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山本 風海; 金正 倫計; 林 直樹; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 谷 教夫; 高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(9), p.1174 - 1205, 2022/09
被引用回数：6 パーセンタイル：84.97(Nuclear Science & Technology)J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで中性子実験及び下流の主リングシンクロトロンに供給することを目的に設計された。2007年の加速器調整運転開始以降、RCSではビーム試験を通じて加速器の設計性能が満たされているかの確認を進め、必要に応じてより安定に運転するための改善を行ってきた。その結果として、近年RCSは1MWのビーム出力で連続運転を行うことが可能となり、共用運転に向けた最後の課題の抽出と対策の検討が進められている。本論文ではRCSの設計方針と実際の性能、および改善点について議論する。
山本 風海; 長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 吉井 正人*; 外山 毅*
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011016_1 - 011016_7, 2021/03
J-PARC施設は量子ビームを用いた様々な科学実験を行うために建設された。施設はリニアック, 3GeVシンクロトロン(RCS),主リング(MR)の3つの加速器とRCSおよびMRからビームを受ける実験施設群で構成される。J-PARCは、物質生命科学実験施設(MLF)において中性子を用いたユーザー利用運転を2008年12月より開始し、東日本大震災やハドロン実験施設における放射能の管理区域外へのリーク、中性子ターゲットの破損などによる比較的長期の中断を挟みながらも現在まで10年以上運転を継続してきた。これまでの加速器の運転統計データから、特に大きなトラブルが無ければ、MLFの運転稼働率は90%程度、MRがビームを供給するハドロン実験およびニュートリノ実験は85%程度の稼働率が確保できていることを確認した。また、近年ではイオン源の寿命が延びたことでその保守日数が低減され、その分運転日数に余裕を持つことができるようになった。そのため、トラブル発生時にその予備日を運転に回すことができ、稼働率はさらに改善している。運転中の停止頻度も、2018年夏にリニアックのビームロスモニタの設定を見直すことで劇的に低減することができた。
長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 吉井 正人*; 外山 毅*; 山本 昇*; et al.
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1235 - 1239, 2019/07
J-PARCでは2018年の夏季メンテナンス終了後、3GeVシンクロトロン(RCS)からビームを供給する物質・生命科学実験施設(MLF)での利用運転を10月下旬から再開した。出力は夏前の500kWと同じであるが、リニアックのピークビーム電流値を、夏前の40mAから定格の50mAに上げた。一方、スーパーカミオカンデの改修やハドロン実験施設の保守や整備などもあり、30GeVのメインリング(MR)のビーム運転は休止したが、利用運転は2月中旬からハドロン実験施設向けに51kWで再開した。しかし3月18日、MRへの入射ビームラインでの偏向電磁石1台に不具合が発生し、仮復旧で4月5日に利用運転を再開したが、再度不具合が発生し4月24日に夏前の利用運転を終了した。2018年度の稼働率は、リニアック, RCSともに安定でMLF向けは94%、ニュートリノとハドロン実験施設向けは86%、74%であった。ここでは、こうした1年間の運転経験を報告する。
長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 吉井 正人*; 山本 昇*; 小関 忠*
Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1317 - 1321, 2018/08
J-PARCでは2017年の夏季メンテナンス終了後、10月下旬から利用運転を再開した。3GeVシンクロトロンからビームを供給する物質・生命科学実験施設(MLF)では、予備の標的を使ってきたため出力は150-200kWであったが、夏季メンテナンス中に新しい設計で製作した標的に交換した。この結果、11月に300kW、1月から400kW、4月下旬から500kWと徐々に利用運転の出力を向上した。また、2018年の7月に1MWの1時間の連続試験に成功した。30GeVのメインリングでは、ニュートリノ実験施設(NU)への供給を10月下旬から開始し、440kWから出力を上げ12月には470kWで終了した。2018年1月から2月はハドロン実験施設(HD)に供給した。繰り返しを5.52から5.20秒に速め、調整を進めた結果、出力は44kWから50kWに向上した。3月からNUへの供給を再開し、調整の結果490kWを安定に供給できるようになった。稼働率は、2017年度はリニアック、RCSともに安定で、MLF向けは93%であった。MRでは、NU向けは比較的安定で89%、HD向けは66%(2017年4月に発生したESS不具合の影響が大きい)であった。
長谷川 和男; 林 直樹; 小栗 英知; 山本 風海; 金正 倫計; 山崎 良雄; 内藤 富士雄; 小関 忠; 山本 昇; 吉井 正人
Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.1038 - 1040, 2018/06
The J-PARC is a high intensity proton facility and the accelerator consists of a 400 MeV linac, a 3 GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) and a 30 GeV Main Ring Synchrotron (MR). Regarding 3 GeV beam from the RCS, we delivered it at 150 kW in June 2017 to the materials and life science experimental facility (MLF), for the neutron and muon users. After the replacement of a target, we increased a power up to 500 kW. The beam powers for the neutrino experiment at 30 GeV was 420 kW in May 2016, but increased to 490 kW in April 2018. For the hadron experimental facility which uses a slow beam extraction mode at 30 GeV, we delivered beam at a power of 37 kW, after the recovery from a trouble at an electro static septum in June 2017. But we increased a power to 50 kW in January 2018. We have experienced many failures and troubles to impede full potential and high availability. In this report, operational performance and status of the J-PARC accelerators are presented.
長谷川 和男; 金正 倫計; 小栗 英知; 山本 風海; 林 直樹; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 堀 洋一郎*; 山本 昇*; 小関 忠*
Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1317 - 1321, 2017/12
J-PARCでは2016年の夏季メンテナンス終了後、加速器の立ち上げや調整を経て、10月下旬からニュートリノ実験施設(NU)、11月上旬から物質・生命科学実験施設(MLF)の利用運転を再開した。NUでは、前回の利用の終了時点(2016年5月)で420kWの出力であったが、チューンの変更や多くのパラメータの最適化調整により、2017年1月には450kW、2月に470kWまで向上した。一方ハドロン実験施設(HD)に向けて2017年4月に調整運転を開始したが、静電セプタムの不具合により停止し、復旧作業により再開し37kWで供給した。MLFでは、2016年度の2回の中性子標的の不具合を受け、新しい設計で標的を製作中であり、それが納入される2017年夏までは150kWのシングルバンチで供給した。2016年度全体では、リニアック、3GeVシンクロトロン(RCS)、MLFともに安定に運転ができ、稼働率は93%であった。一方メインリング(MR)では、小動物のトランスへの侵入や、性能向上に向けた新しい電源の使用開始に伴うノイズによる不具合などがあり、NU向けで約77%、ハドロン向けで約84%の稼働率であった。本発表では、こうしたJ-PARC加速器の運転状況について報告する。
長谷川 和男; 林 直樹; 小栗 英知; 山本 風海; 金正 倫計; 山崎 良雄; 内藤 富士雄*; 小関 忠*; 山本 昇*; 堀 洋一郎*
Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.2290 - 2293, 2017/06
J-PARC加速器は400MeVリニアック、3GeVシンクロトロン(RCS)、30GeVメインリングシンクロトロン(MR)から構成される。リニアックでは入射部の交換やエネルギーの増強、シンクロトロンでは真空の向上やコリメータの能力増強など、多くのハードウェアの性能向上を行ってきた。MRからニュートリノ実験やハドロン実験向けのビーム出力は、加速器調整やビームロス低減によって着実に向上してきた。RCSからは設計値である1MW相当のビーム加速に成功し、中性子やミュオン向けには500kWで利用運転に提供した。一方で、多くの故障や不具合もあり、これらを解決して高い稼働率を目指している。ここでは、こうしたJ-PARC加速器の性能や状況について報告する。
Mo製造におけるMoリサイクル技術の予備試験,1; Mo吸着剤の再利用評価(共同研究)木村 明博; 新関 智丈*; 掛井 貞紀*; Chakrova, Y.*; 西方 香緒里; 長谷川 良雄*; 吉永 英雄*; Chakrov, P.*; 土谷 邦彦
JAEA-Technology 2013-025, 40 Pages, 2013/10
JAEA-Technology-2013-025.pdf:2.62MB
照射試験炉センターでは、JMTRを用いた(n,
)法によるMo製造に関する技術開発を行っている。(n,)法は簡便な反面、製造されるMoの比放射能は低く、そこから得られる
Tc製品の放射能濃度も低下する欠点がある。そこで、効率よくMoを吸着するための吸着剤として、PZC及びPTCを開発した。一方、これら吸着剤は使用した後、放射性廃棄物として廃棄されるため、再利用による放射性廃棄物の低減化を実用化するとともに、希少資源であるMo原料をリサイクルする必要がある。本報告書は、試作した再利用可能なPZC及びPTCの合成方法並びにMo吸着/溶離特性、Mo吸着/Tc溶離特性及びリサイクル性等を調査するために行ったコールド試験及びホット試験についてまとめたものである。
掛井 貞紀*; 木村 明博; 新関 智丈*; 石田 卓也; 西方 香緒里; 黒澤 誠; 吉永 英雄*; 長谷川 良雄*; 土谷 邦彦
Proceedings of 6th International Symposium on Material Testing Reactors (ISMTR-6) (Internet), 7 Pages, 2013/10
JMTR再稼働後の産業利用の拡大の一環として、診断用医薬品として使用されている
Tcの親核種であるMo国産化のための技術開発を進めている。国産のMo製造方法として、JMTRでは放射性廃棄物の低減と製造工程が容易である(n,)法を提案している。しかしながら、比放射能の高いMoを製造するためには、高価な濃縮
MoO
粉末が必要であること、さらに、Moの生成の際に使用されたMo吸着剤が廃棄物として大量に発生するといった課題がある。そこで、資源の有効利用と放射性廃棄物の低減を目指し、モリブデンリサイクル技術開発に着手した。本研究では、照射済MoOを用い、使用済Mo吸着剤の再利用、新品Mo吸着剤及び使用済Mo吸着剤からのMo回収試験を行った。この結果、Mo回収率95%以上であり、Mo吸着剤のリサイクル及び使用済PZCからのMo回収が可能であることが証明された。
Mo-Tc domestic production with high-density MoO pellets by (n,) reaction土谷 邦彦; 棚瀬 正和*; 竹内 宣博*; 小林 正明*; 長谷川 良雄*; 吉永 英雄*; 神永 雅紀; 石原 正博; 河村 弘
Proceedings of 5th International Symposium on Material Testing Reactors (ISMTR-5) (Internet), 10 Pages, 2012/10
JMTR再稼働後の産業利用の一環として、医療診断用アイソトープであるTcの親核種である(n,)法を用いたMoの製造を計画している。日本はこのMoを全量海外からの輸入に依存しているため、日本のメーカと共同で、JMTRを用いたMo国産化製造に関するR&Dを行っている。R&Dの主な項目は、(1)MoOペレットの製造技術開発、(2)Tcの抽出・濃縮、(3)Tc溶液の標識試験及び(4)Moリサイクルである。本発表では、この平成23年度に得られたR&Dの成果を報告する。
田口 富嗣; 長谷川 良雄*; 社本 真一
Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.348 - 352, 2011/10
SiC/SiC複合材料は、高温強度,擬似延性破壊挙動を示し、さらには中性子照射後の誘導放射能が低いことから、核融合炉の構造材料への応用が期待されている。この応用のためには、耐熱衝撃特性を向上させる必要があるが、SiC/SiC複合材料の熱伝導率が低いということが大きな問題となっている。われわれは、これまでに、反応焼結法により作製したSiC/SiC複合材料にカーボンナノファイバー(CNF)を添加することで、室温において熱伝導率が2倍程度向上することを明らかにした。そこで本研究では、SiC/SiC複合材料を作製する従来法である化学蒸気浸透(CVI)法及びポリマー含浸焼成(PIP)法にCNFを添加することにより、CNF添加が熱伝導率及び機械強度に及ぼす影響を検討した。その結果、CNFを添加することで、CVI及びPIP法で作製されたSiC/SiC複合材料の機械強度はわずかに低下した。これは、応力印加時に、CNFとマトリックスの間でマイクロクラックが発生したためと考えられる。一方、CVI及びPIP法のどちらで作製されたSiC/SiC複合材料においても、CNFを添加することにより、熱伝導率は向上することがわかった。
木村 明博; 谷本 政隆; 石田 卓也; 土谷 邦彦; 長谷川 良雄*; 菱沼 行男*; 鈴木 将*
JAEA-Technology 2011-012, 17 Pages, 2011/06
JAEA-Technology-2011-012.pdf:1.72MB特願 2010-263801 公報
Mo-Tcジェネレータ用のMo吸着剤として高分子ジルコニウム化合物(PZC)が開発された。しかしながら、PZCは腐食性ガスを発生する等の欠点があり、これらの欠点を改善するため、新たな無機高分子系吸着剤として、チタンをベースとした高分子チタニウム化合物(PTC)の開発に着手した。試作したPTCの性能を確認するため、Mo吸着及びTc溶離試験を行った。その結果、吸着性能については、PZCに劣るものの、溶離率及び溶離特性についてはPZCを上回る性能を持つことが確認できた。
武山 昭憲; 山本 春也; 吉川 正人; 長谷川 良雄*; 粟津 賢史*
JAEA-Research 2007-012, 29 Pages, 2007/03
JAEA-Research-2007-012.pdf:3.77MB
ゾル-ゲル法によってプレカーサー繊維を作製し、それを硫化水素雰囲気で熱処理後、引き続き酸素雰囲気中で熱処理することによって、硫黄添加二酸化チタン繊維を作製した。繊維の結晶構造は二酸化チタンのアナターゼ構造であり、光触媒効果の発現に適した結晶構造であることがわかった。光学特性の評価の結果、硫黄添加二酸化チタン繊維はアナターゼ構造よりも見かけ上約0.06eV短いバンドギャップを持ち、より多くの量の可視光を吸収できることがわかった。元素分析の結果から、繊維中には硫黄原子が約0.58原子%添加されており、また二酸化チタンの酸素原子と置換した位置に添加されていることがわかった。この硫黄添加二酸化チタン繊維を用いてトリクロロエチレンの分解実験を行ったところ、可視光照射下においてトリクロロエチレン濃度の減少と二酸化炭素の発生が確認された。このことから、硫黄添加二酸化チタン繊維が可視光照射下で光触媒効果を発現可能であることがわかった。
望月 孝晏*; 宮本 修治*; 天野 壮*; 井上 隆博*; 八束 充保*; 長谷川 信; 山崎 良雄
JNC TY9400 2000-008, 20 Pages, 2000/03
JNC-TY9400-2000-008.pdf:0.81MB
本報告書は、姫路工業大学と核燃料サイクル機構が、光陰極(フォトカソード)電子銃による高輝度電子ビームの研究に関して、共同で実施した研究成果をとりまとめたものである。本研究の目的は、光電子放出(フォトエミッション)型電子銃を用いて高品質電子ビームを発生するために、電子銃の特性とダイナミックスを計算機シミュレーションおよび実験研究により調べ、フォトエミッション型電子銃の応用の可能性を評価することである。電子ビーム品質の改善・高輝度化は、自由電子レーザー(Free Electron Laser:FEL)等の応用上、性能を決定する主要な項目で各種の方法が試みられている。レーザーフォトカソードを用いた電子銃は、短パルスレーザーによる制御性の増加も加えて、電子銃の大きな改善を可能とすると期待されている。フォトカソードを利用する電子源は、古くから利用されてきているが、近年の安定なモードロックレーザー技術の進歩により、高周波(RF)電子銃に安定に同期した発生が可能となり、新しい展開が開けている。本研究では、フォトエミッションをニードルカソード先端の高電界の元で行うことにより、フォトエミッションの量子効率の大幅な改善が行われることを、実験的に示し、それを用いたRF電子銃の計算機シミュレーションによるパラメーターサーベイを行った。
平野 耕一郎; 中山 元林; 山崎 良雄; 野村 昌弘; 武井 早憲; 長谷川 信
Proceedings of 7th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2000), 0 Pages, 2000/00
核燃料サイクル開発機構では、核変換に使用可能な大強度高デューティ電子線形加速器の開発を行っている。本件では、大電流電子線形加速器のビ-ム試験について、その現状と問題点について報告する。還流部内部のパワロスが常に一定になるようにビ-ム幅とRF幅の変化を連動させ、還流部内の位相調整無しにビーム負荷を増加できるようにした。また、ソフトによる位相制御を行い長期的な位相変動を0.4deg以内に安定化させた。これまで、ピ-ク電流100mA、パルス幅1.5msec、繰り返し35Hz、ビ-ムエネルギ-7MeVの条件で、5.25mAという国内最大級の平均電流を有するロングパルスビームを加速した。チョッパスリット出口からビームダンプまでビームが落ちることなく、加速されていることを確認した。
河村 弘; 蓼沼 克嘉*; 長谷川 良雄*; 坂本 直樹*; R.R.Solomon*; 西田 精利*
Fusion Technology 1996, 0, p.1499 - 1502, 1997/00
ITERでは、ブランケット及びプラズマ対向機器において大量のベリリウムが使用される。そこで、資源の有効利用及び放射性廃棄物低減の観点から、使用済ベリリウムの再処理技術開発を開始した。未照射ベリリウムを試料とした予備的試験の結果、塩素ガスとベリリウムを反応させて高純度の塩化ベリリウムを得ることで、放射化等が懸念される不純物元素との分離が可能であることが明らかとなった。この時の塩化ベリリウムの収率は99%以上であった。また、乾式法によって塩化ベリリウムを熱分解させることで、ベリリウムの回収が可能であるとの見通しを得ることができた。そして、照射済ベリリウムを試料とした実証試験の結果、やはり99%以上の高収率で塩化ベリリウムが得られること、不純物として含まれていたCo-60の約96%が除去されること等が明らかとなった。
Tcジェネレータの開発棚瀬 正和; 長谷川 良雄*; 蓼沼 克嘉*
Isotope News, 0(509), p.6 - 9, 1996/10
Mo(Mo)に対し大きな吸着能を持つ新しい吸着剤を合成し、Tcの溶離性に優れた高性能のTcジェネレータを開発した。Zr化合物とイソプロピルアルコールを加熱して得られるその吸着剤は、1gで200mgのMo(Mo)を吸着することができた。また、この吸着剤で作製したジェネレータからTcが2~3mlの生理食塩水で、約200時間後でも80%溶離され、親核種Moの混入も0.1%以下と極めて優れた性能を示した。この開発により、現在一般に行われているウランを使ったMoの製造法が、非常に簡単な工程で実施できる天然のMoからの製造への転換が期待できる。
長谷川 良雄*; 西野 瑞香*; 竹内 剛敏*; 石川 幸治*; 蓼沼 克嘉*; 棚瀬 正和; 黒沢 清行
日本化学会誌, 0(10), p.888 - 894, 1996/00
Tcは核医学の分野で診断のため世界で幅広く利用されている。そのTcは、通常、親核種であるMoを吸着させたジェネレータから得られる。ここでは、その吸着剤として、低い比放射能のMoにも使用できるMo吸着能の極めて高いジルコニウム系無機高分子吸着剤の合成を試みた。ジルコニウム系無機高分子として、四塩化ジルコニウムのみ、および四塩化ジルコニウムとポリビニルアルコール、イソプロピルアルコールなどとの反応により五種類合成した。これらをアルゴン中で熱処理して吸着剤とした。熱分解過程の検討から各吸着剤の構造を推定した。また、これら吸着剤のMo吸着能は、その構造中のジルコニウム原子に結合した塩素原子数に依存することを明らかにし、吸着剤中で隣接する2個のZr-Cl結合とMoO
の反応で生成する化学結合によるものと推定した。特に四塩化ジルコニウムとイソプロピルアルコールから合成した吸着剤は高い吸着能(200mg/g吸着剤)を示すことが分かった。
田口 富嗣; 長谷川 良雄*; 山本 博之; 社本 真一
no journal, ,
SiC繊維強化SiC(SiC/SiC)複合材料は、高温強度特性に優れ、中性子照射後の誘導放射能が低いことから核融合炉用構造材料への応用が期待されている。しかしながら、熱伝導率が低いために、耐熱衝撃特性が悪いといった欠点があり、構造材料としての安全性に問題があった。そこで、われわれはSiC/SiC複合材料の高熱伝導化を行うことを目的とした。具体的には、高熱伝導率を有するカーボンナノファイバー(CNF)をSiC/SiC複合材料に添加し、化学蒸気浸透法により複合材料を作製した。これにより、SiC/SiC複合材料の熱伝導率が室温において、2倍以上に向上した。これは、CNFの添加により、複合材料内に存在する100
m以上の大きな気孔の数量が減少したためと考えられる。一方、曲げ強度は、CNFを添加しない材料と比べ、わずかに減少した。
田口 富嗣; 長谷川 良雄*; 井川 直樹; 社本 真一
no journal, ,
これまでにわれわれは、高熱伝導率を有するカーボンナノファイバー(CNF)をSiC/SiC複合材料に添加することで、複合材料の高熱伝導化に成功した。しかしながら、CNFを添加することにより、機械強度のわずかな減少も観察された。そこで本研究では、SiC/SiC複合材料の機械的・熱的性質に及ぼすCNF添加の影響について、微細組織観察結果から検討した。その結果、CNF添加により、複合材料中に存在する気孔の形状が、平板形状から等方形状に変化した。このため、熱の伝導方向を阻害する気孔が減少し、熱伝導率が向上したものと考えられる。また、破面観察結果から、SiC長繊維だけでなく、CNFの引き抜けも観察された。これは、破壊時にCNFとマトリックス間にマイクロクラックが生じたことを示しており、このために強度及び弾性率がわずかに減少したと推察される。
