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論文

高出力ファイバーレーザーを用いた切断及び除染の技術開発

遠山 伸一; 峰原 英介*

デコミッショニング技報, (56), p.55 - 65, 2017/09

若狭湾エネルギー研究センター(WERC)ではレーザー技術の産業応用として、大強度ファイバーレーザーを用いた鋼材切断技術開発を行ってきた。現在は今後の国内の原子力発電所の営業停止に伴う原子力施設廃止措置に適用するための解体切断と除染について並行して技術開発を行っている。原子力施設廃止措置は、世界的にもその技術は開発途上にあるが、必要性が増しており技術開発の進展が待たれている。ファイバーレーザーは、他のレーザーと比較し取扱いが容易で、飛躍的な熱密度等の性能向上に伴い切断性能や剥離性能を持つ機器を開発することによって2次汚染や被ばくの抑制が可能となる。本報告では、原子炉解体のための厚板切断技術開発と高線量下でも稼働する除染機開発の最近の成果について、鋼材や機器の切断試験や構成機器の耐放射線試験結果を交えて示す。

論文

減容安定化処理装置灰化樹脂の廃棄体適合調査

峰原 英介*; 遠藤 伸之*

平成23年度財団法人若狭湾エネルギー研究センター年報,14, P. 49, 2012/10

若狭湾エネルギー研究センターは「ふげん」の受託研究として、使用済イオン交換樹脂等を安全かつ効率的に放射性廃棄物として処理・処分するため導入を計画している減圧酸素プラズマ方式による減容安定化処理方式の調査の一環として、本処理装置の原型となる実証機を用いた低減容処理(以下「1stステージ処理」)後の灰化樹脂について、廃棄体の技術要件等への適合性を踏まえた処分の可能性を調査し、以下の結果を得た。(1)均質・均一固化体の仕様の詳細調査を実施し、1stステージ処理後の灰化樹脂がこれに適合する見通しを得た。(2)減容性能等を把握するため、実樹脂を模擬した樹脂の作製及び1stステージ処理を行い、減容性能等を確認した。(3) 1stステージ処理の灰化樹脂を分析することにより、灰化樹脂中に含まれる成分と減容状況を明確にした。(4) 1stステージ処理の灰化樹脂をセメント固化試験を実施することで、必要とされる強度を満たすための混合割合を明確にし、そこで得られる強度を確認した。(5)上述の試験の結果により、1stステージ処理で得られる灰化樹脂のセメント固化体が、廃棄体の技術要件を満たす見通しを得るとともに、ここで考えられる課題を整理した。

論文

Frequency-resolved optical gating system with a tellurium crystal for characterizing free-electron lasers in the wavelength range of 10-30 $$mu$$m

飯島 北斗; 永井 良治; 西森 信行; 羽島 良一; 峰原 英介*

Review of Scientific Instruments, 80(12), p.123106_1 - 123106_5, 2009/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.66(Instruments & Instrumentation)

A second-harmonic generation frequency-resolved optical gating (SHG-FROG) system has been developed for the complete characterization of laser pulses in the wavelength range of 10-30 $$mu$$m. A tellurium (Te) crystal is used so that spectrally resolved autocorrelation signals with a good signal-to-noise ratio (SNR) are obtained. Pulses (wavelength: $$sim$$22 $$mu$$m) generated from a free-electron laser (FEL) are measured by the SHG-FROG system. The SHG intensity profile and the spectrum obtained by FROG measurements are well consistent with those of independent measurements of the pulse length and spectrum. The pulse duration and spectral width determined from the FROG trace are 0.6 ps and 5.2 THz at full-width half-maximum (FWHM), respectively.

論文

Nondestructive detection of hidden chemical compounds with laser Compton-scattering $$gamma$$ rays

早川 岳人; 大垣 英明*; 静間 俊行; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 紀井 俊輝*; 豊川 弘之*

Review of Scientific Instruments, 80(4), p.045110_1 - 045110_5, 2009/04

 被引用回数:21 パーセンタイル:24.28(Instruments & Instrumentation)

隠蔽された化学物質の非破壊測定法を提案する。本手法では、エネルギー可変のレーザーコンプトン散乱$$gamma$$線による原子核共鳴蛍光散乱を用いて化学物質を測定する。この手法は、数cmの厚さの鉄等の遮蔽を透過して測定可能という長所を有する。本論文では、化学物質の例としてメラミン(化学式はC$$_{3}$$H$$_{6}$$N$$_{6}$$)を選び、厚さ15mmの鉄と厚さ4mmの鉛を透過してメラミンの測定を行った。最大エネルギー5MeVの$$gamma$$線を用いて炭素12及び窒素14の原子核蛍光共鳴散乱を測定した。計測した炭素12/窒素14比は0.39$$pm$$0.12であり、メラミン固有の値0.5と一致した。

論文

Nondestructive detection of heavily shielded materials by using nuclear resonance fluorescence with a laser-Compton scattering $$gamma$$-ray source

菊澤 信宏; 羽島 良一; 西森 信行; 峰原 英介; 早川 岳人; 静間 俊行; 豊川 弘之*; 大垣 英明*

Applied Physics Express, 2(3), p.036502_1 - 036502_3, 2009/03

 被引用回数:42 パーセンタイル:13.84(Physics, Applied)

We perform a proof-of-principle experiment for a nondestructive method for detecting the elemental and isotopic composition of materials concealed by heavy shields such as iron plates with a thickness of several centimeters. This method uses nuclear resonance fluorescence (NRF) triggered by an energy-tunable laser-Compton scattering (LCS) $$gamma$$-ray source. One-dimensional mapping of a lead block hidden behind 1.5-cm-thick iron plates is obtained by measuring an NRF $$gamma$$-ray of a lead isotope $$^{208}$$Pb. We observe a 5512-keV $$gamma$$-ray from $$^{208}$$Pb excited by the quasi-monochromatic LCS $$gamma$$-rays with energies up to 5.7 MeV. The edge position of the lead block is consistent with the exact position within the uncertainty.

論文

Nondestructive detection and assay of nuclear material by laser Compton $$gamma$$-rays from energy-recovery linacs

羽島 良一; 菊澤 信宏; 早川 岳人; 峰原 英介

Proceedings of 16th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC-16) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/10

エネルギー回収型リニアックによる大電流高輝度電子ビームを利用したレーザーコンプトン$$gamma$$線の発生では、従来の光源を大きく上回る$$gamma$$線フラックス($$10^{10}$$photon/sec/keV)が得られる見込みである。この$$gamma$$線ビームを使って、原子核共鳴散乱(NRF)反応を起こすことで、任意の原子核を非破壊で検出することができる。本稿では、$$gamma$$線源の概念設計,非破壊検出のモンテカルロシミュレーション結果について述べ、本手法の原子力廃棄物の処理処分への利用を展望する。

論文

Progress in R&D efforts on the energy recovery linac in Japan

坂中 章悟*; 吾郷 智紀*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; 原田 健太郎*; 平松 成範*; 本田 融*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.205 - 207, 2008/06

コヒーレントX線,フェムト秒X線の発生が可能な次世代放射光源としてエネルギー回収型リニアック(ERL)が提案されており、その実現に向けた要素技術の研究開発が日本国内の複数研究機関の協力のもと進められている。本稿では、ERL放射光源の研究開発の現状を報告する。

論文

Proposal of nondestructive radionuclide assay using a high-flux $$gamma$$-ray source and nuclear resonance fluorescence

羽島 良一; 早川 岳人; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(5), p.441 - 451, 2008/05

 被引用回数:66 パーセンタイル:1.43(Nuclear Science & Technology)

エネルギー回収型リニアックの高輝度大電流電子ビームと先進レーザ技術を組合せたレーザコンプトン散乱で、大強度準単色$$gamma$$線の発生が可能になる。この$$gamma$$線を光源として核共鳴散乱の反応を起こすことで、同位体の非破壊分析が可能になる。本論文では、光源の構成と性能を述べ、核燃料サイクルから排出される放射性廃棄物を対象とした非破壊分析の検出限界を議論する。

論文

光核共鳴散乱による同位体イメージング法の原理検証

菊澤 信宏; 羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; 豊川 弘之*; 大垣 英明*; 峰原 英介

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.598 - 600, 2008/00

ERL型加速器の応用の一つとして、レーザーコンプトン$$gamma$$線による放射性同位元素の検知技術を提案し、放射性廃棄物の処理処分への応用の可能性について研究している。この検出システムの概念設計のために、GEANT4に光核共鳴散乱(Nuclear Fluorescence Resonance:NRF)の拡張を行い、シミュレーションコードの開発を行っている。十分なシミュレーションを行うためには計算時間の短縮化が問題となったので、計算速度を向上させるためにMPI(Message Passing Interface)による並列化を行い、原子力機構のクラスタ計算機(Altix350:Intel Itanium2 1.6GHz$$times$$最大64CPU)にて実行できるよう移植した。ベンチマーク計算を行った結果、64CPUで45倍の高速化を実現した。本報では光核共鳴散乱コードの開発とシミュレーションコードによる同位体検出の原理検証について報告する予定である。

論文

FROGによる赤外FELパルスの計測

飯島 北斗; 永井 良治; 西森 信行; 羽島 良一; 峰原 英介

第13回FELとHigh-Power Radiation研究会プロシーディングス, p.5 - 6, 2007/03

JAEA-ERLでは超伝導加速器を利用して、チャープされたFELを発振させている。このパルスの周波数と位相の相関を測定するためにFROGによるパルス計測装置の構築を行った。この装置により測定されたFELパルスの幅は1.2psecで、これまでに測定した自己相関の測定結果、1.5psecとよく一致した。また、本計測によりこれまで測定できなかったパルス内の位相変化を測定することに成功した。

論文

ERL型大強度$$gamma$$線源による放射性廃棄物中の核種検出

菊澤 信宏; 羽島 良一; 早川 岳人; 峰原 英介

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.577 - 579, 2007/00

われわれはERL型加速器を利用した大強度の準単色$$gamma$$線発生装置による放射性同位元素の同定法を提案し、放射性廃棄物の処理処分への応用の可能性について研究している。この応用可能性の評価を行うために、GEANT4をベースにして光核反応を計算できるシミュレーションコードを開発し、核種検出について計算を行った。ERLを利用した大強度$$gamma$$線源と、核種検出シミュレーションの結果について議論する。

論文

DC光陰極電子銃のためのエミッタンス補償用ソレノイド

永井 良治; 羽島 良一; 西森 信行; 飯島 北斗; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.673 - 675, 2007/00

原子力機構ではERLのための電子源としてDC光陰極電子銃の開発を行っている。DC光陰極電子銃では電子ビームが陰極を出た直後に空間電荷力によりスライスごとの位相空間分布に差が生じてしまいエミッタンスが大きくなってしまう。この効果を補正するためのソレノイド電磁石についての検討と設計を行った。その結果、このソレノイドでエミッタンス補償が十分にできることがわかった。

論文

ERL放射光源用DC電子銃に必要とされる高電圧安定度

永井 良治; 羽島 良一; 飯島 北斗; 西森 信行; 沢村 勝; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.676 - 678, 2007/00

原子力機構ではERL放射光源のための電子源としてDC光陰極電子銃の開発を行っている。ERL放射光源用のDC電子銃に必要とされる高電圧の安定度とその実現の方法について検討を行った。現在試験を行っている250kVの電子銃ではLC型フィルタにより変動を抑える方法を試みており、良好な結果が得られている。この結果をもとに500kVの電子銃の設計を行えば比較的コンパクトな電源で十分な安定度が得られることがわかった。

論文

エネルギー回収型リニアックにおけるHOM-BBU閾値電流の評価

永井 良治; 羽島 良一; 沢村 勝; 西森 信行; 飯島 北斗; 菊澤 信宏; 峰原 英介

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.637 - 639, 2007/00

エネルギー回収型リニアック(ERL)はリニアックと蓄積リングの長所を兼ね備え、高輝度・大電流の電子ビームを生成できる加速器として注目されている。ERL特有の問題として超伝導加速空洞においてビームによって励起される高次モード(HOM)によりBBUを起こすことが知られている。ここではシミュレーション・コードによりHOM-BBU閾値電流の評価を行った。この結果通常の構成のERLではERL放射光源の目標とされている100mAは十分達成可能であり、さらに加速減速を2回行う2ループ構成も検討する価値のあることがわかった。

論文

原子力機構におけるERL開発の現状,2007

永井 良治; 羽島 良一; 沢村 勝; 西森 信行; 菊澤 信宏; 飯島 北斗; 峰原 英介

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.16 - 18, 2007/00

原子力機構ERLグループではERL型FELの開発実績をもとにさまざまなERL光量子源の提案とそのための要素技術開発を行ってきている。本発表ではERL光量子源についての提案及びERL要素技術開発などERLグループの研究の現状について報告する。

論文

原子力への光ビーム利用; 廃炉,超伝導送電など新しい道開く

峰原 英介; 森下 喜嗣; 水木 純一郎

エネルギーレビュー, 26(8), p.15 - 18, 2006/08

最先端光技術(放射光とレーザー)を原子力エネルギー分野など多くの分野に応用して、多種多様な現実の困難を解決すること、また新しい多くの知見を得ることが日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門で進められている。ここではそのような活動のうちから3つを紹介し、説明したい。ここでは、(1)原子炉解体のための高出力レーザーによる狭幅切断,(2)放射性同位元素(RI)に汚染された表面を非熱レーザー剥離を用いた完全除染、さらに(3)放射光ビームによる高温超伝導体発現メカニズムの解明を例として紹介する。

論文

FEL oscillation with a high extraction efficiency at JAEA ERL FEL

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

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.265 - 272, 2006/08

エネルギー回収リニアックを用いたオシレーター型自由電子レーザー(FEL)が直面している技術的なチャレンジの一つに、FELの変換効率をできるだけ高くするという目標がある。高い変換効率を持つFELの実現が、高出力FEL達成に必要なトータル電流を減らすことやFELミクロパルスの幅を狭くすること(さまざまな応用研究にとって重要)につながる。JAEA ERL FELではエネルギーアクセプタンス7%のエネルギー回収ループが用いられていたが、最近電子バンチの繰り返し周波数を2倍に増やすことで、FELの発振効率2%以上を達成し、それに伴い現状のエネルギーアクセプタンスを超えるエネルギー幅を持つ電子ビームをエネルギー回収ループに通す必要が出てきた。講演では、JAEA ERL FELで達成された高効率FEL発振について開発の現状をまとめる。

論文

Beam current doubling of JAEA ERL-FEL

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

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.312 - 315, 2006/08

原子力機構では高出力自由電子レーザー(FEL)のためのエネルギー回収型リニアック(ERL)の開発を行っている。ERLの最大の利点は加速器の高周波源の容量を超えるビーム電流を加速できることにある。ミクロパルス繰返しを二倍にし、加速電流を二倍にするために、電子銃,入射器の高周波源,ローレベル高周波制御装置,加速器制御システムの改良を行ってきた。この結果、高周波源の容量を超える電流である10mAの加速に成功しFEL出力としては0.7kWを得ることができた。

論文

Performance of a conventional analog $$Phi$$-A type low-level RF controller

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

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.316 - 318, 2006/08

原子力機構ではエネルギー回収型リニアック(ERL)をベースとした自由電子レーザー(FEL)や次世代放射光源の開発を行っている。これら実現のためには加速電場の非常に高い安定性が求められており、ローレベルRF制御装置の改良を行ってきた。このローレベルRF制御装置の評価のために、位相安定度の計測を行った。その結果、さまざまな負荷に対して0.01deg-rms程度の安定度を実現できていることがわかった。

論文

Development of frequency-resolved optical gating for measurement of correlation between time and frequency of chirped FEL

飯島 北斗; 羽島 良一; 峰原 英介; 永井 良治; 西森 信行

Proceedings of 28th International Free Electron Laser Conference (FEL 2006) (CD-ROM), p.308 - 311, 2006/08

チャープされた中赤外領域のFELは分子内振動再分配を起こさずに多原子分子の解離を行うのに有用である。われわれのグループはこれまでにエネルギー回収型線形加速器を用いて高出力の中赤外FEL発振の研究を行ってきた。この際、電子パルスが長いことを利用してチャープされたFELの発振に成功している。これまでフリンジ分解SHG自己相関による測定で中心波長23$$mu$$m,パルス幅320fsのパルスに対して$$Deltaomega/omega_{0}$$=14%であることを測定した。しかしながら、パルス内における周波数変化を直接測定できていない。そこでパルス内の時間・周波数相関を測定するために周波数分解光ゲート(FROG)を構築することとした。FROGは自己相関を測定する部分に加えて、周波数情報を得るための波長計測部からなる。自己相関を測定する部分では、倍波を発生させるため、基本波の強度,偏向方向のパラメータを押さえることが必要になる。そのため、基本波の強度,周波数分布,偏向方向を測定した。

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