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論文

量子ビームが切り拓く未来,3; 中性子利用研究の新展開

大山 幸夫; 池田 裕二郎; 新井 正敏; 森井 幸生

日本原子力学会誌, 51(1), p.14 - 19, 2009/01

平成13年度から着手したJ-PARC施設が平成20年度末の完成を目指して、ビーム試験が行われている。J-PARCの実験施設群の中でも、特に世界最高性能のパルス中性子源は中性子利用研究の新時代を拓くものである。本解説では、J-PARCの概要と平成20年12月に供用を開始するパルス中性子源及びそこに整備されつつある中性子実験装置について紹介する。また、量子ビームテクノロジーの一つの柱である中性子利用について、稼動中のJRR-3原子炉での利用を含め、J-PARC利用開始で幅広い展開が予想される生命科学研究,物質科学研究,産業利用への貢献など、最新の中性子利用研究の成果と今後の展望を述べる。

論文

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の建設; 世界最高強度の陽子ビームを利用する

大山 幸夫

検査技術, 11(9), p.1 - 7, 2006/09

日本原子力研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構とが共同で建設を進める大強度陽子加速器施設(J-PARC)の概要と現状について解説をする。

論文

J-PARC and new era of science

大山 幸夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.548 - 552, 2006/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:47.72(Instruments & Instrumentation)

日本原子力研究所(原研)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)が共同で進めている大強度陽子加速器計画(J-PARC)が2001年4月に着手された。計画は原研の中性子科学計画とKEKの大型ハドロン計画を統合したものである。J-PARC加速器は400MeVリニアック,3GeVの速い繰り返しのシンクロトロンと50GeVのシンクロトロンからなり、実験研究施設は物質生命科学実験施設,ハドロン実験施設,ニュートリノ施設及び核変換実験施設から構成される。第I期では核変換実験施設を除いて建設が進められている。加速器は2007年に200MeVのリニアックで運転を開始し、2008-2010の間に400MeVまで建設する。

論文

大強度陽子加速器計画における中性子源施設

大山 幸夫; 池田 裕二郎

放射線と産業, (107), p.45 - 51, 2005/09

原研とKEKが進める大強度陽子加速器計画(J-PARC)の中性子源施設について、J-PARC計画の概要とともに、中性子源設計の詳細について解説をする。

論文

Analysis of neutronic experiment on a simulated mercury spallation neutron target assembly bombarded by Giga-electron-Volt protons

前川 藤夫; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 高田 弘; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; Jerde, E.*; Glasgow, D.*; 仁井田 浩二*; 中島 宏; et al.

Nuclear Science and Engineering, 150(1), p.99 - 108, 2005/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:59.21(Nuclear Science & Technology)

米国BNLのAGS加速器による1.94, 12, 24GeVの陽子ビームを入射した鉛反射体付き水銀核破砕中性子ターゲット模擬体系における中性子工学実験の解析を行い、陽子加速器駆動による核破砕中性子源に対する中性子工学計算の妥当性検証を行った。解析にはモンテカルロ法粒子輸送計算コードNMTC/JAM, MCNPX, MCNP-4A、及びJENDL, LA-150の核データライブラリを用いた。その結果、取り扱ったエネルギー範囲がGeVからmeVまで12桁以上に及ぶにもかかわらず、高速中性子束及び熱中性子束の計算値はほぼ$$pm$$40%以内で実験値と一致した。このことから、これらの計算コードとデータの組合せによる中性子工学計算により、核破砕中性子源の核特性評価を適切に行えるとの結論を得た。

論文

大強度陽子加速器施設(J-PARC)で期待される原子力科学

鬼柳 善明*; 永宮 正治*; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 大井川 宏之; 井頭 政之*; 馬場 護*; 岩崎 智彦*; 渡辺 幸信*; 石橋 健二*

日本原子力学会誌, 46(3), p.173 - 197, 2004/03

大強度陽子加速器施設J-PARCでは、断面積測定,遮蔽実験などのビーム利用実験ができること、また、II期工事に計画されている核変換実験施設は、原子力エネルギーに直接関係するものであるという理由から、このような研究に関係が深い原子力学会の炉物理,放射線工学,加速器・ビーム科学,核データの4部会が合同で、J-PARCを利用した研究について、企画セッションなどを通して検討してきた。本特集は、そこでまとめられた研究計画について述べたものである。また、検討された研究を、さらに効率的・発展的に進めるための提案にも言及している。プロジェクト側から施設建設状況と実験施設の利用計画について、次いで4つの関係部会からの研究提案について詳細を述べる。

論文

Current status of the AGS spallation target experiment

中島 宏; 高田 弘; 春日井 好己; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 甲斐 哲也; 今野 力; 池田 裕二郎; 大山 幸夫; 渡辺 昇; et al.

Proceedings of 6th Meeting of the Task Force on Shielding Aspects of Accelerators, Targets and Irradiation Facilities (SATIF-6), (OECD/NEA No.3828), p.27 - 36, 2004/00

米国ブルックヘブン国立研究所AGS(Alternating Gradient Synchrotron)加速器を用いて行われている一連の核破砕ターゲット実験及びその解析の概要について報告する。本実験では、中性子発生特性,遮蔽設計パラメータに関する情報を得ることを目的として、AGS加速器から得られる数GeV,数百kJの陽子ビームを水銀核破砕ターゲットに入射し、そこで発生する二次粒子を用いて、中性子工学及び遮蔽に関する実験を過去4年間にわたって行ってきた。昨年、遮蔽実験を行うとともに、これまでの実験結果の解析を通して大強度陽子加速器施設の設計コードの精度検証が精力的に行われている。本報告では、昨年行った遮蔽実験の最新結果及びこれまで行ってきた実験解析の結果について紹介する。

論文

Research activities on neutronics under ASTE collaboration at AGS/BNL

中島 宏; 高田 弘; 春日井 好己; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 甲斐 哲也; 今野 力; 池田 裕二郎; 大山 幸夫; 渡辺 昇; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.1155 - 1160, 2002/08

次世代の数MW級核破砕中性子源の開発を目的として、日米欧の国際協力の下、米国ブルックヘブン国立研究所においてAGS(Alternating Gradient Synchrotron)加速器を用いた一連の実験が行われている。実験では、AGS加速器から得られる数GeV,数百kJの陽子ビームを水銀核破砕ターゲットに入射して、中性子源開発における重要な課題である、圧力波発生機構,中性子発生特性,遮蔽設計パラメーターに関する情報を得るため、圧力波測定,発熱分布測定など熱工学的実験並びに、発生中性子分布,エネルギースペクトル測定,遮蔽体内中性子減衰特性測定,核破砕生成物測定等,中性子工学実験及び遮蔽実験を行っている。ここでは、中性子工学実験及び遮蔽実験に関してこれまでに得られた成果など研究の現状について紹介する。

論文

大強度パルス中性子源の開発とその利用

大山 幸夫

Radioisotopes, 51(5), p.219 - 227, 2002/05

21世紀の科学技術を進める研究基盤施設として、現在、日本原子力研究所(原研)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)とが共同で建設を進めている、大強度陽子加速器計画が建設に着手しようとしている。この計画は、3段階のエネルギーに加速された陽子を使って多分野にわたって利用される多目的研究施設である。この中でも特に、大強度パルス中性子源施設は年間延べ数千人にのぼる多くのユーザーを抱える施設であり、そこでは物質・生命科学の多様な研究が行われることが期待される。本施設の完成時には、パルス中性子源も含めて各研究施設では世界第一級の性能の実験設備が完成する。本稿では、大強度パルス中性子源の概要、そしてそこで期待される中性子の利用研究について紹介する。

報告書

Measurement of profile and intensity of proton beam by an integrated current transformer and a segmented parallel-plate ion chamber for the AGS-Spallation Target Experiment (ASTE)

明午 伸一郎; 中島 宏; 高田 弘; 春日井 好己; 猪野 隆*; 前川 藤夫; Hastings, J.*; 渡辺 昇; 大山 幸夫; 池田 裕二郎

JAERI-Data/Code 2001-014, 23 Pages, 2001/03

JAERI-Data-Code-2001-014.pdf:1.55MB

1.94,12及び24GeV陽子を水銀ターゲットに入射し、ターゲット内の温度,圧力波及び中性子特性を測定するAGS核破砕ターゲット実験における入射ビームのプロファイルと強度の測定を行った。入射陽子ビームプロファイルのオンライン検出器としてセグメント化された平行平板電離箱(CHIDORI)を用いた。また、プロファイルはアルミ箔を陽子ビームで放射化し、これから生成する$$gamma$$及び$$beta$$線の強度分布をイメージングプレート(IP)で検出する方法を測定した。ビーム強度の測定には積分型カレントトランスフォーマー(ICT)及び銅箔の放射化法を用いた。CHIDORI及びIPによるプロファイルの結果は良い一致を示した。また、ICT法と放射化法によるビーム強度の結果は、12及び24GeV陽子に対し3%以内で良い一致を示した。さらに、これらの値はAGSのチームが設置したセグメント型ワイヤー電離箱(SWIC)及び二次放出電離箱(SEC)による結果と良い一致を示した。以上より、モニター手法を確立し温度及び圧力波等の実験解析が入射陽子あたりで規格化できるようになった。

論文

Status of spallation neutron source program in high intensity proton accelerator project

大山 幸夫; 池田 進*; 日本原子力研究所・高エネルギー加速器研究機構共同推進チーム

JAERI-Conf 2001-002, p.19 - 26, 2001/03

日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構とが共同で進める大強度陽子加速器計画の中の最も重要な施設が核破砕中性子源施設である。この施設の設計現状について報告する。施設は、ターゲット・減速材・反射材(TMR)システム,遮蔽体・ビームシャッター,陽子・中性子ビームライン及び計測器を配置する。TMRシステムについては高エネルギー輸送計算により形状配置の最適化を行った。熱除去系,保守構造,安全設計についてもR&Dを含め、かなり進んでおり、来年には詳細設計を行う。また、計測器の検討についても日本全国の研究者を組織して検討を行っている。

論文

大強度陽子加速器計画の現状と研究構想

大山 幸夫

日本原子力学会モンテカルロ法による粒子シミュレーションの現状と課題, p.183 - 191, 2001/01

原研及び高エネルギー加速器研究機構(KEK)は共同して大強度陽子加速器計画施設の建設を進めている。本計画は、600MeV陽子リニアック,3GeV及び50GeV陽子シンクロトロン加速器群により作り出される陽子ビームを用いて、核変換実験施設,物質・生命科学実験施設(ミュオン実験施設,中性子散乱実験施設),原子核素粒子実験施設,ニュートリノ実験施設の建設を目指している。物質・生命科学実験施設における中性子利用では、減速した熱・冷中性子を用いた飛行時間法による広いQ-W領域における中性子散乱による物性研究・構造生物学研究、また、ミュオン実験では、mSR等ミュオンをプローブとして用いた物性研究等が計画されている。原子核・素粒子実験施設では、K中間子,$$pi$$中間子等の2次ビームを用いて極限状態の原子核やストレンジネスを持つ原子核の研究が行われる。ニュートリノ実験では、現在つくばで行われているK2K実験より百倍強度の高いニュートリノを用いてニュートリノ振動や混合状態の精密測定が期待されている。核変換実験施設では、物理実験施設を用いて未臨界炉心の炉特性実験や制御実験を行うとともに、工学実験施設でターゲット・構造材料に関する照射実験や液体ターゲットシステムの実証試験を行う。

論文

Investigation on prediction capability of nuclear design parameters for gap configulation in ITER through analysis of the FNS gap streaming experiment

前川 藤夫; 今野 力; 和田 政行*; 春日井 好己; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 前川 洋; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.263 - 267, 2000/03

国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動のR&Dタスク「中性子工学遮蔽実験(T-218)」として、原研FNSで行われたITERのためのギャップストリーミング実験の解析を行った。実験体系を詳細にモデル化し、3次元モンテカルロ輸送計算コードMCNP-4AとFENDL/E-1.0及びJENDL Fusion Fileに基づく断面積ライブラリを用いて計算を行った結果、すべての計算値はおおむね30%以内で実験値と一致した。このため、詳細なモデル化を行えば、現在ITERの設計で使われているこれらのコードや核データベースにより、ITERのブランケットモジュール間にできる約2cm幅のギャップによる中性子や$$gamma$$線のストリーミング現象を適切に取り扱い、ブランケットモジュール脚部の再溶接箇所のヘリウム生成率や真空容器背後のトロイダル磁場コイルに対する核応答を精度良く評価できることが実証された。

論文

Experimental investigation on streaming due to a gap between blanket modules in ITER

今野 力; 前川 藤夫; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 春日井 好己; 和田 政行*; 前川 洋; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.540 - 544, 2000/03

ITERのブランケットモジュール間のギャップによる中性子のストリーミングがブランケットモジュールとバックプレートの溶接部や超伝導コイルに対する遮蔽性能に及ぼす影響を調べるために、ITERのブランケットモジュール間のギャップを模擬した大型の鉄の実験体系(縦1.6m,横1.4m,奥行き50cmと80cm)を用いたギャップストリーミング実験を原研FNSで行った。中性子のギャップストリーミングにより、14MeV中性子束は最大約20倍増加したが、1MeV以下の中性子束及び$$gamma$$線は数10%以下の増加にとどまった。このことから、ギャップストリーミングの影響は$$gamma$$線による核発熱よりも高速中性子によるヘリウム生成、放射線損傷に対し大きいことがわかった。

論文

Recent progress in design sutdy of Japanese spallation neutron source

渡辺 昇; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 原田 正英; 坂田 英明*; 池田 裕二郎; 神永 雅紀; 日野 竜太郎; 大山 幸夫

Proceedings of 8th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-8) (CD-ROM), p.12 - 0, 2000/00

統合計画核破砕パルス中性子源の設計開発研究の最近の進展について、中性子工学研究を中心にターゲット開発の現状について述べる。中性子工学では、ターゲット・モデレータ・反射体系の概念設計の高度化を非常に広範囲な要素別に最適化研究を行い種々の新しいアイディアの提案とともに、世界最高性能の実現に向けて迫りつつある。このような高性能をターゲット工学の立場から可能とするため、熱流動、構造・材料にわたる広範囲な開発研究が進行中で、その問題点、開発シナリオ、最近の技術的データ、解析結果等について述べる。また計画の第一期にあっては陽子ビーム出力は1MWであるが第二期にあっては5MWに増力されることが本計画の重要な柱であり、そのためにはどのような陽子エネルギー、パルス繰り返し周波数を目指すべきかを判断するための基礎となるデータを蓄積中で、そのことについても報告する。

報告書

Neutronics study on the JAERI 5MW spallation neutron source; Neutronic performance of the reference target-moderator-reflector system and the target shape/size effects

勅使河原 誠*; 渡辺 昇*; 高田 弘; 甲斐 哲也; 中島 宏; 永尾 忠司*; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 小迫 和明*

JAERI-Research 99-020, 33 Pages, 1999/03

JAERI-Research-99-020.pdf:1.83MB

原研中性子科学研究計画で目指す5MW短パルス核破砕中性子源で提案されている基準ターゲット・モデレータ・反射体システムの性能評価を行うため、各種モデレータから得られる冷、熱及び熱外中性子強度に関するニュートロニクス計算を行った。陽子ビーム出力(MW)当たりの中性子強度は、最も関心の高い冷中性子の場合、他の計画中(SNS及びESS)の同規模の大強度中性子源と比較して高い効率で得られることがわかった。さらに、5MWの出力では、現存するILL強力中性子源の時間積分強度で1.5倍、ピーク強度で約80倍の強度を与える結果となった。また、基準系に対するターゲット形状/サイズの中性子強度に及ぼす影響を検討した。その結果、ターゲット形状の変化は、特にモデレータのない方向の増減は、中性子強度に大きな影響を及ぼさないことが示され、ターゲットの工学的な設計上の大きな裕度を与え得ることが明らかとなった。

論文

Benchmark experiment on vanadium with D-T neutrons and validation of evaluated nuclear data libraries by analysis of the experiment

前川 藤夫; 春日井 好己; 今野 力; 村田 勲*; Kokooo*; 和田 政行*; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 高橋 亮人*

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(3), p.242 - 249, 1999/03

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.78(Nuclear Science & Technology)

核融合炉の低放射化構造材料であるバナジウムについて、原研FNSのD-T中性子源を用いた中性子工学ベンチマーク実験を行った。中性子スペクトル、ドシメトリ反応率、$$gamma$$線スペクトル及び$$gamma$$線核発熱率をバナジウム実験体系内において測定した。実験解析により4つの評価済み核データファイルのベンチマークテストを行った結果、次にあげるような核融合炉の設計精度にかかわる主要な問題点が指摘された。(1)JENDL Fusion File及びJENDL-3.2:全断面積(特に2keV付近)を見直すべきである。(2)ENDF/B-VI:角度分布を等方と仮定している14MeV中性子に対する二重微分断面積を見直すべきである。また$$gamma$$線生成断面積が過小であり、離散$$gamma$$線ピークが明瞭でない。(3)EFF-3:$$gamma$$線生成断面積が過大である。

報告書

Neutronic studies of bare targets for JAERI 5MW pulsed spallation neutron source

勅使河原 誠*; 渡辺 昇*; 高田 弘; 中島 宏; 永尾 忠司*; 大山 幸夫; 小迫 和明*

JAERI-Research 99-010, 16 Pages, 1999/02

JAERI-Research-99-010.pdf:0.86MB

原研中性子科学研究計画で次世代短パルス核破砕中性子源の建設を目指しており、その第一歩として裸のターゲットから漏洩する中性子に関するニュートロニクス計算(ターゲット形状やターゲット材料等による)を行った。円筒形のターゲットに比べ扁平ターゲットは遙かに高い漏洩中性子束をモデレータに供給することができること、水銀ターゲットは鉛・ビスマスとも融体ターゲットに比べ高い漏洩中性子強度を与えることなどが明らかとなった。また、どの様なターゲットの形状が高い中性子強度を与えるのかなどに関して重要な知見を得た。しかしながら、正確に中性子性能を評価するためにターゲット・モデレータ・反射体系を含めた計算は不可避である。また、冷モデレータにおける核発熱の情報を得るために、ターゲットに近接(ターゲット表面から2cm)して置かれた軽水の核発熱分布を求めた。

報告書

評価済高エネルギー核データのための実験データの現状及び信頼性評価手法に関する検討; シグマ研究委員会「JENDEL高エネルギー核データファイル積分テストに関するタスクフォース」報告

大山 幸夫; 馬場 護*; 渡辺 幸信*; 河野 俊彦*; 沼尻 正晴*; 植木 絋太郎*; 小田野 直光*; 山野 直樹*; 小迫 和明*; 林 克己*; et al.

JAERI-Review 98-020, 130 Pages, 1998/11

JAERI-Review-98-020.pdf:6.4MB

シグマ委員会では近年の加速器利用の進展に伴い、基礎研究、放射性廃棄物の消滅処理研究、核融合炉材料研究、医学診断・治療研究など多岐に渡る分野において共通の基礎データである中高エネルギー領域核データの整備を目的として、JENDL High Energy File(JENDL-HE)の整備作業を実施してきた。一方、そのデータレビュー及び積分テスト手法が未確立であり、JENDL-HEの利用を促すためにも積分的検証が必須である。このため、シグマ委員会ではJENDL-HEに関する積分評価のためのタスクフォースを設置し、問題点の現状を調査・検討し、今後のシグマ委員会における中高エネルギー核データ評価及び整備に対する指針を得ることを目的として調査活動を実施した。本報告書は本タスクフォースの調査検討結果をまとめたものであり、シグマ委員会に対する報告を行うものである。

報告書

Compilation of benchmark results for fusion related nuclear data

前川 藤夫; 和田 政行*; 市原 千博*; 牧田 陽*; 高橋 亮人*; 大山 幸夫

JAERI-Data/Code 98-024, 174 Pages, 1998/11

JAERI-Data-Code-98-024.pdf:6.71MB

本レポートは、核融合炉の核設計で使われる評価済み核データの精度検証を目的として行ったベンチマークテストの結果をまとめたものである。一部の成果はシグマ委員会と炉物理委員会の合同で組織された核融合炉ニュートロニクス積分テストワーキンググループの活動として得られた。原研FNS及び大阪大学OKTAVIANの2つのD-T中性子源施設を用いて行われたベンチマーク実験の解析により、3種の評価済み核データファイル(JENDL-3.2,JENDL核融合ファイル,FENDL/E-1.0)及びFENDL/E-2.0に選択された核データの中から、実験値の存在する総計21元素の中性子及び2次$$gamma$$線データに対するベンチマーク計算結果を実験値と比較した結果が収録されている。

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