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論文

Numerical study of sediment and $$^{137}$$Cs discharge out of reservoirs during various scale rainfall events

操上 広志; 舟木 泰智; Malins, A.; 北村 哲浩; 大西 康夫*

Journal of Environmental Radioactivity, 164, p.73 - 83, 2016/11

AA2015-0827.pdf:2.61MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.17(Environmental Sciences)

福島の一般的なダム湖における土砂・放射性セシウム輸送を理解するために3次元有限体積コードFLESCOTによる解析を実施した。本モデルは乱流流れ、複数粒径土砂の輸送、溶存および土砂付着セシウムの輸送を考慮する。福島環境におけるモデルの適用性確認のために台風時の大柿ダム湖での試験解析を実施した。その後、一般的なダム湖に対し、流量強度、ダム湖体積、収着分配係数を変化させた解析を実施し、それらの特性が放射性セシウムのダム湖からの流出に与える影響を調査した。大きい降雨イベント時にはシルトが放射性セシウム輸送に大きく寄与する一方、小さいイベント時には粘土付着成分や溶存成分が支配的となることが示された。これらの結果は任意の降雨イベント時に対し、放射性セシウム流出量を評価するのに有益と考える。

論文

Observation of dynamics and modification of solid surface using a picosecond soft X-ray laser

錦野 将元; 河内 哲哉; 長谷川 登; 石野 雅彦; 南 康夫*; 末元 徹*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 佐藤 克俊*; Faenov, A.*; et al.

X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.958902_1 - 958902_7, 2015/09

The high quality soft X-ray laser (SXRL) source enables us to achieve quite high spatial-resolution as a probe and quite intense X-ray as a pump. As an application using the SXRL, we have observed the spallative ablation process by the interaction with SXRL or femto-second (fs) laser. In the presentation, we show several new application results using the SXRL. We discuss the scenario of the spallative ablation of the sample surface. The numerical simulation study is underway by using a molecular dynamics code. These results lead to understanding the full process of the interaction with the SXRL and/or fs laser.

論文

The Observation of a transient surface morphology in the femtosecond laser ablation process by using the soft X-ray laser probe

長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 井筒 類*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; et al.

X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.95890A_1 - 95890A_8, 2015/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:29.52

フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブ計測法を開発し、フェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を開始している。レーザーアブレーション過程は、初期過程における変化が高速(~ピコ秒)である反面、粒子が飛散する過程はマイクロ秒程度と長い時間をかけて行われる。我々は、この様な現象を同一の装置で観測するため、ポンプ光とプローブ光を異なる発振器で発生させることで両者の遅延時間を数ピコ秒の時間精度を保ちつつ、マイクロ秒以上の幅広い時間に対応させた。今回は本システムを用いることで、金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、その初期(数ピコ秒)に金属表面から剥離した薄膜が、マイクロ秒程度まで膜としての形状を保持したまま膨張することを新たに見いだした。

論文

軟X線レーザープローブによるフェムト秒レーザーアブレーション機構の照射強度・物質依存性の観測

長谷川 登; 富田 卓朗*; 錦野 将元; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 河内 哲哉; et al.

JAEA-Conf 2015-001, p.17 - 20, 2015/07

軟X線レーザーをプローブとした干渉計を構築することで、フェムト秒レーザーアブレーション過程におけるexpansion frontとablation frontの同時計測に成功した。これにより、フェムト秒レーザーアブレーションのダイナミクスの全体像を実験的に得ることに成功した。更に金とタングステンのexpansion frontの形状を比較することにより、アブレーション過程が局所的な照射強度と加工閾値に強く依存していることが示された。これは、照射レーザーのプロファイルの制御により、expansion frontの形状が制御可能であることを示しており、過渡的な光学素子の形成等への応用が期待される。

論文

Mathematical Modeling of Radioactive Contaminants in the Fukushima Environment

北村 哲浩; 操上 広志; 山口 正秋; 小田 好博; 齋藤 龍郎; 加藤 智子; 新里 忠史; 飯島 和毅; 佐藤 治夫; 油井 三和; et al.

Nuclear Science and Engineering, 179(1), p.104 - 118, 2015/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.49(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所事故に伴い環境に放出されその後地表に降下した放射性物質の分布を予測することは重要で、速やかに進めて行く必要がある。このような予測を行うために、放射性物質として特に放射性セシウムに着目し、現在複数の数理モデルを開発している。具体的には、土壌の表層流出に伴う放射性セシウムの移行については土壌流亡予測式を用いた流出解析、河川における核種移行については河川解析コードTODAM・iRICを用いた移行解析、河口域における土砂堆積については3次元解析コードROMS等を応用した堆積解析を行っている。また、セシウムと土壌の吸着メカニズムについては分子原子レベルの分子挙動計算法を用いた解析を開始しており、最終目標として吸着係数等の把握を目指している。

論文

タングステンにおけるフェムト秒レーザーアブレーション過程の軟X線レーザー反射・干渉観測

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 馬場 基芳*; 南 康夫*; 河内 哲哉; et al.

レーザー学会第471回研究会報告; 短波長量子ビーム発生と応用, p.9 - 12, 2014/12

フェムト秒レーザーアブレーションによるリップル形成、ナノスケールアブレーションやナノ粒子生成などに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。これまでの金や白金に加えて融点の高いタングステンを用いて実験を開始した。フェムト秒レーザー照射によるタングステンのアブレーション過程の解明のために、フェムト秒レーザー(波長795nm、パルス幅80fs)ポンプ・ピコ秒軟X線レーザー(波長13.9nm、パルス幅7ps)プローブを構築し、ピコからナノ秒スケールで起きる金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を行った。レーザー照射の数ピコ秒後から数ナノ秒後の時間領域のサンプル表面でのアブレーション面の膨張過程について軟X線による反射及び干渉計測を行い、アブレーションフロントの表面状態について解析を行った。また、講演ではタングステンと他の金属のアブレーション過程の違いについて考察を行う。

論文

Sediment and $$^{137}$$Cs behaviors in the Ogaki Dam Reservoir during a heavy rainfall event

操上 広志; 北村 哲浩; Yokuda, Satoru*; 大西 康夫*

Journal of Environmental Radioactivity, 137, p.10 - 17, 2014/11

 被引用回数:17 パーセンタイル:31.53(Environmental Sciences)

We performed a simulation of sediment and $$^{137}$$Cs behavior in the Ogaki Dam Reservoir during a heavy rainfall event occurred in 2013. One-dimensional river and reservoir simulation scheme TODAM was applied for calculating the time dependent migration of sediment and $$^{137}$$Cs in dissolved and sediment-sorbed forms in the reservoir. Continuous observational data achieved in upper rivers were used as the input boundary conditions for the simulation. The simulation results were compared with the continuous data achieved in the lower river and we confirmed the predicted values of sediment and $$^{137}$$Cs in sediment-sorbed form at the exit of reservoir satisfactorily reproduced the observational data. The simulation result of a heavy rainfall event shows that the reservoir plays an important role to delay and buffer the contamination movement in heavy rainfall events.

論文

Predicting the long-term $$^{137}$$Cs distribution in Fukushima after the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident; A Parameter sensitivity analysis

山口 正秋; 北村 哲浩; 小田 好博; 大西 康夫*

Journal of Environmental Radioactivity, 135, p.135 - 146, 2014/09

 被引用回数:26 パーセンタイル:16.65(Environmental Sciences)

福島第一原子力発電所事故後のセシウム137($$^{137}$$Cs)の長期分布予測を試行した。本研究では、USLE(土壌流亡予測式)と簡易的な水理公式を併用した土壌およびセシウム移行モデルを適用して福島におけるセシウムの長期分布予測を行った。本モデルは、土壌侵食、土砂移動および堆積モデル、およびセシウムの移行モデルとその将来分布モデルにより構成される。観測値等の得られていないパラメータについては、感度解析を実施し、パラメータの不確実性に起因する結果の幅を示した。本試行により、ほぼすべての解析ケースにおいて、河川流域内への砂の顕著な堆積傾向が示された一方、シルトや粘土については大半が河口まで運搬されることが示された。一方、侵食・運搬される土砂$$^{137}$$Csの量については、土地利用や地形、降雨に関わるパラメータに起因するケース毎のばらつきがみられた。これに対し、運搬される土砂中の$$^{137}$$Cs濃度はこうしたパラメータの設定に関わらず、流域毎にほぼ一定の値を示すことが示された。このことは、$$^{137}$$Csの移動には、土砂の侵食・運搬量と、セシウムの沈着量の寄与が大きいことを示唆する。

論文

Predicting sediment and cesium-137 discharge from catchments in eastern Fukushima

北村 哲浩; 山口 正秋; 操上 広志; 油井 三和; 大西 康夫*

Anthropocene, 5, p.22 - 31, 2014/03

土壌流亡予測式と地理情報システムを活用した簡易迅速な土砂およびセシウム移行解析モデルを用いて福島県東部の地表から流出する土砂およびセシウムの量を評価した。流出量は土壌流亡予測式を構成する各係数に依存するが、そのうち土地利用係数に着目し、主な評価を行った。その結果、評価対象領域における森林の面積の割合は64%を占めるが、森林から流出する土砂およびセシウムは全体の流出量の24%および33%に留まった。また、主な流出は農耕地からであると評価された。さらに集水域毎に評価を行い、それぞれの流出量を評価し、モニタリングデータと比較した。

論文

土砂移動に着目した福島第一原子力発電所事故後の放射性物質分布に関する解析手法の開発

山口 正秋; 前川 恵輔; 竹内 真司*; 北村 哲浩; 大西 康夫*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 20(2), p.53 - 69, 2013/12

東京電力福島第一原子力発電所事故後に地表に降下した$$^{137}$$Csを対象に、主要な移行経路の一つと考えられる土砂移動(侵食,運搬,堆積)を考慮した移行解析のための簡易的な解析手法を考案した。本検討では、地理情報システム(GIS)のモデル構築機能を用いて、各関係機関がオンラインで提供する公開データを用いて解析を行うためのプログラムを構築した。試解析の結果、ダム湖や貯水池における顕著な堆積傾向や、シルト・粘土等の細粒物が粗粒の砂等に比べてより遠方まで運搬されるといった粒径毎の流送土砂量の違いなどが計算で再現され、定性的には既存の観測結果とおおむね整合的であることが確認された。

論文

Simulating long-term $$^{137}$$Cs distribution on territory of Fukushima

北村 哲浩; 山口 正秋; 小田 好博; 操上 広志; 大西 康夫*

Transactions of the American Nuclear Society, 109(1), p.153 - 155, 2013/11

東京電力福島第一原子力発電所事故後に地表に降下した放射性セシウムを対象に、主要な移行経路の一つと考えられる土砂移動(侵食,運搬,堆積)を考慮した移行解析を行った。解析は土壌流亡予測式(USLE)と地理情報システム(GIS)のモデル構築機能を使用し構築したモデルで行った。事故後2年後, 6年後, 21年後の空間線量率の計算を行い、経済産業省の予測値と比較した。その結果、比較的高い線量の範囲について同一の減少傾向が見られたが、減少率は本モデルの予測値の方が小さくなった。また、解析結果の一部を加工計算し、河川解析用の境界条件を与えた。

論文

Preliminary calculation of sediment and $$^{137}$$Cs transport in the Ukedo River of Fukushima

操上 広志; 北村 哲浩; 山口 正秋; 大西 康夫*

Transactions of the American Nuclear Society, 109(1), p.149 - 152, 2013/11

河川中の土壌粒子の成分ごとに、河川水中の懸濁濃度を河口からの距離の分布として計算した。その結果、砂成分は河川中に蓄積し、海まで到達しないものの、シルトと粘土成分は海まで到達する結果となり、河川はシルトや粘土を媒体に放射性Csの運搬経路となる試算結果となった。地形勾配が大きい箇所においては顕著な侵食が生じ、地形勾配が緩やな箇所で堆積が生じた。放射性Csの溶存成分は下流になるにつれてわずかに低下し、浮遊物質(細かい土壌粒子)への付着成分の割合が高くなったが、ほとんどがシルト,粘土への付着成分としての輸送であった。

論文

軟X線レーザー干渉計と反射率計を用いたフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの計測

錦野 将元; 長谷川 登; 石野 雅彦; 山極 満; 河内 哲哉; 南 康夫*; 寺川 康太*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 末元 徹; et al.

JAEA-Conf 2013-001, p.16 - 19, 2013/09

フェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。そこでプラズマ励起軟X線レーザーによる軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X反射率計測からアブレーションフロントの表面状態について研究を開始した。特に、ガウス型の強度分布を持ったポンプ光を用いることで、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。反射率計測の結果からは、局所照射フルエンスに対して閾値特性を持ったアブレーションダイナミクスの変化が計測されている。しかし、これまでに干渉計測と反射率計測を併せたアブレーションダイナミクスの検討は十分に行えていなかった。本研究では系統的な計測時間やポンプレーザー照射強度における軟X線干渉計測と軟X線反射率計測の結果を比較し検討を行う。

論文

Observation of the nano-scale surface dynamics of femtosecond laser ablation by time-resolved soft X-ray imaging technique

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 江山 剛史*; 高吉 翔大*; 河内 哲哉; 羽富 大紀*; et al.

Proceedings of SPIE, Vol.8849, p.88490E_1 - 88490E_6, 2013/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.27

近年、リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が 数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。このような現象は基本的にはマルチパルス照射によって引き起こされるものであるが、その基礎過程を理解するためには、まずは単一パルス照射によって引き起こされる過程を理解することが重要である。われわれはプラズマ励起軟X線レーザー(波長13.9nm)による軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X線反射率計測から複数の金属におけるアブレーションフロントの表面状態についての計測を開始している。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長795nm)をポンプ光とし、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。白金や金表面の干渉計測・反射率計測で得られたアブレーション初期過程の表面変化について講演を行う。

報告書

$$alpha$$線スペクトル型サーベイメータ特性試験

福留 克之; 都所 昭雄; 大西 俊彦; 古橋 秀雄; 野原 尚史; 江口 和利; 赤津 康夫

PNC-TN8410 91-013, 32 Pages, 1991/01

PNC-TN8410-91-013.pdf:0.59MB

プルトニウム燃料施設においては、サーベイメータ等で有意値が検出された場合、それがプルトニウム等の核燃料物質によるものかあるいは、自然界に存在するラドン・トロンによるものかの判別を行う必要があり、これらの判別には従来から多重波高分析装置が用いられている。この装置は大型で重量もあるため、施設の放射線管理室に据付けた状態で使用するのが一般的であり、作業現場に移動してその判別を行う測定器としては難点があった。また、表面密度の測定はサーベイメータを用い、核種の判定は多重波高分析装置を用いるため、2台の測定器を必要とした。これらの問題を解決するため、プルトニウムかラドン・トロンかの判別が可能であり、しかもサーベイメータ機能もそなえた測定器の製作に着手し特性試験等を行った結果、表面汚染管理に実用可能な測定器としての良好な結果が得られた。

口頭

軟X線レーザーを用いたフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの時間分解計測

錦野 将元; 山本 稔*; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 寺川 康太*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 大西 諒*; 石野 雅彦; 海堀 岳史; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーション等の現象の理解は、レーザープロセッシングの新たな可能性を開拓するために不可欠である。高空間・高時間分解能で取得したダイナミクスに関する情報は、フェムト秒レーザーによるアブレーション現象を直接知ることができるため有効な手段である。そこで低密度プラズマの影響を受けずに物質表面の構造変化を直接観察することが可能な軟X線レーザーをプローブ光とするポンプ・プローブ計測を行い、レーザーアブレーション過程の時間分解イメージングを行った。フェムト秒レーザーの照射強度によって生成されるアブレーション領域を3つの領域に分けて得られた計測結果について講演を行う。

口頭

フェムト秒レーザーアブレーション過程における軟X線反射率の局所フルエンス依存性,1

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 大西 諒*; 石野 雅彦; 山本 稔*; 寺川 康太*; 海堀 岳史; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーション等の現象の理解は、レーザープロセッシングの新たな可能性を開拓するために不可欠であるが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。単一パルス照射によって引き起こされる過程を高空間・高時間分解能で取得したダイナミクスに関する情報は、フェムト秒レーザーによるアブレーション現象を理解するうえで重要である。そこで低密度プラズマの影響を受けずに物質表面の構造変化を直接観察することが可能な軟X線レーザーをプローブ光とするフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブの時間分解反射率イメージングを行い、レーザーアブレーション過程の時間分解イメージングを行った。フェムト秒レーザーの照射強度によって生成されるアブレーション領域を3つの領域に分けて得られた時間分解計測結果について講演を行う。

口頭

軟X線反射イメージングによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の局所フルエンス依存性の観察

長谷川 登; 錦野 将元; 海堀 岳史; 河内 哲哉; 山極 満; 山本 稔*; 末元 徹*; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 寺川 康太*; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、特異的な構造の形成(ナノバブル構造)や極めて微小な掘削(ナノアブレーション)等の興味深い現象が観測されているが、その初期過程は適切な観測手法が乏しく、未だ解明が不十分である。本研究では、表面プラズマに対する透過力が高く、かつ表面粗さに対して反射率が敏感に変化する軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps)をプローブとした時間分解反射イメージング法により、白金のアブレーション初期過程の観測を行った。ガウス型の強度分布を持ったレーザー光(パルス幅80fs)を照射することにより、励起強度と軟X線の反射率の相関を観測した。励起強度の高い中央部(1J/cm$$^{2}$$以上)では、励起レーザー照射から10ps以内に反射率が消失するのに対し、周辺部(0.4$$sim$$1J/cm$$^{2}$$)では緩やかに反射率が低下し、それ以下の照射強度では反射率の低下が見られなかった。これにより、アブレーションのメカニズムが特定の照射強度に対して急激に変化することを明らかにした。

口頭

福島長期環境動態研究,5; 一次元コードTODAMを用いた河川解析

齋藤 龍郎; 操上 広志; 大西 康夫*; 小田 好博; 北村 哲浩

no journal, , 

福島原子力発電所事故により福島県の表層土壌に蓄積した放射性セシウム分布の予測と今後の環境動態は、外部または内部被ばくの評価のために、また、農業環境及び水中生物相への影響のために不可欠である。セシウムは粘土が多い土壌で吸着されるため、運搬機構は主として地表面の土壌侵食と堆積土に吸着した汚染物質の河川等の水によるとされる。本研究では、セシウム運搬のうち土壌侵食によるものはUSLE準拠モデル、河川によるものはTODAMモデルにより計算した。TODAMモデルはUSLE準拠モデルの計算結果を入力として利用している。また、福島県請戸川をモデル河川とし、堆積土とセシウムの運搬をダムから河口まで試算した。

口頭

軟X線レーザーを用いた金属表面のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観察,2

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 大西 直文*; 羽富 大紀*; 伊藤 篤史*; 南 康夫*; 武井 亮太*; et al.

no journal, , 

近年、フェムト秒レーザーアブレーションによるリップル形成、ナノスケールアブレーションやナノ粒子生成などに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。フェムト秒レーザー照射による金属のアブレーション過程の解明のために、フェムト秒レーザー(波長795nm, パルス幅80fs)ポンプ・ピコ秒軟X線レーザー(波長13.9nm, パルス幅7ps)プローブを構築し、ピコからナノ秒スケールで起きる金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を行った。フェムト秒レーザー照射直後、数百ピコ秒後までの時間領域のサンプル表面でのアブレーション面の膨張過程についてダブルロイズ鏡を用いた軟X線干渉計測を行い、アブレーションフロントの表面状態について解析を行った。これらの実験結果と分子動力学シミュレーションを用いたフェムト秒レーザーアブレーションに関する結果を比較しアブレーションダイナミクスの検討を行った。これらの解析結果について講演する。

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