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原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 金正 倫計
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2026(2), p.023G01_1 - 023G01_17, 2026/02
被引用回数：0大強度陽子加速器では、ビーム強度を制限するビーム損失を抑制すべく、ビーム形状を測定し、制御することが重要である。ビーム分布や形状を測定する従来のモニタは、金属などのワイヤーを用いた破壊型だが、ワイヤーの断線などにより大強度ビームを測定できていなかった。本研究では、ワイヤーではなく短パルスのレーザーを負水素イオンビームに照射し、付随する電子を1つ剥ぎ取り中性水素に変換し、その量を計測する。そして、照射タイミングを走査しながら、その測定を繰り返すことで時間方向のビーム形状(バンチシェイプ)を測定できる非破壊型のバンチシェイプモニタを考案した。考案したビーム形状モニタを実証すべく、レーザー光源を開発し、大強度ビームに対して照射実験した結果、今までにないレーザーによるバンチシェイプモニタの開発に成功した。
重平 崇文*; 渡邉 翼*; 鈴木 実*; 平田 悠歩; 小川 達彦; 藤村 篤史*; 櫻井 良憲*; 佐藤 達彦
Journal of Radiation Research (Internet), 12 Pages, 2026/00
被引用回数：0We developed LISMEC (Linear Interpolation System for Stochastic Microdosimetric Kinetic model parameters Evaluated from Cellular-scale simulation), a rapid estimation framework based on precomputed cellular-scale PHITS (Particle and Heavy Ion Transport code System) simulations covering various cell geometries and boron distributions. By applying a linear interpolation algorithm, LISMEC enables the retrieval of SMK model parameters without the need for computationally intensive cellular-scale simulations. The utility of LISMEC, in conjunction with PHITS, was demonstrated through simulations of various irradiation scenarios in reactor-based BNCT. The results showed that Diso E values ranged from 7.4 Gy to 32.7 Gy, even under a fixed macroscopic 
B concentration of 60 ppm. These findings emphasize the importance of incorporating microscopic distribution of B and cellular structures into BNCT treatment planning.
永山 晶大; 金正 倫計; 原田 寛之; 山田 逸平; 地村 幹; 小島 邦洸; 山本 風海; 下川 哲司*; 佐藤 篤*
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.1025 - 1028, 2025/11
シンクロトロンからのビームの遅い取り出し手法は、原子核・素粒子物理学実験や放射線治療等の様々な分野にて活用されている。遅い取り出しの過程において、周回側から取り出しビームを分離する役割を持つセプタム電極でのビーム損失は、装置の放射化と損傷を誘発する。この問題を解決するため我々が開発を進めている非破壊型静電セプタムに対し、この装置の二次元電場分布を評価するための"ビーム分離試験装置"と名付けた電場測定装置を考案した。この装置は、非破壊型静電セプタム試作機、水平・垂直ワイヤスキャナ、駆動装置に固定された可動ステージに設置された電子銃から構成される。本装置は、電場中に電子ビームを入射し、ビーム軌道の曲げ角度を測定することで電場分布の計測を可能とする。本装置の開発にあたって、電場分布の測定精度の向上のために、電子ビームをより細く形成するための追加の光学系を設計した。加えて、粒子が物質に衝突する際のエネルギー損失を利用し、二次電子放出を低減するビームダンプを設計した。二次電子放出量の計算では、このビームダンプにより、チャンバー内への二次電子放出量を最大98%減少させることを確認した。
小林 大志*; 佐藤 祐太郎*; 頓名 龍太郎*; 松村 大樹; 佐々木 隆之*; 池田 篤史
Dalton Transactions (Internet), 53(46), p.18616 - 18628, 2024/10
被引用回数：2 パーセンタイル：33.88(Chemistry, Inorganic & Nuclear)This study investigates the dissolution behaviour of zirconium-cerium oxide solid solution ((Zr,Ce)O
/(Ce,Zr)O), which contains a redox-active metal of Ce (Ce(III/IV)) and is of particular importance in nuclear industry. The solid phases of the solid-solution were comprehensively characterised by powder X-ray diffraction (PXRD) with the Rietveld analysis and X-ray absorption spectroscopy (XAS) with factor analysis, indicating that the solid-solution is primarily composed of tetragonal-(Zr,Ce)O and cubic-(Ce,Zr)O. Water immersion of the solid-solution leads to the dissolution of the solid phase at the solid-liquid interface. The addition of a reductant to the system reduces Ce(IV) in the solid-solution to -(III) at the surface, promoting the dissolution of Ce from the solid-solution phase. The release of Ce from the solid-solution also enriches the Zr content in the remaining solid-solution phase at the surface to be more insoluble.
and 
study of biological effects on cancer cells in the presence of metallic materials during radiotherapy長野 拓也*; 松谷 悠佑; 戒田 篤志*; 野島 瞳*; 古田 琢哉; 佐藤 薫; 吉村 亮一*; 三浦 雅彦*
Journal of Radiation Research (Internet), 65(5), p.628 - 639, 2024/09
被引用回数：1 パーセンタイル：24.45(Biology)X線治療では、正常組織への副作用を最小限に抑えつつ腫瘍を治療するように照射計画が計画される。頭頚部への放射線照射により、歯の金属製の詰め物周辺において重度の粘膜炎(放射線増感作用)が誘発されることがある。しかしながら、この放射線増感メカニズムは不明なままである。本研究では、細胞実験と計算シミュレーションを使用して放射線増感メカニズムを調査した。その結果、細胞実験で観測された増感比は1.2-1.4であり、これは金属近傍の局所線量増加が主要因であることがわかった。一方、臨床前試験としてCT画像に基づく生体内線量評価を実施した結果、人体の複雑な解剖構造により線量増加が過小評価され、微視的な線量評価が必要であることが分かった。本成果は、金属周辺における正常細胞への副反応の正確な理解に貢献するものである。
beam at J-PARC RCSSaha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.59 - 63, 2023/11
To overcome the issues and practical limitations associated with the stripper foil used for the charge-exchange injection (CEI) of H beam for high-intensity proton accelerators, we are studying a foil-less H CEI by using only lasers at J-PARC RCS. To establish our principle, we are preparing for a POP (proof-of-principle) demonstration of 400 MeV H stripping to proton by using lasers. We will use both IR and UV lasers in the process of H stripping to protons. A prototype YAG laser system has been developed through experimental studies of 3 MeV H neutralization. We have also developed a multi-reflection laser cavity system to sufficiently reduce the seed laser energy. We have succeeded for 32 reflections to gain on the laser energy up to 16 to obtain a neutralization fraction of 25%. To realize a perfect benefit of the cavity, we also recently developed higher efficient vacuum windows by which we can achieve the laser energy gain to almost 32, proportional to the number of reflections. As a result, the average power of the seed laser can be reduced to 1/32, which is more useful for the UV laser. The laser setup at the 400 MeV beam line is in progress to start POP experimental studies in 2024.
永山 晶大; 原田 寛之; 下川 哲司*; 佐藤 篤*; 山田 逸平; 地村 幹; 小島 邦洸; 山本 風海; 金正 倫計
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.526 - 530, 2023/11
本研究では、ビームの遅い取り出しのための非破壊型静電セプタムを開発している。従来型と異なり、この装置はビームと衝突しないようにビーム周辺に配置した多段電極で構成されており、発生させた電場によって非破壊でビームを分離する。本研究ではその電場分布を評価すべく、電子銃とビームモニタで構成された試験装置を開発した。その装置に試作電極を設置し、細い電子ビームで電場分布測定の実験を実施した。その測定結果は計算結果との良好な一致を示した。しかし、ビームの分離能力はまだ十分ではない。そこで、電場分布の改良に向けた電極形状や配置の最適化の検討を行った。本発表では、試験装置を用いた電場分布測定実験の結果や改良案を報告する。さらに、本開発の今後の展望についても述べる。
beam at J-PARCSaha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計; Johnson, D. E.*
Proceedings of 14th International Particle Accelerator Conference (IPAC 23) (Internet), p.2335 - 2338, 2023/09
We are studying the laser manipulations of H ion beam for single or double neutralization for multi-dimensional applications to utilized in accelerator processes such as stripping, pulse chopping, collimation, extraction, and beam diagnostics for the present and future high-intensity proton accelerators. At J-PARC, a POP (Proof-of-Principle) demonstration 400 MeV H stripping by using only lasers is under preparation. A prototype YAG laser system and a laser cavity system to reduce the laser power has been developed and tested for 3 MeV H neutralization. This allows us established a new generation laser cavity system by recycling/reusing of the seed laser pulse to maximize the interaction efficiency by minimizing pulse energy of the seeder, which can be beneficial for both J-PARC and Fermilab. In addition, we are also developing non-destructive beam diagnostic systems single neutralization at lower H energy, which will be implemented to 400 MeV and can also be easily applicable to Fermilab present Linac including future PIP-II Linac. The 400 MeV H stripping and POP experimental study is expected to start in 2023.
laser stripping at J-PARC RCSSaha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*
Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.272 - 276, 2023/01
To eliminate the issues and practical limitations associated with a stripper foil used in a proton accelerator for the charge-exchange injection of H beam, we are preparing for a POP (proof-of-principle) demonstration of foil-less H charge-exchange injection by using only lasers at J-PARC. A prototype YAG laser system has been developed and keep continuing its upgrade through experimental studies of 3 MeV H neutralization. To sufficiently reduce the seed laser energy, we have also developed a multi-reflection laser cavity system, which has as many as 32 reflections overlapped at the interaction point of the ion beam. In 2022, we have obtained nearly 20% flat neutralization for over 40 
s of the ion beam. In addition, the spot neutralization (estimated from the fraction overlap with the ion beam due to a tiny laser spot) was obtained to be nearly 100%. This implies the significant merit of the cavity to reduce the seed laser power. The POP demonstration of 400 MeV H stripping will be started in 2023.
山本 風海; 金正 倫計; 林 直樹; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 谷 教夫; 高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(9), p.1174 - 1205, 2022/09
被引用回数：9 パーセンタイル：69.86(Nuclear Science & Technology)J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで中性子実験及び下流の主リングシンクロトロンに供給することを目的に設計された。2007年の加速器調整運転開始以降、RCSではビーム試験を通じて加速器の設計性能が満たされているかの確認を進め、必要に応じてより安定に運転するための改善を行ってきた。その結果として、近年RCSは1MWのビーム出力で連続運転を行うことが可能となり、共用運転に向けた最後の課題の抽出と対策の検討が進められている。本論文ではRCSの設計方針と実際の性能、および改善点について議論する。
上原 章寛*; 秋山 大輔*; 池田 篤史; 沼子 千弥*; 寺田 靖子*; 新田 清文*; 伊奈 稔哲*; 武田 志乃*; 桐島 陽*; 佐藤 修彰*
Journal of Nuclear Materials, 559, p.153422_1 - 153422_11, 2022/02
被引用回数：4 パーセンタイル：43.64(Materials Science, Multidisciplinary)The reaction products were analysed by a combination of powder X-ray diffraction (PXRD) and X-ray absorption spectroscopic measurements of the U L
- and Zr K-edges. Under an oxidizing atmosphere, the formation of U
O
and UZr
O
was observed in equilibrium with UO, monoclinic-ZrO, and tetragonal-ZrO. However, when O gas was purged through the reaction tube during the cooling process to room temperature, pentavalent U in ZrUO
was produced by the oxidation of solid solution UO formed at 
1774 K during the temperature dropped at 
1473 K. Under the inert atmosphere, mixed oxides of uranium were found to form at 1673 K due to a low concentration of O impurity with the Ar gas. This study can pave the way for understanding the interaction between the nuclear fuels and the cladding materials in damaged reactors enabling further simulation of possible decontamination procedures.
佐藤 智徳; 小松 篤史; 中野 純一*; 山本 正弘*
材料と環境, 70(12), p.457 - 461, 2021/12
福島第一原子力発電所(1F)の原子炉格納容器(PCV)は、事故後、放射線照射下で海水成分を含むような腐食環境にさらされることになった。このような環境では、溶存酸素のほかに、水の放射線分解(ラジオリシス)により過酸化水素が生成される。過酸化水素の生成量はラジオリシス解析により推測可能である。ガンマ線照射環境下での炭素鋼の腐食試験が実施された。その結果より、PCVで実施されているN2パージはガンマ線照射下での炭素鋼腐食の抑制にも効果的であることが確認された。また、実験結果をラジオリシス解析をもとに整理した。その結果、ガンマ線照射下での炭素鋼の腐食は、非照射下での酸素、過酸化水素の共存環境下での炭素鋼の腐食と同様に、酸素と過酸化水素の各拡散限界電流の和で決定されることが確認された。
Saha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.656 - 660, 2021/10
We have significant progress on the preparation of POP (proof-of-principle) demonstration of 400 MeV H stripping to proton by using only lasers at J-PARC RCS. The motivation of this research is to establish H charge-exchange injection by using lasers instead of a stripper foil conventionally used at present. A short foil lifetime and residual radiation caused by the foil scattering beam loss are extremely serious issues, especially at high-intensity operation. The R&D of the laser system is in good progress through experimental studies for 3 MeV H beam at present. We developed a multi-reflection laser cavity system to reduce the seed laser power, which was also successfully tested for 3 MeV H beam neutralization in July, 2021. Further development of the whole laser system is continued to start the POP demonstration study in 2022.
beam at J-PARC RCSSaha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; Liu, Y.*
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011025_1 - 011025_7, 2021/03
We proposed and also preparing for a POP (Proof-of-Principle) demonstration of a completely non-destructive H stripping method by using only lasers at J-PARC. To reduce the laser power, which is one of the critical issues in this case, we have studied an extensive manipulations of the H beam as well advanced uses of the lasers in this research. These includes utilizing a dispersion derivative of the H beam to cope with its large momentum spread, while multi-pass laser system to utilize multiple interactions of the H beam with lasers. We have estimated that the laser power can be reduced to more than one order of magnitude by applying a combination of these two methods. The detail simulation and experimental results of the H beam manipulations as well as development status of the multi-pass laser system are presented in this paper.
原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 金正 倫計
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011026_1 - 011026_6, 2021/03
炭素膜を用いた荷電変換入射は、世界中で大強度陽子加速器で採用されている。それは、パルス型陽子ビームを大強度で生成する画期的な方法ではあるが、大強度がゆえに大きな課題がある。一つ目の課題は、陽子ビームの通過時もしくは衝突時に生じる膜の変形や破壊による短寿命である。もう一つの課題は、膜で散乱された粒子のビーム損失よる高放射化である。それゆえに、炭素膜に代わる非衝突型の荷電変換入射がさらなる大強度化に必要となる。そこで、本研究ではレーザーのみを使用した荷電変換入射手法を新たに考案した。その新たな手法は、「レーザー荷電変換入射」と呼ばれる。この手法を確立するために、J-PARCでは原理実証実験を計画している。本発表では、J-PARCにおけるレーザー荷電変換入射の実現に向けたレーザーシステム開発の現状を報告する。
Sb
uncovered by soft X-ray magnetic circular dichroism斎藤 祐児; 藤原 秀紀*; 保井 晃*; 門野 利治*; 菅原 仁*; 菊地 大輔*; 佐藤 英行*; 菅 滋正*; 山崎 篤志*; 関山 明*; et al.
Physical Review B, 102(16), p.165152_1 - 165152_8, 2020/10
被引用回数：1 パーセンタイル：3.84(Materials Science, Multidisciplinary)Through a high-precision soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) study of the intermediate-valence compound SmOsSb, we show our successful approach of revealing unprecedented details of Kondo screening below a characteristic temperature of 
20 K in the paramagnetic phase. The multiplet XMCD structure at the Sm 
edge sensitive to the 4
configuration enabled us to observe a clear difference between the temperature evolution above and below 
with one- and two-component behavior, respectively. Our findings are in strong contrast to the conventional Kondo crossover that coincides with the valence transition, but are qualitatively accounted for by theoretical XMCD predictions combined with the two-fluid phenomenology recently proposed. This work contributes to the large context of Kondo physics that is closely related to quantum criticality in heavy fermion systems.
laser stripping at J-PARCSaha, P. K.; 原田 寛之; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 17th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.436 - 440, 2020/09
A proof-of-principle (POP) demonstration of 400 MeV H stripping to proton by using only laser is under preparation at J-PARC. We aim to establish a non-destructive H charge-exchange injection by using lasers instead of stripper foil used for that purpose. A short foil lifetime, unexpected failure and also high residual radiation due to foil scattering beam losses are serious issues for high-intensity operation. In our three steps method, the H is first neutralized to H
by using an YAG laser, the H is excited to the upper states (H
) by using a UV laser, and finally the H is stripped to proton by the YAG laser. The YAG laser system will be tested first for 3 MeV H neutralization at the end of 2020, while the UV laser is under development. The H beam manipulations to match with laser parameters are also being continued. The present experimental status for the POP demonstration of H laser stripping is presented.
原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
Proceedings of 17th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.441 - 445, 2020/09
大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、周回する陽子ビームが膜への衝突を繰り返すため、膜の短寿命化や膜での散乱によるビーム損失が大強度ゆえに課題となっている。そのため、さらなる大強度出力を目指すには、炭素膜を用いた衝突型の荷電変換入射に代わる非衝突型の新たな入射手法が必要となる。本研究では、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに提案し、J-PARCにおける原理実証実験を計画しており、その実験に向けたレーザーシステム開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、レーザーシステムの開発状況を報告する。
scattering length from 
photoproduction on the proton near the reaction threshold石川 貴嗣*; 藤村 寿子*; 深澤 宏司*; 橋本 亮*; He, Q.*; 本多 佑記*; 保坂 淳; 岩田 高広*; 甲斐田 俊*; 笠木 治郎太*; et al.
Physical Review C, 101(5), p.052201_1 - 052201_6, 2020/05
被引用回数：7 パーセンタイル：51.21(Physics, Nuclear)Photoproduction of the omega meson on the proton has been experimentally studied near the threshold. The total cross sections are determined at incident energies ranging from 1.09 to 1.15 GeV. The 1/2 and 3/2 spin-averaged scattering length 
and effective range 
between the CO meson and proton are estimated from the shape of the total cross section as a function of the incident photon energy: = (-0.97 
+ 
(0.07 
) fm and = (+2.78 
) + (-0.01 
) fm, resulting in a repulsive force. The real and imaginary parts for and are determined separately for the first time. A small 
-wave contribution does not affect the obtained values.
Saha, P. K.; 原田 寛之; 金正 倫計; 佐藤 篤*; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.841 - 845, 2019/07
In the 3-GeV RCS of J-PARC, a laser stripping of 400 MeV H (negative hydrogen) to proton for charge-exchange injection (CEI) is under studied. The aim is to overcome the issues and limitations associated with a stripper foil used for that purpose. To reduce the laser power, which is one of the main issues with laser stripping, we consider a two mirror multi-pass laser system for multiple interactions of the H beam with reflected laser light. The seed laser energy can be significantly reduced, which is almost inversely proportional number of interactions. At present we are developing such a cavity with Nd:YAG laser for H neutralization to H, which will be first tested for 3 MeV H beam at J-PARC RFQ test facility. Once the system is developed for the 3-MeV H, it can be easily applied for the 400 MeV H stripping. The development status of the laser system and details of experimental strategies are presented.
