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論文

Nuclear structure of $$^{76}$$Ni from the ($$p$$,$$2p$$) reaction

Elekes, Z.*; Kripk$'o$, $'A$*; Sohler, D.*; Sieja, K.*; 緒方 一介*; 吉田 数貴; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Authelet, G.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physical Review C, 99(1), p.014312_1 - 014312_7, 2019/01

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

($$p$$,$$2p$$)反応による$$^{76}$$Niの核構造の探索実験を行った。Lenzi, Nowacki, Poves, Sieja相互作用を用いた殻模型計算では実験結果を説明しうる陽子空孔状態が得られており、理論的な断面積計算は実験値とよい一致を与えた。実験で得られたすべての状態を理論的に一意に決定することはできなかったが、過去の実験結果と同様にNi同位体でのZ = 28の大きなshell gapを示す結果が得られた。

論文

燃料デブリ分布と再臨界予測における多相多成分詳細流体解析手法と連続エネルギーモンテカルロコードとの連成解析

山下 晋; 多田 健一; 吉田 啓之; 須山 賢也

日本原子力学会和文論文誌, 17(3/4), p.99 - 105, 2018/12

原子力機構では、原子炉過酷事故時における炉内構造物の溶融とその移行挙動を機構論的に明らかにし、既存SA解析コードが持つ溶融移行挙動解析における不確かさの低減を図ることなどを目的として、数値流体力学的手法に基づく溶融物の炉内移行挙動、蓄積予測手法JUPITERの開発を行なっている。本報告では、デブリの移行などにより変化する組成分布に基づき再臨界の可能性を推定できる手法の構築を検討するため、JUPITERにより計算したシビアアクシデントを模擬して計算した溶融燃料などの移行・蓄積によるデブリの分布に基づき、連続エネルギーモンテカルロコードMVPによる核計算を実施した。これら結果から、得られた組成分布に対する臨界の可能性の検討を行い、JUPITERとMVPを連成させた解析により、詳細なデブリ分布予測に基づき再臨界可能性を評価することができる見通しを得た。

論文

原子力機構TIARA施設の現状

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$$_{60}$$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$$_{60}$$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。

論文

Formation of a uniform ion beam based on nonlinear focusing and its applications at the JAEA TIARA cyclotron

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$$^2$$ 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.

報告書

TIARAサイクロトロンにおけるマイクロビーム形成・シングルイオンヒット技術の開発

横田 渉; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; et al.

JAEA-Technology 2014-018, 103 Pages, 2014/09

JAEA-Technology-2014-018.pdf:123.66MB

日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)では、イオンビームを利用する主要な研究課題である生物細胞放射線影響評価研究と宇宙用半導体耐放射線性評価研究を推進するため、TIARAのサイクロトロンで加速した数百MeV重イオンビームを磁気レンズで集束させて直径1$$mu$$m以下のマイクロビームに形成する技術を世界で初めて実現した。更に、これを用いて1個のイオンをビーム径の空間精度で照準するシングルイオンヒットを可能にした。この過程で、TIARAの静電加速器で完成した数MeVイオンのマイクロビーム形成・シングルイオンヒット技術を活かしたビーム集束装置、ビーム照準・計測技術や、1$$mu$$mへの集束に必要なエネルギー幅の狭い数百MeV重イオンビームを加速するためのサイクロトロンに特有な技術を開発した。また、開発途中に利用研究の実験に試用することにより、本技術の適用性を適宜評価しその改良を行うことで、利用研究の試用実験を軌道に乗せることができた。本報告書は、およそ10年に亘るこれらの技術・装置開発の過程及び成果を、試用実験における評価とともにまとめたものである。

論文

原子力機構TIARAにおける多重極電磁石を用いた大面積重イオン均一ビームの形成

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4$$sim$$13MeV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。

論文

Analysis of phase bunching in AVF cyclotron

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 (${it h}$) 2 and 3. The beam phase distribution of a 260 MeV $$^{20}$$Ne$$^{7+}$$ (${it h}$ = 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 $$pm$$18.9 to $$pm$$4 RF degrees was observed as consistent with the calculation results.

論文

Fast single-ion hit system for heavy-ion microbeam at TIARA cyclotron, 6

横田 渉; 佐藤 隆博; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 江夏 昌志; 横山 彰人; 加田 渉*; et al.

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 160, 2014/03

原子力機構のTIARAサイクロトロンのHXコースに設置された重イオンマイクロビーム用高速シングルイオンヒットシステムにおいて、マイクロビーム及びシングルイオンヒットの質や利便性を向上させる技術開発を継続して行った。シングルイオンヒット位置のリアルタイム検出技術の開発では、増幅率8$$times$$10$$^{5}$$の超高感度EMCCD(Electron Multiplying CCD)カメラと光学顕微鏡とを組合せて感度と集光率の双方を高めた検出システムを構築して、シングルイオンによるCaF$$_{2}$$のシンチレーションの位置検出をリアルタイムで可能にし、目的を達成した。また、SEM(Secondary Electron Microprobe)を用いた従来方式では2次電子放出率が低いために計測できない320MeV-Cビームの大きさを、本システムを用いた調整により10$$mu$$m$$times$$10$$mu$$mに集束することに初めて成功した。

論文

Influence of injection beam emittance on beam transmission efficiency in a cyclotron

倉島 俊; 柏木 啓次; 宮脇 信正; 吉田 健一; 奥村 進

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A725_1 - 02A725_3, 2014/02

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

原子力機構サイクロトロンは、プロトンからオスミウムまで様々なイオンを加速してバイオ技術や材料科学の研究にイオンビームを提供する。ユーザが求めるビーム電流量は、同一イオン種、同日内の実験においても$$mu$$Aから$$mu$$Aまでと幅広い。各実験においては、必要なビーム電流を確保した上で長時間の安定性が求められ、素早いイオン源の再調整が必要である。しかし、イオン源出口において電流量を2倍にしてもビームの輸送効率が低下するためユーザの要求する電流が得られない場合があった。この原因を探るため、イオン源の再調整に伴う輸送効率の変化を調べた。また、ビーム入射ラインに設置したエミッタンス・アクセプタンスモニタを使用して、加速器側との位相空間上のマッチングを調べた。この結果、イオン源の再調整に伴いエミッタンスやビーム強度のピーク位置が変化し、サイクロトロンのアクセプタンスとのマッチングが悪化することが分かった。そこで、アクセプタンス測定値に基づき入射ラインのステアラー電磁石を再調整し、マッチングを向上させた結果、ユーザの要求するビーム電流量を得ることができた。

論文

A Liquid-helium-free superconducting coil system forming a flat minimum-magnetic-field distribution of an electron cyclotron resonance ion source

吉田 健一; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 横田 渉

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A917_1 - 02A917_3, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:90.16(Instruments & Instrumentation)

近年のECRイオン源研究では閉じ込め磁場強度の増加だけでなく軸方向のミラー閉じ込め磁場強度B$$_{rm min}$$も多価イオン生成効率に関係すること、さらに従来はクラシカルタイプが一般的であったそのB$$_{rm min}$$形状もフラットタイプの方が多価イオン生成効率が高いことが分かってきた。一方、超電導技術の観点からは、GM冷凍機による伝導冷却型の超電導装置は非常に有利であるが、フラットタイプのB$$_{rm min}$$形状にするには複数のソレノイドコイルが必要になるために熱侵入が多くなり、伝導冷却型では冷凍機が多数必要になってしまう。そこで、フラットB$$_{rm min}$$形状について、低インダクタンスかつ少ない電流導入数で実現できるような磁気回路を考案した。本論文では、このフラットB$$_{rm min}$$に特化した液体ヘリウムを使用しない超電導ECRイオン源の開発について報告する。この磁気回路は、フラットB$$_{rm min}$$の形成を2つの閉じ込め用コイルの他に複数の中心コイルで行った。さらに、電流導入数を少なくするため、その中心コイルをシリーズに繋ぎ、様々なB$$_{rm max}$$でもフラットB$$_{rm min}$$形状となるよう、コイル形状を工夫した。

論文

Momentum-resolved resonant inelastic X-ray scattering on a single crystal under high pressure

吉田 雅洋*; 石井 賢司; Jarrige, I.*; 綿貫 徹; 工藤 一貴*; 小池 洋二*; 熊谷 健一*; 平岡 望*; 石井 啓文*; Tsuei, K.-D.*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 21(1), p.131 - 135, 2014/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.6(Instruments & Instrumentation)

A single-crystal momentum-resolved resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) experiment under high pressure using an originally designed diamond anvil cell (DAC) is reported. The diamond-in/diamond-out geometry was adopted with both the incident and scattered beams passing through a 1 mm-thick diamond. This enabled us to cover wide momentum space keeping the scattering angle condition near 90$$^{circ}$$. Elastic and inelastic scattering from the diamond was drastically reduced using a pinhole placed after the DAC. Measurement of the momentum-resolved RIXS spectra of Sr$$_{2.5}$$Ca$$_{11.5}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$ at the Cu $$K$$-edge was thus successful. Though the inelastic intensity becomes weaker by two orders than the ambient pressure, RIXS spectra both at the center and the edge of the Brillouin zone were obtained at 3 GPa and low-energy electronic excitations of the cuprate were found to change with pressure.

論文

Status report on technical developments of the JAEA AVF cyclotron

倉島 俊; 柏木 啓次; 宮脇 信正; 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 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 154, 2013/01

原子力機構AVFサイクロトロンではビームの迅速切換や品質の向上などを目指してさまざまな技術開発を行っている。サイクロトロンのアクセプタンスの全領域を明らかにするために、入射ラインに設置されているスキャナ電流とアクセプタンス計測を連動して行う装置の開発を進めた。ビームの位相幅はエネルギー幅を決定する重要なパラメータであり、ビームバンチャーの有無でどのように変化するのかをプラスティックシンチレータを用いて計測した。その結果、ビーム位相の全幅は変化しないが入射ビームの圧縮により半値幅,引き出し効率は改善されることがわかった。新たなビーム迅速切換技術としてスケーリング法の導入を進めている。等時性磁場を短時間で形成するため、位相プローブによる計測システムを自動化した。その結果、数分で等時性磁場を形成し、20分程度でビームを切り換えることに成功した。

論文

Operation of the AVF cyclotron

奥村 進; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 百合 庸介; 奈良 孝幸; et al.

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 172, 2013/01

東日本大震災のため、2011年度のAVFサイクロトロンの運転は5月9日から開始し、4月に計画されていたすべての実験は中止となった。全運転時間は3,038.4時間であった。4月の中止分を補てんするため、土曜日の運転を8回実施した。例年の整備を実施した。

論文

Fast single-ion hit system for heavy-ion microbeam at TIARA cyclotron, 5

横田 渉; 佐藤 隆博; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 江夏 昌志; 横山 彰人; 加田 渉; et al.

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 156, 2013/01

原子力機構のTIARAサイクロトロンのHXコースに設置された重イオンマイクロビーム用高速シングルイオンヒットシステムにおいて、マイクロビーム及びシングルイオンヒットの質や利便性を向上させるための技術開発を継続して行った。本論文は、主な課題である(1)シングルイオンヒット照射におけるミスヒットの低減、(2)シングルイオンヒット位置のリアルタイム検出技術の開発、(3)新マイクロビームの開発の進捗に加えて、東北地方太平洋沖地震の当システムへの影響がなかったことを報告する。

論文

セシウム吸着ディスクとGMサーベイメータを用いた水試料中の放射性セシウム濃度のモニタリング法

永野 哲志; 三田村 久吉; 柳瀬 信之; 長縄 弘親; 安田 健一郎; 吉田 善行; 山口 裕顕*

日本放射線安全管理学会誌, 11(2), p.139 - 145, 2012/11

水試料中の放射性セシウム濃度を迅速・簡便に評価する方法として、セシウム吸着ディスクとGMサーベイメータを組合せたその場測定法を考案した。本測定法は、水試料の通水によりセシウム吸着ディスク上に捕集した放射性セシウムの濃度を、GMサーベイメータにより測定された$$beta$$線計数率と実用的な換算係数をもとに算出することを原理とする。本測定法を福島県伊達市富成小学校の屋外プールの除染により生じた水試料中の放射能濃度に応用し、本測定法が迅速さ,簡便さの点でその場分析法として有効であることを確認した。

論文

Current status of a new polarized neutron reflectometer at the intense pulsed neutron source of the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of J-PARC

武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Chinese Journal of Physics, 50(2), p.161 - 170, 2012/04

The construction of a new polarized neutron reflectometer is now in progress at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has the world's brightest pulsed neutron and muon sources (JSNS and MUSE). The user program of MLF has been already started in 2008, and now nine neutron and two muon spectrometers are in operation. Installation of the new reflectometer was expected to be completed in March 2011. However, the construction was interrupted by the massive earthquake hitting northeast Japan, including Tokai-mura where J-PARC is located. We expect to restart the user program of the new polarized neutron reflectometer at the beginning of next year (2012).

論文

Fast single-ion hit system for heavy-ion microbeam at TIARA cyclotron, 4

横田 渉; 佐藤 隆博; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 横山 彰人; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 159, 2012/01

日本原子力研究開発機構のイオンビーム照射施設(TIARA)のサイクロトロンにおいて、マイクロビーム及びシングルイオンヒットの品質を向上させるために、高速シングルイオンヒットシステムの開発を継続して進めた。主要な開発項目は、シングルイオンヒット照射で狙った箇所にイオンが当らないミスヒットの低減と、シングルイオンヒットのリアルタイム検出技術の開発である。また、新マイクロビームの開発を実施し、400MeV-Feを直径4$$mu$$m程度に集束して利用実験に提供した。

論文

Operation of the AVF cyclotron

奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 百合 庸介; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 172, 2012/01

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの、2010年度における運転及び整備の状況、また、東北地方太平洋沖地震の影響並びに新しく開発したイオンビームや多重極電磁石を用いた大面積高均一照射などの技術開発の現状を報告する。

論文

Status report on technical development of the JAEA AVF cyclotron facility

柏木 啓次; 宮脇 信正; 奥村 進; 倉島 俊; 吉田 健一; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 157, 2012/01

JAEA AVFサイクロトロン施設におけるビーム技術開発に関して2010年におもに行った以下の3つについて報告する。「ビーム切り替え時間短縮のためのサイクロトロン磁場の補正システムの開発」では、5ターンコイルを用いた磁場補正システムにより、従来40分を要していた磁場形成時間を約10分に短縮することに成功した。「ビームバンチャーが引き出しビームエミッタンスに及ぼす効果に関する研究」では、サイクロトロン入射ビームラインのバンチャーを用いることで、サイクロトロンから出射するビームのエミッタンスの減少と、さらに、このエミッタンスの減少によって引出効率が高くなることも実験的に明らかにした。「入射ビームエミッタンスとサイクロトロンシステムのアクセプタンスの計測装置の開発」においては、サイクロトロン入射ビームラインに据え付けられたPhase space collimatorを用いて、エミッタンス・アクセプタンスの計測試験を行った結果、本装置によってアクセプタンスの一部及びエミッタンスが計測できることを確認した。

論文

Present status of JAEA AVF cyclotron facility

湯山 貴裕; 百合 庸介; 石坂 知久; 倉島 俊; 石堀 郁夫; 奥村 進; 吉田 健一; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 奈良 孝幸; et al.

Proceedings of 19th International Conference on Cyclotrons and their Applications (CYCLOTRONS 2010), p.90 - 92, 2011/12

The JAEA AVF cyclotron provides various ion beams mainly for research in materials science and biotechnology such as estimation of radiation hardness of space-use devices and plant breeding by ion beams. The cyclotron is operated day and night usually from Monday morning to Friday evening, and the yearly operation time amounted to 3148.3 hours. The number of switchover of ion species, energy and beam course was 547 times. For higher stabilization of ion beam, we have improved the power supplies of the magnet coils by using the new feedback circuits with Peltier device to keep temperature of the circuit at 27 $$pm$$ 1 $$^{circ}$$C. In addition, a high stability ECR ion source of an all-permanent-magnet type, techniques of quick change of ion species or energy of microbeam by cocktail beam acceleration and large-area uniform beam formation using multipole magnets are being developed.

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