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論文

環境中空間線量率3次元分布計算システム(3D-ADRES)の研究開発; PHITSとリモートセンシングの融合による環境放射線量の推定

Kim, M.; Malins, A.; 佐久間 一幸; 北村 哲浩; 町田 昌彦; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

Isotope News, (765), p.30 - 33, 2019/10

福島県内の市街地や森林等の複雑な実環境空間に対して、詳細な空間線量率の3次元分布を計算可能とする3D-ADRESを開発した。本システムでは、地形・建物・樹木等の環境中の複雑な構造物をリモートセンシング情報(地理情報)に基づきモデル化し、モデル上の様々な環境面に異なるCs線源分布が付与可能である。本稿では3D-ADRESを福島第一原子力発電所付近の帰還困難区域の住宅地に適用し、空間線量率分布の計算が有効に機能すること(空間線量率の計算値と測定値の比較から凡そ良い一致)を検証した。

論文

福島県内を想定した複雑な実環境中での空間線量率分布解析システム(3D-ADRES)の研究開発; リモートセンシング情報の活用と各環境因子(地形・土壌・建物・樹木等)の影響評価

Kim, M.; Malins, A.; 佐久間 一幸; 北村 哲浩; 町田 昌彦; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

RIST News, (64), p.3 - 16, 2018/09

環境中に放出された放射線源による空間線量率の正確な分布は、住民の被ばく量を評価し、それを可能な限り低減するための必須な情報となる。しかし、市街地・森林等は複雑な構造物や樹木が存立する他、地形も平坦ではなく放射線の散乱や遮蔽が頻繁に起こるため、空間線量率の分布は非一様となる。加えて放射線源の不均質な分布は更にそれを複雑なものとするため、正確な空間線量率の分布を知ることは容易ではない。そこで、日本原子力研究開発機構・システム計算科学センターは、福島環境安全センターと連携し、福島県内の市街地や森林等の複雑な環境中の地形・樹木・建物等の3次元のリアルな構造物モデルを構築し、更に不均質な放射性セシウムの線源分布を取り込むことを可能とすることで、空間線量率の3次元分布が計算可能なシステム(3D - Air Dose Rate Evaluation System:略称3D-ADRES)を開発した。3D-ADRESでは、人工衛星画像等のリモートセンシング情報や種々の地理情報等を最大限に活用し、構造物を認識(一部自動化済み)した後、その構造をリアルにモデル化し、モンテカルロ計算コードPHITS用フォーマットに変換することで、シミュレーションによる詳細な空間線量率分布を取得可能とする。本稿では、そのシステムの概要について記し、実際の計算例を示す他、今後の課題についても記す。

論文

Impacts of anthropogenic source from the nuclear fuel reprocessing plants on global atmospheric iodine-129 cycle; A Model analysis

門脇 正尚; 堅田 元喜*; 寺田 宏明; 鈴木 崇史; 長谷川 英尚*; 赤田 尚史*; 柿内 秀樹*

Atmospheric Environment, 184, p.278 - 291, 2018/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:59.32(Environmental Sciences)

長寿命放射性ヨウ素($$^{129}$$I)は、大気環境における放射性核種の有用な地球化学トレーサである。本研究では、$$^{129}$$Iの大気濃度および沈着の観測を実施し、観測データから大気濃度および沈着の明瞭な季節変動を得た。さらに、大気中の$$^{129}$$I循環を支配する要因を明らかにすることを目的として、得られた観測データを用いて、移流、乱流拡散、大気沈着、光化学、ガス粒子変換、核燃料再処理工場からの$$^{129}$$Iの排出、海洋および陸域からの$$^{129}$$Iの揮発の各物理・化学過程を考慮した全球ヨウ素輸送モデルを開発した。全球ヨウ素輸送モデルは、我々が観測した$$^{129}$$Iの大気濃度および沈着の季節変動、そして既往文献の$$^{129}$$Iの降水中濃度の全球分布を良好に再現した。開発した全球ヨウ素輸送モデルを用いて人為起源と自然起源の$$^{129}$$Iインベントリの強度を変化させる数値実験を実施し、地球全体の$$^{129}$$I循環に対する人為起源の$$^{129}$$Iの影響を評価した。その結果、冬季においては、人為起源の$$^{129}$$Iが主にユーラシアの北部に沈着する可能性があることが示された。一方で、夏季においては、自然起源の$$^{129}$$Iが北半球中高緯度の沈着に支配的であった。これらの結果は、地球表面からの$$^{129}$$Iの再飛散過程が全球規模での$$^{129}$$I循環に重要であることを示唆している。さらに、冬季のユーラシア北部や北極域においては局所的に乾性沈着が寄与しており、乾性沈着が環境中の$$^{129}$$Iの季節変化に重要な影響を及ぼすことが示唆された。

論文

First-principles study of solvent-solute mixed dumbbells in body-centered-cubic tungsten crystals

鈴土 知明; 都留 智仁; 長谷川 晃*

Journal of Nuclear Materials, 505, p.15 - 21, 2018/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:38.14(Materials Science, Multidisciplinary)

タングステン(W)は、将来の核融合炉のプラズマ対向材料として有望視されており、W合金の耐放射線性を向上させその機械的特性を改善するための最適な合金成分を選択することが重要な課題である。本研究では、W結晶中の溶媒と溶質の混合ダンベルを第一原理計算によって調査した。その結果、チタン, バナジウム, クロムはW材の延性を低下させる原因となる照射誘起析出を起こさずに、空孔と格子間原子の再結合を促進させるため、照射効果という観点からではW材の合金元素として望ましいことがわかった。

論文

Measurement of displacement cross-section for structural materials in High-Power Proton Accelerator Facility

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.499 - 501, 2018/06

核変換システム等のハドロン加速器施設では、ビーム出力の上昇に伴いターゲット材料に対する損傷の評価が重要となる。加速器施設で用いられているターゲット材料等の損傷は、原子あたりの弾き出し損傷(DPA)が広く用いられており、カスケードモデルに基づく計算で得られた弾き出し損傷断面積に粒子束を乗ずることで評価されている。DPAによる損傷評価は広く一般的に用いられているものの、20MeV以上のエネルギー範囲における陽子に対する損傷断面積の実験データは数点しかなく十分でない。最近の研究において、タングステンの弾き出し損傷断面積が計算モデル間で約8倍異なることが報告されており、ターゲット材料の損傷評価のためには弾き出し損傷断面積の実験データ取得が重要となる。そこで、我々はJ-PARC加速器施設の3GeVシンクロトロン加速器施設を用い、弾き出し損傷断面積の測定実験を開始した。弾き出し損傷断面積は、冷凍機(GM冷凍機)で極低温(4K)に冷却された試料に陽子ビームを照射し、照射に伴う抵抗率の変化により得ることができる。本発表では、銅に3GeV陽子を入射する場合の弾き出し損傷断面積の測定結果を速報として報告する。

論文

Retreat from stress; Rattling in a planar coordination

末國 晃一郎*; Lee, C. H.*; 田中 博己*; 西堀 英治*; 中村 篤*; 笠井 秀隆*; 森 仁志*; 臼井 秀知*; 越智 正之*; 長谷川 巧*; et al.

Advanced Materials, 30(13), p.1706230_1 - 1706230_6, 2018/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:13.58(Chemistry, Multidisciplinary)

高性能デバイスとしての熱電材料には、高い電気伝導度と低い熱伝導度という相反する要求を同時に満たす必要がある。本研究では、テトラへドライト(Cu,Zn)$$_{12}$$(Sb,As)$$_{4}$$S$$_{13}$$の結晶構造とフォノンダイナミクスを調べ、平面内に配位している銅原子のラットリング運動がフォノンを効率良く散乱することを見出した。これらの知見は、平面配位構造を有する高性能熱電材料の新たな開発指針を与えるものである。

論文

Beam-based compensation of extracted-beam displacement caused by field ringing of pulsed kicker magnets in the 3 GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex

原田 寛之; Saha, P. K.; 田村 文彦; 明午 伸一郎; 發知 英明; 林 直樹; 金正 倫計; 長谷川 和男

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2017(9), p.093G01_1 - 093G01_16, 2017/09

AA2017-0286.pdf:4.64MB

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、設計出力1MWの大強度陽子加速器である。このRCSで3GeVまで加速された陽子ビームは、リング内の8台のパルスキッカー電磁石で取り出しラインへ導き、物質生命科学実験施設や後段の加速器へ供給されている。しかしながら、この電磁石の電磁回路的なリンギングにより時間的な磁場変調を生じており、取り出しビームが大きく変動していた。この変動は、中性子源標的の故障リスクの増大や後段加速器のビーム損失の増大を生じ、大きな課題である。特別な短パルスビームと各電磁石のタイミングスキャンを行い、取り出しビームの位置変動を測定することで、この磁場変調を実測し把握した。それを用いて各電磁石の磁場変調を抑制する最適なタイミングを求め、適用することで装置の改造を行うことなく要求以上の精度のビーム取り出しを実現した。さらにタイミングのずれを自動で測定し補正するシステムを導入し、安定化も実現した。この論文では、手法や成果を報告する。

論文

Failure experiments on pipes with local wall thinning subjected to multi-axial loads

Li, Y.; 長谷川 邦夫; 三浦 直樹*; 星野 克明*

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(2), p.021203_1 - 021203_7, 2017/04

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

原子力配管系の重要な荷重条件は、内圧,曲げ荷重及びねじり荷重である。しかし、これらの荷重条件を全て考慮した減肉配管の破壊評価手法は確立されていない。われわれはこれまでに有限要素法による極限荷重解析により、これらの多軸荷重条件が負荷された場合の局部減肉を有する配管の破壊評価手法を提案した。本研究では、局部減肉を有する炭素鋼小型配管試験体を対象に内圧による引張荷重,曲げ荷重及びねじり荷重を同時に負荷した破壊試験を実施した。これまでに提案した破壊評価手法により予測した破壊荷重は試験結果とよく一致したことから、提案手法の妥当性が確認できた。

論文

Experimental study on failure estimation method for circumferentially cracked pipes subjected to multi-axial loads

Li, Y.; 長谷川 邦夫; 三浦 直樹*; 星野 克明*

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(1), p.011204_1 - 011204_10, 2017/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:74.01(Engineering, Mechanical)

原子力配管系の重要な荷重条件は、内圧,曲げ荷重及びねじり荷重である。これまでの周方向亀裂を有する配管の破壊評価手法は内圧及び曲げ荷重を考慮しているが、ねじり荷重を考慮していない。この背景を踏まえ、われわれはこれまでに有限要素法による極限荷重解析により、ねじり荷重の影響も考慮した亀裂を有する配管の破壊評価手法を提案した。本研究では、周方向亀裂を有するステンレス鋼小型配管試験体を対象に内圧による引張荷重、曲げ荷重及びねじり荷重を同時に負荷した破壊試験を実施した。これまでに提案した破壊評価手法により予測した破壊荷重は試験結果とよく一致したことから、提案手法の妥当性が確認できた。

論文

Suppression of radiation-induced point defects by rhenium and osmium interstitials in tungsten

鈴土 知明; 長谷川 晃*

Scientific Reports (Internet), 6, p.36738_1 - 36738_6, 2016/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:35.13(Multidisciplinary Sciences)

照射耐性が強い材料を開発することは原子力材料への応用にとって重要であり、そのため照射欠陥の発達モデルを構築することが望まれている。我々は第一原理計算とキネティックモンテカルロ法を応用して、ある種の溶質元素をタングステンに添加することにより格子間原子の移動次元を変化させて照射効果を軽減するメカニズムを示すことに成功した。自己格子間原子が1次元運動するすべての体心立法格子の金属にこのメカニズムをあてはめることができるため、ここで得られた結果は原子力材料に使われる照射耐性の合金を計算科学によって探索するための一つのガイドラインとなりうる。

論文

Migration of rhenium and osmium interstitials in tungsten

鈴土 知明; 山口 正剛; 長谷川 晃*

Journal of Nuclear Materials, 467(Part 1), p.418 - 423, 2015/12

AA2015-0099.pdf:0.62MB

タングステンは将来の核融合炉のプラズマ対向被覆材として期待されている。しかしながら、材料を硬化させる照射誘起析出の発生が実用化に向けて課題とされている。照射誘起析出現象の出現を精度良く予測するには、レニウムやオスミウム等の照射下で核変換反応より生成される溶質原子の運動を把握することが重要である。本論文では、我々はアトミックキネティックモンテカルロ法を用いてこれらの溶質原子の運動を計算機シミュレーションより解析した。なお、溶質原子はタングステンと混合ダンベルを作っていると仮定した。解析の結果、回転障壁エネルギーが低いためこれらの混合ダンベルは3次元運動になり、その障壁エネルギーが拡散係数に大きく影響することがわかった。また、それらの3次元運動は空孔等の球状の欠陥の運動のような単純な運動モデルに帰結することができないことがわかった。

論文

日本原子力学会特別専門委員会におけるウランを含む廃棄物処分の考え方に係る調査・検討の概要

井口 哲夫*; 長谷川 信; 高橋 邦明; 榎戸 裕二*

デコミッショニング技報, (52), p.12 - 19, 2015/09

日本原子力学会「東京電力福島第一原子力発電所事故以降の低レベル放射性廃棄物処理処分の在り方」特別専門委員会において、放射能濃度が低いウランを含む廃棄物の浅地中トレンチ処分場で処分を行う場合の安全確保策についての調査・検討結果を行い、その結果を規制への提言としてとりまとめた。本報告はその検討結果を概説する。

論文

High intensity single bunch operation with heavy periodic transient beam loading in wide band RF cavities

田村 文彦; 發知 英明; Schnase, A.*; 吉井 正人*; 山本 昌亘; 大森 千広*; 野村 昌弘; 戸田 信*; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 18(9), p.091004_1 - 091004_8, 2015/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.56(Physics, Nuclear)

J-PARC RCSは2バンチ加速するように設計されているが、MLFの中性子実験やMRビームを用いたミューオン実験において、RCSでの大強度シングルバンチ運転が必要とされるようになった。シングルバンチ運転においては、広帯域RF空胴に生じる奇数次のウェーク電圧成分によりバケツの歪みが生じ、縦方向のビームロスを生じるために、ビーム強度は制限されていた。このため、奇数次のウェーク電圧成分を補償するために、追加のフィードフォワードシステムをインストールした。追加されたシステムは、偶数次のフィードフォワードシステムと同様の構成である。この論文では、追加のフィードフォワードシステムの機能、調整手法、調整結果の詳細について報告する。フィードフォワードによる奇数次成分の補償により、縦方向のビームロスが消失した。また、シングルバンチ加速でのビーム品質は、フィードフォワードによる補償によって、2バンチ運転のものと同様に保たれていることを、縦方向および横方向のビーム測定により確かめた。2.3$$times$$10$$^{13}$$ppbという大強度のシングルバンチ運転が可能となった。

論文

OISTホウ素中性子捕獲療法(BNCT)用陽子リニアックの開発

近藤 恭弘; 長谷川 和男; 東 保男*; 熊田 博明*; 黒川 真一*; 松本 浩*; 内藤 富士雄*; 吉岡 正和*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.948 - 950, 2015/09

沖縄科学技術大学院大学(OIST)にて、加速器を用いたホウ素中性子捕獲療法(BNCT)装置の開発が計画されている。本研究においては、いばらき中性子医療研究センターにおけるBNCT用リニアックからの知見をもとに、医療用機器としての量産型のパイロットモデルの開発を目標とする。加速器の性能は、中性子生成ターゲットでのビーム電力60kWを想定している。ビームエネルギーは、10MeV程度であり、必要な熱外中性子と、それ以外の、高速および熱中性子、$$gamma$$線との収量比を最適化するように最終的には決定される。エネルギー10MeVとすると、ビーム電流30mA、デューティー20%で40kWが実現可能である。リニアックの構成は、ECRイオン源、2ソレノイド型LEBT、4-ヴェーンRFQ、アルバレ型DTLと、これまでの開発実績のある技術を用いる。RFQおよびDTLの共振周波数は、352MHZ程度を予定している。医療用機器においては、十分な信頼性と、加速器の非専門家による容易な運転が要求され、加速器機器の中でも複雑な構成となる大強度陽子リニアックにおいて、これらを達成することも、重要な開発目標となる。本論文では、この、BNCT用陽子リニアックの開発状況について述べる。

論文

Numerical analysis of organ doses delivered during computed tomography examinations using Japanese adult phantoms with the WAZA-ARI dosimetry system

高橋 史明; 佐藤 薫; 遠藤 章; 小野 孝二*; 伴 信彦*; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 吉武 貴康*; 甲斐 倫明*

Health Physics, 109(2), p.104 - 112, 2015/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.49(Environmental Sciences)

日本国内でのCT検査による患者の臓器線量を正確に評価するため、CT線量評価システムWAZA-ARIの開発を進めている。WAZA-ARIの線量計算では、成人日本人のボクセルファントム及び放射線輸送計算コードPHITSを用いた数値解析で整備した臓器線量データを利用する。このデータの解析を進めるため、CT装置内の寝台における線量分布等の測定結果に基づき、各種装置でのX線放出特性をPHITSで数値的に模擬する技術を開発した。典型的な撮影条件について、PHITSと日本人ボクセルファントムを用いた解析結果より臓器線量を計算し、既に利用されている他のCT線量評価システムによる結果と比較した。その結果、日本人ボクセルファントムを用いた解析で得た線量データを利用した場合、数学人体模型に基づく線量データを利用した他のシステムよりも、人体形状を適切に考慮して臓器線量を導出できることが検証された。また、欧米人の体格に基づくボクセルファントムによる計算結果や日本人体型を模擬した物理モデルを用いた実測結果と比較した。これらの比較検証により、本研究で開発した数値解析法で得られる臓器線量データは、日本人の体格特性を考慮したシステムWAZA-ARIに十分適用できることを確認した。

論文

Experimental study on failure estimation method for circumferentially cracked pipes subjected to multi-axial loads

Li, Y.; 長谷川 邦夫; 三浦 直樹*; 星野 克明*

Proceedings of 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2015) (Internet), 10 Pages, 2015/07

原子力配管系の重要な荷重条件は、内圧、曲げ荷重及びねじり荷重である。これまでの周方向き裂を有する配管の破壊評価手法は内圧及び曲げ荷重を考慮しているが、ねじり荷重を考慮していない。この背景を踏まえ、著者らはこれまでに有限要素法による極限荷重解析により、ねじり荷重の影響も考慮したき裂を有する配管の破壊評価手法を提案した。本研究では、周方向き裂を有するステンレス鋼小型配管試験体を対象に内圧による引張荷重、曲げ荷重及びねじり荷重を同時に負荷した破壊試験を実施した。これまでに提案した破壊評価手法により予測した破壊荷重は試験結果とよく一致したことから、提案手法の妥当性が確認できた。

論文

Failure experiments on pipes with local wall thinning subjected to multi-axial loads

Li, Y.; 長谷川 邦夫; 三浦 直樹*; 星野 克明*

Proceedings of 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2015) (Internet), 8 Pages, 2015/07

原子力配管系の重要な荷重条件は、内圧、曲げ荷重及びねじり荷重である。しかし、これらの荷重条件を全て考慮した減肉配管の破壊評価手法は確立されていない。著者らはこれまでに有限要素法による極限荷重解析により、これらの多軸荷重条件が負荷された場合の局部減肉を有する配管の破壊評価手法を提案した。本研究では、局部減肉を有する炭素鋼小型配管試験体を対象に内圧による引張荷重、曲げ荷重及びねじり荷重を同時に負荷した破壊試験を実施した。これまでに提案した破壊評価手法により予測した破壊荷重は試験結果とよく一致したことから、提案手法の妥当性が確認できた。

論文

Fabrication process qualification of TF Insert Coil using real ITER TF conductor

尾関 秀将; 礒野 高明; 河野 勝己; 齊藤 徹; 川崎 勉; 西野 克巳; 奥野 清; 木戸 修一*; 仙波 智行*; 鈴木 洋三*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4200804_1 - 4200804_4, 2015/06

 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

JAEA is planning performance test of 50 m Toroidal Field (TF) conductor of ITER using Central Solenoid Model Coil (CSMC) test facility at Naka-site in Japan. In order to test the conductor, "TF Insert Coil" (TFIC) is under fabrication in cooperate with Hitachi, Ltd. TFIC is a solenoid coil wound in 1.44 m diameter. It is going to be installed into the bore of CSMC, whose maximum magnetic field is 13 T. The maximum driven current of TFIC is 68 kA. In order to prepare for fabrication of TFIC, several trials of components including windings, removal of Cr plating of the strands, welding and compaction of terminal sleeve were carried out for process qualification. The results of trials showed that the winding dimater satisfied its criterion, the Cr plating was clearly removed using non-woven cloth soaked into HCl solution, the mechanical strengths at 4 K of welds at the terminal were enough. Eventually, the fabrication process qualification of TFIC was completed.

論文

On-site background measurements for the J-PARC E56 experiment; A Search for the sterile neutrino at J-PARC MLF

味村 周平*; Bezerra, T. J. C.*; Chauveau, E.*; Enomoto, T.*; 古田 久敬*; 原田 正英; 長谷川 勝一; Hiraiwa, T.*; 五十嵐 洋一*; 岩井 瑛人*; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2015(6), p.063C01_1 - 063C01_19, 2015/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.9(Physics, Multidisciplinary)

J-PARC E56実験は物質・生命科学実験施設においてステライルニュートリノを探索する実験である。実験の妥当性を検証するために、われわれはMLF 3Fにバックグランドイベント用検出器を設置し、測定を行った。この検出器は500Kgのプラスチックシンチレータから構成されている。陽子ビーム入射によって$$gamma$$線と中性子が生成され、宇宙線起源の$$gamma$$線なども検出された。これらの結果について報告する。

論文

WAZA-ARI; CT撮影における患者の被ばく線量評価システム

佐藤 薫; 高橋 史明; 遠藤 章; 小野 孝二*; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 吉武 貴康*; 伴 信彦*; 甲斐 倫明*

RIST News, (58), p.25 - 32, 2015/01

原子力機構では、国内でのCT診断時の患者の被ばく管理の向上に資するため、大分県立看護科学大学等との共同研究によりWAZA-ARIの開発を進め、2012年12月にその試用版を公開した。試用版のWAZA-ARIには、平均的成人日本人男性(JM-103)及び女性(JF-103)、4才児(UFF4)ファントムと放射線輸送計算コードPHITSを組み合わせて計算した臓器線量データベースが格納されている。WAZA-ARIでは、これらの臓器線量データベースの中から、撮影条件に応じた適切なデータが選択されて線量計算に利用される。試用版の公開以後、WAZA-ARIのホームページへのアクセス件数は月当たり概ね1000件を超えており、2014年9月末において28421件に達した。現在、試用版のWAZA-ARIの線量評価機能を拡張した本格運用版である、WAZA-ARI version 2の開発が進められており、2014年度中の公開を目指している。WAZA-ARI version 2では、利用者は自身で計算した線量データを登録し、国内での線量分布と比較する機能も追加されている。

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