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論文

Data acquisition and display module for time-of-flight neutron measurement

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference (2022 IEEE NSS MIC RTSD) (Internet), 3 Pages, 2022/11

飛行時間法を用いるパルス中性子散乱実験用のリアルタイムデータ表示,保存機器を開発した。開発したモジュールは二次元中性子検出器からの実験データ(二次元イメージ,一次元投影イメージ,TOFスペクトル,カウントデータ等)をリアルタイムで表示することができる。モジュールには標準モードと高速モードの2つの動作モードが備わっている。高速モードではモジュール内の動作を限定することで高速動作を実現しており、大強度の中性子測定においては有用な動作モードである。中性子検出器からの出力信号を模擬したテスト信号を用いて動作試験を行ったところ、通常モード,高速モードでそれぞれ1MHz, 1.6MHzの連続信号を計数損失なしで測定できることを確認した。

論文

Real-time data display and storage device for pulsed neutron scattering experiment

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2019), Vol.1, p.447 - 449, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.08

飛行時間法を用いるパルス中性子散乱実験用のリアルタイムデータ表示、保存機器を開発した。開発した機器では2セットのフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイとオンボード・マイクロコンピュータを使用している。開発した機器では、実験施設からの25Hzパルス中性子による飛行時間、および時間分割された中性子データを計測している。中性子検出器からの出力信号を模擬したテスト信号を用いて動作試験を行ったところ、開発した機器は時間間隔1マイクロ秒のダブルパルス信号を分割測定でき、かつ1MHzの連続信号を測定できることを確認し、結果として1Mcpsを超える計数率特性を有することが確認できた。

論文

Development of a bump cathode element for two-dimensional neutron detection

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Journal of Instrumentation (Internet), 12(12), p.C12011_1 - C12011_8, 2017/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Instruments & Instrumentation)

円形のバンプカソードを用いた中性子検出素子を開発し、$$^{252}$$Cf中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子は三角配置した小型の円形カソードバンプを持っており、それらのバンプは入射位置を導出するためx, y方向にそれぞれ接続されている。照射試験はガス圧7気圧(He: 85%、CF$$_{4}$$: 15%)の条件下で実施された。試験の結果、均一性10.1%の優れた二次元応答を確認した。中性子により生成する二次粒子の飛程の違いから計算した位置分解能は1.89mm(半値幅)であることを確認することができた。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

論文

A Ceramic-insulated ball-anode element for two-dimensional neutron detector

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2016 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2016) (Internet), 2 Pages, 2016/00

セラミックスを絶縁体とし、球形の陽極構造を有する中性子検出素子を新たに開発し、Cf-252中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子はセラミックス絶縁体、絶縁体上に設置した陰極ライン、球形の陽極、および絶縁体背面に設置した陽極ラインで構成されている。有限要素法を用いた電界計算の結果、10$$^{7}$$V/m以上の高い電界が得られることが確認された。8$$times$$8のピクセルを有する小型の試験素子を新たに製作し、中性子照射試験を実施したところ、全てのピクセルから信号が得られることを確認した。

論文

Development of a ceramic-insulated ball-anode element for neutron detection

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 784, p.194 - 197, 2015/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:9.79(Instruments & Instrumentation)

中性子計測のため、セラミックスを絶縁体とする検出素子を開発し、Cf-252中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子はセラミックス絶縁体、絶縁体上に設置した陰極ライン、および球形の陽極で構成されている。陰極ラインはセラミックス表面、球形陽極と接続される陽極ラインはセラミックス背面に陽極の垂直方向に配置している。通常、検出器に中性子が入射すると、検出素子自身で中性子が散乱される。そこで、モンテカルロシミュレーションを用いて散乱の効果を計算した。計算の結果、一般的に絶縁体として使用されるポリマーに比べ、セラミックスを使用することで散乱成分を約4割減少させることができることが分かった。

論文

Two-dimensional gas-based neutron detector under high pressure gas condition

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2015 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2015), 2 Pages, 2015/00

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するため高ガス圧下で動作する二次元中性子検出器システムを開発した。開発した検出器システムでは、中性子信号取得用の256チャンネルのアルミナセラミックで絶縁されたフィードスルー、および高電圧印加用の6チャンネルのコネクターを有する圧力容器を使用している。高ガス圧下でCf-252を用いた中性子照射試験を実施した結果、均一性7.7%の優れた二次元応答を示した。また、同じ条件で$$gamma$$線感度を測定した結果、1.1$$times$$10$$^{-7}$$であった。

論文

Evaluation of two-dimensional multiwire neutron detector with individual line readout under pulsed neutron irradiation

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Journal of Instrumentation (Internet), 9(11), p.C11019_1 - C11019_9, 2014/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.14(Instruments & Instrumentation)

J-PARCセンター・物質・生命科学実験施設の中性子散乱施設のため、個別読み出し法と光信号伝送を利用したマルチワイヤ型中性子検出システムを開発した。開発したシステムの有感面積は128$$times$$128mm$$^{2}$$、各軸のピッチは1mm、計256本の信号線は個々に信号処理される仕様である。初のパルス中性子による照射特性試験をJ-PARCセンターにて行った結果、開発したシステムによりJ-PARCセンターの25Hz(40ms)の時定数をもったパルス中性子を正確に測定できることが確認された。最終的にはNi/Ti多層膜を利用した中性子反射率測定に成功することができた。

論文

Performance evaluation of high-pressure MWPC with individual line readout under Cf-252 neutron irradiation

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012045_1 - 012045_6, 2014/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:69.4

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するためマルチワイヤ素子を用いた高圧駆動中性子検出器システムを開発した。この検出器では個別読み出し法を用いることで高速応答・高位置分解能を実現する。開発した検出器は256チャンネルの検出素子,圧力容器,信号増幅・波形整形・波高弁別一体型基板,光信号伝送装置, FPGA実装位置エンコーダ,データ収集機器で構成されている。中性子照射試験の結果、ピクセルごとの均一性: 7.9%、固有の位置応答: 1.55mm(半値幅)という性能を確認することができた。

論文

Neutron-sensitive ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ ceramic scintillator detector as an alternative to a $$^{3}$$He-gas-based detector for a plutonium canister assay system

中村 龍也; 大図 章; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 山岸 秀志*; 高瀬 操; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.340 - 346, 2014/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:27.07(Instruments & Instrumentation)

ヘリウム3ガス検出器の代替としてプルトニウム検認装置用に使用できるZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータ検出器を開発した。当該検出器はZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを矩形状の光伝搬筐体内に対角配置しその両端に設置した光電子増倍管により中性子誘起の発光を収集するものでモジュラー構造を有する。有感面積30mm$$times$$250mmをもつプロトタイプ検出器を試作し、中性子感度21.7-23.4$$pm$$0.1cps$$/$$nv(熱中性子)、$$gamma$$線感度1.1-1.9$$pm$$0.2$$times$$10$$^{-7}$$($$^{137}$$Cs)、計数均一性$$<$$6%、温度計数-0.24$$pm$$0.05%/$$^{circ}$$C(20-50$$^{circ}$$C)の性能を確認した。

論文

Development of two-dimensional multiwire-type neutron detector system with individual line readout and optical signal transmission

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 日野 正裕*; 北口 雅暁*; 山岸 秀志*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 726, p.169 - 174, 2013/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.76(Instruments & Instrumentation)

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するため有感面積128$$times$$128mm$$^{2}$$のマルチワイヤ素子を用いた中性子検出器システムを開発した。この検出器では個別読み出し法を用いることで高速応答・高位置分解能を実現する。光伝送を用いることで、長距離信号伝送、及び遮蔽体内に設置された検出器ヘッドとデータ収集機器との絶縁を実現している。検出器システムのパルス分解能は1$$mu$$s、二次元均一性は8.3%であった。

報告書

低雑音増幅器と雑音性能(委託研究)

山岸 秀志*; 藤 健太郎

JAEA-Research 2011-050, 16 Pages, 2012/10

JAEA-Research-2011-050.pdf:1.47MB

高速,高位置分解能二次元ガス中性子検出器システムを実現するには、高速低雑音ASICが必要である。高速低雑音ASICを開発するため、これに必要な高いg$$_{rm m}$$で低雑音のp-MOSFET、MP8とMP16を提案した。本稿では簡単な低雑音増幅器(LNA)を提案し、LNAにおけるノイズパワーと雑音指数(NF)の計算法を示した。また、LNAにMP8及びMP16を適用してNFを計算評価し、これらのp-MOSFETが高速低雑音ASIC用として十分な性能を有していることを確認した。

論文

Current status of a new polarized neutron reflectometer at the intense pulsed neutron source of the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of J-PARC

武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Chinese Journal of Physics, 50(2), p.161 - 170, 2012/04

The construction of a new polarized neutron reflectometer is now in progress at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has the world's brightest pulsed neutron and muon sources (JSNS and MUSE). The user program of MLF has been already started in 2008, and now nine neutron and two muon spectrometers are in operation. Installation of the new reflectometer was expected to be completed in March 2011. However, the construction was interrupted by the massive earthquake hitting northeast Japan, including Tokai-mura where J-PARC is located. We expect to restart the user program of the new polarized neutron reflectometer at the beginning of next year (2012).

報告書

高分解能二次元ガス型中性子検出器用低雑音ASICの設計と性能評価(委託研究)

山岸 秀志*; 藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

JAEA-Research 2011-051, 19 Pages, 2012/02

JAEA-Research-2011-051.pdf:2.42MB

高速,高位置分解能二次元ガス中性子検出器システム(InSPaD)を実現するため、これに使用するASD-ASIC(Amplifier-Shaper-Discriminator ASIC)を設計した。InSPaDは中性子と$$^{3}$$He原子との核反応で発生したプロトンとトリトン粒子を識別することにより、高位置検出分解能を実現する個別信号読み出し方式の検出器システムである。これに使用するASD-ASICには極めて低い雑音性能,広いダイナミックレンジ,良好な出力直線性と高い計数率特性が必要とされる。CMOSを用いて設計した集積回路は、64チャンネルのASDとこれに続く16チャンネルのMultiplexer及びLVTTL driverから構成され、さらにこのASICにはS/Nを大幅に改善するためのSum amp.システムを設けた。設計したASD-ASICについてシミュレーションにより特性評価を行い、InSPaDに必要な低雑音性能と信号処理機能を有していることを確認した。

論文

Improved micro-pixel detector element for neutron measurement under high pressure

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Journal of Instrumentation (Internet), 7(1), p.C01025_1 - C01025_6, 2012/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.13(Instruments & Instrumentation)

現在、個別読み出し法,マイクロピクセル検出素子を用いた二次元中性子検出器の開発を行っている。ガス型中性子検出器では、一般的にガス圧を上げることにより高検出効率,高位置分解能を達成するが、ガス圧が高くなると出力信号が小さくなるという問題が生じる。そのため、高ガス圧下での正常動作のためには、印加電圧を上げて出力信号を増加する必要が生じる。ここでは、耐電圧特性を向上した改良型マイクロピクセル検出素子を開発し、特性試験を実施した結果を報告する。耐電圧特性の改善により、印加電圧750V,ガス圧5atm(He分圧4.1atm,CF$$_{4}$$分圧0.9atm)という過酷な条件下で正常に動作する素子の開発に成功した。このときのガス増幅率は100であり、中性子検出効率は70%であった。また、ピクセルごとの計数値を確認したところ、8.7%という優れた均一性を持つ素子であることを確認できた。

論文

Simulation program for multiwire-type two-dimensional neutron detector with individual readout

山岸 秀志*; 藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

Journal of Instrumentation (Internet), 6(12), p.C12025_1 - C12025_7, 2011/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:18.22(Instruments & Instrumentation)

現在、J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するマルチワイヤ素子を用いた二次元中性子検出器の開発を行っている。この検出器では個別読み出し法を用いることで高速応答・高位置分解能を実現する。ここで、ガス型二次元中性子検出器の性能は充填ガスの状態(ガス圧・充填割合)に大きく依存するため、実験施設への実機導入前には必要性能を考慮し、充填ガスを決定しておく必要がある。そのため、われわれの開発しているマルチワイヤ型二次元中性子検出器システムに即した、充填ガス決定のためのシミュレーションプログラムを開発した。同時に小型試作機を作成し、シミュレーションプログラムの評価を行った。試作機による試験結果とシミュレーション結果を比較したところ、それぞれの結果は一致しており、開発したシミュレーションプログラムを用いることで、要求性能に対応した充填ガスを決定できることを確認した。

報告書

特定用途向け集積回路(ASIC)用MOSFETの雑音評価(委託研究)

山岸 秀志*; 藤 健太郎

JAEA-Technology 2010-030, 16 Pages, 2010/09

JAEA-Technology-2010-030.pdf:1.38MB

J-PARCのような強力パルス中性子源を用いた中性子散乱実験装置に使用される二次元中性子検出器システムでは、数100チャンネルに及ぶ微小信号をリアルタイムで計測し、データを記録することが要求される。二次元中性子検出器の高速性と高位置分解能の両方を達成するためには多チャンネル微小信号を高いS/Nで個別に読み取り、信号処理することが要求される。高速かつ低雑音の多チャンネル計測システムを実現するには高性能ASICの開発が不可欠である。このASIC開発には高いgmのMOSFETエレメントが必要である。このため、これに必要な高いgmで低雑音のMOSFET構造の設計とその雑音評価を行った。

論文

A Gas-based neutron imaging detector with individual read-outs

中村 龍也; 田中 浩基; 山岸 秀志; 曽山 和彦; 相澤 一也; 越智 敦彦*; 谷森 達*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 573(1-2), p.187 - 190, 2007/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:56.54(Instruments & Instrumentation)

大強度パルス中性子源を用いた中性子散乱実験では高位置,高時間分解能を有する二次元中性子ガス検出器が必要不可欠である。われわれは二次元ガス検出器の各信号チャンネルすべてを個別に読み出し高速デジタル信号処理を行う検出器システムを開発した。検出素子としてマルチワイア、あるいはマイクロストリップを用いた検出器システムについてコリメートした冷中性子ビームを用いて性能評価試験を行った。マルチワイア素子では6atm He30% CF$$_{4}$$混合ガス条件において1.5mmの位置分解能と約100nsの時間分解能を有することを確認した。また、マイクロストリップ素子においても同様の試験を8気圧までのガス条件において行ったのでそれらの試験結果について発表する。

報告書

高速二次元ガス中性子検出器用の特定用途向け集積回路(ASIC)の設計

山岸 秀志

JAEA-Technology 2007-004, 15 Pages, 2007/02

JAEA-Technology-2007-004.pdf:1.04MB

大強度陽子加速器における強力パルス中性子ビームの散乱実験用として、ヘリウム-3ガスを中性子有感物質とした高速二次元中性子検出器(マイクロピクセルガスチェンバ、MPGC)システムの開発を進めている。MPGCシステムでは、中性子検出素子上に数100$$mu$$m間隔のマトリックス状で配置された検出ピクセルから個別に信号が出力されるため、500チャンネル以上の高速極小アナログ信号を並列にリアルタイムで計測処理する必要がある。このような多チャンネルのアナログ信号処理に従来の電子回路モジュールを適用することは、S/Nの低下及び装置が膨大になり構成上不可能である。上記のことから、MPGC信号処理に最適化した特定用途向け集積回路(ASIC)を開発,製作するため、その回路設計と作動シミュレーションを実施し、性能評価を行った。

論文

高度計装システムの技術的成立性研究

山岸 秀志; 角田 恒巳*

共同研究成果概要,将来型原子力発電技術の高度化に関する研究, p.197 - 211, 2006/06

本論文は、原子力機構,東北電力,東京電力及び日本原子力発電との間で、平成10年度から同13年度までの4年間行われた共同研究「高度計装システムの技術的成立性研究」の成果をまとめたものである。本共同研究では(1)光センシング計装システムの開発及び(2)炉外核計装システムの開発が行われた。光センシング計装システムの開発では、光ファイバセンサを炉心内に挿入し、出力,温度等の炉内諸情報を同時分布計測する炉内マルチ計測システムを試作開発した。同システムの試験を原子力機構の照射試験炉JMTRで行い、中性子束レベル10$$^{18}$$n/m$$^{2}$$$$cdot$$s,$$gamma$$線レベル10$$^{3}$$Gy/s及び温度650$$^{circ}$$Cの厳しい炉内環境において光ファイバによる連続測定を実証した。炉外核計装システムの開発では、原子炉の圧力容器側壁あるいは圧力容器内のような高中性子束かつ高$$gamma$$線々量率の環境下においても作動可能で、6桁以上の広い計測範囲をカバーし、高い位置検出分解能を有する位置検出型核分裂計数管(PSFC)及びPSFCを用いた核計装システムの開発を行った。このシステムの将来の応用としては、商用発電炉PWRの炉心軸方向の出力分布を1本のPSFCにより、連続した分布で、かつリアルタイムで計測する核計装システム,BWR炉内の高精度出力分布及びボイド挙動の計測、あるいは、溶液ウラン臨界実験装置における核反応量の高精度計測システム及びボイドの挙動を計測するシステム等を実現することである。

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