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ion beam extracted from an RF wave excited ion source plasma和田 元*; 柴田 崇統*; 神藤 勝啓
Journal of Physics; Conference Series, 2743, p.012031_1 - 012031_5, 2024/05
内部アンテナ型の高周波駆動負水素イオン源が、J-PARC加速器施設にビームを供給している。負水素イオンビーム電流は高い安定性を示しているが、テストスタンドでイオン源から引き出されたビーム電流をファラデーカップで測定すると、DC電流の大きさに対して、5%程度の変動がみられる。この変動には2つの周波数成分、駆動している高周波成分である2MHzとその2倍高調波の4MHzの成分が見られる。これらの成分の振幅レベルは、スリットを通過する特定の角度に向けられたビームの一部が検出されるにつれて大きく見える。全ビーム強度に小さな振幅の振動が観察される理由として考えられるのは、Hイオン生成の位置とファラデーカップに到達するその後の軌道に応じた局所ビームの平均位相シフトである。位相シフトがビーム全体の発信振幅を減少させる主な理由であるかどうかを確認するために、2MHz成分と4MHz成分の間の位相シフトを、位置を決める0.1mm幅のビーム入口スリットとファラデーカップに結合された0.1mm幅のスリットを通過するビームについて測定した。その結果、位相シフトが位置に応じて大きく変化することが示されたが、測定された位相シフトの空間分布を説明できる単純なモデルではなかった。RFアンテナ電流に対するビーム電流位相シフトの測定、バルマー
光の時間発展など、Hビーム輸送に関連するビームダイナミクスを明らかにする更なる試みを行う予定である。
柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 中野 治久*; 星野 一生*; 宮本 賢治*; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*; 池上 清*; 川井 勲*; 小栗 英知; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 2743, p.012007_1 - 012007_5, 2024/05
高周波イオン源より引き出された負水素イオンビームの位相空間での振動について、電子、陽子および負水素イオンのイオン源引出領域での輸送過程を考慮した単純な3次元のParticle-In-Cell(PIC)法で調べた。J-PARC高周波負水素イオン源の配位で単孔の引き出し孔近傍を計算領域とした。プラズマ密度振動と引き出された負水素イオンビームの特性を理解するために、イオン源内のドライバー領域プラズマからの電子及び陽子の流れをプラズマ生成のために駆動している高周波の基本波(2MHz)と2倍高調波(4MHz)で変化させて、シミュレーションを実施した。数値解析の結果、プラズマパラメータの振動と様々な高周波位相で引き出された負水素イオンの軌道との間で主な物理過程が見いだされた。本発表では、振動の機構を抑える対処法についても議論する。
和田 元*; 柴田 崇統*; 神藤 勝啓
Journal of Instrumentation (Internet), 19(2), p.C02019_1 - C02019_7, 2024/02
J-PARCでは、2MHzの高周波(RF)電力で励起されたプラズマによるHイオン源が、ビーム源として加速器に供給されている。これまで、RFQ出口でビームが2MHzで揺動していることを見つけて以来、プラズマ励起RF周波数でのHビーム揺動について研究してきた。高周波成分は、プラズマの周辺領域に存在し、位相空間でのビームの変化を明らかにするために開発した高時間分解能エミッタンス測定の結果、2MHzで振動する発散ハロー成分の存在を明らかにした。ビーム中心での変動振幅には20%未満で4MHzで振動する成分も観測された。この4MHz成分は、RF誘導電場の強度が各サイクルで2回最大になるため、RFアンテナによる高エネルギー電子の生成に関連していると考えられる。一方、RF磁場の方向と電子の流れの方向は2MHzの周波数で変化する。よって、イオン源でのHイオン生成メカニズムは、引き出されたHビームを正確に特性化することで推定できる。Hビームの揺らぎをファラデーカップで測定し、周波数成分を調べた。Csを導入する前に測定されたビーム電流は、軸磁場補正(AMFC)コイルをオフにすると、4MHzの周波数で変動した。AMFCを誘導するためのコイルを励起すると電圧が増加するにつれて、主変動周波数は2MHzに移った。イオン源にCsを導入するとHビーム電流が増加し、AMFCのオン/オフ両方の場合で、4MHz成分がほぼ消失した。本発表では、Cs導入による4MHz成分の減少に関与する考えうる機構について議論する。
柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 南茂 今朝雄*; 大越 清紀; 池上 清*; 小栗 英知; 石田 正紀*; 和田 元*
Journal of Instrumentation (Internet), 19, p.C01009_1 - C01009_8, 2024/01
2020年11月から2021年4月までの間に3651時間(5か月間)のイオン源の連続運転を達成した。高周波イオン源の運転寿命は主にエナメル塗装した高周波アンテナの破損によって制限されるので、連続運転の更なる延伸を目指すためには、アンテナ表面の詳細な評価を行いその可否が必要となる。今回、5か月間運転した後の高周波アンテナの表面の変色をデジタル顕微鏡とエネルギー分散型X線分析装置搭載走査型電子顕微鏡(SEM/EDS)で調べた。EDS分析によって得られた材料マッピングと線スペクトルから、セシウムによってイオン源真空容器の壁表面がスパッタされたと思われる原子が付着していたことが示された。また、エナメル塗装の表面に付着したセシウム原子が、アンテナ変色の主要因であると考えられる。運転前後のアンテナの厚みの測定結果は、変色が表面に付着した材料によるという考えを支持するものであり、よってエナメル塗装によるアンテナのプラズマからの絶縁が維持されていると考えられる。運転後に行ったエミッタンス測定では、アンテナ表面への付着がイオン源内の高周波プラズマやイオン源より引き出されたビーム生成に影響を与えていないことが示された。
神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 和田 元*
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.392 - 395, 2023/11
J-PARCなどの大強度陽子加速器施設やITERなどの中性粒子入射加熱施設で用いられている高周波負水素イオン源では、駆動周波数が1
2MHzの高周波源を用いてイオン源内プラズマを生成している。我々はこれまでにこのような数MHz帯域の高周波源を用いたイオン源より引き出された負水素イオンビームが、駆動周波数またはその2倍高調波成分をもって揺動していることを示してきた。これは、イオン源内のプラズマ密度が高く、イオンプラズマ周波数よりも低い周波数の駆動周波数でプラズマを生成していることが原因である。そこで、我々はイオンプラズマ周波数よりも高い周波数、例えばJ-PARCリニアックの高周波源(クライストロン)の周波数(324MHz)でイオン源プラズマを生成した場合に、引き出された負水素イオンビームの揺動が抑えられると考えた。そのために、先ずは高周波源からの入力電力を損失無く、イオン源内プラズマに投入するための整合回路の設計を行った。本発表では、新たな高周波源を用いることを検討した経緯と整合回路の設計結果について報告する。
Cs activity concentration in the aquatic insect 
(Tricoptera: Stenopsychidae) in the Ota River, Fukushima, Japan石井 弓美子*; 三浦 輝*; Jo, J.*; 辻 英樹*; 斎藤 梨絵; 小荒井 一真; 萩原 大樹; 漆舘 理之*; 錦織 達啓*; 和田 敏裕*; et al.
PLOS ONE (Internet), 17(5), p.e0268629_1 - e0268629_17, 2022/05
被引用回数：3 パーセンタイル：38.08(Multidisciplinary Sciences)本研究では、福島県太田川で採集した解虫性トビケラ(Stenopsyche marmorata)および肉食性ヘビトンボ(Protohermes grandis)幼虫の水生昆虫個体におけるCs放射能濃度のばらつきを調査した。トビケラ幼虫は散発的に高い放射能を示したが、ヘビトンボ幼虫ではばらつきは見られなかった。オートラジオグラフィーと走査型電子顕微鏡による分析から、これらのトビケラ幼虫試料には、不溶性のCs含有ケイ酸塩ガラス粒子である放射性Cs含有微粒子(CsMPs)が含まれていることが確認された。また、CsMPsはトビケラ幼虫の餌となりうるペリフィトンや漂流粒子状有機物にも含まれており、幼虫はCsMPsを同サイズの餌粒子とともに摂取している可能性が示唆された。淡水生態系におけるCsMPsの分布や生物による取り込みは比較的知られていないが、本研究はCsMPsが水生昆虫に取り込まれることを実証している。
神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 和田 元*
Proceedings of 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.230 - 233, 2021/10
J-PARCやSNS, LINAC4では2MHzの高周波源を用いてイオン源内で水素プラズマを生成し、負水素イオンビームを引き出している。これまで、我々は高周波負水素イオン源より引き出された負水素イオンビームの特性について報告してきた。今回、高時間分解能でマクロパルス内でのエミッタンスの変化を測定する計測系を開発した。この計測系を用いてイオン源より引き出された負水素イオンビームのエミッタンスを測定したところイオン源のプラズマ生成に用いている高周波源と同じ周波数またはその高調波で揺動していることが分かった。本発表では、測定で得られたエミッタンス揺動の結果について報告する。
柴田 崇統*; 神藤 勝啓; 和田 元*; 小栗 英知; 池上 清*; 大越 清紀; 南茂 今朝雄*
AIP Conference Proceedings 2373, p.050002_1 - 050002_9, 2021/08
J-PARCの2MHz高周波イオン源から引き出された負水素イオンビームのエミッタンスやTwissパラメータの振動を、RFQ入口の位置に設置した二重スリット型のエミッタンスモニターを用いて測定した。このエミッタンスモニターには、新たに開発した毎秒60メガサンプルのデータ取得系を備えており、数MHzのビーム振動ならば十分な時間分解能で測定することができる。本測定から、ビームの位相空間は(1)ビームコア部分に存在するDC成分、(2)ビームコア部分とハロー部分の両方で存在する2MHz成分、(3)ビームハロー部分でわずかに存在する2倍高調波(4MHz)成分の3つの成分で構成されていることが分かった。主成分は2MHz成分であり、これはビームエミッタンスの振動周波数を決めている。今回の実験で得られたビームエミッタンスは0.34
mm-mradのDC成分に、約0.04 mm-mradの2MHz振動成分の振幅が重畳していることが分かった。この結果は、イオン源から引き出されたビームが、2mほどの磁場集束系を通過しても約10%の高周波振動成分を持っていることを示している。
ion source和田 元*; 神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 笹尾 眞實子*
Review of Scientific Instruments, 91(1), p.013330_1 - 013330_5, 2020/01
被引用回数：4 パーセンタイル：27.22(Instruments & Instrumentation)イオンは、低周波電磁誘導がそのターゲットとなるイオンを含む荷電粒子の輸送を駆動するプラズマシースを介してイオン源から引き出される。負水素イオン(H)生成のためのイオン源ではMHz帯の高周波交流源がプラズマを励起している。狭い入口のスリットを持った高速ビーム電流計測システムを用いることで、2MHzの高周波源で行動したイオン源から引き出したHビームのAC成分の強度についての空間分布の調査を行うことができた。ビーム揺動の空間分布は、ビーム中心では周辺部に比べてより小さい揺動であることが分かった。
ion source神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 三浦 昭彦; 宮尾 智章*; 和田 元*
AIP Conference Proceedings 2011, p.080016_1 - 080016_3, 2018/09
被引用回数：6 パーセンタイル：93.67(Physics, Applied)In J-PARC, peak H current of several tens mA is produced from a cesiated hydrogen plasma generated by a solid-state RF amplifier with the frequency of 2 MHz. In case of the high-intensity H beam extracted from the ion source, the plasma density in the source chamber is so high that the ion sheath around the beam extraction area follows the RF oscillation. Because the ion plasma frequency defined by the ion density is much higher than the driving frequency. The potential fluctuation of the plasma is combined with the driving RF electric field and causes motion of charged particles in the plasma some changes. As a result, the H beam extracted from the source plasma also fluctuates. The beam current signal from a Faraday cup was measured by a spectrum analyzer. A powerful frequency component at 2 MHz which is as same as that of the RF amplifier was also observed after the acceleration of RFQ linac located at the downstream of the ion source.
小畠 雅明; 岡根 哲夫; 中島 邦久; 鈴木 恵理子; 大和田 謙二; 小林 啓介*; 山上 浩志; 逢坂 正彦
Journal of Nuclear Materials, 498, p.387 - 394, 2018/01
被引用回数：18 パーセンタイル：87.53(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では、軽水炉原子炉の重大事故時におけるセシウム(Cs)吸着挙動を理解するために、Si濃度の異なるSUS304ステンレス鋼表面のCsの化学状態とその分布について、HAXPESおよびSEM/EDXによって調べた。その結果、Siが高濃度に分布する場所にCsが選択的に吸着されることが判明した。Cs生成物について、Siの含有量が低い場合には主としてCsFeSiO
が生成されるが、Siの含有量が高い場合にはCsFeSiOに加えCs
SiO
とCsSiO
も生成される。SS表面上の吸着プロセスで生成されたCs化合物の化学形態は、SSに最初に含まれるSiの濃度および化学状態と密接に相関している。
神藤 勝啓; 柴田 崇統*; 和田 元*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.648 - 650, 2017/12
J-PARCでは、セシウムを導入した水素プラズマ生成に2MHzの高周波をイオン源よりピーク電流が数10mAのHビームを引き出している。このような大強度RF Hイオン源では、イオン源内のイオン密度が高いためビーム引出領域近傍のイオンシースがRF振動に追随する。J-PARCの大強度RF Hイオン源より引き出されたHビーム電流をファラデーカップで測定すると、44mAの平均ピーク電流に対して1mA程度のビーム電流の揺らぎが観測された。ビームはその進行方向だけでなく、それに垂直な方向にも振動していると考えられる。ビーム引き出し領域のシースの高周波振動をより明らかにするために、位相空間内での実時間でのビームの揺動を観測できるような高時間分解能で高感度のエミッタンスモニターを備えた実験系を提案する。
海野 昌喜*; 杉島 正一*; 和田 啓*; 萩原 義徳*; 日下 勝弘*; 玉田 太郎; 福山 恵一*
日本結晶学会誌, 57(5), p.297 - 303, 2015/10
シアノバクテリアや植物のような光合成生物は、細胞内にビリン色素と呼ばれる光を集める色素をもっている。そのビリン色素を分子内にもつタンパク質のいくつかは、シアノバクテリアなどでは光合成、高等植物では開花や紅葉・落葉などをコントロールするシグナル伝達の役割を担う。フィコシアノビリン(PCB)はその両方に使われる重要なビリン色素の1つであり、PCBはヘム分解産物であるビリベルジン(BV)から、フェレドキシンにより供給される電子を使って酵素PcyAにより合成される。今回、我々はシアノバクテリア由来PcyAの立体構造をBVとの複合体状態で中性子結晶解析により決定した。BVは2つの状態(通常の状態と1つ水素が付いたBVH
の状態)で存在していたが、近接したPcyA中のAsp105もBVの状態に対応して2つの状態(プロトン化および解離状態)で存在していた。さらに、BV近傍のHIs88とHis74間にヒドロニウムイオンが存在することを観察できた。また、中性子解析の結果はX線解析における照射損傷の影響も明らかにした。
中嶋 享*; 寺本 高啓*; 赤木 浩; 藤川 高志*; 間嶋 拓也*; 峰本 紳一郎*; 小川 奏*; 酒井 広文*; 富樫 格*; 登野 健介*; et al.
Scientific Reports (Internet), 5, p.14065_1 - 14065_11, 2015/09
被引用回数：38 パーセンタイル：83.79(Multidisciplinary Sciences)X線自由電子レーザーを利用することで、レーザーによって整列したI分子からのX線光電子回折(XPD)パターンを観測した。X線自由電子レーザーの偏光方向に整列したI分子のXPDは我々の理論計算とよく一致した。さらに、実験で得られるXPDを分子構造決定に利用する際の適応基準を提案した。
海野 昌喜*; 石川 久美子*; 日下 勝弘*; 玉田 太郎; 萩原 義徳*; 杉島 正一*; 和田 啓*; 山田 太郎*; 友寄 克亮; 細谷 孝明*; et al.
Journal of the American Chemical Society, 137(16), p.5452 - 5460, 2015/04
被引用回数：28 パーセンタイル：63.97(Chemistry, Multidisciplinary)シアノバクテリアや高等植物等の光合成生物は細胞内にビリン色素と呼ばれる集光色素を有している。ビリン還元酵素PcyAはビリベルジン(BV)を2段階で還元する反応を触媒することによりビリン色素の1つであるフィコシアノビリンを合成する。今回、我々はシアノバクテリア由来PcyAの立体構造をBVとの複合体状態で中性子結晶解析により決定した。BVは2つの状態(通常の状態と1つ水素が付いたBVHの状態)で存在していたが、近接したPcyA中のAsp105もBVの状態に対応して2つの状態(プロトン化および解離状態)で存在していた。また、X線構造解析では照射還元により確認できなかったBV中のA環近くの「アキシアル」水分子の存在を確認することができた。さらに、BV近傍に位置するHis88がプロトン化状態で存在しBV中のA環のラクタム酸素と水素結合を形成していることも確認したが、このHis88と隣接したHis74の間の水分子がH
Oの状態で存在することも明らかにした。これらの知見はAsp105, His88および「アキシアル」水分子がPcyAによる触媒反応におけるプロトン移動に関与していることを示唆しており、フィコシアノビリン合成(初期段階)の新たな反応機構の提唱を可能とした。
神藤 勝啓; 和田 元*; 西田 睦聡*; 出村 康拡*; 佐々木 大地*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 金子 修*; 木崎 雅志*; 笹尾 眞實子*
AIP Conference Proceedings 1390, p.675 - 683, 2011/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.19(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)A negative ion beam probe system has been proposed as a new tool to diagnose beam profiles of high intensity positive ion beams such as the high intensity continuous-wave (CW) D
beam for the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF). To monitor beam profile of the positive ion beam from a remote position, a negative ion beam is injected into the positive ion beam perpendicularly, and the negative-ion-beam attenuation due to the beam-beam interaction is measured at each point. In a low barycentral energy region, the additional electrons of the negative ions with the small electron affinity are easily detached by collisions with the positive ions. To validate the system capability, an experimental study with a low-energy intense He beam system has been started for the proof-of-principle (PoP) experiment. For the probe beam source, an H ion source to produce the H beam with a rectangular shape of 70 mm 
2 mm has been designed and assembled. The long side of the rectangle can cover the entire cross section of the He beam around the focal point, while the short side should be thin not to disturb the target beam. It is installed on a small test stand to measure the beam quality of the H beam. Experimental results of the H beam extracted from the small source will be presented.
神藤 勝啓; 和田 元*; 金子 修*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 笹尾 眞實子*; 木崎 雅志*
Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.999 - 1001, 2010/05
大出力正イオンビームのプロファイルを診断するための新方式として、われわれは負イオンビームプローブシステムを提案した。IFMIFの2本の線形加速器は加速器駆動型中性子源として、各々が40MeV/125mA連続重陽子ビームを供給する。連続運転中は極大電流ビームと高放射線レベルのために、ビーム光学やメンテナンス等の観点からビーム輸送系で通常の診断方式による測定は困難である。高エネルギー粒子との衝突により容易に付加電子が脱離する負イオンのビームを正イオンビームに対して遠方より垂直に入射して、ビーム=ビーム相互作用による負イオンビームの減衰量を各位置で調べることにより、ビームプロファイルを診断することが可能になる。われわれは平成21年度よりこの新しいビームプロファイルモニターシステムの原理検証実験を開始した。本発表では、その実験原理及び方法、本研究のために製作したシート状ビーム生成用水素負イオン源の性能評価とともに、IFMIFビーム輸送系への応用の見通しについて報告する。
宮沢 豊*; 坂下 哲哉; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 根岸 洋*; 小林 啓恵*; 金安 智子*; 大庭 淳*; 諸橋 恵太*; 柿崎 竹彦*; et al.
Journal of Radiation Research, 49(4), p.373 - 379, 2008/07
被引用回数：29 パーセンタイル：64.75(Biology)本研究は、重粒子マイクロビーム照射及びレーザー照射を用いて根の水分屈性における根端と伸長領域の役割を明らかにすることを目的とした。伸長領域への重イオンマイクロビームの照射は水分屈性の進行を有意に一時的に抑制したが、コルメラ細胞への照射は抑制しなかった。しかし、レーザー照射は水分屈性にコルメラ細胞が必要なことを示唆した。さらに、重イオンブロードビーム照射実験から、重イオンの照射によりIAA5遺伝子の発現が抑制されるが、MIZU-KUSSEI1遺伝子は抑制されないことがわかった。これらの結果は、根端と伸長領域とが根の水分屈性に異なる役割を持つこと、また遺伝子の発現が必要なことを示唆した。
using heavy-ion microbeam宮沢 豊*; 坂下 哲哉; 根岸 洋*; 小林 啓恵*; 金安 智子*; 大庭 淳*; 諸橋 恵太*; 柿崎 竹彦*; 舟山 知夫; 浜田 信行*; et al.
JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 116, 2008/03
水分屈性において機能する細胞群とそこでの生体反応を同定することを目的として、重イオンマイクロビーム照射及びレーザー照射によって組織あるいはその機能を局所的に破壊した根の水分屈性を解析した。レーザーによる根端の局所的な照射を行った解析から、コルメラ細胞及び、伸長領域が水分屈性の発現に必須であることが示唆された。一方、重イオンマイクロビーム照射は、伸長領域への照射においてのみ水分屈性発現の低下をもたらしたが、コルメラ細胞への照射では屈性の低下をもたらさなかった。重イオン照射が新規の遺伝子発現を不活化できるかを、重イオン照射後の個体のオーキシン誘導性遺伝子発現を指標に検証したところ、照射によりオーキシン誘導性遺伝子発現の誘導が顕著に抑制されることが明らかになった。これらの結果は、水分屈性発現過程でコルメラ細胞,伸長領域の両細胞群が機能すること、また伸長領域では新規の遺伝子発現が必須である一方、コルメラ細胞においては新規の遺伝子発現が必須でないことを示唆した。
Ru
O thin films寺井 恒太*; 吉井 賢資; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 大和田 謙二; 稲見 俊哉; 岡根 哲夫; 有田 将司*; 島田 賢也*; et al.
Physical Review B, 77(11), p.115128_1 - 115128_6, 2008/03
被引用回数：16 パーセンタイル：56.47(Materials Science, Multidisciplinary)We have studied the electronic and magnetic properties of epitaxially grown CaMnRuO thin films (
= 1.0, 0.75, 0.5) by soft X-ray absorption (XAS), soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) and hard X-ray photoemission spectroscopy (HXPES) measurements. The XMCD studies indicated that the spin moments of Mn and Ru are aligned in opposite directions. The valence-band HXPES spectra revealed that the Ru 4
states around the Fermi level and the Mn 3 up-spin states centered 2 eV below it, both of which showed systematic concentration dependences. From these results, we propose that the localized Mn 3 states and the itinerant Ru 4 band are antiferromagnetically coupled and give rise to the ferromagnetic ordering, in analogy to the mechanism proposed for double perovskite oxides such as SrFeMoO
.
