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報告書

第2期中期計画における原子力施設の廃止措置と技術開発

照沼 章弘; 三村 竜二; 長島 久雄; 青柳 義孝; 廣川 勝規*; 打它 正人; 石森 有; 桑原 潤; 岡本 久人; 木村 泰久; et al.

JAEA-Review 2016-008, 98 Pages, 2016/07

JAEA-Review-2016-008.pdf:11.73MB

原子力機構は、平成22年4月から平成27年3月までの期間における中期目標を達成するための計画(以下「第2期中期計画」という。)を作成した。また、上記期間中の各年度の業務運営に関する計画(以下「年度計画」という。)を定めている。バックエンド研究開発部門は、この第2期中期計画及び年度計画に基づいて、廃止措置技術開発と原子力施設の廃止措置を進めてきた。本報告は、バックエンド研究開発部門が第2期中期に実施した廃止措置技術開発と原子力施設の廃止措置の結果についてまとめたものである。

論文

量子ビームが切り拓く未来,1; 量子ビーム応用研究の動向

長島 章; 藤井 保彦

日本原子力学会誌, 50(11), p.696 - 700, 2008/11

これまで「放射線利用」として開拓されてきた広範な応用分野において、近年の技術展開により、中性子,イオンビーム,レーザー,放射光などの品質の高い放射線の利用技術開発や応用分野の多様化により、「量子ビームテクノロジー」という新たな展開が始まっている。本著は原子力学会からの依頼に基づき、量子ビームテクノロジーの世界的視野での現状と動向について、原子力を専門としない大学生レベルの知識を持っている人を想定し、原子力機構の展開を中核として全4回に渡って解説する。本著は初回として、量子ビームの動向全体を概観し、量子ビームが注目されている状況と国際的な注目分野の概況について記述した。

論文

High quality laser-produced proton beam generation by phase rotation

野田 章*; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; 頓宮 拓*; 想田 光*; 大道 博行; 森 道昭; 加道 雅孝; 匂坂 明人; et al.

International Journal of Modern Physics B, 21(3&4), p.319 - 330, 2007/02

レーザーイオン源は癌治療用の加速器になる可能性を持つ。今回、レーザーの光学調整,プレパルス調整,ターゲット調整,レーザーパルス幅などを行い、レーザー駆動プロトン加速のスペクトルTOF測定をプラスチックシンチレーターを使って行った。プロトンの最大エネルギーは900keV(チタンターゲット3マイクロメートル厚)と600keV(チタンターゲット3マイクロメートル厚)であった。また、生成されたレーザー駆動プロトンのスオエクトルはマクスウェルボルツマン分布をしており、これにFR電場(レーザーとシンクロナイズされた)をかけることによって最初の位相回転に成功した。

論文

Development of laser driven proton sources and their applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 森 道昭; Ma, J.-L.; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

Proceedings of 7th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2007) (CD-ROM), p.77 - 79, 2007/00

10の$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$以上に集中させた高強度レーザーを用いて、陽子加速器を開発している。プラズマパラメータと陽子エネルギー範囲を、レーザー照射ごとにリアルタイム検出器を用いてモニターした。実用可能なMeV級の陽子エネルギーを安定して得ることに成功した。

論文

Development of a pumping laser system for X-ray laser research

河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 永島 圭介; 助川 鋼太*; Lu, P.; 高橋 謙二郎; 難波 愼一; 小池 雅人; et al.

Applied Optics, 42(12), p.2198 - 2205, 2003/04

 被引用回数:27 パーセンタイル:25.52(Optics)

X線レーザー研究専用の、2つのチャープパルス増幅ビームからなるNd:ガラスレーザーを開発した。このレーザーは、各々のビームにおいて最大20J, 1.3ピコ秒の出力を持ち、プリパルスのパルス幅を調整するための特徴的な可変機能を持っている。このレーザーシステムと収差を持たない線集光システムを用いることにより、ニッケル様銀X線レーザーの高効率な増幅に成功した。

論文

Advanced real-time feedback control in JT-60U high performance discharges for application to fusion reactor plasmas

福田 武司; 及川 聡洋; 竹治 智; 諫山 明彦; 河野 康則; 閨谷 譲; 長島 章; 西谷 健夫; 木島 滋; 玉井 広史; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.357 - 367, 2002/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:52.84(Nuclear Science & Technology)

核融合実験炉で高性能炉心プラズマを定常維持するためには、複数のプラズマ諸量を同時に実時間フィードバック制御する必要がある。本論文ではJT-60におけるプラズマの蓄積エネルギーや密度,温度等の実時間制御を目的とした研究開発の成果をまとめた。電子密度と中性子発生率の制御を用いた負磁気シア放電では、高い閉じ込め性能と規格化$$beta$$値を4.3秒間維持するとともに蓄積エネルギーの変化を動的に制御することによって世界最高の等価エネルギー増倍率を達成した。また、放射冷却ダイバータの生成と高い閉じ込め性能の両立を目指したダイバータの放射損失量と中性子発生率の複合制御実験を行い、応答行列を評価することによって各制御装置の寄与を定量化するとともに単純な組み合わせ制御の問題点を明らかにした。さらに、非制御量の非線形応答に注目して核融合炉心プラズマの制御に必要な先進制御の概念を提案した。

論文

Diagnostics system of JT-60U

杉江 達夫; 波多江 仰紀; 小出 芳彦; 藤田 隆明; 草間 義紀; 西谷 健夫; 諫山 明彦; 佐藤 正泰; 篠原 孝司; 朝倉 伸幸; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.482 - 511, 2002/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:96.97(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uの計測診断システムは、約50の計測装置から構成されている。近年、プラズマパラメータの半径方向の分布計測が精度よく行なわれるようになった結果、プラズマの内部構造が明らかになった。また、ミリ波反射計/電子サイクロトロン放射計測により、電子密度/電子温度揺動の測定が行なわれ、プラズマ閉じ込めに関する理解が進展した。さらに、電子温度,中性子発生率,放射パワー,電子温度勾配等の実時間制御実験が、関係する計測装置のデータを利用して行なわれた。これらの計測,及び実時間制御を駆使することにより、高性能プラズマを実現することができた。次期核融合実験炉用計測装置としては、炭酸ガスレーザ干渉計/偏光計,及び協同トムソン散乱計測装置を開発している。

論文

Electron cyclotron emission measurements in JT-60U

伊世井 宣明; 諫山 明彦; 石田 真一; 佐藤 正泰; 及川 聡洋; 福田 武司; 長島 章; 岩間 尚文*; JT-60チーム

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.213 - 220, 2001/11

 被引用回数:16 パーセンタイル:25.72

JT-60Uプラズマの電子温度分布を、高時間・高空間分解能で測定することを目的として、ECE(電子サイクロトロン放射光)計測システムの開発を進めてきた。このシステムは、三つの異なったタイプのECE計測器から構成されている。フーリエ分光器は、絶対較正が施され、また、広い周波数領域の測定が可能であるが、時間分解能は、可動ミラーの駆動時間で制約されている。それに対し、回折格子型分光器は、高い時間分解能を有するが、絶対較正はできず、相対較正が適用される。また、ヘテロダインラジオメータは、高時間分解能と高空間分解能を合わせ持ち、さらに、SN比が非常に高いという特徴を有するが、周波数領域は、限られている。JT-60UにおけるECE計測システムでは、これらの機器を相補的に組み合わせて活用することにより、高分解能で信頼性の高い計測データを提供することに成功している。

論文

Gain profile of transient collisional excitation X-ray laser

田中 桃子; 河内 哲哉; 加道 雅孝; 長谷川 登; 助川 鋼太*; 長島 章; 加藤 義章; 竹中 久貴*

Journal de Physique, IV, 11(Pr.2), p.55 - 57, 2001/07

X線レーザー研究グループではX線顕微鏡や微細加工に利用できる小型X線レーザーの研究を行っている。これらの利用を行うには、X線レーザーの強度や利得の分布の情報が不可欠である。当グループでは、プリパルスの発生機構を備えたピコ秒CPAガラスレーザーを用いて、ネオン様チタン、ニッケル様銀、ニッケル様スズなどのX線レーザー発振に成功した。本会議では、ニッケル様銀(13.9nm)を中心として、X線レーザー光のキャラクタリゼーションを行った結果を報告する。X線レーザー光の強度分布の観察には多層膜ミラーを用いた10倍の結像光学系を使用した。

論文

Recombining plasma X-ray laser assisted by charge exchange recombination

河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 長島 章; 加藤 義章

Journal de Physique, IV, 11(Pr2), p.Pr2_225 - Pr2_258, 2001/07

荷電交換再結合は、(1)再結合断面積が10$$^{-15}$$cm$$^{2}$$と大変大きいこと、(2)再結合する先が選択的であることなどの理由で、X線レーザーの高効率化のうえで有用な方法であると考えられている。今回、われわれは、炭素プラズマと中性子のヘリウム原子の衝突を考えて、その際に荷電交換再結合によって生じる水素様炭素n=3の励起状態と同イオンの基底状態間の反転分布量を数値シミュレーションによって評価した。さらにこの方法による予備実験を行ったので、その結果についても報告を行う。

論文

新著紹介「レーザー測定」

長島 章

日本物理学会誌, 56(3), P. 207, 2001/03

日本物理学会から依頼された「レーザー測定」(丸善,実験物理学講座9)の紹介記事である。レーザーの利用分野、分光測定法などの実験でのレーザー測定についての内容を簡易に紹介した。

論文

Observation of X-ray spectra from nitrogen clusters irradiated with high-intensity ultrashort laser pulses

匂坂 明人; 本田 博史*; 近藤 公伯*; 鈴木 肇*; 永島 圭介; 長島 章; 河内 哲哉; 加藤 義章; 宅間 宏

Applied Physics B, 70(4), p.549 - 554, 2000/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:59.65(Optics)

超短パルスレーザーを用いたX線領域の光源開発において、クラスターをターゲットに用いた研究が行われている。今回、レーザー電場中でのクラスター効果に注目し、研究を行った。チタンサファイアレーザー($$sim$$1TW)を、窒素クラスターに照射し、発生したX線を結晶分光器で測定した。その結果、クラスター効果による完全電離イオン(N$$^{7+}$$)の生成が観測された。

論文

ITER物理R&Dの成果,7; プラズマ計測

図子 秀樹*; 杉江 達夫; 草間 義紀; 笹尾 真実子*; 御手洗 修*; 西谷 健夫; 長島 章; 村岡 克紀*

プラズマ・核融合学会誌, 76(2), p.145 - 162, 2000/02

計測に関するITER物理R&D活動における日本の貢献を中心に述べる。国内の対応としては、平成7年度より、国内の計測専門家会議を組織し、毎年2回程度の会合を持ちITERに必ずしも限定せず、長期的視野に立って計測法の開発について議論を重ねており、そこでの議論をITER計測専門家グループ会合に反映させてきた。日本は、初期のころから、核燃焼制御を考慮した計測システム作りの重要性を主張してきている。第8回の会議では制御グループのメンバーを計測専門家会合に招き、その点について議論を始めたが、まだ具体的な検討には至ってない。そのほか、$$alpha$$粒子計測、中心部の重水素と三重水素の密度比の計測、イオン温度計測やヘリウム灰密度計測に必要な計測用中性粒子ビームの開発、及びプラズマ対向ミラーの反射率劣化を防ぐ方法等、解決しなければならない課題がまだ多く残されている。この延長期間において解決すべく努力をしているところである。

論文

Neutron irradiation test of optical components for fusion reactor

石塚 悦男; 佐川 尚司; 長島 章; 杉江 達夫; 西谷 健夫; 山本 新; 河村 弘

Effects of Radiation on Materials (ASTM STP 1366), p.1176 - 1185, 2000/00

核融合炉用光計測材料として、窓材(サファイア)及び鏡材(モリブデン)をJMTRで中性子照射し、照射後試験として窓材の光透過率及び鏡材の表面観察を行った。この結果、サファイアは800nm以下の波長領域で光透過率が減少し、その割合は照射量とともに大きくなり、照射温度が高いと小さくなることが明らかになった。また、照射したモリブデン製の鏡材について、干渉計による表面観察及びSEM観察を行ったところ、表面平滑性が中性子照射に影響されないことが明らかとなった。更に、本シンポジウムでは、in-situでの窓及び鏡材の光透過率及び反射率の測定に関しても紹介する。

論文

Development of table-top transient collisional excitation X-ray lasers

加道 雅孝; 河内 哲哉; 長谷川 登; 田中 桃子; 助川 鋼太*; 永島 圭介; 長島 章; 加藤 義章

High-power Lasers in Energy Engineering (Proceedings of SPIE Vol.3886), p.278 - 284, 2000/00

X線レーザーの小型化、短波長化を実現するためには、励起エネルギーの高効率化とX線レーザーの屈折効果の低減が重要である。従来の方式では、固体内部へのエネルギーロス、急峻な電子密度勾配によるX線レーザーの屈折によるロスにより波長10nm以下での発振は不可能であった。われわれは、厚さ0.1$$mu$$m以下の極薄膜ターゲットを用いる方法を提案し、X線レーザー伝搬計算コードと1次元流体シミュレーションコードと組み合わせた計算評価を行った。従来の方式に比べ100倍程度のエネルギー効率の改善が見込まれ、出力10J程度の小型レーザーにより水の窓域波長での発振が可能であることがわかった。

報告書

A Study on density, porosity and grain size of unirradiated ROX fules and simulated ROX fuels

柳澤 和章; 大道 敏彦*; 白数 訓子; 山下 利之; 木村 康彦; 小野澤 淳; 長島 久雄; 金澤 浩之; 金井塚 文雄; 天野 英俊

JAERI-Tech 99-044, 46 Pages, 1999/05

JAERI-Tech-99-044.pdf:4.66MB

未照射岩石型(ROX)燃料及び模擬岩石型燃料について、密度、気孔率及び結晶粒度に関する研究を実施し以下の結論を得た。(1)岩石燃料:推定理論密度(TD)値は、ROX-SZRで5.6g/cc、ROX-ThO$$_{2}$$で6.2g/ccであった。岩石燃料の理論密度値はUO$$_{2}$$(10.96g/cc)の約半分であった。本研究から得られた焼結(製造)密度は、ROX-SZRで4.6g/cc(82%TD)、ROX-ThO$$_{2}$$で5.2g/cc(83%TD)であった。%TDはUO$$_{2}$$のそれ(通常95%TD)よりかなり小さかった。平均気孔径は約3$$mu$$m、気孔率は17-18%の範囲にあった。結晶粒径は約2$$mu$$mであった。(2)模擬岩石燃料:推定理論密度値は約5.0-5.7g/ccの範囲にあった。模擬岩石燃料の理論密度値はUO$$_{2}$$の約半分であった。本研究から得られた焼結密度は約4.5-5.5g/ccの範囲にあった。模擬岩石燃料の%TDは94-98%TDと現行のUO$$_{2}$$並になった。平均気孔径は約4-8$$mu$$m、気孔率は6%以下であった。結晶粒径は約1-4$$mu$$mであった。

論文

First measurement of tangential Faraday rotation of CO$$_{2}$$ laser wave in a tokamak plasma

河野 康則; 千葉 真一; 白井 浩; 井上 昭*; 長島 章

Review of Scientific Instruments, 70(2), p.1430 - 1434, 1999/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:36.8(Instruments & Instrumentation)

トカマクプラズマ中をトロイダル接線方向に伝搬するレーザ光のファラデー回転偏光計測に基づく電子密度診断法は、干渉計測におけるようなフリンジジャンプがないこと、信号の時間的発展を追う必要がないことなど、より安定な測定が行える可能性があるため、近年ITERの密度計測に適する手法として注目されている。そこでJT-60Uでは本手法の原理的実証を目指した開発研究を進めているが、最近の計測実験において炭酸ガスレーザ光の接線ファラデー回転角の検出に初めて成功した。実験では、光弾性変調器を用いて赤外偏光計を使用した。これにより、入射レーザー光強度の変動に影響されない偏光計測を実現した。また今回の計測頻度としては、約0.1度が達成されており、ITERに本偏光計を適用した際にも十分なS/Nが得られる見通しを示した。本論文では、これらの実験結果について報告する。

論文

Dual CO$$_{2}$$ laser polarimeter for Faraday rotation measurement in tokamak plasmas

河野 康則; 千葉 真一; 白井 浩; 井上 昭*; 長島 章

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.714 - 717, 1999/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.78(Instruments & Instrumentation)

大型トカマクにおけるファラデー回転測定のためのデュアルCO$$_{2}$$レーザ偏光計に関して報告する。この装置は、炭酸ガスレーザの異なる発振波長(10.6$$mu$$m、9.27$$mu$$m)を光源とする同形式の2つの偏光計より構成される。これにより、偏光角測定時の誤差となる真空窓での余分なファラデー回転成分を除去することができる。それぞれの偏光計は安定な測定が行えるよう、2つの光弾性変調器と1つの偏光子、1つの検出器より構成されている。JT-60Uでの初期的な結果として、波長9.27$$mu$$mのレーザ光のファラデー回転測定に成功している。この結果は、ITERに提案されているファラデー回転に基づく密度計測に、本偏差計が適用可能であることを示している。

論文

Development of steady-state magnetic sensor

原 重充*; 長島 章; 中山 尚英*; 河西 敏; 西谷 健夫

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.435 - 438, 1999/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.78(Instruments & Instrumentation)

定常磁場計測用センサーとして、0.1Hz以下の低周波磁場を計測する機械センサー(センサーコイルとロードセルから構成)と高周波磁場計測用磁気プローブを組合わせた新方式のセンサーを開発し、その基本性能試験を実施した。ロードセルに印加される力に比例した信号、磁場に比例した信号が得られるなどの結果が得られた。講演では詳細なデータの報告とともに、最近実施した$$gamma$$線による試験結果について報告する。

論文

Multilaser and high spatially resolved multipoint Thomson scattering system for the JT-60U tokamak

吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 佐久間 猛*; 小野瀬 義秋*; 根本 博文*; 浜野 隆*; 波多江 仰紀; 長島 章; et al.

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.751 - 754, 1999/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:33.02(Instruments & Instrumentation)

JT-60Uトムソン散乱測定装置の最新の設計と測定実績について総合報告する。本装置は超高温な電子温度や高精度な電子密度の過渡変化を、定量的であるがゆえに精密なアラインメントの常時監視下で高信頼測定が可能であるという特長を有する。2台のルビーレーザから発せられるビームを光学的に同質かつ同一直線上に伝搬させる、施光子とファラデー回転子から成るビーム合成装置を開発して、2ミリ秒の時間差での過渡事象現象測定を可能にした。プラズマ炉心部から周辺部まで約2mにわたって60空間点のトムソン散乱光を8~22mmの高分解能で2台の集光器で集光する。低電子密度プラズマを小立体角かつ高空間分解能で高精度に測定するため超高感度の光電子増倍管を採用し、また高温高密度の炉心プラズマを対象に高繰返し計測が可能な2次元型検出器を開発・導入した。講演では、最新の測定結果についても言及する。

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