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論文

Micro-PIXE analysis study of ferrite products synthesized from simulated radioactive liquid waste containing chemical hazardous elements

阿部 智久; 嶋崎 竹二郎; 大杉 武史; 中澤 修; 山田 尚人*; 百合 庸介*; 佐藤 隆博*

QST-M-16; QST Takasaki Annual Report 2017, P. 140, 2019/03

フェライト処理による有害元素の固定化技術の開発のため、固定化性能に影響を及ぼす可能性のある陰イオンを分析する必要がある。本研究では、異なる金属元素を複数の鉄源を用いて合成したフェライトのマイクロPIXE分析を行い、合成したフェライトの違いを組成の観点から明らかにすることを試みた。元素のマッピングデータとピクセルごとの信号強度の相関をとった結果、Agでは、陰イオンの分布がいずれも0に近い部分に分布していた。また、Pbでは横軸に広がった分布となっており、Crでは縦軸に広がった分布となった。今回の結果では、陰イオンの種類ではなく、対象とする金属元素により分布の相関に違いがあることがわかった。

論文

Application of ferrite process to radioactive waste; Study of ferrite product stability by micro-PIXE analysis

阿部 智久; 嶋崎 竹二郎; 大杉 武史; 山田 尚人*; 百合 庸介*; 佐藤 隆博*

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 61, 2018/03

本研究では、フェライト処理による有害な元素の固定化技術の開発のために、目的元素によるフェライト生成物の違いを明らかにすることを目指す。フェライト生成物には原料由来の軽元素が含まれるため、組成分析にマイクロPIXE分析の適用を試みた。Pb及びCrの有害元素含有廃液をフェライト処理し、その生成物を試料としてXRDによる構造解析、PIXEによる組成分析を実施した。測定の結果、フェライトが同一構造をとっているにも関わらず、PbでのみSが検出された。本研究によって、目的元素を変えることによって、同一のフェライト構造をとるのにも関わらず、組成に違いが表れることが分かった。今後は、Sが構造に果たしている役割について調査し、有害元素の固定化性能への影響を明らかにする。

論文

Element distribution measurement in incineration ash using micro-PIXE analysis

阿部 智久; 嶋崎 竹二郎; 中山 卓也; 大曽根 理; 大杉 武史; 中澤 修; 百合 庸介*; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*

QST-M-2; QST Takasaki Annual Report 2015, P. 83, 2017/03

本研究では、有害物質の溶出を抑制した焼却灰のセメント固化技術を開発するために、焼却灰をセメント固化した際の固化時における焼却灰からセメントへの有害物質の移動及び固化されたセメント固化体から溶出する有害物質の移動を明らかにすることを目指す。研究の第一段階として、マイクロPIXEにより焼却灰粒子を測定し、その違いを検出することを試みた。試料には模擬灰を使用し、粒子を樹脂材に包埋することで、測定試料として作製した。マイクロPIXE測定の結果、焼却灰粒子の数十マイクロメーターの範囲で2つの粒子の組成の違いを検出することができた。セメント固化に影響を与える硫黄等の軽元素についても検出できたため、焼却灰と固化の影響について今後検討したいと考えている。

報告書

多重極磁場を用いた裾無し小径イオンビーム形成の研究(共同研究)

横田 渉; 百合 庸介; 渡邊 伸一*; 大城 幸光*; 久保野 茂*

JAEA-Technology 2016-005, 21 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2016-005.pdf:2.24MB

理化学研究所のAVFサイクロトロンに設置された低エネルギー不安定核ビーム分離器(CRIB)を用いて原子核物理学研究を実施している東京大学原子核科学研究センター(CNS)と、同様規模のAVFサイクロトロンを有し、材料開発研究のために八極磁場を用いた大面積均一ビーム形成技術を開発している原子力機構高崎量子応用研究所は、サイクロトロンで加速したビームのターゲットにおける強度を高める技術開発を共同研究の下に行った。具体的には、通常大きな裾のあるビーム強度分布を持つサイクロトロンのビームを、CRIBのガスターゲットの直径6mmのオリフィスを損失無く通過させるために、裾無しの小径ビームに形成する技術を検討した。計測したエミッタンスに基づく粒子トラッキングシミュレーションの結果、裾を折畳むには八極磁場が有効で、現在のビームラインに八極電磁石を入れて約10mm径のビームが形成できることがわかった。しかし目標の6mm径に近づけるためには、更に電磁石を導入するとともにビームのエミッタンスを小さくする必要があることが明らかになった。また、ターゲットまでのビームパスレングスとレンズ系の組合せが自由に選べれば目標を達成できる可能性があることもわかった。

論文

原子力機構AVFサイクロトロンにおける大面積イオンビームのリアルタイム横方向強度分布計測のための蛍光体の探索

百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 江夏 昌志; 山田 尚人

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.420 - 423, 2015/09

高崎量子応用研究所イオン照射研究施設TIARAのAVFサイクロトロンでは、多重極電磁石を用いて大面積で均一な強度分布を有するイオンビームを形成するための技術開発を進めているが、材料照射試験等で要求される高強度(1$$sim$$10nA/cm$$^2$$)でのビーム強度分布が調整時の低強度(約10pA/cm$$^2$$)の分布とは異なる場合があった。これは、通常ビーム調整に利用している蛍光板(三菱化学製DRZ-High)の発光強度が飽和しないようビーム電流を大幅に下げるために用いるアテネータ(多孔金属板)によってビームの位相空間分布が変化することに起因すると考えられる。そこで本研究では、様々なビーム強度においてリアルタイムでの強度分布調整を可能にするため、数10$$sim$$数100cm$$^2$$の大面積での利用が可能な蛍光体を探索した。実験では、10MeV陽子ビームを用いて、フッ化カルシウム結晶やポリエチレンナフタレートフィルム等の発光強度を調べた。その結果、これらの蛍光体がDRZ-Highと比べてより高い強度のビームで利用可能であり、複数の蛍光体を使い分けることによって、$$10^{-3} sim 10^1$$nA/cm$$^2$$の広範な強度においてリアルタイムでのビーム調整が可能となった。

論文

原子力機構TIARA施設の現状

湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 石坂 知久; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 薄井 絢; 宮脇 信正; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.302 - 304, 2015/09

日本原子力研究開発機構のイオン照射施設TIARAでは4台の加速器により、材料・バイオ技術の研究開発への利用を主として、広範囲のエネルギー及び多様なイオン種のビームを提供している。本発表では2014年度のTIARAの稼働状況、保守・整備及び技術開発を報告する。保守・整備及び技術開発の主要な内容を以下に示す。サイクロトロンの高周波系において、ショート板用接触子に焼損が発生したため、接触子の交換及び焼損箇所の研磨を行うことで復旧させた。原因調査の結果、経年劣化によりフィードバックケーブルが断線しかかっていたため、不必要な高電圧が印加されたことが原因と判明した。サイクロトロン制御システムに関して、サポートが停止されたWindows XPをWindows 7に変更し、これに伴い制御システムを更新するとともに、トレンドグラフのログデータ保存機能、操作画面上の制御対象一括選択機能の付加など、各種機能を向上させた。C$$_{60}$$イオンビームの計測に関して、複雑な二次荷電粒子を生成するC$$_{60}$$イオンビームの正確な電流測定のために、サプレッサー電極の構造を改良することで二次荷電粒子を十分捕集するファラデーカップを開発した。

論文

Three-dimensional ordering of cold ion beams in a storage ring; A Molecular-dynamics simulation study

百合 庸介

AIP Conference Proceedings 1668, p.050005_1 - 050005_8, 2015/06

 パーセンタイル:100

蓄積リングにおいて強く冷却されたイオンビームに発現する秩序化状態を分子動力学法に基づいたシミュレーションにより詳しく調べている。京都大学の蓄積リング"S-LSR"において40keVのMgイオンビームを100mKオーダーまでレーザー冷却した場合に3次元的な秩序化構造が形成できることがこれまで明らかになっているが、その詳細な特性については不明であった。そこで、本研究ではこの特性を明らかにするため、ベータトロンチューンやビーム電流値等のリングの運転条件について、詳細なビーム冷却シミュレーションを行った。その結果、ビームの秩序化構造の特徴を表す、クーロン結合定数、平均粒子間距離、及び冷却停止後の構造安定性が運転条件に応じて変化することを明らかにした。

論文

Formation of a uniform ion beam based on nonlinear focusing and its applications at the JAEA TIARA cyclotron

百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 吉田 健一; 石堀 郁夫; 奥村 進

Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.236 - 238, 2015/06

A formation/irradiation technique of large-area uniform ion beams based on nonlinear focusing of multipole magnets has been developed for advanced research and efficient industrial applications at the AVF cyclotron facility of TIARA. The procedure of the uniform-beam formation is established as follows: First, an ion beam extracted from the cyclotron is multiply scattered with a self-supporting thin foil to smooth out the transverse beam intensity distribution into a Gaussian-like one, which is prerequisite to the formation of a highly uniform ion beam. Then, the tail of the distribution is folded into the inside by the nonlinear force of octupole magnets and the distribution is made uniform on a target. We have realized various uniform beams (over 100 cm$$^2$$ in area) of H, C, Ar, and Xe ions with a typical uniformity below 10%. Such large-area uniform beams enabled the suppression of local target heating and efficient low-fluence irradiation, and are applied to a radiation degradation test of space-use solar cells and a study on functional materials to date.

論文

原子力機構TIARAサイクロトロンにおける大面積均一イオンビーム利用のための技術開発

百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奥村 進

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.862 - 865, 2014/10

高崎量子応用研究所のイオン照射施設TIARAのAVFサイクロトロンでは、多重極電磁石を用いた非線形集束によって形成した均一ビームを照射利用に供するため、効率的なビーム形成技術の開発や利用環境の整備を進めている。照射条件に応じて2次元の大面積均一ビームや細長いリボン状の均一ビームを効率的に形成するため、主としてターゲット直前の2連四重極電磁石や多重極電磁石の磁場を調整するビーム形成手順をビーム光学計算に基づいて確立した。これに基づく実験により、これまでに陽子,ヘリウム,アルゴン,キセノン等の3$$sim$$13MeV/uのビームで100cm$$^2$$を超える均一照射野が得られた。さらに、様々な利用形態に対応できるターゲットチェンバーを整備するとともに、大口径の薄膜窓を設置して大気中での均一照射を可能にした。本ビームは、照射野全体を同時に照射できるという、従来のスキャン方法では困難であった特長を持つことから、それが最大限活用できる機能性材料創製等の新たな量子ビーム応用研究での利用を開始した。

論文

Ultralow emittance beam production based on Doppler laser cooling and coupling resonance

野田 章*; 中尾 政夫*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; 想田 光*; 頓宮 拓*; 神保 光一*; Grieser, M.*; He, Z.*; et al.

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.28 - 33, 2014/07

Three-dimensional (3D) cooling of 40-keV $$^{24}$$Mg$$^+$$ ion beams with Doppler laser cooling and the coupling resonance has been demonstrated in the storage ring S-LSR of Kyoto University toward the production of ultralow-emittance beams, in other words, ultracold beams and so-called crystalline beams. So far, the transverse temperatures of 6 K and 2 K have been experimentally attained in the horizontal and vertical directions, respectively, at a low beam intensity of about $$10^4$$ ions in the ring. These temperatures are the lowest ever attained by laser cooling of ion beams. Systematic molecular dynamics simulations predict the realization of further lower temperatures, $$approx$$ 1 mK and $$approx$$ 0.1 K in the longitudinal and transverse directions, respectively, if the laser spot size and detuning are properly adjusted even with such a low laser power ($$approx$$ 10 mW) as utilized in the experiments at S-LSR. A 3D ordered state of the beam with 3D laser cooling is also predicted. Recent experimental achievements and latest simulation results are presented.

論文

Transformation of the beam intensity distribution and formation of a uniform ion beam by means of nonlinear focusing

百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奥村 進

Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.3), p.4406106_1 - 4406106_4, 2014/06

The transformation and uniformization of the transverse beam intensity distribution by means of nonlinear focusing were investigated systematically for better understanding of the nonlinear focusing mechanism. In the theoretical analysis, the change in the on-target beam radius was derived when the Gaussian beam is focused with the octupole force. In the particle tracking simulation, the octupole-force dependence of the beam uniformity was revealed. It was also shown that a more uniform distribution was formed by a combination of the octupole and dodecapole forces. The present results are practically helpful for the design and operation of a uniform-beam irradiation system using multipole magnets. In the experiment at the JAEA AVF cyclotron, large-area square-like and elongated ribbon-like uniform intensity distributions were actually achieved for different utilization by adjusting the nonlinear beam optics including two octupole magnets.

論文

原子力機構TIARAにおける多重極電磁石を用いた大面積重イオン均一ビームの形成

百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 吉田 健一; 石堀 郁夫; 奥村 進

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.138 - 142, 2014/06

原子力機構高崎量子応用研究所のイオン照射施設TIARAでは、イオンビーム利用研究に資するため、AVFサイクロトロンにおける重イオンの新たな大面積均一照射を目的に、多重極電磁石を用いた横方向ビーム強度分布の均一化に関する研究開発を行っている。本手法は、8極電磁石等の作る非線形集束力によりガウス型強度分布の裾野を内側へ折り畳むことで均一な強度分布を形成するもので、照射野全体を同時に均一照射できるという特長を持つ。サイクロトロンから引き出されるビームは複雑な横方向強度分布を有するが、均一ビーム形成の前提として、薄膜による多重クーロン散乱を利用したビーム強度分布のガウス様分布化を実現した。また、大面積ビームの面積や均一度の評価の手段にラジオクロミックフィルムが有用であることを、そのイオン照射応答を調べることにより明らかにした。これを用いて、核子あたり4$$sim$$13MeVのアルゴンイオンビームに関して、均一ビームの形成を確認することに成功した。このようなビームは、超低フルエンスの効率的な均一照射を必要とするイオン穿孔膜創製の研究等に利用される予定である。

論文

S-LSRにおける水平方向のレーザー冷却に関連したシンクロトロン振動

神保 光一*; 想田 光*; 中尾 政夫*; 百合 庸介; 頓宮 拓*; 野田 章*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1057 - 1059, 2014/06

A bunched 40-keV Mg$$^+$$ beam at an ion storage/cooler ring, S-LSR, Kyoto University, was cooled transversely through synchro-betatron coupling by a co-propagating laser. The cooled ion beams were optically diagnosed with spontaneous emission in the experiment. As the number of ions is smaller in the beam, however, it is more difficult to observe light emitted from the beam. The synchrotron-oscillation signals induced on a parallel-plate pickup were, therefore, investigated spectroscopically to see whether they were useful for beam diagnostics. We discuss the space charge effect of the signals. It is expected that, if the beam temperature is decreased drastically, the space charge effect is enhanced and the peaks related to the synchrotron oscillation are consequently suppressed.

論文

イオン蓄積・冷却リングS-LSRでのMgイオンビームのレーザー冷却

野田 章*; 中尾 政夫*; 想田 光*; 頓宮 拓*; 岡本 宏巳*; 大崎 一哉*; 百合 庸介; 神保 光一*; Grieser, M.*; He, Z.*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.143 - 145, 2014/06

We have experimentally demonstrated transverse indirect laser cooling utilizing synchro-betatron resonance coupling in the ion accumulation cooler ring S-LSR. However, its efficiency was rather poor for relatively high beam intensity of $$10^7$$ ions in the ring due to beam heating by intra-beam scattering and its cooling time was as long as 100 s. By application of beam scraping and optimization of laser detuning together with equilibrium deceleration with the use of an induction accelerator, we could reach the lowest transverse temperatures ever attained by laser cooling as 7.0 K and 2.1 K for the horizontal and vertical directions, respectively. The prospect of generating an ultra-low-temperature beam and realizing beam crystallization will be discussed on the basis of the present result.

論文

Analysis of phase bunching in AVF cyclotron

宮脇 信正; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 吉田 健一; 百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 158, 2014/03

A phase bunching effect in the central region of the JAEA AVF cyclotron has been investigated to obtain a narrow beam phase width necessary for extraction of a low energy spread beam. Simulation of a beam trajectory in the central region indicated that phase bunching was generated for the acceleration harmonic number (${it h}$) 2 and 3. The beam phase distribution of a 260 MeV $$^{20}$$Ne$$^{7+}$$ (${it h}$ = 2) beam in the cyclotron was measured in order to experimentally confirm the phase bunching effect. As a result, reduction of the phase distributions from $$pm$$18.9 to $$pm$$4 RF degrees was observed as consistent with the calculation results.

論文

Molecular dynamics simulation of the three-dimensional ordered state in laser-cooled heavy-ion beams

百合 庸介

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.013014_1 - 013014_4, 2014/03

A three-dimensional (3D) ordered state of an ion beam was formed using laser cooling on the basis of a molecular dynamics simulation for the first time. As the results, the followings were obtained: A 40-keV Mg$$^+$$ ion beam was strongly cooled with horizontally-displaced Gaussian lasers and resonant coupling in a cooler storage ring. The 3D ordered structure in the laser-cooled ultralow-temperature beam was attained depending on laser-cooling conditions, such as the displacement of the laser axis. The ordered beam rotated around the central beam axis, unlike a crystalline beam.

論文

NA-PAC'13会議報告

百合 庸介; 黒田 隆之助*

加速器, 10(4), p.260 - 263, 2014/01

第25回North American Particle Accelerator Conference (NA-PAC'13)が、2013年9月29日(日)から10月4日(金)まで米国カリフォルニア州パサデナで開催された。本会議は高エネルギー粒子加速器及びビームの技術、物理、応用に関する総合的な国際会議である。参加者数は約500名で、約130件の口頭発表と約450件のポスター発表により活発な議論が行われた。本稿では、近年の加速器・ビーム技術の研究開発の動向及び会議の様子を報告する。

論文

Study on ion irradiation response of Gafchromic films for the intensity distribution measurement of a large-area beam

百合 庸介; 石坂 知久; 湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 奥村 進

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 727, p.40 - 45, 2013/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Instruments & Instrumentation)

Precise evaluation of the transverse intensity distribution of a large-area ion beam with various ion species at the AVF cyclotron is required for materials and biological researches at JAEA/Takasaki. The response characteristics of radiochromic films, Gafchromic HD-810 and EBT2, were, therefore, investigated using proton and several heavy-ion beams for developing a measurement technique of the transverse beam intensity distribution. The optical density of the films, read by general-purpose flat-bed scanners, increased linearly with the particle fluence of the beam in a low-fluence region. The linear-response range of the fluence was strongly dependent on ion species. The sensitivity of the film in terms of absorbed-dose response decreased for heavy-ion beams. The practical fluence range of the Gafchromic film for an ion beam of arbitrary energy was determined from the measurement result. Using the two types of Gafchromic films, we measured the relative intensity distribution and evaluated the size and uniformity of a large-area ion beam focused with multipole magnets. It was demonstrated that the present technique was useful for the measurement and evaluation of the ion-beam intensity distribution.

論文

Microscopic evaluation of the absolute fluence distribution of a large-area uniform ion beam using the track-etching technique

喜多村 茜; 八巻 徹也; 百合 庸介; 澤田 真一; 湯山 貴裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.47 - 50, 2013/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

The uniform-beam formation/irradiation system has been developed at TIARA. For the evaluation of the beam uniformity, the relative intensity distribution is obtained from the optical density change of a radiochromic film. However, the absolute fluence distribution cannot be estimated easily and precisely by the radiochromic film based on radiation-induced coloration. In this study, we microscopically evaluated the particle fluence distribution using the track-etching technique, which involves irradiation of a polymer with energetic heavy ions and chemical-etching of the resultant tracks. Relative standard deviation (RSD) value for the microscopic fluence distribution of the uniform beam on the PET film was agreed well with that determined by the radiochromic film. The uniform intensity distribution was realized in our uniform-beam formation system microscopically.

論文

Simulation study on transverse laser cooling and crystallization of heavy-ion beams at the cooler storage ring S-LSR

百合 庸介; 大崎 一哉*; 岡本 宏巳*; He, Z.*; 想田 光*; 野田 章*; 中尾 政夫*; 頓宮 拓*; 神保 光一*

Proceedings of Workshop on Beam Cooling and Related Topics (COOL '13) (Internet), p.162 - 165, 2013/11

Efficient transverse laser cooling of a low-intensity heavy-ion beam has been recently accomplished experimentally by means of the resonant coupling method at the cooler storage ring S-LSR of Kyoto University. In parallel with the experimental effort, multi-dimensional laser cooling of the ion beam has been studied also numerically with the molecular dynamics (MD) simulation code in which the stochastic interaction between ions and laser photons is incorporated in order to search optimum laser-cooling conditions and verify the results of the experiment. The present MD result demonstrates that, in spite of the limited experimental conditions of the cooling laser such as low power, fixed frequency, and short cooling section, a three-dimensionally low-temperature beam of 40-keV $$^{24}$$Mg$$^+$$ can be obtained through resonant coupling at a low intensity of $$10^4$$ ions in the ring, which is consistent with the experimental result.

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