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論文

Analytical study of the applicability of FeCrAl-ODS cladding for BWR

高野 渉*; 草ヶ谷 和幸*; 後藤 大輔*; 坂本 寛*; 山下 真一郎

Proceedings of 2017 Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/09

事故耐性燃料の一つである酸化物分散強化したFeCrAl鋼(FeCrAl-ODS)に着目した。FeCrAl-ODSは、BWRに適用できる見通しはあるものの、相対的に高い中性子吸収が補償されなければならない。我々は、中性子経済性に対するインパクトを減らすための薄肉FeCrAl-ODS被覆管を設計し、薄肉FeCrAl-ODS被覆管で構成される9$$times$$9型先進沸騰水型軽水炉(ABWR)バンドルを装荷した時の、炉心の特性を評価した。ウォーターロッドやチャンネルボックスにも薄肉FeCrAl-ODSを適用した。解析の結果、FeCrAl-ODS炉心反応度は、UO$$_{2}$$燃料を上限の5wt%までウラン濃縮度を増加させることで十分な値が得られることを確認した。さらに、幾つかの代表的なFeCrAl-ODSの炉心特性をジルカロイ炉心の時と比較し、通常時及び過渡時の薄肉FeCrAl-ODS被覆管の熱機械的挙動は許容できる範囲にあることも確認した。これらの結果から、本研究の解析条件の範囲においては、FeCrAl-ODSがBWRに適用できると結論される。

論文

Micromachining of commodity plastics by proton beam writing and fabrication of spatial resolution test-chart for neutron radiography

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 加田 渉; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 石井 保行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 306, p.299 - 301, 2013/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:34.56(Instruments & Instrumentation)

Proton Beam Writing (PBW) is a direct-write technique for producing high-aspect-ratio micro- and nano-structures in resist material. This technique is a promising method for micromachining of commodity plastics such as acrylic resin. In this paper, we introduce fabrication of microscopic devices made of a relatively thick ($$sim$$75 $$mu$$m) acrylic sheet. An optimization of the fluence of 3 MeV proton beam to induce the chain scission in the sheet was performed at Takasaki Advanced Radiation Research Institute, JAEA. A software program that converts image pixels into coordinates data has been developed, and a fine jigsaw puzzle was fabricated on the sheet. The piece size of jigsaw puzzle is 50 $$times$$ 50 $$mu$$m. For practical use, A line and space test-chart for spatial resolution measurement on neutron radiography was also successfully created.

論文

Mach-Zehnder polymer waveguides fabricated using proton beam writing

三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 126, 2013/01

In this study, a PMMA-based MZ waveguide was fabricated utilizing PBW to develop a thermo-optic switch. A 10-$$mu$$m-thick PMMA film was firstly spin-coated onto the 15 $$mu$$m SiO$$_2$$ film as the under cladding. Cores of a MZ waveguide with 8 $$mu$$m width were secondary drawn at the dose of 100 nC/mm$$^2$$ in the PMMA film using PBW with H$$^+$$ beam of the size of $$sim$$1.1 $$mu$$m and beam current of $$sim$$50 pA at 1.7 MeV. The MZ waveguide was drawn by symmetrically coupling two Y junctions and its branching angle was set to 2$$^circ$$ to reduce optical branching loss. Finally a 10-$$mu$$m-thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper cladding by spin-coating. The mode-field diameter of near field patterns with about 10 $$mu$$m width was observed at $$lambda$$= 1.55 $$mu$$m on the basis of a fundamental mode without no higher-order modes which required to develop our objective MZ type thermo-optic switch for optical-fiber telecommunication. The result of the observation showed that the PMMA-based single-mode MZ waveguide for $$lambda$$= 1.55 $$mu$$m was successfully fabricated using PBW. As the next step to develop the optical switch, we will form a Ti thin-film heater and A$$ell$$ electrodes on the MZ waveguide using photolithography and wet-etching processes.

論文

Fabrication of Mach-Zehnder polimer waveguides by a direct-drawing technique using a focus proton beam

三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.

Key Engineering Materials, 534, p.158 - 161, 2013/00

We develop a thermo-optic switch of the Mach-Zehnder type polymer waveguide using proton beam writing (PBW). In this study, we succeeded in near field pattern Mach-Zehnder type single mode polymer waveguides at a wavelength of 1550 nm. The samples for the waveguides were composed with a 15-$$mu$$-thick under-cladding layer of SiO$$_2$$ deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering and a 10-$$mu$$m-thick PMMA film spin-coated onto the SiO$$_2$$ layer as a core layer. We wrote Mach-Zehnder type waveguides having a width of 8 $$mu$$m on the PMMA layer by PBW with a beam size of $$sim$$1 $$mu$$m and a beam current of 50 pA. After this writing, the 10-$$mu$$m-thick-PMMA layer was deposited again as an upper-cladding layer by spin-coating. In the observation of these waveguides, the light of laser of 1550-nm wavelength was injected into one side of the waveguide through a single-mode fiber. From the observation of the light emitted from the opposite side of the waveguides, near field patterns was observed using a vidicon camera with an optical microscope. The observation result demonstrated that the light traveled by single mode in the Mach-Zehnder type polymer waveguide. In the conference, we will report the development of the Mach-Zehnder type polymer waveguide in detail. In addition, the thermo-optic switch at the wavelength of 1550 nm by the Mach-Zehnder type polymer waveguide will also be briefly reported.

論文

Visualization of focused proton beam dose distribution by atomic force microscopy using blended polymer films based on polyacrylic acid

大道 正明*; 高野 勝昌*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; 加田 渉; 杉本 雅樹; 西川 宏之*; et al.

Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 12, p.7401 - 7404, 2012/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.67(Chemistry, Multidisciplinary)

A new visualization method for dose distribution of a focused proton beam in sub-micrometer scale was developed using a formation of a bulky cross-linked structure of polyacrylic acid -$$N$$, $$N$$'-methylence bisacrylamide, blend film. The areas irradiated by the focused proton beam were swelled on the film. The height of the swelling was significantly increased according to the beam fluence and the increase of containing ratio of the methylence bisacrylamide. The height was saturated at the fluence of 5$$times$$10$$^5$$ ions/$$mu$$m$$^{2}$$. The proton beam-sensitive polymer film was used for the analysis of dose distribution on its surface. The irradiated surface was observed by employing an atomic force microscope. This observation result showed that the method could be used to confirm the writing patterns and the beam-spot shape. Nanostructures with a crescent shape are visualized clearly at a misaligned beam-spot shape in the set up of the beam-optics.

論文

Ion-beam-induced luminescence analysis as diagnostic tool for microstructure patterning on diamond by proton beam writing

加田 渉; 横山 彰人; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕

Japanese Journal of Applied Physics, 51(6), p.06FB07_1 - 06FB07_5, 2012/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:64.08(Physics, Applied)

ダイヤモンド表面へのイオンビーム微細加工(PBW)プロセスの評価のために、イオンビーム誘起発光分析(micro-IBIL)システムを新たに開発した。3MeVビームで試料表面に描画することで、ダイヤモンド基板(3.0mm$$times$$3.0mm$$times$$0.5mm IIa単結晶ダイヤモンド)中に埋め込まれた微細構造を作製した。PBW描画中にIBIL計測を行うことで、イオンビーム照射に伴う発光の変化を計測できた。照射したダイヤモンドの結晶状態を同じビームラインに設置した単波長型のイオンビーム誘起発光システムによって分析した結果、描画した領域がダイヤモンドのAバンド発光に起因する発光領域と対応していることが確かめられた。

論文

Fabrication of poly(9,9'-dioctylfluorene)-based nano- and microstructures by proton beam writing

前吉 雄太*; 高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(4), p.045201_1 - 045201_4, 2012/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.6(Physics, Applied)

A relation between the fluence and the beam-induced chemical reaction in poly(9,9'-dioctylfluorene), PFO, films has been investigated to fabricate PFO-based nano-micro structures using Proton Beam Writing, PBW. In this investigation, we observed that the cross-linking reaction in PFO occurred without a cross-linking agent using PBW. Furthermore, not only the surface morphology but also structure and shape on PFO films were changed from nano-meter to micro-meter size by controlling the fluence of proton beam irradiation on the basis of the investigation. Consequently, the structure of the arabic numbers was successful fabricated as three-dimensional PFO structures with the aspect ratio of 12 at the fluence of 3.5 $$times$$ 10$$^6$$ ions/$$mu$$m$$^2$$ by PBW.

論文

Fast single-ion hit system for heavy-ion microbeam at TIARA cyclotron, 4

横田 渉; 佐藤 隆博; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 横山 彰人; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 159, 2012/01

日本原子力研究開発機構のイオンビーム照射施設(TIARA)のサイクロトロンにおいて、マイクロビーム及びシングルイオンヒットの品質を向上させるために、高速シングルイオンヒットシステムの開発を継続して進めた。主要な開発項目は、シングルイオンヒット照射で狙った箇所にイオンが当らないミスヒットの低減と、シングルイオンヒットのリアルタイム検出技術の開発である。また、新マイクロビームの開発を実施し、400MeV-Feを直径4$$mu$$m程度に集束して利用実験に提供した。

論文

Operation of the AVF cyclotron

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

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 172, 2012/01

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの、2010年度における運転及び整備の状況、また、東北地方太平洋沖地震の影響並びに新しく開発したイオンビームや多重極電磁石を用いた大面積高均一照射などの技術開発の現状を報告する。

論文

3D micro-fabrication utilized superimposing technique with focused MeV ion beams

高野 勝昌*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; 加田 渉; 杉本 雅樹; 関 修平*; 西川 宏之*

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 162, 2012/01

A unique micro-processing technique for epoxy resin films has been developed at the TIARA, utilizing the ion beam writing with multiple energies of light and heavy ion beams. In this study, nano-wire structure fabrication was tried by a superimposing with the proton beams and 520 MeV $$^{40}$$Ar$$^{14+}$$. And in order to reduce the surface tension in developing and drying processes, after a baking at 95 $$^{circ}$$C for 1 minute, developing and drying was performed with super-critical CO$$_{2}$$ at 12 MPa, 40 $$^{circ}$$C. As the result, the bridge structure which strung the wires fabricated by 520 MeV $$^{40}$$Ar$$^{14+}$$ hitting can be observed at the aimed points.

論文

Fabrication of Y-junction waveguides using proton beam writing

三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 126, 2012/01

We develop optical waveguides using Proton Beam Writing (PBW). In this study, Y-junction PMMA film waveguides at 1.55 $$mu$$m were fabricated using PBW. First, an SiO$$_2$$ film was deposited as an under-cladding on an Si substrate using radio-frequency sputtering. After a PMMA film was spin-coated on the SiO$$_2$$ film, the sample was baked at 120 $$^{circ}$$C. The thickness of PMMA film became 10 $$mu$$m by repeating these processes twice. Next, a Y-junction waveguides with the width of 8 $$mu$$m and branching angle of 2 $$^circ$$ were drawn in the PMMA film on the condition of the dose of 100 nC/mm$$^2$$ using PBW having a 1.7 MeV proton beam with the current of 10 pA and the size of about 1 $$mu$$m. Finally, a 10-$$mu$$m thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper-cladding layer by spin-coating. The observation of an optical microscope showed that an objective Y-junction was successfully drawn using PBW. To observe near field patterns (NFPs), the laser light of wavelength at 1.55 $$mu$$n was injected through a single-mode fiber (SMF) from one side of the edge of the waveguide cleaved both sides of the sample. The two independent NFPs were observed form each branching waveguide using a vidicon camera at the opposite side of the waveguide. The observation result of the two NFPs with an optical power intensity ratio of 1:0.98 demonstrated that the light of 1.55 $$mu$$m was divided at almost equal ratio by this Y-junction.

論文

Fabrication of polymer optical waveguides for the 1.5-$$mu$$m band using focused proton beam

三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 佐々木 友之*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.

Key Engineering Materials, 497, p.147 - 150, 2011/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:2.48

Single mode straight waveguides for a wavelength of 1.55-$$mu$$m were, so far, fabricated using a proton beam writing (PBW) technique. We report the fabrication of Y-junction polymer waveguides with a polymethyl methacralate (PMMA) layers as the expansion of these straight waveguides using PBW in the conference. The PMMA layers consisted of an under-cladding layer of SiO$$_2$$ having a thickness of $$sim$$ 15-$$mu$$m deposited on an Si substrate, a PMMA layer having a thickness of $$sim$$ 10-$$mu$$m spin-coated onto the SiO$$_2$$ layer and a Y-junction waveguide with a width of 8-$$mu$$m in a PMMA core layer. The Y-junction waveguides with the angle of 2$$^{circ}$$ were drawn using the 1.7 MeV proton beam with 1-$$mu$$m in diameter and a beam current of 10 pA for a dose of 100 nC/mm$$^2$$. After spin-coating the PMMA layer with $$sim$$ 10-$$mu$$m thickness as an upper cladding on the irradiated PMMA layer, the near field pattern (NFP) of an 8-$$mu$$m-width Y-junction waveguide was observed using a tunable-wavelength laser. The observation showed that the fabrication of waveguide was succeeded because its waveguide was single mode and the intensity ratio between the two outputted lights was the almost same; 1:0.96. We also briefly report the next plans of the measurement of the refractive indices of proton-irradiated PMMA and SiO$$_2$$ films and the fabrication of a thermo-optic polymer switch based on a Mach-Zehnder interferometer waveguide.

論文

Fast single-ion hit system for heavy-ion microbeam at TIARA cyclotron, 3

横田 渉; 佐藤 隆博; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 江夏 昌志; 高野 勝昌; 神谷 富裕

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 173, 2011/01

TIARAのサイクロトロンにおいて開発中のマイクロビーム・シングルイオンヒット技術を用いて、2009年度に260MeV-$$^{20}$$Ne$$^{7+}$$と520MeV-$$^{40}$$Ar$$^{14+}$$のマイクロビーム・シングルイオンヒットが放射線生物影響、半導体耐放射線性研究及び微細加工技術開発の研究分野で利用された。これらのビームはおおむね順調に提供されたが、ビーム品質をさらに向上させて実験データの質と実験効率を高めるために、マイクロビームの不安定性と、狙った位置にイオンが当らないミスヒットを低減させる必要がある。本論文では、これらが生じる原因の究明と、マイクロビーム・シングルイオンヒットができるビームの種類を拡大するための新ビーム開発を報告する。

論文

Operation of the AVF cyclotron

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

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 180, 2011/01

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの2009年度における運転及び整備の状況、また、新イオンビーム開発及びビーム計測技術並びにサイクロトロンのイオン種・エネルギー短時間切替技術開発の現状を報告する。

論文

Operation of the AVF cyclotron

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

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 190, 2008/11

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの、2007年度における運転及び整備の状況、また、新イオンビームや新しい方式による大面積高均一照射などの技術開発の現状を報告する。

論文

Operation of AVF cyclotron

奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; et al.

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 204, 2008/03

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンの、2006年度における運転及び整備の状況、また、新イオンビームや新しい方式による大面積高均一照射技術などの開発を報告する。

論文

On a fast reactor cycle scheme that incorporates a thoria-based minor actinide-containing cermet fuel

逢坂 正彦; 高野 渉*; 山根 義宏*; 三澤 毅*

Progress in Nuclear Energy, 50(2-6), p.212 - 218, 2008/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:57.24(Nuclear Science & Technology)

トリアベースのマイナーアクチニド含有サーメット燃料を組み込んだ高速炉サイクル概念について述べる。このサーメット燃料はThとマイナーアクチニド酸化物固溶体とMo不活性母材からなる。専用のサイクルプロセスからなる小さな独立したサイクル内で使用される。サーメット燃料は粉末冶金に基づく簡易な方法により作製される。サーメット燃料の再処理として二段階の方法が提案された。それはMo不活性母材の事前除去とアクチニドの回収からなる。模擬サーメット燃料を用いたMo不活性母材の事前除去のための予備試験が行われた。これは室温で硝酸を用いて溶解するものである。試験の結果、Mo不活性母材はほとんど溶解した一方、酸化物は溶けなかった。サーメット燃料を装荷した高速炉炉心の燃焼特性が核的計算コードを用いて評価された。Mo不活性母材を内側及び外側炉心領域で非均質な組成とすることにより、効率的な核変換と出力密度の平坦化ができることがわかった。本サーメット燃料は高速炉用高性能核変換デバイスとして有望なものとなる可能性がある。

論文

原子力機構AVFサイクロトロンの現状

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

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.259 - 261, 2008/00

高崎量子応用研究所TIARAのAVFサイクロトロンは、材料・バイオ技術の研究開発に広範囲のイオン種及びエネルギーのビームを提供している。原子力機構内外の多くのユーザーに安定なビーム提供をするため、各種装置の修理,整備を計画的に行うことで、高い稼働率を実現している。また多様な照射が要求されているため、重イオンマイクロビーム形成のためのフラットトップ加速技術,ビーム位相幅計測技術,サイクロトロン磁場安定化技術などの各種技術開発や、八極及び六極の多重極電磁石を用いた大面積均一照射技術の開発などを進めている。本発表ではこれらを中心とした技術開発及び運転・保守の状況を報告する。

論文

原子力機構AVFサイクロトロンの運転状況

奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 百合 庸介; 横田 渉; et al.

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 196, 2007/02

TIARAの主要加速器であるAVFサイクロトロンは、世界で初めて材料科学やバイオ技術等の研究開発のために1991年に建設されて以来、需要に基づく改造や修理を行いながら順調に運転を継続している。本年報では、平成17年度におけるサイクロトロンの運転状況並びに整備の状況、また、イオンビーム利用者の要望に基づき開発した新イオンビームや、ビーム高品位化に向けたサイクロトロンの技術開発について報告する。

論文

A Novel concept for americium-containing target for use in fast reactors

逢坂 正彦; 小井 衛; 高野 渉*; 山根 義宏*; 三澤 毅*

Journal of Nuclear Science and Technology, 43(4), p.367 - 374, 2006/04

 被引用回数:12 パーセンタイル:29.25(Nuclear Science & Technology)

高速炉用、高性能アメリシウム添加ターゲットとして、(Th,Am)OxをMoに分散させた低酸素ポテンシャルターゲットを提案した。同位体組成が異なる種々のMoを使用した場合の炉心特性へ与える影響を評価した。

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