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報告書

2018年度夏期休暇実習報告; HTTR炉心を用いた原子力電池に関する予備的検討; 核設計のための予備検討

石塚 悦男; 松中 一朗*; 石田 大樹*; Ho, H. Q.; 石井 俊晃; 濱本 真平; 高松 邦吉; Kenzhina, I.*; Chikhray, Y.*; 近藤 篤*; et al.

JAEA-Technology 2019-008, 12 Pages, 2019/07

JAEA-Technology-2019-008.pdf:2.37MB

2018年度の夏期休暇実習として、HTTR炉心を原子力電池に見立てた場合の核的な予備検討を実施した。この結果、熱出力2MWで約30年、3MWで約25年、4MWで約18年、5MWで約15年の運転が可能であるこが明らかとなった。また、熱的な予備検討として、自然循環冷却かつ可動機器のない発電システムを有する原子力電池のイメージを提案した。今後は、次年度の夏期休暇実習として更に検討を進め、原子力電池の成立性について検討する予定である。

論文

Levelized cost of electricity evaluation of SFR system considering safety measures

向井田 恭子; 加藤 篤志; 紙谷 正仁; 石井 克典

Proceedings of 2019 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2019) (Internet), 10 Pages, 2019/05

均等化発電原価はエネルギーシステムの経済的競合性を測る上で重要な指標である。本報は、G4-ECONS及び発電コスト検証ワーキンググループが開発した解析ツール(CEWG-tool)を用い、福島第一原子力発電所事故後に特定された追加的な安全対策、及び社会的コストを考慮したナトリウム冷却高速炉(SFR)システムの均等化発電原価を推定した。安全性を強化したSFR(150万級ツインループ)にかかるG4-ECONSによる計算の結果、追加的な安全対策は約160%均等化発電原価を上昇させることが示された。また、CEWG-toolを用いた社会的コスト及び割引率(3%)を考慮した安全性強化SFR(120万級シングルループ)の計算の結果、均等化発電原価は84mills/kWhと評価された。この結果は同規模の軽水炉システムの均等化発電原価とほぼ同等であり、将来のSFRシステムの経済的競合性が示された。

論文

高速炉サイクルの経済性評価; 炉の建設コストと燃料サイクルコスト

向井田 恭子; 加藤 篤志; 紙谷 正仁; 石井 克典

日本原子力学会誌, 61(1), p.40 - 47, 2019/01

原子力機構は高速炉サイクルの開発当初から、軽水炉サイクルに対し経済的競合性を持つシステムとすることを開発目標の一つとして掲げその研究開発を進めてきた。本稿では、高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)フェーズIにおけるナトリウム冷却高速炉及び燃料サイクル施設の設計をベースに、追加的な安全対策費や社会的費用を考慮し、高速炉サイクルの発電コストを試算した結果を紹介する。

論文

岩石利用セグメント支保工の力学特性と坑道の安定性に関する検討

多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 齋藤 亮*; 中谷 篤史*; 石井 卓*; 藤田 朝雄; 杉田 裕; 中間 茂雄; 真田 昌慶*

土木学会論文集,F2(地下空間研究)(インターネット), 73(1), p.11 - 28, 2017/03

本論文では、低アルカリ性モルタルを用いた岩石利用セグメント支保工の力学特性、支保工としての成立性について室内試験や要素試験を行い検討した。検討結果より、従来の吹付けコンクリートを主体とした支保工に対して、低アルカリ性モルタルを用いた岩石利用セグメント支保工は、セメント使用量を大幅に低減し、かつ低アルカリ性モルタルを利用することにより、セメント影響のさらなる低減化が期待できること、地層処分施設の支保工として地山の安定性を確保することが可能であることを示した。

論文

Development of embedded Mach-Zehnder optical waveguide structures in polydimethylsiloxane thin films by proton beam writing

加田 渉*; 三浦 健太*; 加藤 聖*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 西川 宏之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.218 - 222, 2015/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:34.97(Instruments & Instrumentation)

The Mach-Zehnder (MZ) optical structures were previously fabricated in a Poly-methyl-methacrylate (PMMA) thin film by Proton Beam Writing (PBW). The enhancement of optical transmittance in the structures is, however, required for industrial use. In this study, the MZ optical waveguides have been fabricated in a poly-dimethyl-siloxane (PDMS) thin film which has the higher optical permeability. The PDMS films were spin-coated on a silicon wafer (40 $$times$$ 20 $$times$$ 0.5 mm$$^3$$) with a thickness of approximately 30 $$mu$$m. The MZ waveguides were drawn by a 750 keV proton microbeam of 1$$mu$$m in diameter having the penetration depth of 18 $$mu$$m with fluence of 40-100 nC/mm$$^2$$. The beam writing was carried out combining an electric scanner and a mechanical sample-stage. The observation of the single-mode light propagation of 1.55 $$mu$$m fiber-laser in the MZ waveguides indicated that the optical transmittance have been successfully enhanced using PDMS.

論文

Evaluation of two-stage system for neutron measurement aiming at increase in count rate at Japan Atomic Energy Agency - Fusion Neutronics Source

篠原 孝司; 石井 啓一*; 落合 謙太郎; 馬場 護*; 助川 篤彦; 笹尾 眞實子*; 北島 純男*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11E823_1 - 11E823_4, 2014/11

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

A neutron flux array is one of the important plasma diagnostics to obtain the information on fast ion population. However, the limited flux owing to its collimator results in the small number of pulse counts and the large statistical error. The method to increase the pulse counts is required. Here, we propose a multi-stage neutron detection system, in which several sets of a scintillator and photo-multiplier tube (PMT) are placed in a line-of-sight. In order to evaluate the performance of the multi-stage detection system, we have carried out experiments on a two-stage detection system using a neutron beam at FNS (Fusion Neutronics Source) of JAEA (Japan Atomic Energy Agency). The results have shown the concept of the multi-stage detection system works as expected. In the best setup, the test two-stage system reached about 1.7 (1.8) times the efficiency of a single scintillator and PMT system for 2.54 (14) MeV neutrons.

論文

セメントの使用を極力抑えた岩石利用セグメント支保工の開発

多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 齋藤 亮*; 中谷 篤史*; 石井 卓*; 真田 昌慶; 野口 聡*; 岸 裕和*; 中間 茂雄; 藤田 朝雄

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.133 - 138, 2013/01

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設に関し、セメント系材料の使用を極力抑えた坑道の新しい構築方法の開発に取り組み、低アルカリ性モルタルを用いた岩石利用セグメント支保工の成立性や有効性を示すための研究開発を進めている。本研究では、低アルカリ性モルタルを用いた岩石利用セグメント支保工と裏込め材の力学特性値を室内試験により取得し、得られた物性値を用いて坑道の安定性に関する検討を実施した。検討結果より、従来の吹付けコンクリートを主体とした支保工に対して、セメント使用量を大幅に低減し、かつ低アルカリ性モルタル利用することにより、セメント影響のさらなる低減化を図った支保工の力学的な成立性,有効性を確認した。

報告書

高レベル放射性廃棄物処分施設における坑道支保工に用いるセメント系材料の低減化技術に関する研究(共同研究)

林 克彦; 野口 聡; 岸 裕和; 小林 保之*; 中間 茂雄; 藤田 朝雄; 内藤 守正; 多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 郷家 光男*; et al.

JAEA-Research 2010-057, 101 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2010-057.pdf:7.47MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設において支保工やグラウトに用いられるセメント系材料は、地下水に溶出し高アルカリ環境を生じさせる。このような高アルカリ環境は、緩衝材や埋め戻し材に使用されるベントナイトや周辺岩盤に変質を生じさせ、処分システムの長期的な性能の確保に不確実性を増大させる結果になることが懸念されている。本研究は、セメント系材料の高アルカリ影響に対するセメント量の低減化の観点から、処分システムの長期的な性能に配慮した材料を主体とする支保構造の技術的成立性について、原子力機構及び清水建設の双方が所有する知見を最大限に活用し、検討・評価するものである。それに基づき、将来の高レベル放射性廃棄物処分施設への適用に向けた実現可能性について課題を取りまとめた。

論文

ERL超伝導加速空胴での空洞診断装置の開発

阪井 寛志*; 梅森 健成*; 高橋 毅*; 古屋 貴章*; 篠江 憲治*; 石井 篤*; 沢村 勝; 武藤 俊哉*

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.173 - 176, 2010/08

エネルギー回収型リニアックのための超伝導加速器を開発している。空洞表面の電子放出や発熱スポットを詳しく調べるために回転マッピング方式による空洞診断系を用いている。カーボン抵抗とPINフォトダイオードの2種類のセンサーによって温度上昇と電子放出を検知している。これらのセンサー群を空洞軸を中心に回転させることにより空洞表面の全体に渡る詳細な情報が得られる。この回転マッピングシステムを使って単セル空洞と9セル空洞の縦測定を行った結果を報告する。

論文

Power coupler development for ERL main linac in Japan

阪井 寛志*; 古屋 貴章*; 坂中 章悟*; 高橋 毅*; 梅森 健成*; 石井 篤*; 中村 典雄*; 篠江 憲治*; 沢村 勝

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2953 - 2955, 2010/05

1.3GHzERL超伝導主加速器のための入力カップラーの開発を行っている。セラミック窓やベローズなどの要素開発を行い、30KWのIOTを用いた各要素の大電力試験を行ったところ、突然の熱負荷によりセラミック窓が破損した。予期せぬ双極モードの励起によって熱負荷が起こることを発見し、セラミック窓を新しくすることにより27kWまで問題なく電力を供給することができた。

論文

Radiation biology of ${it Caenorhabditis elegans}$; Germ cell response, aging and behavior

坂下 哲哉; 高浪 タカ子*; 簗瀬 澄乃*; 浜田 信行*; 鈴木 芳代; 木村 孝文*; 小林 泰彦; 石井 直明*; 東谷 篤志*

Journal of Radiation Research, 51(2), p.107 - 121, 2010/03

 被引用回数:18 パーセンタイル:46.19(Biology)

線虫の放射線影響に関する研究は、過去30年以上にわたって行われ、現在、分子,細胞及び個体レベルでの線虫における放射線の影響機構の理解が進みつつある。本論文では、生殖細胞,老化、及び行動に焦点を当てて、これまでに蓄積された知見を解説する。生殖細胞に関しては、アポトーシス,セルサイクルの停止,DNA損傷の修復について概説し、老化については、放射線で誘導される酸化ストレスに着目してホルミシス効果とともに述べる。最後に、最近報告された行動への興味深い影響について、他の生物種への放射線影響と比較しながらまとめる。本解説にて触れた多くの研究で得られた知見から、線虫は放射線生物学の分野でも、よい${it in vivo}$モデル生物であることが示唆される。

論文

ERL主ライナックのための1.3GHz入力カプラーの開発; 30kW IOTを用いたカプラーコンポーネントテスト

阪井 寛志*; 梅森 健成*; 坂中 章悟*; 高橋 毅*; 古屋 貴章*; 篠江 憲治*; 石井 篤*; 中村 典雄*; 沢村 勝

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.866 - 868, 2010/03

ERL超伝導空洞用1.3GHz入力カップラーの開発を行っている。20MV/mの加速電界で100mA加速を行うにはエネルギー回収モードで20kWの入力カップラーが必要となる。STF-BLの入力カップラーをもとに20kWのCW運転用に改良を行った。セラミック窓やベローズなど各要素の大電力試験を30kW出力のIOTを用いて行ったので、その結果を報告する。

論文

Development of input power coupler for ERL main linac in Japan

阪井 寛志*; 古屋 貴章*; 坂中 章悟*; 高橋 毅*; 梅森 健成*; 石井 篤*; 中村 典雄*; 篠江 憲治*; 沢村 勝

Proceedings of 14th International Conference on RF Superconductivity (SRF 2009) (Internet), p.684 - 688, 2009/09

ERL用超伝導主加速器用入力カップラーの開発を始めている。カップラーに要求される性能は20MV/mの加速電界、100mAのエネルギー回収モードでの運転で20kWである。入力カップラーの製作にあたってSTF-BLのカップラーをもとに20kWのCW運転用に改良を行った。セラミック窓やベローズなどのカップラー構成要素の製作を行い、30kWのIOTによる大出力試験を行った。

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

ERL主ライナックのための入力カプラーの開発現状

阪井 寛志*; 篠江 憲治*; 石井 篤*; 梅森 健成*; 坂中 章悟*; 高橋 毅*; 古屋 貴章*; 沢村 勝

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.592 - 594, 2008/00

1.3GHz 9セル空洞のための入力カップラーの開発を行っている。入力電力は20MV/mで20kWを想定している。このカップラーはSTF-BLの入力カップラーを基本に、TRISTANの同軸セラミックの採用など20kW CWでの運転のために幾つかの改良を行っている。現在セラミック窓やベローズなどの大電力試験のためのテストスタンドを製作している。ERL主加速器用入力カップラーの設計指標や大電力テストスタンドでの測定結果について報告する。

口頭

重イオンマイクロビームを利用したモデル生物・線虫の放射線生物研究への取り組み

坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 浜田 信行*; 池田 大祐*; 深本 花菜; 横田 裕一郎; 舟山 知夫; 簗瀬 澄乃*; 東谷 篤志*; 石井 直明*; et al.

no journal, , 

多細胞モデル生物として知られる線虫を対象として、個体の重イオンマイクロビーム照射研究を進めている。私たちが用いている炭素イオンマイクロビームの水中飛程は約1.2mmであることから、体長約1mm・幅数十$$mu$$mの線虫のすべての細胞と組織が照射対象になる。マイクロビーム照射装置を用いて、杉本らは、線虫の生殖細胞へのマイクロビーム照射を行い、照射域での細胞周期の停止・アポトーシスの誘発を報告した。私たちは、さらに線虫の神経系をターゲットとし、化学走性学習に与える放射線局部照射の影響を明らかにすることを目的とした研究を進めている。しかし、$$^{60}$$Co$$gamma$$線の線虫個体全体への照射が化学走性学習に与える影響を調べたところ、学習中に照射した場合のみ放射線影響が観察された。そのため、杉本らが用いた線虫の神経麻酔による固定の代替法が必要である。現在、「線虫が動いている状態で重イオンマイクロビームを照射する方法」の開発に取り組んでいる。

口頭

ERL主ライナック入力カプラー開発

阪井 寛志*; 石井 篤*; 梅森 健成*; 坂中 章悟*; 沢村 勝; 篠江 憲治*; 高橋 毅*; 中村 典雄*; 古屋 貴章*

no journal, , 

次世代放射光源を目指すEnergy Recovery Linac(ERL)の開発は日本では2006年度から本格的に始まった。特に100mAの大電流ビームをエネルギー回収を行いながら安定にビームの加減速を行う主加速器部の超伝導空洞の開発は最重要課題の一つであり、KEK,東京大学物性研究所,JAEAの協力の下、1.3GHzの超伝導空洞の開発が行われている。本発表では空洞開発の中の重要な開発要素の一つである主加速器用の入力カプラーの開発現状について述べる。

口頭

Prototype of thermo-optic switch consisting of Mach-Zehnder polymer waveguide drawn by focused proton beam

三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; 横山 彰人; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

The Mach-Zehnder (MZ) type thermo-optic switch consisting of two MZ couplers, two phase shifting branches and a titanium thin-film heater over one branch was prototyped in this work. A MZ type waveguide pattern with a core width of 8 $$mu$$m and a MZ coupling angle of 2$$^{circ}$$ in a PMMA film was drawn by a 1.7 MeV focused proton beam with the beam size of about 1 $$mu$$m and the total dose of 100 nC/mm$$^2$$. The titanium thin-film heater and aluminum electrodes were formed using conventional photolithography and wet-etching processes. In the operation test of the switch, a light with a wave length of 1.55 $$mu$$m was injected into one side of the switch through a single-mode optical fiber, and the output light from another side of the switch was observed by an IR camera with varying an electric power supplied to the heater. A switching power was estimated to be 43.9 mW for an On/Off ratio of 9.0 dB in the test. This result showed that the switching power could be reduced compared with those of commercial silica-based switches.

口頭

イオンビーム照射による光機能デバイスの作製技術の開発

三浦 健太*; 花泉 修*; 加田 渉*; 小澤 優介*; 稲田 和紀*; 久保田 篤志*; 河嶋 亮広*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.

no journal, , 

イオンビーム照射技術を用いた光スイッチや発光素子の光機能デバイスの製作を目的として、(1)プロトンビーム描画を利用したマッハツェンダー(MZ)導波路型熱光学スイッチ、(2)SiO$$_{2}$$部材へのSiとCイオンの注入と1200$$^{circ}$$C以下でアニール処理を行うことによる可視領域で発光する材料の開発を行った。(1)では、Si基板上に下部クラッドのSiO$$_2$$層と光伝搬用のPMMA層をそれぞれ5$${mu}$$mと8$${mu}$$mに積層した試料に、1.7MeV, 1$${mu}$$m$$phi$$のH$$^{+}$$ビーム(50pA)を用いて、ドーズ量100nC/mm$$^2$$で、線幅8$${mu}$$mのY分岐を左右対称に接合した長さ$$sim$$30mmのMZ型の線を描画した。この後、上部クラッドとして10$$mu$$mのPMMA層を積層し、導波路とした。これを光スイッチとするため、フォトリソグラフィによりTi薄膜ヒーターとA$$ell$$電極を試料表面に形成し、波長1.55$${mu}$$mにおけるスイッチ特性を評価した。この結果、スイッチング電力は約43.9mW、ON/OFF比は約9.0dBと測定され、これらは従来型の石英系熱光学スイッチに比べ優位なものであった。(2)では、SiO$$_{2}$$部材への150keV-Siの注入量を5$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^2$$に固定し、75keV-Cの注入量を1, 3, 5, 7$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^2$$と変えた。照射後、大気中、1000$$^{circ}$$Cにおいて25分間のアニールを行い、発光の観測を行った結果、可視域の発光が観測できた。更に、Cイオンの照射量によって、発光ピーク波長がシフトすることから、発光色をイオンの注入量で制御可能であることも明らかになった。

口頭

PBW微細加工によるPDMSを基材としたフレキシブル光導波路の開発

猿谷 良太*; 加藤 聖*; 久保田 篤志*; 三浦 健太*; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 西川 宏之*; et al.

no journal, , 

本研究では、プロトン・ビーム・ライティング(Proton Beam Writing: PBW)技術を用いて汎用加工素材のPDMS(polydimethylsiloxane)にマッハツェンダー干渉計(Mach-Zehnder Interferometer: MZI)型の光導波路を描画するためのH$$^+$$マイクロビームの照射量を見出すことを目的とした。750keVのH$$^+$$マイクロビームを用いて、Si基板上にスピンコート法で成膜した厚さ30$$mu$$mのPDMS(架橋剤の混合比10:1)の試料に、幅8$$mu$$mのMZI型形状を様々なフルエンスで描画した。これらの試料に光を通した結果、特定な照射量(40$$sim$$100nC/mm$$^2$$程度)で光が導波路中を良好に伝搬することを示すシングルモードの出射光を観察できた。これによってPDMS材料にPBWでMZI型形状の導波路を製作する際に必要な描画時の照射量を見出すことができた。

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