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論文

USVを用いた海底の放射能分布測定システムの開発; 福島沿岸域での海底放射性物質濃度の経年変化傾向の測定例

眞田 幸尚; 宮本 賢治*; 越智 康太郎; 松崎 康治*; 小川 年弘*; 千賀 康弘*

海洋理工学会誌, 24(2), p.9 - 18, 2018/12

大量な放射性核種が海洋に流出した福島第一原子力発電所事故から7年経過した。海底のセシウムの挙動の解明は漁業再開のために必要である。われわれは、海底の堆積物中の放射性セシウム濃度を直接的に計測できる無人観測船を用いた放射線計測システムを開発した。このシステムは自動的に測定ポイントに移動し、堆積物の計測が可能である。検出器の校正は実際のサンプル計測と比較して決定した。このシステムを用いて福島沖の浅海域の放射性セシウム濃度の測定を経時的に実施した。結果から放射性セシウム濃度の分布は変化しているが、全量(インベントリー)としては、放射性セシウムの半減期に従って減少していることが分かった。このようなシステムは簡便に海底の放射性セシウム濃度を測定できるので、海底のセシウムの挙動の解明に役立つ。

報告書

平成27年度原子力発電所周辺における航空機モニタリング(受託研究)

眞田 幸尚; 宗像 雅広; 森 愛理; 石崎 梓; 嶋田 和真; 廣内 淳; 西澤 幸康; 卜部 嘉; 中西 千佳*; 山田 勉*; et al.

JAEA-Research 2016-016, 131 Pages, 2016/10

JAEA-Research-2016-016.pdf:20.59MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。ここでは、平成27年度に実施した福島第一原子力発電所周辺におけるモニタリング結果と川内原子力発電所周辺で行ったバックグラウンド線量率のモニタリング結果についてまとめた。

論文

Measurement of heat load density profile on acceleration grid in MeV-class negative ion accelerator

平塚 淳一; 花田 磨砂也; 小島 有志; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 宮本 賢治*; 吉田 雅史; 錦織 良; 市川 雅浩; 渡邊 和弘; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02B137_1 - 02B137_3, 2016/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.87(Instruments & Instrumentation)

負イオンの引出・加速の物理を理解するために、ITER原型加速器において加速電極上の熱負荷密度分布を初めて測定した。熱負荷密度分布を測定するために、加速電極孔周辺領域をそれぞれが熱絶縁された34個の銅ブロックで構成し、それぞれの銅ブロックに熱電対を接合することで、空間分解能3mm程度の熱負荷密度分布測定に成功した。これはビーム径16mmのビームのテイル成分を測定するのに十分な分解能である。この測定により、加速電極孔周辺において熱負荷密度分布に2箇所のピークを発見した。ビームオプティクスやガス密度分布を変化させる実験により、これら2つのピークは負イオン及び2次電子の衝突であることが明らかになった。これは負イオンや2次電子の軌道を理解するために必要な初めての実験結果である。

論文

Study of negative hydrogen ion beam optics using the 2D PIC method

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 小島 有志

AIP Conference Proceedings 1515, p.22 - 30, 2013/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:3.05

負イオンビーム光学を数値的に解析するため、統合2次元PICコードを開発している。このコードの特徴は、ソースプラズマから加速器までの全ての領域を含み計算することである。つまり、最初にプラズマメニスカスの形状を仮定することなく、負イオンの軌道を自己矛盾無く追跡することができる。今回、メニスカスの端部から引出された表面生成負イオンがビームハロの一因であることが分かった。これらの負イオンはメニスカスの曲率により過収束されるが、引出部の静電レンズでは修正されず、結果としてハロを形成する機構が示唆された。

論文

Study of plasma meniscus formation and beam halo in negative hydrogen ion sources

奥田 晋*; 宮本 賢治*; 福山 俊茂*; 西岡 宗*; 畑山 明聖*; 深野 あづさ*; 花田 磨砂也; 小島 有志

AIP Conference Proceedings 1515, p.107 - 113, 2013/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:2.35

負イオン源中のプラズマ-ビーム境界であるメニスカスは、負イオンビーム光学に大きく影響することは明らかである。近年、メニスカスの形状によるビームハロが発生することが示唆されている。これは、曲率の大きい負イオン放出面によるものと考えられている。そこで、このプラズマメニスカスの形状とビームハロに対する負イオン生成率の関係をPICコードを用いて調べた。その結果、プラズマメニスカスは負イオンの量で形が決まるため、ビームハロ形成は表面生成された負イオンの量に強く依存することが分かった。

論文

Study of beam optics and beam halo by integrated modeling of negative ion beams from plasma meniscus formation to beam acceleration

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 小島 有志

Applied Physics Letters, 102(2), p.023512_1 - 023512_4, 2013/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:29.22(Physics, Applied)

負イオンビーム中にハロ成分が形成される物理機構の解明のため、表面生成で生成された負イオン軌道を計算する2次元PICコードを開発している。結果として、実際の負イオンビームにて観測されているハロ成分を再現することができた。このハロ成分はプラズマメニスカスの周辺部で曲率の大きい場所から引き出された負イオンが引き出し領域で過収束されるため発生することが示唆された。

論文

Numerical analysis of surface produced H$$^{-}$$ ions by using two-dimensional particle-in-cell method

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02A723_1 - 02A723_4, 2012/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.5(Instruments & Instrumentation)

2次元PICシミュレーションを利用して負イオン源のモデリングと数値解析が進められており、今回プラズマ電極上に水素負イオンを発生させた場合の効果について調べた。自己矛盾のないPIC計算を行い、タイムステップあたりの負イオン発生量を増加させることにより負イオン電流密度を増加させると、負イオンと共に引出される電子電流が減少し、実際の負イオン源で発生している現象を再現することができた。さらに、プラズマ電極表面での準中性化は水素の正イオンと負イオンにより保たれていることが分かった。

論文

Effects of irradiation on mechanical properties of HIP-bonded reduced-activation ferritic/martensitic steel F82H first wall

古谷 一幸; 若井 栄一; 宮本 賢治*; 秋場 真人; 杉本 昌義

Journal of Nuclear Materials, 367-370(1), p.494 - 499, 2007/08

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究は、F82H鋼による増殖ブランケット構造体部分モックアップのHIP接合部の微細組織観察,元素分析、及び中性子照射後の機械特性に関するものである。非照射段階において、HIP接合部のTEM観察及びTEM-EDX分析などを行った結果、HIP境界には母相の結晶粒界と同等のM$$_{23}$$C$$_{6}$$が多数認められた。JMTRにて約523Kで約2dpaまでの中性子照射の後、295Kと523Kにて引張り試験を行った結果、照射後引張り特性はIEA材と比較しやや低下したものの、破断部の金相観察の結果、HIP境界での破断は生じていないことを明らかにした。

論文

Spatial uniformity of negative ion production in volume negative ion source

森下 卓俊; 宮本 賢治*; 藤原 幸雄*; 花田 磨砂也; 北川 禎*; 柏木 美恵子; 奥村 義和; 渡邊 和弘

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.1064 - 1066, 2002/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.8(Instruments & Instrumentation)

大電流負イオン源開発において、大面積から均質の負イオンビームを引き出すことは、静電加速電極の熱負荷軽減のために重要である。そこで、プラズマ密度の空間分布と負イオンビームの一様性との相関を調べた。その結果、プラズマ電極近傍において、イオン飽和電流に強い非一様性が見られた。負イオンビーム電流の空間的非一様性はプラズマ密度の分布と同傾向を示した。このプラズマ密度の不均一性は、プラズマ電極に印加するバイアス電圧に依存することから、フィルター磁場とバイアス電圧印加によるE$$times$$Bドリフトによると考えられる。次に、イオン源内にセシウム(Cs)を添加すると、プラズマ密度の分布は純粋水素放電と同様であるが、一様性の良い負イオンビームが得られた。負イオンビーム分布がプラズマ密度分布の非一様性に依存しないことから、中性の水素原子による負イオン表面生成が最も負イオン生成に寄与していることがわかった。

報告書

Steering of H$$^{-}$$ ion beamlet by aperture displacement

井上 多加志; 鈴木 靖生*; 宮本 賢治; 奥村 義和

JAERI-Tech 2000-051, 16 Pages, 2000/09

JAERI-Tech-2000-051.pdf:2.27MB

核融合実験炉用中性粒子入射装置(NBI)では、大面積から発生する負イオンビームを集束するとともに、引き出し部での電子抑制磁場によるビーム偏向を補正することが必要となる。本報告は、上記ビーム集束と磁場偏向の補正を孔変位によるビーム偏向で行うための基礎研究結果をまとめたものである。4枚の電極からなる引き出し部・加速器内の電極孔を意図的に変位させることにより、エネルギー50keVまでのH$$^{-}$$イオンビームを偏向した。電子抑制電極及び設置電極に孔変位を設けることにより良好な偏向特性が得られ、多孔大面積加速器から発生する負イオンビームの集束に適することが判明した。さらに孔変位によるビーム偏向が引き出し部内の磁場の方向に依存しないことを確認し、磁場によって偏向されたビームの軌道補正にも孔変位によるビーム偏向が適用可能であることを明らかにした。

報告書

Steering of high energy negative ion beam and design of beam focusing/deflection compensation for JT-60U large negative ion source

井上 多加志; 宮本 賢治; 永瀬 昭仁*; 奥村 義和; 渡邊 和弘

JAERI-Tech 2000-023, p.27 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-023.pdf:1.18MB

JT-60U大型負イオン源は45cm$$times$$110cmという大面積電極から大電流負イオンビームを生成する。一方、JT-60UのN-NBI入射ポート断面積は約60cm$$times$$50cmと狭小であり、ビーム損失を抑え高い効率で中性粒子ビームを入射するためには、加速管内での不整なビーム偏向を補正し、かつビームを集束する必要がある。本報告は電極孔変位(孔ズレ)によるビーム偏向について行った実験と設計検討の結果をまとめたものである。実験には3段階加速構造をもつ400keV負イオン源を用い、JT-60U N-NBIのフルパワー運転と同じパービアンスを保ってビーム偏向を行った。この結果電子抑制磁場によるビーム偏向の補正には電子抑制電極を、またビーム集束のために接地電極を変位させる、JT-60U大型負イオン源の電極孔パターンの設計を確定した。

論文

Negative hydrogen ion source for tokamak neutral beam injector

奥村 義和; 藤原 幸雄; 柏木 美恵子; 北川 禎*; 宮本 賢治; 森下 卓俊; 花田 磨砂也; 高柳 智弘; 谷口 正樹; 渡邊 和弘

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.1219 - 1224, 2000/02

 被引用回数:32 パーセンタイル:15.47(Instruments & Instrumentation)

核融合実験炉用の中性粒子入射装置のために、MeV級のエネルギーで数十MWという大出力負イオンビームが要求されている。国際協力のもとで6年間に及び研究開発を進めた結果、最大の課題であった1MeVの加速を実証するとともに、JT-60用負イオン源において世界最大出力の負イオンビーム(360keV,18.5A,6.7MW)の生成に成功した。負イオン源の長パルス化においても、140時間の連続運転を行い、フィラメントの寿命やセシウムの消費量においても十分に実用に耐えることを実証した。

論文

Hydrogen negative ion beam acceleration in a multiaperture five-stage electrostatic accelerator

渡邊 和弘; 藤原 幸雄; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 北川 禎*; 宮本 賢治; 森下 卓俊; 奥村 義和; 高柳 智弘; 谷口 正樹

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.1231 - 1233, 2000/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:46.8(Instruments & Instrumentation)

5段の多孔型静電加速器を用いて水素負イオンの加速実験を行った。これは、1MeV級の中性粒子入射装置用負イオン源加速器の開発の一環として行っているものである。実験では、電極中央部の3×3=9個の孔から水素負イオンを引き出し加速した。電極ギャップは上流から104,94,87,78,72mmである。1MeV,25mAの加速に成功した後、高エネルギー領域でビーム光学を最適にするために、負イオン生成部にCsを注入し、15mA/cm$$^{2}$$の電流密度のビームを700keVに加速することに成功した。この条件でビーム工学は改善され、収束性の良いビームが得られた。総合電流は200mAであった。中間電極に流れる電流の比率もこの条件で最小値を示した。これら最適条件は設計値にほぼ一致することを確認した。

論文

Neutral beams for the International Thermonuclear Experimental Reactor

井上 多加志; Di Pietro, E.*; Mondino, P. L.*; Bayetti, P.*; Hemsworth, R. S.*; Massmann, P.*; 藤原 幸雄; 花田 磨砂也; 宮本 賢治; 奥村 義和; et al.

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.744 - 746, 2000/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:29.01(Instruments & Instrumentation)

トカマク型核融合実験炉では、プラズマ加熱と定常運転のために50MW以上の中性粒子ビーム入射が必要である。ITERでは3基の中性粒子入射装置(NBI)に各々1MeV,40Aの重水素負イオンビームを発生する大型イオン源・静電加速器を用いる設計となっている。ITER環境で1MVの高電圧絶縁にSF$$_{6}$$等の絶縁ガスを用いた場合、放射線誘起伝導(RIC)によってガス中に電流が流れ100kW以上のガス発熱が予測されている。そこでITER用NBIでは真空絶縁方式を検討している。本稿では1MeV静電加速器の開発途上で得られた真空絶縁の実験・解析結果及び設計指針と、それに基づく真空絶縁負イオン源と加速器の設計について報告する。

報告書

Experimental study on the influence of radiation on high-voltage insulation gases

藤原 幸雄; 井上 多加志; 宮本 賢治; 宮本 直樹*; 小原 祥裕; 奥村 義和; 渡邊 和弘

JAERI-Research 99-071, p.33 - 0, 1999/12

JAERI-Research-99-071.pdf:1.18MB

国際熱核融合実験炉(ITER)用中性子入射装置(NBI)の工学設計を行うため、$$^{60}$$Co$$gamma$$線を用いた各種絶縁ガス(空気,SF$$_{6}$$,C$$_{2}$$F$$_{6}$$,CO$$_{2}$$,空気とSF$$_{6}$$の混合ガス)に対する照射実験を行った。実験から、飽和電流はギャップ長、ガス圧、吸収線量率ならびにガス分子量に比例することが明らかとなった。耐電圧性能は、$$gamma$$線照射により10%程度低下するものの、その程度は吸収線量率に依存しなかった。質量分析器を用いてSF$$_{6}$$ガスの分解生成物を調べたところ、未照射の場合には存在しなかったピークが、m/e=48,64,67,83,86,102,105のところに確認された。また、分解生成物量は吸収線量が高くなるにつれて飽和する傾向があることがわかった。

報告書

Thermo-mechanical analysis of an acceleration grid for the ITER-NBI system

藤原 幸雄; 花田 磨砂也; 宮本 賢治; 奥村 義和; 鈴木 哲; 渡邊 和弘

JAERI-Tech 99-052, 52 Pages, 1999/07

JAERI-Tech-99-052.pdf:5.35MB

ITER-NBI用加速電極の熱・機械的特性を3次元有限要素コード(ABAQUS)を用いて解析し、加速電極の機械的信頼性並びにビーム偏向量を評価した。数値解析の結果、加速電極1段あたりの熱負荷が1.5MWの場合、電極の最高温度は300$$^{circ}$$C程度、ミーゼス等価応力の最大値は150MPa程度になることがわかった。したがって、融解は生じないものの、加速電極の一部が塑性変形するものと予想される。塑性変形を避けるためには、熱負荷を1MW以下に下げる必要がある。また、熱変形による電極孔の最大軸ずれ量は0.7mm程度になることがわかった。薄型レンズ理論を適用すると、電極孔の軸ずれによるビームレットの偏向角は最大で2mrad程度となり、ITER-NBI工学設計の制限値を満たすものと評価された。

報告書

多孔電極負イオン源におけるビームレット相互作用

藤原 幸雄; 花田 磨砂也; 河合 憲一*; 北川 禎*; 宮本 賢治; 奥村 義和; 渡邊 和弘

JAERI-Research 99-013, 32 Pages, 1999/02

JAERI-Research-99-013.pdf:1.51MB

多孔電極から水素負イオンを引出・加速する際のビームレット同士の相互作用を実験により調べた。その結果、周辺部のビームレットほど外側に偏向されることが明らかとなった。また、パービアンス一定条件におけるビームエネルギー依存性を86keV~178keVの範囲で調べ相互作用の影響はビームエネルギーにほとんど依存しないこともわかった。さらに、負イオンに付随する電子の影響は極めて小さいことも確認された。反発力の重ね合わせを考慮する場合には、半径方向の反発力と距離rの関係は1/r$$^{2}$$で近似できることを示した。得られた結果をJT-60用大型負イオン源に適用すると、両端のビームレットは、6.6mrad程度外側に偏向を受けるものと算出された。相互作用の補正法として電極のshapingを検討し、2次元ビーム軌道計算によりその有効性を示した。

論文

静電型多孔多段加速器による水素負イオンビームの1MeV加速試験

藤原 幸雄; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 北川 禎*; 宮本 賢治; 森下 卓俊; 奥村 義和; 高柳 智弘; 谷口 正樹; 渡邊 和弘

第10回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム報文集, p.87 - 92, 1999/00

原研では、MeV級負イオン源を用いた静電型多孔多段加速系による1MeV加速技術の研究開発を進めている。負イオンビームの1MeV安定加速のためには、負イオン源加速部の耐電圧性能を1MV以上にすることが前提条件である。陰極3重点の電界緩和用リングを取り付け、またコンディショニング法の改善や加速管内部のガス圧の最適化によって1MVの耐圧を実現し、水素負イオンの1MeV加速に成功した。さらに、セシウムを添加して負イオン電流密度を上げ、多孔多段加速系のビーム光学に関する研究をすすめ、現在までのところ、200mAの水素負イオンビーム(電流密度15mA/cm$$^{2}$$)を収束性良く700keVまで加速することに成功している。

論文

Development of a multiaperture, multistage electrostatic accelerator for hydrogen negative ion beams

渡邊 和弘; 藤原 幸雄; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 宮本 賢治; 宮本 直樹*; 小原 祥裕; 奥村 義和

Review of Scientific Instruments, 69(2), p.986 - 988, 1998/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.71(Instruments & Instrumentation)

1MeV級の水素負イオンビーム加速を目指して、多孔5段の静電加速管の開発を行っている。これまでに、加速電源の放電抵抗を高くし、放電破壊時エネルギーを抑制することにより、920kVの電圧保持を可能とした。ビーム光学の実験において、電圧、電流の最適化により、中間電極電流が小さくビーム電流が最大となる条件を得ることができ、その条件でビームレットも分離して観測されることを確認した。この条件はビーム軌道計算の結果とも一致している。高エネルギービーム加速においては、最高で868keV,19mA,1sの加速電流を得ることに成功している。

論文

アンペア級水素負イオン源の連続運転

奥村 義和; 花田 磨砂也; 宮本 直樹*; 宮本 賢治; 藤原 幸雄; 渡邊 和弘

第9回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム (BEAMS1998), p.101 - 104, 1998/00

セシウム添加した体積生成型負イオン源を、20mA/cm$$^{2}$$の電流密度、800mAの負イオン電流のもとで連続的に運転した。負イオン生成率は600mgのセシウムを入射し、プラズマ電極の温度を250-300$$^{circ}$$Cに保持することによって4倍以上に高められるが、この状態を定常的に維持することに成功した。140時間の連続運転の後にセシウムの拡散量をICP質量分析法を用いて定量し、約90%のセシウムはプラズマ源中に保持され、プラズマ源から流出するセシウムの消費量は、3mg/時間以下と極めて少ないことがわかった。

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