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論文

Radio frequency plasma transition caused by gas puffing and/or direct current biasing using multiturn internal antenna

山内 俊彦; 小林 清二*; 杉林 秀之*; 立花 俊之*; 内藤 駿弥*; 管野 善則*; 蛭田 敏仁

Japanese Journal of Applied Physics, 51(1), p.01AA02_1 - 01AA02_7, 2012/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

本研究を開始した頃、内部アンテナにより生起された27MHz高周波(RF)プラズマは、外部アンテナではRFパワーを上げていくとあるRFパワーで突然静電結合型プラズマ(CCP)から誘導結合型プラズマ(ICP)に遷移が観測されるが、内部アンテナではそのような遷移が観測されず、ヒステリシス状(例えばRFパワー対電子密度)の遷移現象は起こらないと考えられていた。ところがわれわれのRFマルチターン内部アンテナによるプラズマ生成実験では、ある任意RFパワーで突然の遷移現象が実験的に観測された。そこではCCPからICPへの遷移は、パシェン則のような特異なガス圧特性を示した。またRFパワー吸収メカニズムと考えられるcollision dumping加熱により電子密度が約2桁も瞬時に上昇するとは考えずらく、その遷移物理は複雑である。それでわれわれはガス排気法を推し進めている途中で、CCPからICPに突然遷移することを初めて観測した。この遷移は排気により封入ガス圧が低下し、その結果温度上昇したため遷移が起きたと考えられた。最後に、プラズマ中で粒子を加速するRFアンテナに自発的に生じた自己バイアス、及びアンテナにかける外部バイアス実験での観測結果についても発表する予定である。

論文

Behavior of transition into inductively coupled plasma mode with internal radio frequency multiturn antenna

中垣 圭太; 山内 俊彦; 管野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*

Japanese Journal of Applied Physics, 47(3), p.1745 - 1747, 2008/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:89.05(Physics, Applied)

多数巻きアンテナをチャンバー内に取り付けたCVD装置を開発した。容量結合型プラズマ(CCP)と誘導結合型プラズマ(ICP)間に突然発生する遷移現象の研究を行った。単一の標準遷移以外に、繰返し遷移することを初めて観測した。標準遷移では、CCPモードへの遷移に対するRF吸収パワーの閾値は、Arのガス圧10$$sim$$100Paでほぼ一定であったが、1.5$$sim$$8Paのところで閾値は劇的に上昇した。遷移時間は10Paで8マイクロ秒と速く、さらにガス圧の上昇とともに閉じ込めが改善し、長くなった。CCPモードからICPモードへの突然遷移のトリガーは、電子温度の上昇によると考えられる。

論文

Advanced ceramics synthesized by inductively coupled plasma with inner RF antenna

中垣 圭太; 山内 俊彦; 菅野 善則*; 小林 清二*

Japanese Journal of Applied Physics, 47(1), p.797 - 799, 2008/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:94.29(Physics, Applied)

27.12MHzRF加熱プラズマを組み込んだCVD装置を開発し、アドバンストセラミックス、特にダイヤモンドの合成研究を開始した。本装置は、4ターンRFアンテナコイルをチャンバー内部に設置した所に特徴を有する。ここでは、世界で初めて静電結合型プラズマ(CCP)が突然ある閾値パワーを超えると誘導結合型プラズマ(ICP)に遷移することを発見した。プラズマの重要な特性をダブルプローブで測定した所、Te 10eV及びne 10E11cm$$^{-3}$$で、これは分子の解離に適した特性であった。プラズマ中の不純物を分光学的に調べたが、全く何の不純物のスペクトルも観測できなかった。低パワーRF加熱プラズマでシリコン基板上に、球状ダイヤモンドを合成できた。

論文

密度汎関数法による光吸収ダイオキシン類の解離特性

山内 俊彦; 小林 清二*; 伊藤 伸一*; 山崎 和彦; 亀井 康孝*; 管野 善則*

環境科学会誌, 19(6), p.507 - 515, 2006/11

Gaussian03を用いた密度汎関数法(B3LYP)計算を行い、ダイオキシン類の特性及び脱塩素化について明らかにした。まず、2個のベンゼン環の面構造は、Co-PCBでは2面が結合軸を中心に37.8度でねじれ、それ以外のPCBでは90度でねじれている。一方、ダイオキシンTCDD及びTCDFで構造最適化すると、2つのベンゼン環は同一平面構造である。また、ダイオキシンの赤外吸収光によるC-Clのストレッチ振動数778cm$$^{-1}$$等を決定した。次に、C-Clの結合性軌道エネルギー曲線から求めた結合エネルギーは4.1$$sim$$5.5eVである。また、塩素原子エネルギーとダイオキシンラジカルエネルギーの和とダイオキシンエネルギーとの差から求めた結合解離エネルギーは3.8$$sim$$3.9eVである。それゆえ零点エネルギーは0.38$$sim$$1.65eVである。また、結合解離エネルギーは、塩素原子の個数に反比例している。最後に、ほかの脱塩素化のモデルとして水素原子の塩素への接近反応を試行したところ、水素原子による塩素原子引き抜きによる脱塩素化反応が見られた。脱塩素化(引き抜き反応及び光解離)の反応時間は、22$$sim$$40fsである。

論文

Plasma diagnostics in JFT-2M

河西 敏*; 神谷 健作; 篠原 孝司; 川島 寿人; 小川 宏明; 上原 和也; 三浦 幸俊; 岡野 文範; 鈴木 貞明; 星野 克道; et al.

Fusion Science and Technology, 49(2), p.225 - 240, 2006/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:73.3(Nuclear Science & Technology)

約30台の計測装置から構成されているJFT-2Mの計測診断システムは、プラズマ生成,制御,平衡,安定性,閉込め,NBIやRF(LH, ICRF, ECH)による加熱,RFによる電流駆動の研究に使用されてきた。このうち、運動シュタルク効果を利用した偏光計,荷電交換反応分光器,重イオンビームプローブ,飛行時間測定法による中性粒子測定器等は、Hモード,高リサイクリング定常(HRS)Hモードの閉込め改善機構の解明や運転領域の探求に貢献した。赤外テレビカメラ,損失イオンプローブは、リップル損失粒子による壁への熱負荷,主プラズマからの損失するイオンに関する研究でそれぞれ重要な役割を果たした。この論文は、これらの計測機器についてレビューしたものである。

論文

ERL-FELからのチャープパルス計測

飯島 北斗; 羽島 良一; 永井 良治; 峰原 英介; 山内 俊彦

Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.793 - 795, 2005/07

原研・光量子科学研究センター・FELグループはエネルギー回収型超伝導加速器(ERL)を用いた遠赤外超短パルス高出力FELの開発を進めてきた。この加速器から発振される波長約20$$mu$$mのチャープされたFELは、例えば多原子分子の解離などに応用した場合、現状の技術よりも飛躍的に高い解離効率が期待される。これまでの研究で、波長23.3$$mu$$m,パルス幅319fs(FWHM),チャープ量$$Deltaomega/omega_0$$=14.3%のFEL発振に成功し、これを自己相関により測定した。現在はこのチャープされたFELの時間と周波数の相関を直接観測するために、frequency-resolved optical grating (FROG)による計測の準備を進めている。加えて、FEL光輸送系の構築も行った。

論文

Large-scaled non-thermal laser peeling, cutting and drilling in nuclear decommissioning industry

峰原 英介; 羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 飯島 北斗; 西谷 智博; 木村 秀明*; 小栗 第一郎*; et al.

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 10 Pages, 2005/05

原研FELは最近新しく255フェムト秒極短パルス,6-9%高効率,1GWピーク出力,数kW平均出力,中赤外から遠赤外に渡る広い波長可変性を同時に実現する発振を発見した。この新しい発振とエネルギー回収リニアック技術を用いて、原子力産業,製薬,医学,防衛,造船,環境科学,宇宙ごみ処理,エネルギー伝送などの応用のために、われわれは10kWよりも高出力で25%よりも高効率な自由電子レーザーを実現できる。そのような波長可変,高効率,高平均出力,高ピーク出力,極短パルスFELを実現するために、われわれは原研独自のコンパクト,自立式,無蒸発,エネルギー回収型超伝導高周波線型加速器によって駆動される高効率で高出力なFELが必要である。われわれのFELに関する議論は、原子力発電所を廃炉するための非熱穿孔,切断,剥ぎ取り応用や原子力産業分野における応力腐食割れを防止することや産業用FELのロードマップ,原研独自のコンパクト,自立式,無蒸発,エネルギー回収型超伝導高周波線型加速器によって駆動される高効率で高出力なFELを含んでいる。

論文

JAERI 10kW high power ERL-FEL and its applications in nuclear energy industries

峰原 英介; 羽島 良一; 飯島 北斗; 菊澤 信宏; 永井 良治; 西森 信行; 西谷 智博; 沢村 勝; 山内 俊彦

Proceedings of 27th International Free Electron Laser Conference (FEL 2005) (CD-ROM), p.305 - 308, 2005/00

原研高出力ERL-FELは10kWよりも高出力高効率FELに拡張された。これは原子力エネルギー産業、とその他の重工業たとえば防衛,造船,化学工業,環境科学,スペースデフリ処理,エネルギー伝送などのために開発されたものである。波長可変,高効率,高平均出力,高ピーク出力,極短パルスを実現するために、エネルギー回収配位を持つ原研独自のコンパクト,自立式,無蒸発型超伝導リニアックによって駆動される効率的な高出力のFELが必要である。このERL-FELに関する議論はこの10kWアップグレードの現状と原子力発電所の廃炉措置を行うための非熱剥ぎ取り,切断,穿孔などの応用と、また小さな立方体の低炭素ステンレス鋼を用いて、定常運転状態での原子力発電所における冷間加工応力腐食割れ故障予防の原理検証を成功裏に実行できたことについて述べられる。

論文

Laser pattern profile emitted through optical glass fiber bundle with load

山内 俊彦

Japanese Journal of Applied Physics, 43(9A), p.6473 - 6474, 2004/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

自由電子レーザー等のレーザー用光学バンドルファイバーを通ったHe-Neレーザーの出力分布は、ファイバーに加えられた負荷に強く依存する(横モード変調)。出力分布半径の増分は、負荷とともに指数関数的に増加する。これはマイクロベンディングに起因していると考えられる。一方、遅延時間もまた負荷とともに指数関数的に増加する。この遅延時間は、ピコ秒程度と小さい。

論文

Neutron capture cross section to $$^{186}$$Re isomeric state

早川 岳人; 静間 俊行; 山内 俊彦; 峰原 英介; 有澤 孝

Nuclear Physics A, 718, p.665c - 667c, 2003/05

$$^{186}$$Reには20万年の長い半減期の核異性体が存在する。$$^{185}$$Reの中性子照射によって$$^{186}$$Re核異性体が生成されるはずであるが、その絶対値測定は行われていなかった。そこで、東海研原子炉JRR-4を用いてRe金属薄膜に熱中性子を6時間照射した。4ヶ月の冷却期間後に、$$^{186}$$Re核異性体から$$beta$$崩壊にともなって放出される$$gamma$$線を測定することで中性子捕獲断面積の測定を行った。この中性子捕獲断面積は、重元素合成過程において重要であり、187Os-$$^{187}$$Re原子核宇宙時計への寄与が問題になる。この測定によって、$$^{186}$$Re核異性体経由の寄与は186Osの存在量の1パーセント以下であることを明らかにした。

論文

Second harmonic generation in Te crystal using free electron laser

山内 俊彦; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 41(11A), p.6360 - 6363, 2002/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.59(Physics, Applied)

原研自由電子レーザー(FEL)から発生する22ミクロンの波長を二種類の結晶、つまり非複屈折結晶であるCdTe及び複雑屈折結晶であるTeに入射して2次高調波(SHG)を発生した。そしてそれぞれのSHG変換効率、CdTeで2.2$$times$$10$$^{-2}$$%(7.3$$times$$10$$^{-5}$$%/MWcm$$^{-2}$$)及びTeで0.4%、を決定した。また、Te結晶の位相整合角9.62$$^{circ}$$を得た。

論文

Improved confinement of neon plasma inside a high-$$T_{c}$$ superconducting tube

山内 俊彦; 松沢 秀典*; 三神 幸治*; 石川 淳一*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 41(9), p.5799 - 5800, 2002/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:83.49(Physics, Applied)

本論文は高温超伝導体と荷電粒子(プラズマ)との相互作用に関する実験結果について述べたものである。FEL電子ビームの高温超伝導体ウイグラーやビームガイド用とともに、本研究で行われている荷電粒子と超伝導体相互作用研究と類似した視点で研究を進めており、期待される研究である。

報告書

Proceedings of the Workshop on Applications of IRFEL and Nuclear Isomers; Septemper 28, 2001, JAERI, Tokai, Japan

山内 俊彦; 早川 岳人; 静間 俊行

JAERI-Conf 2002-007, 54 Pages, 2002/08

JAERI-Conf-2002-007.pdf:5.32MB

「赤外FEL応用・核異性体」ワークショップは、2001年9月28日(金)原研東海研究所情報交流棟にて開催された。午前中のセッションではレーザーコンプトン$$gamma$$線,T3レーザー等による$$gamma$$線を用いた光核物理,天体核物理などのトピック6件の発表が行われた。また、午後のセッションでは 自由電子レーザー(FEL)応用としてダイオキシン類の分解,同位体分離,赤外励起分光,筋肉へのレーザー照射及び単層カーボンナノチューブやナノホーン等、7件の発表が行われた。招待講演として、極端に強いレーザー電場における分子の挙動に関する発表があった。参加総数は約50名で、講演は同時に木津(関西研究所)にもTV中継された。

論文

原研超伝導リニアック自由電子レーザー施設の現状と将来計画

峰原 英介; 山内 俊彦; 杉本 昌義; 沢村 勝; 羽島 良一; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行; 静間 俊行

Proceedings of 27th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.21 - 23, 2002/08

原研高出力超伝導リニアック駆動自由電子レーザーは、昨年3月より、エネルギー回収改造を行い、360度周回系を付加し、エネルギー回収実験を進めている。原研超伝導リニアック駆動自由電子レーザー施設の現状と将来展望について報告する。

論文

赤外レーザーによるダイオキシン類の分解に関する研究

山内 俊彦

環境科学会誌, 14(6), p.567 - 575, 2001/12

ダイオキシンの赤外レーザーによる分解には、熱分解及び多光子解離がある。熱分解及び多光子解離では、入射波長の選択、つまり吸収係数の大きい波長にレーザーを合わせることが重要である。低パワー赤外レーザー光による分解では、ダイオキシンの直接吸収による熱分解が重要な役割を果たし、そのほかに大気中の水分子によるレーザー吸収と、それに伴う分解アシストのモデルを考案した。

論文

Demonstration of the highly-efficient and high-power FELs driven by a superconducting rf linac

峰原 英介; 羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 西森 信行; 菊澤 信宏; 杉本 昌義; 山内 俊彦; 早川 岳人; 静間 俊行

Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, p.150 - 154, 2001/10

われわれは工業的な利用、例えば、医薬品,医療,防衛,造船,半導体産業,化学産業,環境科学,スペースデフリ,エネルギー伝送など、のために強力で効率的なFELが必要である。そのような波長可変,高効率,高平均出力,高ピーク出力,極短パルス自由電子レーザーを実現するために、原研FELグループは、エネルギー回収配位を持つ小型自立式無蒸発型超伝導リニアックによって駆動される自由電子レーザー概略設計し、開発した。この装置に関して議論は、工業用自由電子レーザーに対する市場からの要求,8年に渡る原研小型自立式無蒸発型冷凍装置の運転経験とその概念からのある重要な解答,新しい高効率高出力極短パルス発振モードの発見,エネルギー回収配置が含まれる。

論文

CO$$_{2}$$レーザー照射によるPCBの分解試験

山内 俊彦; 亀井 康孝*; 伊藤 伸一*; 古川 行夫*; 峰原 英介

環境科学会誌, 14(1), p.73 - 76, 2001/01

FELレーザーを照射する前実験として、同じ発振波長域(赤外)にあるCO$$_{2}$$レーザーをPCBに照射し、分解試験を行った。ここでは、約100種類の異性体を含むPCB試料にレーザーを照射した。レーザー出力5W及びパルス幅80$$mu$$sのレーザーを照射したところ分解し、質量分析型ガスクロマトグラフィ(GC/MS)の測定から、照射によるPCBの分解効率は80%以上であった。

論文

Plasma behavior confined on high-Tc superconducting tube

山内 俊彦; 松沢 秀典*; 三神 貢次*; 石川 純一*

Proceedings of International Conference on Phenomena in Ionized Gases (25th ICPIG), p.295 - 296, 2001/00

本研究は、高温超伝導体中にプラズマを生成しプラズマの閉じ込めを研究するとともに、そのプラズマを応用することが目的である。今回閉じ込め特性に特徴的な結果が得られたので報告する。高Tc超伝導体円筒に囲まれた石英管にプラズマを生成し、閉じ込め効果が改善されることを観測した。プラズマの特性は高感度CCDストリークカメラ及び分光器を使って測定した。本プラズマの大きさは長さ6cm及び直径6.5mmであり、その周りにビスマス系の高温超伝導体を適用した。これまでマイスナー効果による電子ビームの集束効果等を明らかにしてきたが、今回まずプラズマの特性…6eV及び5.2$$times$$10$$^{14}$$cm$$^{-3}$$…を決定した。そして特徴的なこととして、プラズマの減衰時間が高温超伝導体を使うことにより2倍大きくなることがわかった。

論文

Second harmonic generation in CdTe crystal and Te by free electron laser

山内 俊彦; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 永井 良治

Technical Digest on 4th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Pacific Rim 2001), p.I_426 - I_427, 2001/00

自由電子レーザー(FEL)からの22ミクロンの波長の2次高調波(SHG)を2種類の結晶、非複屈折結晶CdTe及び複屈折結晶Te、を使って発生した。この変換効率はCdTeでは2.2$$times$$10$$^{-2}$$%(7.3$$times$$10$$^{-5}$$%/(MW cm$$^{-2}$$))、及びTe結晶では0.4%であった。また、Te結晶の位相整合角は9.62$$^{circ}$$であった。

論文

Decomposition experiment of dioxins by IR laser irradiation

山内 俊彦; 伊藤 伸一*; 峰原 英介

Technical Digest on 4th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Pacific Rim 2001), p.I_148 - I_149, 2001/00

赤外レーザー照射によるダイオキシン類の分解には、熱分解と多光子解離がある。この場合特に、分解するには高吸収率を持つレーザー波長の選択が重要である。さて、熱分解は低いレーザーパワーでも起き、その赤外吸収熱分解(無害化)のモデルとして、直接のレーザー吸収による熱分解に加えて、ダイオキシンの脱塩素化における水蒸気アシストの重要性を議論している。

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