Laser-driven neutron generation realizing single-shot resonance spectroscopy

余語 覚文*; Lan, Z.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; Wei, T.*; 森 隆人*; Golovin, D.*; 早川 岳人*; 岩田 夏弥*; et al.

Physical Review X, 13(1), p.011011_1 - 011011_12, 2023/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.13.011011

Neutrons are powerful tools for investigating the structure and properties of materials used in science and technology. Recently, laser-driven neutron sources (LDNS) have attracted the attention of different communities, from science to industry, in a variety of applications, including radiography, spectroscopy, security, and medicine. However, the laser-driven ion acceleration mechanism for neutron generation and for establishing the scaling law on the neutron yield is essential to improve the feasibility of LDNS. In this paper, we report the mechanism that accelerates ions with spectra suitable for neutron generation. We show that the neutron yield increases with the fourth power of the laser intensity, resulting in the neutron generation of in at a maximum, with Wcm, 900 J, 1.5 ps lasers. By installing a "hand-size" moderator, which is specially designed for the LDNS, it is demonstrated that the efficient generation of epithermal (0.1-100 eV) neutrons enables the single-shot analysis of composite materials by neutron resonance transmission analysis (NRTA). We achieve the energy resolution of 2.3% for 5.19-eV neutrons 1.8 m downstream of the LDNS. This leads to the analysis of elements and isotopes within sub-s times and allows for high-speed nondestructive inspection.

Development of a GEM-TPC for H-dibaryon search experiment at J-PARC

佐甲 博之; Ahn, J. K.*; Baek, K. H.*; Bassalleck, B.*; Fujioka, H.*; Guo, L.*; 長谷川 勝一; Hicks, K.*; Honda, R.*; Hwang, S. H.*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 9(4), p.C04009_1 - C04009_10, 2014/04

https://doi.org/10.1088/1748-0221/9/04/C04009

(,)反応によるHダイバリオン探索実験(J-PARC E42)のためのTPCの開発を行っている。TPCにおいてHが2個のと2個のに崩壊する事象を測定する。TPCのドリフト体積は50cm直径、55cmドリフト長を持つ8角柱構造をしておりAr-CHガスを使用する。増幅部には3層のGEMを使用する。荷電粒子の運動量測定のためTPCにはドリフト電場と平行に鉛直方向の1Tの双極磁場を超伝導ヘルムホルツ型磁石によりかける。H崩壊のアクセプタンスを最大にするためダイアモンド標的がTPC内部の筒状の穴に設置される。さらに、超高レートのビームをTPCに直接照射するため陽イオンフィードバックを極力抑制必要がある。このためTPCにGEMとgating gridを採用した。

Experimental results at pulse test facility(PTF) of butt joint used in ITER CS model coil outer module

小泉 徳潔; 寺沢 充水*; 布谷 嘉彦; 高橋 良和; 安藤 俊就; 辻 博史; P.Michael*; A.Zhukovsky*; J.D.Hale*; R.Lations*; et al.

Proc. of Int. Cryogenic Engineering Conf. (ICEC17), p.523 - 526, 1998/00

ITER-CSコイルの層間接合のために日本チームが開発したバットジョイントのパルス磁場下での安定性及び交流損失の測定を米国MITのパルス試験装置を用いて行った。交流損失は、1.2T,0.4T/Sの条件に対して、約7Wと評価された。これは、十分低い値であり、ITER-CSコイルの層間接合部の要求仕様を満足する。また、安定性は電流分布のばらつきによって劣化した。ただし、電流分布が改善された場合には、ITER-CSのパルス磁場運転条件4.5T,0.4T/S,40kA,7.5Kにて安定であると評価された。また、接合部電気抵抗の評価もあわせて試みた。電気抵抗は、40kA,4.5Tにて約8nと評価された。

Effect of current imbalance on stability of a cable-in-conduit conductor consisting of chrome-plated strands

小泉 徳潔; 高橋 良和; 西 正孝; 礒野 高明; 辻 博史; 小野 通隆*; 浜嶋 高太郎*; 藤岡 勉*

JAERI-Research 97-002, 15 Pages, 1997/02

JAERI-Research-97-002.pdf:0.82MB

クロムメッキされた素線からなる導体内の電流分布不均一の安定性への影響を調査した。また、電流分布が不均一な場合のクエンチ機構について検討した。その結果、電流分布が不均一な場合は、安定性が劣化することがわかった。また、導体の温度上昇によりクエンチが発生することもわかった。

Charging test results of the DPC-TJ, a high-current-density large superconducting coil for fusion machines

小野 通隆*; 和智 良裕*; 嶋田 守*; 真田 芳直*; 向 博志*; 浜島 高太郎*; 藤岡 勉*; 西 正孝; 辻 博史; 安藤 俊就; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 3(1), p.480 - 483, 1993/03

https://doi.org/10.1109/77.233747

核融合炉用超電導コイル開発を目的として東芝と原研が共同研究で開発した高電流密度・大型・高磁界・大電流・高剛性の強制冷凍型NbSn超電導コイル(DPC-TJ)の通電励磁実験結果について報告する。本実験結果により、大型超電導コイルの高電流密度化の可能性が実証された。

Fabrication of superconductor for the DPC-TJ coil

青木 伸夫*; 大垣 後久*; 野口 一朗*; 向 博志*; 嶋田 守*; 浜島 高太郎*; 中山 茂雄*; 藤岡 勉*; 高橋 良和; 安藤 俊就; et al.

Cryogenics, 33(6), p.581 - 585, 1993/00

https://doi.org/10.1016/0011-2275(93)90113-3

核融合炉用大型高性能超電導コイル開発の一環として、特に大電流大型高磁界コイルの高電流密度化を目指し、DPC-TJコイルが製作され、試験・評価された。本論文では、DPC-TJコイルに用いられた高性能超電導導体の製作について述べる。本導体はケーブル・イン・コンジット方式強制冷凍型導体であり、12T-24kAの定格性能を有する。コイルに巻かれた導体としては世界最大容量の導体である。本導体を製作するに当たり、チューブ法(NbTi)Sn超電導線を採用することによって600A/mm-12Tという高い臨界電流密度性能を得たとともに、ロール・フォーミング方式によるケーブル・イン・コンジット導体の連続製造ラインを整備し、DPC-TJコイル用高性能導体を安定に製作することができた。

DPC-TJ計画; 核融合用高電流密度大型コイルの開発

西 正孝; 安藤 俊就; 辻 博史; 向 博志*; 浜島 高太郎*; 藤岡 勉*

低温工学, 27(3), p.207 - 216, 1992/00

https://doi.org/10.2221/jcsj.27.207

核融合炉用大型高性能超電導コイルの開発を目指し、原研と東芝は共同研究でDPC-TJ計画を進めて来た。本論文では、本計画における試験コイルであるDPC-TJコイルの設計と製作について紹介する。DPC-TJコイルは、40A/mmという高い平均電流密度を、核融合炉で必要とされる高磁界大電流高剛性の大型超電導導体にて達成することを目的としたコイルであり、本計画の中で考案したプリフォームド・アーマ方式を採用することによって、この高電流密度と高剛性を両立させることが初めて可能となった。

DPC-TJ実験結果; 機械的特性

和智 良裕*; 向 博志*; 小野 通隆*; 真田 芳直*; 藤岡 勉*; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 小泉 興一; 吉田 清; 大内 英義*; et al.

低温工学, 27(3), p.245 - 251, 1992/00

https://doi.org/10.2221/jcsj.27.245

原研と東芝が共同研究にて製作したDPC-TJコイルの実験結果のうち、機械的特性について述べる。DPC-TJコイルは、核融合炉用超電導コイルの高平均電流密度化を目指したコイルであり、プリフォームド・アーマ方式を考案し採用することによって、高平均電流密度と高剛性を両立させた設計となっている。今回の通電実験の結果、剛性が高いことが示されたとともに、機械的に安定したコイルであることが示された。

Cyclic internal pressure tests of a force-cooled cable-in-conduit superoconductor for a fusion application

渋谷 陽二*; 長沼 正光*; 渋井 正直*; 浜島 高太郎*; 藤岡 勉*; 沢田 芳夫*; 島本 進; 西 正孝; 中嶋 秀夫; 安藤 俊就; et al.

IEEE Transactions on Magnetics, 24(2), p.1149 - 1152, 1988/00

https://doi.org/10.1109/20.11435

高電流密度・高磁界・大型超電導コイルに関し、(株)東芝と原研は共同研究にて、その開発を進めている。本コイルに採用が予定されている強制冷凍ケーブル・イン・コンジット型超電導導体の実証試験の1つとして、傷つけたコンジットに内圧をかけ、傷の伝播をみる実験を行ったので、その結果につき報告する。

Pulsed neutron source and its applications realized by laser

余語 覚文*; Mirfayzi, S. R.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 岩本 晃史*; 早川 岳人*; 小泉 光生; Golovin, D.*; 森 隆人*; Lan, Z.*; et al.

no journal, , 

大阪大学のLFEXレーザー施設において、大強度レーザーを用いたパルス中性子源(LDNS)の開発およびそれを利用した応用研究を進めている。レーザーは、パルス巾が1.5psで、最大出力は、1kJ(1.510 Wcmである。開発した中性子源は1cm程度の大きさで、数十マイクロメータに収束したレーザーをターゲットに照射し、それによって生成したMeVもの高速イオン(水素や重水素粒子)を直径5mmのベリリウムに当てて、核反応により中性子を生成するものである。中性子の生成量は、1ショットあたり10で、この生成量は、入射エネルギーの4乗で増加することが分かった。さらに、生成した中性子を数cmの大きさのモデレータで減速させ、離れた位置に設置した中性子検出器により、中性子発生から検出までの飛行時間を測定するTOF測定を行った。試料を透過させて中性子の減衰を調べる実験を行った結果、核反応の共鳴による減衰の観測に成功した。