. A large inverse odd-even staggering in radii, which may be associated with the presence of octupole collectivity, has been observed. Namely, the radius of the odd-odd isotope $$^{218}$$At has been found to be larger than the average.

論文

Current R&D status of thermochemical water splitting hydrogen production iodine-sulfur process in Japan Atomic Energy Agency, 1; Hydrogen production test and component development

竹上 弘彰; 野口 弘喜; 田中 伸幸; 岩月 仁; 上地 優; 笠原 清司; 今井 良行; 寺田 敦彦; 久保 真治

Proceedings of 9th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2018) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2018/10

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉を熱源として利用する熱化学法ISプロセスによる水素製造法の研究開発を行っている。ISプロセスの実用化に向けて、主要反応器について耐食性及び処理性能に関する信頼性評価を完了し、これらの成果を基に、全系を実用工業材料で製作した100NL/h-H$$_{2}$$規模の連続水素製造試験装置を完成させた。本報では、これらのISプロセスの研究開発について、連続水素製造試験及び機器開発の現状・成果について報告する。

論文

Studies of high density baryon matter with high intensity heavy-ion beams at J-PARC

佐甲 博之; 原田 寛之; 坂口 貴男*; 中條 達也*; 江角 晋一*; 郡司 卓*; 長谷川 勝一; Hwang, S.; 市川 裕大; 今井 憲一; et al.

Nuclear Physics A, 956, p.850 - 853, 2016/12

 被引用回数:10 パーセンタイル:28.06(Physics, Nuclear)

We are designing a large acceptance heavy-ion spectrometer at J-PARC based on a Toroidal magnet to measure hadrons, lepton pairs, and event-by-event fluctuations. We are also designing a closed geometry spectrometer to measure hypernuclei to study weak decays and magnetic moments. In this presentation, the preliminary version of the designed acceleration scheme, as well as the spectrometers and their expected performance and physics results are presented.

論文

Direct measurement of nanoscale lithium diffusion in solid battery materials using radioactive tracer of $$^{8}$$Li

石山 博恒*; Jeong, S.-C.*; 渡辺 裕*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; Jung, H. S.*; 宮武 宇也*; 小柳津 充広*; 長 明彦; 乙川 義憲; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 376, p.379 - 381, 2016/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:33.74(Instruments & Instrumentation)

We have developed an in situ and nanoscale Li diffusion measurement method in Li battery materials using an $$alpha$$-emitting radioactive $$^{8}$$Li tracer. In this method, while implanting a low-energy (8 keV) $$^{8}$$Li beam, the $$alpha$$ particles emitted at a small angle (10$$^{circ}$$) relative to the sample surface were detected as a function of time. Measurement for Li diffusion coefficients in a spinel phase LiMn$$_4$$O$$_4$$ (LMO) thin film has been started, which is used as an electrode in a Li ion secondary battery. An obvious Li diffusion effect in LMO was observed at the sample temperature of 623 K, and the further measurement is underway.

論文

Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology

西内 満美子*; 榊 泰直*; Esirkepov, T. Zh.*; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; Pirozhkov, A. S.*; 匂坂 明人*; et al.

Plasma Physics Reports, 42(4), p.327 - 337, 2016/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:41.97(Physics, Fluids & Plasmas)

ペタワットレーザーと原子核物理学の技術を組み合わせることで、エキゾチック原子核の性質の測定を決定的に可能にする。数値シミュレーションとレーザー駆動実験により、我々は論文、西内等、Phys. Plasmas 22, 033107 (2015)で提案された「レーザー駆動エキゾチック核抽出-加速法」の展望について紹介する。この方法の特徴は、(1)フェムト秒ペタワットレーザーを、外部イオンビームによって破砕された原子核標的に照射し、(2)そして生成された短寿命の重エキゾチック原子核を数GeVの多価電荷としてまとめて一気に加速する、という画期的な方法である。

論文

Progress of divertor simulation research toward the realization of detached plasma using a large tandem mirror device

中嶋 洋輔*; 武田 寿人*; 市村 和也*; 細井 克洋*; 大木 健輔*; 坂本 瑞樹*; 平田 真史*; 市村 真*; 池添 竜也*; 今井 剛*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 463, p.537 - 540, 2015/08

 被引用回数:17 パーセンタイル:9.39(Materials Science, Multidisciplinary)

A divertor simulation experimental module (D-module) with a V-shaped divertor target is installed in the west end-sell in GAMMA 10 large tandem mirror device, and a hydrogen plasma irradiation experiment to the target have been started to investigate radiation cooling mechanism on the target. A gas injection system is installed in the D-module and Langmuir probe and calorie meter array are mounted on the target plate. During the plasma irradiation, the highest electron density of 2.4 $$times$$ 10$$^{18}$$ m$$^{-3}$$ and a significant reduction of the electron temperature from a few tens of eV to 2 eV are achieved on the target plate by hydrogen and noble gas injection into the D-module.

論文

Equilibrium and non-equilibrium charge-state distributions of 2.0 MeV/u carbon ions passing through carbon foils

今井 誠*; 左高 正雄*; 松田 誠; 岡安 悟; 川面 澄*; 高廣 克己*; 小牧 研一郎*; 柴田 裕実*; 西尾 勝久

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.172 - 176, 2015/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:30.41(Instruments & Instrumentation)

炭素薄膜通過後の2.0MeV/uの炭素イオンについて平衡状態および非平衡状態の両方の電荷分布を実験的に調べた。測定された電荷状態分布は、10$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで平衡に達し、これは98$$mu$$g/cm$$^{2}$$の最大標的厚さまで変化しなかった。平衡電荷分布、平衡平均電荷、および平衡分布の幅と傾きを、ETACHAコードを含むシミュレーション結果だけでなく、既存の半経験式を用いた予測と比較した。C$$^{2+}$$, C$$^{3+}$$, C$$^{4+}$$入射イオンの電荷分布, 平均電荷状態および分布幅は、平衡前の領域で5.7$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで準平衡値に合流し、そして同じ速度での硫黄イオンで既に示されているように、C$$^{5+}$$およびC$$^{6+}$$イオンを含む全ての初期荷電状態についての真の平衡値に到達している。ETACHAと単一電子移動のみを考慮したレート方程式の2種類のシミュレーションを使用することで、測定された電荷状態の変化を定性的に再現した。準平衡な挙動はETACHAコードで再現できるが、初歩的なレート方程式では再現できない。

論文

Acceleration of highly charged GeV Fe ions from a low-Z substrate by intense femtosecond laser

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T.*; Faenov, A.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; 佐甲 博之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033107_1 - 033107_8, 2015/03

 被引用回数:57 パーセンタイル:1.65(Physics, Fluids & Plasmas)

200TWの超高強度レーザーパルスをミクロンメートルのアルミの薄膜に鉄の不純物を混ぜたターゲットに照射することで、ほぼフルストリップに近い鉄のイオンが0.9GeVで加速された。低エミッタンスで、重いイオンのビームが高いQ/Mで得られることは、いろいろな分野への応用が考えられ、例えば、既存加速器技術との融合によってコンパクトなRIイオン源の開発が考えられる。

論文

Nanoscale diffusion tracing by radioactive $$^{8}$$Li tracer

石山 博恒*; Jeong, S.-C.*; 渡辺 裕*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; 宮武 宇也*; 小柳津 充広*; 片山 一郎*; 長 明彦; 乙川 義憲; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 53(11), p.110303_1 - 110303_4, 2014/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:76.95(Physics, Applied)

We have developed a nanoscale diffusion measurement method using an $$alpha$$-emitting radioactive $$^{8}$$Li tracer. In this method, while implanting a pulsed 8 keV $$^{8}$$Li beam, the $$alpha$$ particles emitted at a small angle (10$$^{circ}$$) relative to the sample surface were detected as a function of time. The method has been successfully applied to measuring lithium diffusion coefficients for an amorphous Li$$_{4}$$SiO$$_{4}$$-Li$$_{3}$$VO$$_{4}$$ (LVSO) thin film with a thickness of several hundred nanometers, demonstrating that the present method is sensitive to diffusion coefficients down on the order of 10$$^{-12}$$cm$$^{2}$$/s, which is more sensitive by about two orders of magnitude than that previously achieved.

論文

Towards the heavy-ion program at J-PARC

佐甲 博之; 中條 達也*; 郡司 卓*; 原田 寛之; 今井 憲一; 金田 雅司*; 金正 倫計; Liu, Y.*; 永宮 正治; 西尾 勝久; et al.

Nuclear Physics A, 931, p.1158 - 1162, 2014/11

 被引用回数:19 パーセンタイル:19.05(Physics, Nuclear)

J-PARCで将来計画として重イオンプログラムが議論されている。計画の主目的はウラン等の核子当たりのエネルギー約10GeVの重イオンビームを用いた高バリオン密度におけるQCD相図の探索である。特に電子,ミュオンの研究、多重ストレンジ粒子やチャーム粒子等の希粒子の探索に重点を置く。重イオンの加速機構として、新重イオン線形加速器とブースターリングを既存の3GeV RCSシンクロトロンや30GeVメインシンクロトロンと組み合わせる設計を議論している。重イオン計画の概要と、加速機構の設計、物理の目的と実験装置の概念設計について報告する。

論文

Development of divertor simulation research in the GAMMA 10/PDX tandem mirror

中嶋 洋輔*; 坂本 瑞樹*; 吉川 正志*; 大木 健輔*; 武田 寿人*; 市村 和也*; 細井 克洋*; 平田 真史*; 市村 真*; 池添 竜也*; et al.

Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 8 Pages, 2014/10

In the large tandem mirror device GAMMA 10/PDX, a divertor simulation experimental module (D-module) with a V-shaped divertor target have been installed in the end-mirror. A massive gas injection of hydrogen and noble gases (argon and xenon) into the D-module during hydrogen plasma irradiation onto the target was performed, and plasma detachment from the target was investigated. Electron temperature measured by Langmuir probe array on the target was significantly reduced from a few tens of eV to $$<$$ 3 eV, and particle flux was also reduced. A bright H$$alpha$$ emission in the upstream region of the D-module and strong reduction near the target were observed by a two-dimensional image of H$$alpha$$ emission in the target observed with a high-speed camera. Molecular activated recombination (MAR) process is expected to contribute to the reduction of the electron temperature and the particle flux.

論文

Components development for sulfuric acid processing in the IS process

野口 弘喜; 久保 真治; 岩月 仁; 笠原 清司; 田中 伸幸; 今井 良行; 寺田 敦彦; 竹上 弘彰; 上地 優; 小貫 薫; et al.

Nuclear Engineering and Design, 271, p.201 - 205, 2014/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:46.7(Nuclear Science & Technology)

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉の核熱を用いて水から水素を製造する熱化学法ISプロセスの研究開発を進めており、特に、ISプロセス機器の信頼性確証及びプロセス簡素化に向けた研究開発を行っている。ISプロセス機器の信頼性確証の一環として、硫酸工程の主要機器である硫酸分解器について、熱交換部をSiCセラミックス、マニフォールド部をグラスライニング材で構成されたバイヨネット型硫酸分解器を試作し、その製作性を示した。また、硫酸工程のプロセス簡素化が可能な直接接触熱交換器の設計に必要となる物質移動係数の測定方法を検討し、濡れ壁塔を用いた試験装置を設計・製作した。製作した試験装置を用いて水の物質移動係数を測定し、実験相関式と比較することにより試験装置の妥当性を確認し、硫酸の物質移動係数の測定準備が完了した。

論文

大面積イオンビームの2次元強度分布測定のためのガフクロミックフィルムの校正

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 $$^{1}$$H, 520MeV $$^{40}$$Ar、及び490MeV $$^{129}$$Xe)のビームに対する応答を調べた。520MeVの$$^{40}$$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$$times$$10$$^{9}$$個/cm$$^{2}$$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。

論文

地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域解析手法に関する提案; 岩石の不飽和浸透パラメータと空洞壁面境界条件の設定方法

今井 久*; 雨宮 清*; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀; 三枝 博光; 渡邉 邦夫*

土木学会論文集,C(地圏工学)(インターネット), 69(3), p.285 - 296, 2013/07

放射性廃棄物の地層処分や液化石油ガスの地下貯蔵においては、地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域の把握やその適切な管理が要求される。岩盤内不飽和領域の把握や管理に際しては岩盤内の浸透流解析が必要で、この解析では岩盤の不飽和特性の設定、掘削状況に応じた空洞壁面への適切な境界条件の設定という二つの課題が存在する。著者らは岩盤の不飽和特性の測定方法として土壌に対する方法を応用し、水分特性曲線及び比透水係数の測定方法を考案、また、浸透流解析の境界条件設定に関しては、固定水位境界と固定流量境界を合わせたハイブリッド境界を考案した。考案した測定方法を室内試験に適用、ハイブリッド境界条件を仮想モデルに対して適用し、これらの適用性を確認するとともに、地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域の評価解析手法を提示した。

論文

Development of multi-purpose MW gyrotrons for fusion devices

南 龍太郎*; 假家 強*; 今井 剛*; 沼倉 友晴*; 遠藤 洋一*; 中林 英隆*; 江口 濯*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 吉村 泰夫*; et al.

Nuclear Fusion, 53(6), p.063003_1 - 063003_7, 2013/06

The latest development achievements in University of Tsukuba of over-1 MW power level gyrotrons required in the present-day fusion devices, GAMMA 10, LHD, QUEST, Heliotron J and NSTX are presented. The obtained maximum outputs are 1.9 MW for 0.1 s on the 77 GHz LHD tube and 1.2 MW for 1 ms on the 28 GHz GAMMA 10 one, which are new records in these frequency ranges. In long pulse operation, 0.3 MW for 40 min at 77 GHz and 0.54 MW for 2 s at 28 GHz were achieved. A new program of 154 GHz 1 MW development has started for high density plasma heating in LHD. On the first 154 GHz tube, 1.0 MW for 1 s was achieved. As a next activity of 28 GHz gyrotron, we have already carried out the development of over-1.5 MW gyrotron and design study of the 28 GHz cavity and mode converter has shown the possibility of 2 MW level output and CW operation with several hundred kW. Besides, a new design study of dual frequency gyrotron at 28 GHz and 35 GHz has been started, which indicates the practicability of the multi-purpose gyrotron.

論文

Development of multi-purpose MW gyrotrons for fusion devices

南 龍太郎*; 假家 強*; 今井 剛*; 沼倉 友晴*; 遠藤 洋一*; 中林 英隆*; 江口 濯*; 下妻 隆*; 久保 伸*; 吉村 泰夫*; et al.

Nuclear Fusion, 53(6), p.063003_1 - 063003_7, 2013/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:43.03(Physics, Fluids & Plasmas)

The latest development achievements in the University of Tsukuba of over-1 MW power level gyrotrons required in present-day fusion devices, GAMMA 10, Large Helical Device (LHD), QUEST, Heliotron J and NSTX, are presented. The obtained maximum outputs are 1.9 MW for 0.1 s on the 77 GHz LHD tube and 1.2 MW for 1ms on the 28 GHz GAMMA10 one, which are new records in these frequency ranges. In long-pulse operation, 0.3 MW for 40 min at 77 GHz and 0.54 MW for 2 s at 28 GHz are achieved. A new programme of 154 GHz 1 MW development has started for high-density plasma heating in LHD. On the first 154 GHz tube, 1.0 MW for 1 s is achieved. As a next activity of the 28 GHz gyrotron, an over-1.5 MW gyrotron is designed and fabricated to study the multi-MW oscillation. The possibility of 0.4 MW continuous wave and 2 MW level output in operations of a few seconds, after the improvements of output window and mode converter, is shown. Moreover, a new design study of dual-frequency gyrotron at 28 and 35 GHz has started, which indicates the practicability of the multi-purpose gyrotron.

論文

Measurement of the first ionization potential of astatine by laser ionization spectroscopy

Rothe, S.*; Andreyev, A. N.*; Antalic, S.*; Borschevsky, A.*; Capponi, L.*; Cocolios, T. E.*; De Witte, H.*; Eliav, E.*; Fedorov, D. V.*; Fedosseev, V. N.*; et al.

Nature Communications (Internet), 4, p.1835_1 - 1835_6, 2013/05

 被引用回数:68 パーセンタイル:4.7(Multidisciplinary Sciences)

The radioactive element astatine exists only in trace amounts in nature. Its properties can therefore only be explored by study of smallest quantities of artificially produced isotopes or by performing theoretical calculations. One of the most important properties influencing the chemical behaviour is the energy required to remove one electron from the valence shell, referred to as the ionization potential (IP). Here we use laser spectroscopy to probe the optical spectrum of astatine near the ionization threshold. The observed series of Rydberg states allowed the deduction of the IP of the astatine atom for the first time. New ab initio calculations were performed to support the experimental result. The measured value of IP(At) serves as a benchmark for quantum chemistry calculations of the properties of astatine as well as for the theoretical prediction of the ionization potential of super-heavy element 117, the heaviest homologue of astatine.

報告書

ブンゼン反応溶液の密度及びポリヨウ化水素酸の粘性率

久保 真治; 吉野 公二*; 武本 純平*; 笠原 清司; 今井 良行; 小貫 薫

JAEA-Technology 2012-037, 20 Pages, 2013/01

JAEA-Technology-2012-037.pdf:17.29MB

熱化学水素製造法ISプロセスにかかわる物性データベース整備の一環として、ブンゼン反応溶液である硫酸相溶液及びヨウ化水素相溶液の密度データを取得した。濃度0$$sim$$45wt%の硫酸及び同液に(I$$_{2}$$+HI)を0$$sim$$2mole%混入させた模擬硫酸相溶液、また、ポリヨウ化水素酸(I$$_{2}$$: 0$$sim$$17mole%, HI: 1$$sim$$15mole%)及び同液にH$$_{2}$$SO$$_{4}$$を0$$sim$$2mole%混入させた模擬ヨウ化水素相溶液について、振動式密度計を用いて、5$$sim$$60$$^{circ}$$Cの温度範囲の密度を測定した。さらに、測定データの解析から、いずれの溶液についても、新たに定義したヨウ素原子分率を用いることにより、ヨウ素及びヨウ化水素の濃度が液密度に与える効果を統一的に表現できることを見いだし、この知見をもとに、組成及び温度から密度を推算する実験式を得た。また、これまで知見のなかったポリヨウ化水素酸の粘性率について、I$$_{2}$$: 0$$sim$$17mole%, HI: 1$$sim$$15mole%の組成範囲において、振動式粘度計を用いて、5$$sim$$40$$^{circ}$$Cの温度範囲の実測データを取得し、組成及び温度から粘性率を推算する実験式を得た。

論文

Use of gafchromic dosimetry films to measure a large-area ion-beam distribution

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.

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