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中山 浩成; 小野寺 直幸; 佐藤 大樹
Isotope News, (785), p.20 - 23, 2023/02
LHADDASは、現実気象条件下で建物影響を考慮した放射性物質の大気拡散の詳細評価が可能なLOHDIM-LES、建物遮蔽効果を考慮して迅速に空間線量率評価が可能なSIBYL、及び都市大気拡散の即時解析が可能なCityLBMの計算コードを統合したシステムであり、ユーザの目的に応じて計算コードの柔軟な選択が可能である。このため、LHADDASは、原子力施設の立地審査のための従来手法に代わるより現実的な事前解析、原子力緊急時対応のための対策立案や影響評価、都市市街地拡散テロにおける即時解析など局所域大気拡散の様々な課題の解決に活用できる有用性を有する。LHADDASは、放出率・気象データ・地理情報データ・線量率寄与応答関数の入力ファイルの処理や計算条件等の入力データの設定を行うプリプロセス、LOHDIM-LES・CityLBMによる大気拡散計算のためのソルバー、SIBYLによる空間線量率空間分布を詳細評価するポストプロセスの3つのパートにより構成されている。計算シミュレーションに必要な入出力ファイルを整合させ、それらを公開データから生成可能とすることで、簡易工程でシミュレーション実行が可能な統合システムを完成させた。
中山 浩成; 小野寺 直幸; 佐藤 大樹; 永井 晴康; 長谷川 雄太; 井戸村 泰宏
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(10), p.1314 - 1329, 2022/10
被引用回数：5 パーセンタイル：83.25(Nuclear Science & Technology)放射性物質の大気放出に対して、放出点から数km以内の局所域スケールでの放射性物質の複雑な大気濃度分布及び沈着分布を計算するとともに、それらからの放射線について建物による遮蔽効果を考慮して詳細に線量評価が行える解析システム(LHADDAS)を開発した。本システムは、個々の建物の影響を考慮して詳細に拡散計算が行える局所域高分解能大気拡散計算コード(LOHDIM-LES)、都市域に対して迅速に拡散計算が行えるリアルタイム都市大気拡散計算コード(CityLBM)、建物の遮蔽効果を考慮した3次元体系で放射線の挙動を迅速に計算できる線量評価コード(SIBYL)及び計算に必要となるデータベースと入力作成プログラムから構成されている。本解析システムは、原子力施設の安全審査における風洞実験に代わる現実的な評価手法、原子力事故時の施設内外作業員の被ばく線量評価、都市域での放射性物質拡散テロに対する汚染状況把握と被ばく線量評価など、幅広い活用が期待できる。
-iron investigated using in situ high-voltage electron microscopy阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*
Philosophical Magazine, 102(12), p.1173 - 1193, 2022/00
被引用回数：2 パーセンタイル：32.25(Materials Science, Multidisciplinary)高エネルギー粒子照射により形成される点欠陥の移動の活性化エネルギーは、照射下でのミクロ組織変化の予測を目的とした様々な数値計算モデルにおける重要な物理量である。本研究では、超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射その場観察により、鉄中の格子間原子集合体の成長速度を275-320Kで測定した。フィルム媒体に加えてビデオ撮影による動画データに画像処理技術を援用することにより、大量のデータ解析を可能にした。得られた成長速度の温度依存性と反応速度式から導出される関係式を用いることにより、空孔拡散の活性化エネルギーを評価した。さらに、材料中の不純物元素が成長速度を遅くする効果について議論した。
-iron estimated by in situ observation of interstitial clusters at low temperatures using high-voltage electron microscopy阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*
Philosophical Magazine, 101(14), p.1619 - 1631, 2021/07
被引用回数：2 パーセンタイル：17.05(Materials Science, Multidisciplinary)高エネルギー粒子照射により形成される格子間原子(SIA)の移動の活性化エネルギーは、ミクロ組織変化の様々な予測モデルにおける重要な物理量である。本研究では、超高圧電子顕微鏡を用いた低温(110-320K)での電子照射下その場観察により、鉄中のSIAクラスター数密度の時間変化を測定し、格子間原子の移動度に関連する物理量として、(1)SIAクラスターのピーク数密度と(2)薄膜試料において欠陥ができなくなる臨界厚さに関する温度依存データを取得した。これらをアレニウスプロットし、反応速度式から導出される関係式を用いることにより、格子間原子の移動の活性化エネルギーを評価した結果、(1)からは
eV、(2)からは
eVを得た。
-iron阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*; 大貫 惣明*
Philosophical Magazine, 100(1), p.110 - 125, 2020/00
被引用回数：7 パーセンタイル：37.97(Materials Science, Multidisciplinary)超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いた電子照射下その場観察実験により、純鉄における格子間原子集合体の数密度は照射初期にピークに達し、その後連続的に減少することが明らかになった。HVEMその場観察実験では薄膜試料が用いられるため、格子間原子集合体は一次元(1D)運動により表面で消失することが考えられる。そこで本研究では、実験で明らかになった格子間原子集合体の1D運動機構に基づく解析モデルを導出し、格子間原子集合体の1D運動が数密度減少に及ぼす影響を調べた。その結果、残留不純物に捕獲され静止状態にある格子間原子集合体は、電子照射による弾き出しが引き金となって1D運動を生じ、残留不純物への再捕獲を免れた割合だけ表面消失を生じ、それにより数密度が連続的に減少することが示された。残留不純物への捕獲確率はランダムウォーク理論を用いて評価することができ、用いた薄膜試料における残留不純物濃度と同程度の場合に、実験で観察された格子間原子集合体の数密度の減少挙動をよく再現することが示された。
佐藤 裕樹*; 阿部 陽介; 阿部 弘亨*; 松川 義孝*; 叶野 翔*; 大貫 惣明*; 橋本 直幸*
Philosophical Magazine, 96(21), p.2219 - 2242, 2016/06
被引用回数：12 パーセンタイル：51.1(Materials Science, Multidisciplinary)超高圧電子顕微鏡を用いることにより、110
300Kの温度範囲で純鉄における格子間原子集合体の一次元(1D)運動の電子照射その場観察を行った。全ての温度において、ほとんどの1D運動は不規則な時間間隔で離散的な位置変化を示した。1D運度頻度は温度に依存せず、電子照射強度に比例した。これは、1D運動が電子照射により生じることを示唆している。一方、1D運動距離は照射強度に依存せず、低温では1D運動距離が極めて短くなることが明らかとなった。さらに、分子静力学法を用いて、格子間原子集合体とランダム分布した空孔との相互作用エネルギーを評価した結果、空孔濃度が
よりも高い場合には相互作用エネルギーのゆらぎが格子間原子集合体をトラップすることが分かった。これらの結果から、1D運動の阻害に寄与するのは、250K以上では残存不純物であり、空孔が熱的に移動できない低温では、電子照射により蓄積した高濃度空孔との弾性的相互作用であることを提案した。
大山 直幸; 佐藤 正泰; 篠原 孝司
プラズマ・核融合学会誌, 87(3), p.195 - 198, 2011/03
原型炉の炉構造材料として有力な低放射化フェライト鋼は強磁性体であるため、プラズマ生成・制御や高性能プラズマとの共存性が懸念されていた。そこで、中型トカマク装置JFT-2Mにおいて先進材料プラズマ試験(AMTEX)を実施し、強磁性体を利用したトロイダル磁場リップルの低減を実証するとともに、高性能プラズマとの整合に問題がないことを確認した。その成功を受け、トロイダル磁場リップルの低減によるプラズマの高性能化を目的として、大型トカマク装置JT-60の真空容器内にフェライト鋼を装着した。フェライト鋼が作る誤差磁場がプラズマの位置・形状を制御するために用いている電磁気センサに与える影響が懸念されていたが、誤差磁場を補正することでプラズマの位置・形状制御が問題なく行えることを実証した。このように、強磁性体材料がプラズマ制御に及ぼす影響は小さいと考えられるが、最近の研究から、ITERのTest Blanket Module中の強磁性体材料による局所磁場リップルに起因するプラズマ性能劣化が懸念されている。
飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.
JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08
JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MBJAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB
発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m
とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。
飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.
Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07
被引用回数：139 パーセンタイル：97.7(Physics, Fluids & Plasmas)最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。
川俣 陽一; 内藤 磨; 清野 公広; 伊丹 潔; 戸塚 俊之; 赤坂 博美; 末岡 通治; 佐藤 朋樹; 大島 貴幸; 坂田 信也; et al.
Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.198 - 201, 2008/04
被引用回数：3 パーセンタイル：23.51(Nuclear Science & Technology)ITERの幅広いアプローチとして超伝導化されるJT-60SAの設計が開始され、制御システムについては既存システムを最大限再利用しつつ、次の各項目それぞれに新しい考え方を創出適用し先進的な統括制御システムを構築することを目指して検討している。(1)高精度タイミングシステム,(2)先進的放電シーケンス制御システム,(3)高機能実時間制御システム,(4)ハードワイヤード保護インターロックシステム,(5)制御プログラム形式放電条件システム,(6)先進的データベースシステム。本発表では、JT-60SA統括制御システムの特徴である上記システムの重要ポイントについて概念設計の検討内容を報告する。
飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 正泰; 櫻井 真治; 林 孝夫; 芝間 祐介; 礒野 高明; 榎枝 幹男; 中村 博文; 佐藤 聡; et al.
Nuclear Fusion, 47(8), p.892 - 899, 2007/08
被引用回数：57 パーセンタイル：86.53(Physics, Fluids & Plasmas)コンパクトな核融合原型炉概念SlimCSについて報告する。この原型炉は通常のトカマク炉と比べると小規模な中心ソレノイドコイル(CS)を採用している点に特徴がある。通常、CSの主要な役割はポロイダル磁束の供給とされるが、これをプラズマ形状制御とみなすことでCSの大幅な小型化が可能であり、これによりトロイダルコイルの軽量化しいては炉本体重量の低減が期待できる。さらに、CSの小型化はプラズマの低アスペクト比(=2.6)化を可能にし、高楕円度,大プラズマ電流化,高ベータ化など炉心プラズマの高出力密度を実現するうえで望ましい条件が整う。この結果、SlimCSはARIES-RSのような先進トカマク炉概念と同規模の炉寸法でありながら、比較的無理のない炉心プラズマ条件でほぼ同等の核融合出力を発生するメリットを持つ。
飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 正泰; 櫻井 真治; 林 孝夫; 芝間 祐介; 礒野 高明; 榎枝 幹男; 中村 博文; 佐藤 聡; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2006/10
コンパクトな原型炉を実現するための新概念を提案する。原型炉で見通しうる保守的な設計パラメータでありながら、経済的実用炉の設計例ARIES-RS, CRESTと同規模にコンパクトな原型炉が実現できる可能性を示した。本研究で提案する炉SlimCSは、主半径5.5m、アスペクト比2.6、最大磁場16.4T、核融合出力2.95GWの原型炉であり、規格ベータ値2、規格化密度0.4のときにゼロ電気出力、規格ベータ値4.3,規格化密度1.1の定格運転では1GW程度の正味電気出力を発生する。この概念の特徴は、小規模な中心ソレノイド(CS)を設置することによって形状制御等の炉心プラズマにかかわる技術的困難を回避しつつ、トロイダル磁場コイルをできる限り中心軸に近づけて設置し、プラズマを低アスペクト比化したことである。これによりトロイダル磁場コイルの蓄積エネルギーが大幅に減少し、トロイダル磁場コイルの物量、ひいては炉本体の建設コストの削減に寄与しうる。また、低アスペクト比のため高楕円度及び高ベータ限界が期待され、このようなコンパクトな原型炉が構想可能になる。
飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 佐藤 正泰; 礒野 高明; 櫻井 真治; 中村 博文; 佐藤 聡; 鈴木 哲; 安堂 正己; et al.
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1151 - 1158, 2006/02
被引用回数：124 パーセンタイル：99.05(Nuclear Science & Technology)原研における発電実証プラント設計検討では、中心ソレノイド(CS)の機能に着目して3つの設計オプションを検討中である。これらのうち、主案はCSの機能をプラズマ形状制御に限定してコンパクトにすることによりトロイダル磁場コイルの軽量化を図ったものであり、この設計オプションの場合、主半径5.5m程度のプラズマで3GWの核融合出力を想定する。本プラントでは、Nb
Al導体による超伝導コイル,水冷却固体増殖ブランケット,構造材として低放射化フェライト鋼,タングステンダイバータなど近未来に見通しうる核融合技術を利用する。プラントの設計思想及び要素技術に対する要請を述べる。
神谷 健作; Bakhtiari, M.; 河西 敏; 川島 寿人; 草間 義紀; 三浦 幸俊; 小川 宏明; 大山 直幸; 佐藤 正泰; 篠原 孝司; et al.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(5A), p.A157 - A163, 2004/05
被引用回数：22 パーセンタイル：56.33(Physics, Fluids & Plasmas)JFT-2M装置において、第一壁のボロン化後に高リサイクリング定常(HRS)H-modeが得られる新しい運転領域を開拓した。このH-modeは定常性を有しており、大きなELMが無いのでダイバータ板への熱負荷を低減でき、高密度運転が可能である(閉じ込め改善度
1.6,規格化密度
/
0.7)。HRS H-mode遷移時にコヒーレント成分を有する特徴的な磁場及び浮遊電位揺動が10-100kHzの周波数帯に観測されている。この揺動は粒子輸送の増加に重要な役割を果たしていると考えられ、Alcator C-Modで観測されているEnhanced Da (EDA) H-modeと類似している。通常のダイバータ配位(三角度delta0.4)におけるHRS H-modeの運転領域は比較的高い中性粒子圧力でかつ高密度(/
0.4)で観測され易いが、広い範囲の安全係数
(23付近の低安全係数でも)で得られている。最近の研究では、HRS H-mode運転領域はdelta0.75まで拡張可能であることがダブルヌル配位にて明らかとなっている。一方、delta
0.3以下では大きなELMsが発生し、高密度あるいは高リサイクリング状態にもかかわらずHRS H-modeは得られていない。このことはプラズマ形状もELMsの安定化に重要な役割を果たしていることを示唆する。
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：3.03(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。
鎌田 裕; 藤田 隆明; 石田 真一; 菊池 満; 井手 俊介; 滝塚 知典; 白井 浩; 小出 芳彦; 福田 武司; 細金 延幸; et al.
Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.185 - 254, 2002/09
被引用回数：34 パーセンタイル：48.48(Nuclear Science & Technology)JT-60及びJT-60Uは、ITER及び定常トカマク炉実現へ向けた物理基盤を構築することを目的として、炉心級プラズマにおける高総合性能の実証とその維持を目指した運転概念の最適化を行って来た。等価核融合エネルギー増倍率(=1.25)や核融合積(=1.5E21 m-3skeV)の達成に加えて、高い総合性能(高閉じ込め&高ベータ&高自発電流割合&完全非誘導電流駆動)を実証した。これらは、内部及び周辺部に輸送障壁を持つ高ポロイダルベータHモード及び負磁気シアモードで得られた。最適化の鍵は分布及び形状制御である。多様な内部輸送障壁の発見に代表されるように、JT-60/JT-60U研究はプラズマ諸量の空間分布の自由度と制限を強調して来た。各閉じ込めモードの閉じ込め研究に加えて、輸送及び安定性等によって支配されるコア部及び周辺ペデスタル部のパラメータ相関を明らかにした。これらの研究により、高閉じ込めモードのITERへの適合性を実証するとともに残された研究課題を明らかにした。
池畑 隆*; 鈴木 康夫; 永井 良治; 定本 嘉郎*; 佐藤 直幸*; 真瀬 寛*
JAERI-Research 95-028, 20 Pages, 1995/03
JAERI-Research-95-028.pdf:0.92MB
プラズマ・マイクロアンジュレーターの作り方の提案をしている。レーザー干渉法と同位体分離研究で研究されている共鳴イオン化法を用いて、プラズマスクラブを作りアンジュレーターとするもので、極めて独創的な発想に基づくものである。現在の技術レベルで、周期長10~100
m、周期数100~1000のアンジュレーターが十分達成でき、その場合には、2ケタから3ケタの大幅な短波長化が期待できる。いいかえると放射光あるいは自由電子レーザーのビームエネルギーを1ケタから2ケタ下げることができる。
線照射下におけるポロイダル磁場コイルの沿面放電特性(臨界プラズマ試験装置設計報告,72安東 俊郎; 田中 隆一; 平尾 敏雄; 田村 直幸; 大久保 実; 飯島 勉; 家田 正之*; 長 雅行*; 安芸 文武*; 佐藤 隆徳*; et al.
JAERI-M 8360, 84 Pages, 1979/08
JT-60の逃走電子放電において発生する硬X線にポロダイル磁場コイルが照射された場合に対して、コイル接続部における照射下の沿面閃絡電圧などの放電特性を実験により確認した。実験では
Co-線を使用し、ポロイダルコイルを模擬した試料に商用周波交流電圧(50Hz)を印加した。その結果照射下(1
10R/h)の沿面閃絡電圧(FOV)は非照射下と比較して同等もしくは高くなるという事がわかり、この程度の線量率ではコイル沿面閃絡に悪影響を及ぼさないことが確認された。またこれと同時に球ギャップの火花放電電圧および円筒(ポリテトラフルオルエチレン(PTFE)棒)試料のFOVなどの測定も照射下で行われた。その結果球ギャップでの放電電圧の低下などの興味あるデータが得られた。さらに線量率が高い場合の球ギャップおよびPTFE棒試料のFOV測定結果についても簡単に示されている。
佐藤 友太郎*; 田村 直幸; 青木 章平; 二階堂 昭二; 橘 宏行; 久米 民和; 田中 隆一; 田島 訓; 菊地 孝行; 河合 視己人; et al.
JAERI-M 6000, 42 Pages, 1975/03
発芽防止のための馬鈴薯の線照射が昭和47年8月許可されたことにより、わが国初の実用馬鈴薯照射施設が農産物放射線照射利用実験事業として北海道士幌町に建設されることとなった。原研高崎研究所は、本事業の事業主体となる士幌町農脇の依頼により本照射施設の概念設計のための調査、線量測定実験および設計計算を行なった。その結果、1.5ton入の大型コンテナを照射容器とし、線量範囲6~15krad、照射処理能力10,000ton/月ton/月という条件をみたす照射装置として、線源は円筒型に組立てたCo 300kCiとする;照射方式は線源の周囲を円形に走る1段式コンベア方式による;線源格納は水中格納方式とする等の結論が得られた。
鉄における自己格子間原子型ループ挙動に及ぼす不純物効果阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 鈴土 知明; 都留 智仁; 橋本 直幸*; 大貫 惣明*
no journal, ,
超高圧電子顕微鏡を用いた最近の研究により、鉄中での自己格子間原子型(SIA)ループの1次元(1D)運動挙動と材料中の不純物濃度の間に相関関係があることが明らかにされている。このため、原子炉構造材料の照射下微細組織変化予測の高精度化のためには、SIAループの1D運動挙動に対する各種不純物原子の影響の定量的評価が重要である。本研究では、不純物濃度を変化させた鉄試料を作製し、北海道大学所有の超高圧電子顕微鏡を用いて、SIAループの1D運動挙動と数密度を測定した。その結果、照射温度の増加とともにSIAループの1Dジャンプ距離が増加するのに対して数密度は減少することが分かった。このことは、温度増加に伴いSIAループのトラップサイトが減少することを示唆している。また、各温度域においてSIAループのトラップサイトを仮定した数値モデル解析によって、不純物濃度の増加とともにループ数密度が増加するとともに、室温では不純物濃度が低い場合にループ数密度の照射速度依存性が弱くなることが分かった。これらの結果は、実験結果とよく対応することが示された。
