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報告書

CTBT検証を目的とした青森県むつ市における国際希ガス共同観測

木島 佑一; 山本 洋一; 小田 哲三

JAEA-Technology 2017-028, 33 Pages, 2018/01

JAEA-Technology-2017-028.pdf:38.85MB

CTBTに係る国際検証制度(IMS)の一環として、世界中で放射性希ガス(キセノン)観測ネットワークに関する実験が行われている。IMSでは日本の高崎を含む30カ所の放射性核種観測所で日常的に放射性キセノンの観測を行っており、これまでの観測結果から複数の観測所で放射性キセノンが頻繁に観測されており、これらの放射性キセノンの主要な放出源が医療用RI製造施設であるということが明らかになった。さらに、原子力発電所や核医学診断に放射性キセノンを使用する医療機関等も放射性キセノンの放出源として考えられており、核実験監視能力の向上のためには、上記施設を起源とする放射性キセノンのバックグラウンド挙動の把握が重要である。日本原子力研究開発機構は東アジア地域における放射性キセノンバックグラウンド調査の一環として、2012年にCTBT機関準備委員会、米国パシフィックノースウェスト国立研究所、及び公益財団法人日本分析センターと共同で、青森県むつ市にある原子力機構青森研究開発センター大湊施設において国際希ガス共同観測を行った。さらに、2014年にも同所にて追加的観測を行った。なお、本観測では、PNNLが開発した高感度の移動型希ガス観測装置が用いられた。本報告書は、2012年及び2014年に実施した本観測の概要及び観測結果について報告するものである。

論文

J-PARC加速器の現状

長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 堀 洋一郎*; 山本 昇*; 小関 忠*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1317 - 1321, 2017/12

J-PARCでは2016年の夏季メンテナンス終了後、加速器の立ち上げや調整を経て、10月下旬からニュートリノ実験施設(NU)、11月上旬から物質・生命科学実験施設(MLF)の利用運転を再開した。NUでは、前回の利用の終了時点(2016年5月)で420kWの出力であったが、チューンの変更や多くのパラメータの最適化調整により、2017年1月には450kW、2月に470kWまで向上した。一方ハドロン実験施設(HD)に向けて2017年4月に調整運転を開始したが、静電セプタムの不具合により停止し、復旧作業により再開し37kWで供給した。MLFでは、2016年度の2回の中性子標的の不具合を受け、新しい設計で標的を製作中であり、それが納入される2017年夏までは150kWのシングルバンチで供給した。2016年度全体では、リニアック、3GeVシンクロトロン(RCS)、MLFともに安定に運転ができ、稼働率は93%であった。一方メインリング(MR)では、小動物のトランスへの侵入や、性能向上に向けた新しい電源の使用開始に伴うノイズによる不具合などがあり、NU向けで約77%、ハドロン向けで約84%の稼働率であった。本発表では、こうしたJ-PARC加速器の運転状況について報告する。

論文

Performance and status of the J-PARC accelerators

長谷川 和男; 林 直樹; 小栗 英知; 山本 風海; 金正 倫計; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 小関 忠*; 山本 昇*; 堀 洋一郎*

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.2290 - 2293, 2017/06

J-PARC加速器は400MeVリニアック、3GeVシンクロトロン(RCS)、30GeVメインリングシンクロトロン(MR)から構成される。リニアックでは入射部の交換やエネルギーの増強、シンクロトロンでは真空の向上やコリメータの能力増強など、多くのハードウェアの性能向上を行ってきた。MRからニュートリノ実験やハドロン実験向けのビーム出力は、加速器調整やビームロス低減によって着実に向上してきた。RCSからは設計値である1MW相当のビーム加速に成功し、中性子やミュオン向けには500kWで利用運転に提供した。一方で、多くの故障や不具合もあり、これらを解決して高い稼働率を目指している。ここでは、こうしたJ-PARC加速器の性能や状況について報告する。

論文

J-PARC RCSエネルギー増強のための主電磁石の検討

谷 教夫; 渡辺 泰広; 發知 英明; 原田 寛之; 山本 昌亘; 金正 倫計; 五十嵐 進*; 佐藤 洋一*; 白形 政司*; 小関 忠*

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.708 - 711, 2016/11

J-PARC加速器の大強度化を進めるために、3GeV RCSの加速エネルギーを現在の3GeVから3.4GeVに増強する案が検討されている。そのため、3.4GeVを目指したRCS電磁石の検討が行われた。空間電荷効果の影響でRCSからの3GeV 1MWビームでは、MRの入射部でのビームロスが5%と大きい。入射ビームを3.4GeVにすると、ビームロスが1%程度となり、MRで1MWビームの受け入れが可能となる。四極電磁石の検討では、磁場測定データを基に評価が行われた。四極電磁石は、3.4GeVでも電源の最大定格値を超えないことから、電磁石・電源共に対応可能であることがわかった。しかし、偏向電磁石は、3次元磁場解析データから、3.4GeVでは飽和特性が5%以上悪くなった。電源についても、直流及び交流電源の最大定格が現電源と比べて15%及び6.2%超えており、現システムでは難しいことがわかった。このため、偏向電磁石については、既存の建屋に収まることを前提として、電磁石の再設計を行った。その結果、電源は直流電源の改造と交流電源の交換で実現可能となることがわかった。本論文では、RCS電磁石の出射エネルギー増強における検討内容及びその結果見えてきた課題について報告する。

論文

CTBTに係わる放射性核種の監視

木島 佑一; 山本 洋一

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 58(3), p.156 - 160, 2016/03

日本原子力研究開発機構(原子力機構)では、包括的核実験禁止条約(CTBT)国内運用体制の下で国際監視制度(IMS)施設のうち放射性核種の監視のための観測所及び公認実験施設を整備し、運用を行っている。また、IMS観測所から得られる放射性核種観測データの解析及び評価を行う国内データセンターも整備し、運用を行っている。本稿ではCTBTの概要と原子力機構の活動に関して解説するとともに、これまで国内の放射性核種観測所で得られた観測結果のうち、2013年2月の第3回北朝鮮核実験を含む特異な人工放射性核種観測事例を2つ紹介する。

論文

Introducing an 8-GeV booster synchrotron between RCS and MR at J-PARC; One possible option toward a multi-MW output beam power from MR

發知 英明; 原田 寛之; 山本 昌亘; 五十嵐 進*; 小関 忠*; 佐藤 洋一*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012008_1 - 012008_6, 2015/09

J-PARC加速器(Linac, 3GeV RCS, 50GeV MR)は、現在、ビーム増強の最終段階にある。RCSでは、2014年10月より、設計出力1MWのビーム調整を開始予定であり、また、MRも、主電磁石の繰り返しを速めることで今後3年以内に設計出力0.75MWの実現を目指している。こうしたJ-PARC加速器の現状を踏まえ、我々は、更なるJ-PARC加速器の出力増強(数MW)を目指した検討を始めたところである。本稿では、RCSの2MW出力の可能性を検討するとともに、RCSとMRの間に新たな8-GeVブースターシンクロトロンを導入し、後段のMRからの出力を数MW領域へ引き上げる可能性を検討する。

論文

原子力機構高崎放射性核種観測所における希ガス観測; CTBTOによる認証

山本 洋一

Isotope News, (736), p.31 - 33, 2015/08

包括的核実験禁止条約(CTBT)に係る高崎放射性核種観測所は、日本原子力研究開発機構の高崎量子応用研究所内にあり、認証前の試験運用を2007年から開始し、放射性希ガス(キセノン)の観測を行ってきた。高崎観測所の希ガスシステムはCTBT機関によって2014年12月19日に認証された。放射性キセノンの監視は特に地下核実験の探知に重要な役割を果たすことが期待されている。高崎観測所は2013年4月に通常の濃度変動範囲を超える複数の放射性キセノン同位体を同時検出した。この異常事象は同年2月に北朝鮮により宣言された核実験に由来するものと同定された。高崎観測所はアジア地域の東端に位置するため、偏西風によって運ばれてくる放射性核種の観測において国際的に重要な拠点となっている。

論文

Stress corrosion cracking behavior of zirconium in boiling nitric acid solutions at oxide formation potentials

石島 暖大; 加藤 千明; 本岡 隆文; 山本 正弘; 加納 洋一*; 蝦名 哲成*

Materials Transactions, 54(6), p.1001 - 1005, 2013/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:31.96(Materials Science, Multidisciplinary)

ジルコニウムは硝酸中において優れた耐食性を有するため核燃料再処理機器材料として使用されている。しかしながら、ジルコニウムは不働態破壊電位下において沸騰硝酸中でSCC感受性を示すことが報告されている。一方、ジルコニウムのSCC発生及び進展挙動は明らかになっていない。本研究では、ジルコニムのSCCにおける発生及び進展挙動を明らかにするため、沸騰硝酸中にて定荷重引張試験を実施した。その結果、不働態破壊電位より貴な電位で生成する酸化皮膜下に発生するき裂が成長して破断することが明らかとなった。これは、酸化皮膜の生成が沸騰硝酸中におけるジルコニウムのSCCを引き起こすことを示している。またこのことは、沸騰硝酸中におけるジルコニウムのSCCはTarnish Ruptureモデルで説明できることを示唆している。

報告書

土中水分観測手法としての光ファイバー計測技術の開発(共同研究)

小松 満*; 西垣 誠*; 瀬尾 昭治*; 平田 洋一*; 竹延 千良*; 田岸 宏孝*; 國丸 貴紀; 前川 恵輔; 山本 陽一; 戸井田 克*; et al.

JAEA-Research 2012-001, 77 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-001.pdf:4.85MB

本研究は、地下水流動解析の上部境界条件として必要となる地下水涵養量を土壌に浸透した水分量から求める手法に着目し、その算定手法の体系化と現場で安定して長期間計測可能なシステムの構築を目的として実施した。計測システムの開発においては、多点かつ長距離に渡る計測が可能な光ファイバーの歪計測原理を、サクションによる圧力計測,土中湿度計測,吸水膨張材を適用した体積含水率計測の3方式に適用する場合についてそれぞれ検討した。さらに、浅層における降水の土中への浸透量を直接的に計測する手法として、現地水分量の計測結果から直接浸透量を算定する手法と、不飽和透水係数の値から浸透量を推定する手法について現地に計測機器を設置してその有効性を確認した。

論文

The Result of beam commissioning in J-PARC 3-GeV RCS

原田 寛之; 發知 英明; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 林 直樹; 山本 風海; 吉本 政弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 金正 倫計; et al.

Proceedings of 52nd ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB 2012) (Internet), p.339 - 343, 2012/09

J-PARC 3GeV RCSは2007年10月よりビーム調整を開始した。そのビーム調整では、基礎パラメータや大強度運転の調整が継続的に行われている。今回の発表では、ビーム試験を通じて設計のパラメータをどう変えたか、大強度運転時に増加するビーム損失をどのように減少並びに最小化したか、何がパラメータの調整や機器の追加として必要であったかを、世界の各加速器施設が経験や結果を報告し議論を行う。本発表でも、RCSの大強度運転におけるビーム損失の減少や最小化の結果を報告する。

論文

Beam halo reduction in the J-PARC 3-GeV RCS

發知 英明; 原田 寛之; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; 吉本 政弘; 入江 吉郎*; 小関 忠*; et al.

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.3918 - 3920, 2012/05

J-PARC RCSは、2008年12月に、4kWのビーム出力でユーザー運転を開始した。以来、RCSのビーム出力増強は順調に進展している。RCSは、現在までに、1%以下の低ビーム損失で420kW相当のビーム加速に成功し、ユーザー運転時のビーム出力は、210kWに増強されている。現在のRCSにおけるビーム調整の主課題の一つは、出射ビームの品質を向上させる、つまり、大出力かつ低ビームハローのビームを作ることである。本論文では、ビームハロー低減に向けたRCSでの最近の取り組みを紹介する。

論文

Beam commissioning and operation of the Japan Proton Accelerator Research Complex 3-GeV rapid cycling synchrotron

發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; 吉本 政弘; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2012(1), p.02B003_1 - 02B003_26, 2012/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:62.9(Physics, Multidisciplinary)

J-PARC 3-GeV RCSは、1MWのビーム出力を目指す大強度陽子加速器である。RCSは、2007年10月にビーム試験を開始し、その後、2008年12月より4kWのビーム出力でユーザー運転を開始した。以来、ビームチューニングの進展やハードウェアの改良に従って、RCSの出力パワーは順調に増強されている。RCSは、これまでに、420kW出力までのビーム損失を1%以下に抑え込むことに成功し、また、210kWでのルーティンユーザー運転を実現させている。RCSのような大強度陽子加速器では、ビーム損失により生じる機器の放射化が出力強度を制限する最大の要因となるため、ビーム損失の低減が出力増強時に常に直面する重要なビーム物理学上の課題となる。本論文では、RCSのビーム増強に関する最近の進展、特に、ビーム増強とともに多様に出現するビーム損失に対するわれわれの取り組み(ビーム損失低減策)を紹介する。

論文

核実験監視用放射性核種観測網による大気中の人工放射性核種の測定

米沢 仲四郎*; 山本 洋一

ぶんせき, 2011(8), p.451 - 458, 2011/08

2011年3月11日の東日本大震災に伴った東京電力福島第一原子力発電所の事故によって大気中に放出された放射性物質は、地球上に張りめぐらされた核実験監視用の放射性核種監視網で検出された。事故発生後3か月が経過し、海外の観測所での放射性核種の検出はほぼ収まったが、高崎観測所では未だに続いている。本稿では、包括的核実験禁止条約(CTBT)の国際監視制度(IMS)放射性核種観測施設とその観測網、そして本観測網による福島第一原子力発電所から放出された、粒子状放射性核種と放射性キセノンの測定結果を紹介する。

論文

Surface analysis of single-crystalline $$beta$$-FeSi$$_2$$

山田 洋一*; Mao, W.*; 朝岡 秀人; 山本 博之; 江坂 文孝; 鵜殿 治彦*; 都留 智仁

Physics Procedia, 11, p.67 - 70, 2011/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:84.67

清浄な表面を有する$$beta$$-FeSi$$_2$$の単結晶を調製し、各種の表面分析を行った。表面酸化物に関するXPS(X線光電子分光)測定からは、FeではなくおもにSiが酸化することがわかった。LEED(低速電子線回折)やSTM(走査トンネル顕微鏡)の測定からは、表面酸化物を除去した表面は、清浄で、バルク結晶の切断面と同じような構造を有し、表面での大きな再構成は認められなかった。このことからFeとSiが強固な結合を呈していることが示唆された。

論文

ステンレス鋼製再処理用機器へのカソード防食の適用性に関する研究

上野 文義; 内山 洋平*; 加藤 千明; 山本 正弘; 蝦名 哲成*; 下川原 茂*; 加納 洋一*

日本原子力学会和文論文誌, 9(3), p.279 - 287, 2010/09

ステンレス鋼製再処理用機器への外部電源方式によるカソード防食法の適用可能性を示すことを目的に、基礎的な検討を行った。極低炭素304ステンレス鋼(SUS304ULC)小型試験片及び電気化学測定装置を用い、沸騰硝酸溶液中での不働態域及び過不働態域の電位や、種々の電位での腐食速度を調べたのち、カソード防食の有無による腐食速度の違いを調べた。また、実際の濃縮缶の構造を想定し、SUS304ULC製管材の外面を対象としたカソード防食試験を行った。その結果、過不働態域から0.1V程度電位を卑とするカソード防食により、1/10以上の腐食速度低減効果が得られた。また、管材外面では平均24$$mu$$mの減肉量が、カソード防食により陽極との位置に関係なく3$$mu$$mまで均一に低減できた。これらの結果と、過不働態域の腐食はおもに電位の影響を受けること、沸騰硝酸の電気伝導率が高く均一な防食効果が期待できることと、腐食がおもに電位による影響を受けると考えられることから、カソード防食法がステンレス鋼製再処理用機器の耐食性改善のために適用可能と考えられる。

論文

X-ray photoelectron and X-ray absorption spectroscopic study on $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ thin films fabricated by ion beam sputter deposition

江坂 文孝; 山本 博之; 松林 信行*; 山田 洋一*; 笹瀬 雅人*; 山口 憲司; 社本 真一; 間柄 正明; 木村 貴海

Applied Surface Science, 256(10), p.3155 - 3159, 2010/03

 被引用回数:16 パーセンタイル:59.92(Chemistry, Physical)

放射光を用いたX線光電子分光法(XPS),X線吸収分光法(XAS)を用い、イオンビームスパッタ蒸着法により作製した$$beta$$-FeSi$$_{2}$$薄膜の表面化学状態及び深さプロファイルを非破壊的に解析した。873$$sim$$1173Kで成膜した試料についてXPS測定を行った結果、基板温度973Kでは、励起エネルギー(分析深さ)の減少とともにSiO$$_{2}$$及びSiO$$_{2-x}$$に起因するピークの割合が増加することを明らかにした。この結果から、最表面に1nm以下のSiO$$_{2}$$層が、さらにその直下にSiO$$_{2-x}$$層が形成されていることを確認した。また、XASによるFe-L吸収端測定では、873Kで成膜した場合には未反応のFe、1173Kでは$$alpha$$-FeSi$$_{2}$$の存在する可能性が示唆された。

論文

Conceptual design of experimental equipment for large-diameter NTD-Si

八木 理公; 渡邊 雅範; 大山 光樹; 山本 和喜; 米田 政夫; 加島 洋一; 山下 清信

Applied Radiation and Isotopes, 67(7-8), p.1225 - 1229, 2009/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.05(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

Neutron Transmutation Doping Silicon (NTD-Si) is expected to save effectively the consumption energy when an Insulation Gate Bipolar Transistor (IGBT) with NTD-Si is applied to electrical inverter of hybrid car. Therefore, development of neutron irradiation technology for the large-diameter silicon up to 12 inches diameter will contribute greatly to increasing production of NTD-Si and cost reduction. In our development project, an irradiation-experimental equipment is designed by using the Monte Carlo neutron transportation calculation code (MCNP5) in order to improve the neutron flux distribution of the radial direction on 12 inches NTD-Si. As the results of the calculations, the neutron absorption reaction ratio of the circumference to the center was within 1.09 by use of the thermal neutron filter which covers the surface of the silicon ingot. The flatting effect of neutron flux distribution for the 12 inches diameter silicon will be confirmed experimentally by using the equipment, which will be installed in the Japan Research Reactor No.4 (JRR-4) in 2009.

論文

エキシマレーザー照射によるh-BNからのアブレーションプラズマの特性

大場 弘則; 佐伯 盛久; 江坂 文孝; 山田 洋一; 山本 博之; 横山 淳

Journal of the Vacuum Society of Japan, 52(6), p.369 - 371, 2009/07

h-BNを真空中にてレーザーアブレーションさせた時の放出プラズマの挙動を調べた。四重極型質量分析計とイオンプローブを用いて放出種の時間分解検出を行った。プラズマの電離度はレーザーパワー密度の増大に伴って15%程度まで高くなること、イオンは中性粒子よりも高い運動エネルギーで上昇することが観測され、また空間分布ではイオンの方が中性粒子よりも上方に収束されたビームを形成することがわかった。このように、アブレーション放出プラズマ中のイオンと中性粒子の挙動が大きく異なることから、この結果はイオンと中性粒子とを区別してイオンのみを利用することにより、微粒子の付着のない良質の薄膜が作製できることを示している。

論文

同位体選択的赤外多光子解離されたフロロシランからの同位体濃縮Si薄膜の作製

大場 弘則; 鈴木 裕*; 江坂 文孝; 田口 富嗣; 山田 洋一; 山本 博之; 笹瀬 雅人*; 横山 淳

Journal of the Vacuum Society of Japan, 52(6), p.292 - 295, 2009/07

濃縮$$^{30}$$Siの中性子照射による$$^{30}$$Si$$rightarrow$$$$^{31}$$Pの核変換を利用した半導体デバイスの創製研究及び同位体組成制御材の物性評価のために、Si$$_{2}$$F$$_{6}$$の赤外多光子解離反応により同位体濃縮したSiF$$_{4}$$ガスからSi薄膜の作製実験を行った。成膜方法はプラズマCVDであり、反応ガスにはSiF$$_{4}$$及びH$$_{2}$$を用い、Arで希釈,混合した後チャンバー内に導入した。基板に石英又はSi単結晶ウェーハを用いた。生成膜の評価はX線回折装置,SEM/EDX,二次イオン質量分析計で行った。まず、13.6MHz高周波加熱平行平板電極型CVD装置を用いた場合、H$$_{2}$$/SiF$$_{4}$$流量比2$$sim$$10とし、基板温度を室温$$sim$$500$$^{circ}$$Cにして成膜し、これらの条件下ではアモルファス薄膜であることがわかった。次に、2.45GHzマイクロ波加熱リモート型CVD装置を用いて、H$$_{2}$$/SiF$$_{4}$$流量比を25、基板温度を350$$sim$$750$$^{circ}$$Cで成膜を試み、結晶性のSi薄膜を作製することができた。どちらの成膜装置においても、生成膜中にはFはほとんど含まれず、ほぼ原料ガスの濃縮度と同じ同位体組成であった。

論文

Surface preparation and characterization of single crystalline $$beta$$-FeSi$$_{2}$$

山田 洋一; 若谷 一平*; 大内 真二*; 山本 博之; 朝岡 秀人; 社本 真一; 鵜殿 治彦*

Surface Science, 602(18), p.3006 - 3009, 2008/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:31.95(Chemistry, Physical)

$$beta$$-FeSi$$_{2}$$薄膜は1.5$$mu$$m帯域で発光し、フォトニック結晶などへの応用が期待される。高品位の$$beta$$-FeSi$$_{2}$$エピタキシャル薄膜成膜用の基板として、よく定義されたバルク単結晶表面が必須であるが、その成長が困難であることからこれまで十分に研究がなされていなかった。本研究では、$$beta$$-FeSi$$_{2}$$バルク単結晶表面の構造を走査型トンネル顕微鏡(STM),低エネルギー電子線回折(LEED)を用いて評価し、清浄表面の調整手法を確立することを目的とした。超高真空下において850$$^{circ}$$C程度の熱処理により得られた清浄表面から、明瞭なLEED像が観察された。得られた回折像から、清浄な(100), (101)及び(110)表面のユニットセルはバルクと同一の周期性をもち、長周期の表面再構成は生じないことが明らかとなった。しかしながら、STM像から清浄表面上には多数の欠陥が存在することも明らかとなった。今後材料応用のためにはこれらの欠陥の制御が必要となると考えられる。

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