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論文

レーザー駆動型粒子線装置のための陽子線プロトタイプ輸送系の開発

榊 泰直; 西内 満美子; 堀 利彦; Bolton, P.; 余語 覚文; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 織茂 聡; 近藤 公伯; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.312 - 315, 2010/08

原子力機構・関西光科学研究所(関西研)では、文部科学省の「先端融合領域イノベーション創出拠点の形成プロジェクト」に採択され、平成19年度より「レーザー駆動型粒子線治療装置」の実用化を目指している。このプロジェクトは、高強度・短パルスのレーザーによる、従来のRF加速よりも高い100GeV/mという電界勾配を利用した加速手法にて、既存のシンクロトロン型粒子線治療装置を小型化するというものである。そこでレーザー駆動型粒子線に対して、これまで単体性能試験が行われた位相回転空洞,PMQ及び偏向電磁石を組合せたプロトタイプビーム輸送系を開発し、PARMILAを用いて空間電荷効果評価を行い装置の標準設計手法の確立を目指した。

論文

Measured and simulated transport of 1.9 MeV laser-accelerated proton bunches through an integrated test beam line at 1 Hz

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; 森 道昭; 織茂 聡; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 13(7), p.071304_1 - 071304_7, 2010/07

 被引用回数:24 パーセンタイル:15.39(Physics, Nuclear)

1.9MeVレーザー駆動陽子線のビームライン中に伝送した。ビームラインは、PMQ, RF cavity,monochrometerからなり、伝送の様子をPARMILAのシミュレーションによって再現した。このような試みは世界初のことである。ビームラインの最終端において、6nsのバンチ幅を道、5%のエネルギースプレッドを持つビームが10%の効率で検出された。この様子はPARMILAにより再現でき、PARMILAコードがレーザー駆動陽子線のビームラインの構築に使用できることを証明した。

論文

Laser-driven proton accelerator for medical application

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; 森 道昭; 織茂 聡; Pirozhkov, A. S.; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.88 - 90, 2010/05

レーザー駆動陽子線の研究の発展により、加速器の小型化が期待されるようになってきている。ここでは、日本原子力研究開発機構、関西光科学研究所内のPMRCセンターにおけるレーザー駆動陽子線加速器開発の現状について述べる。われわれは、医療用のレーザー駆動陽子線加速器開発の一環として、レーザー駆動陽子線のトランスポートラインを構築し、伝送実験を行った。

報告書

TRU廃棄物の処理・処分技術に関する研究開発; 平成18年度報告

亀井 玄人; 本田 明; 三原 守弘; 小田 治恵; 村上 裕; 増田 賢太; 山口 耕平; 中西 博*; 佐々木 良一*; 市毛 悟*; et al.

JAEA-Research 2007-067, 130 Pages, 2007/09

JAEA-Research-2007-067.pdf:28.78MB

第2次TRUレポートの出版を踏まえ、資源エネルギー庁と日本原子力研究開発機構は、我が国のTRU廃棄物の地層処分に関する基本方針及び事業計画を策定し、公表した。この年報は、TRU廃棄物とその地層処分について概要をまとめつつ、そこに示された個別課題のうち、日本原子力研究開発機構に割り当てられたものについて、その目標と進捗を記すものである。その具体的課題とは次のとおりである。TRU廃棄物の処理及び廃棄体化技術,ニアフィールドの力学評価,核種移行データ取得,セメント・ベントナイト・岩盤の変質,硝酸塩の影響,処分システムの性能評価、さらに代替技術としての硝酸塩分解技術である。

報告書

HTTR水素製造システム実規模単一反応管試験装置の熱交換器の伝熱性能評価結果(受託研究)

清水 明; 大橋 弘史; 加藤 道雄; 林 光二; 会田 秀樹; 西原 哲夫; 稲葉 良知; 高田 昌二; 森崎 徳浩; 榊 明裕*; et al.

JAERI-Tech 2005-031, 174 Pages, 2005/06

JAERI-Tech-2005-031.pdf:20.71MB

従来、高温ガス炉と水素製造設備を接続するためのシステムインテグレーション技術の確立を目的として、HTTRへメタンガスの水蒸気改質による水素製造設備の接続が検討されて来た。その水素製造設備のモックアップモデルである実規模単一反応管試験装置を2001年度に完成し、これまでに水蒸気改質器をはじめ、各種の熱交換器に関する運転データを取得した。本報告では試験装置の水蒸気改質器,蒸気過熱器,蒸気発生器,放熱器,ヘリウムガス冷却器,原料ガス加熱器,原料ガス過熱器等、試験に使用した熱交換器の仕様と構造,文献に掲載された管外と管内の熱伝達率算出式を摘出整理した。また、試験において実測された各熱交換器の出入口温度,圧力,流量のデータから伝熱性能を評価するコードを新規作成した。実測データから得られた熱貫流率と、伝熱式を使って計算した熱貫流率とを比較し評価した。その結果、全機器において伝熱性能と熱効率が妥当であることが確認できた。

報告書

HTTR水素製造システム実規模単一反応管試験装置の改善事項(受託研究)

榊 明裕*; 加藤 道雄; 林 光二; 藤崎 勝夫*; 会田 秀樹; 大橋 弘史; 高田 昌二; 清水 明; 森崎 徳浩; 前田 幸政; et al.

JAERI-Tech 2005-023, 72 Pages, 2005/04

JAERI-Tech-2005-023.pdf:14.86MB

水素製造システムと高温ガス炉の接続技術の確立のため、水蒸気改質法によるHTTR水素製造システム実規模単一反応管試験装置を平成13年度に製作し、同年度に機能試験運転を実施した。引き続き、平成13年度から16年度まで7回の試験運転を実施した。運転期間中に発生した不具合については、その都度、原因の究明,対策案による試験装置の改善を行い、試験を続行してきた。これにより、各種試験を行い、所定の目的を達成した。本報告は、平成13年から平成16年までに実施した試験装置の改善項目について記述したものである。

論文

Evaluation of critial current performance of 13 T-46 kA steel-jacketed Nb$$_{3}$$Al conductor

小泉 徳潔; 東 克典*; 土屋 佳則; 松井 邦浩; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 西島 元; 布谷 嘉彦; 安藤 俊就; 礒野 高明; et al.

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.1 - 5, 2001/11

 パーセンタイル:100

13T-46kAステンレスコンジット導体Nb$$_{3}$$Alを開発し、その臨界電流性能を評価した。Nb$$_{3}$$Alは強度が高いために、ステンレスコンジットを使用しても、そこにかかる歪は0.4%以下と評価できる。これによる臨界電流の劣化度は10%と小さい。実験では、サンプル製作の都合上、Nb$$_{3}$$Alに熱歪がかからなかった。本サンプルの臨界電流値には劣化がなく、実際のコイルの導体でも、この測定値より10%程度低い臨界電流値となる。よって、臨界電流値は100kAと予想され、十分な裕度がある。

論文

First test results for the ITER central solenoid model coil

加藤 崇; 辻 博史; 安藤 俊就; 高橋 良和; 中嶋 秀夫; 杉本 誠; 礒野 高明; 小泉 徳潔; 河野 勝己; 押切 雅幸*; et al.

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.59 - 70, 2001/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:26.14

ITER中心ソレノイド・モデル・コイルは、1992年より設計・製作を開始し、1999年に完成した。2000年2月末に原研に建設されたコイル試験装置への据え付けが終了し、3月より第1回のコイル実験が開始され、8月末に終了した。本実験により、コイルの定格性能である磁場13Tを達成したとともに、コイルに課せられた設計性能が十分に満足されていることを実証することができた。本論文は、上記実験結果につき、直流通電、急速励磁通電、1万回サイクル試験結果としてまとめる。また、性能評価として、分流開始温度特性、安定性特性、クエンチ特性についても言及する。

論文

Progress of the ITER central solenoid model coil programme

辻 博史; 奥野 清*; Thome, R.*; Salpietro, E.*; Egorov, S. A.*; Martovetsky, N.*; Ricci, M.*; Zanino, R.*; Zahn, G.*; Martinez, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 41(5), p.645 - 651, 2001/05

 被引用回数:52 パーセンタイル:14.56(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERを構成する3群の超伝導コイルでは、中心ソレノイド・コイルが最も高い磁場13Tを0.4T/s以上の速度で急速励起するパルス動作が要求される点で、最も技術的難度の高いコイルである。そこで中心ソレノイド・コイル工学設計の妥当性を確認し、併せてコイルの製作技術を開発する目的で、中心ソレノイド・モデル・コイルの開発が進められてきた。約8年をかけて完成したモデル・コイルの実験がこの程、国際共同作業として原研で実施され、技術開発目標をすべて満足する実験成果と貴重な技術データが得られた。

論文

ITERモデル・コイルの実験結果(速報); 13T-640MJ・Nb$$_{3}$$S$$_{n}$$パルス・コイル

高橋 良和; 安藤 俊就; 檜山 忠雄; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 杉本 誠; 礒野 高明; 押切 雅幸*; 河野 勝己; 小泉 徳潔; et al.

低温工学, 35(7), p.357 - 362, 2000/07

ITER計画において開発された中心ソレノイド(CS)モデルコイルの実験が行われているので、その結果のみ速報として報告する。直流定格通電試験においては、クエンチすることなく、定格電流値46kAまで、通電することができた。その時の発生磁場は13T、蓄積エネルギーは640MJである。また、遮断試験において、最大電圧4.8kVが発生する実験を行い、コイルの健全性を研究した。また、JT-60電源を用いたパルス実験を行い、0.5T/sの通電を行った。これらの実験によるコイルの超電導特性について、報告する。

論文

Development of a 13T-46kA Nb$$_{3}$$Sn conductor and central solenoid model coils for ITER

高橋 良和; 安藤 俊就; 檜山 忠雄; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 杉本 誠; 礒野 高明; 押切 雅幸*; 河野 勝己; 小泉 徳潔; et al.

Fusion Engineering and Design, 41(1-4), p.271 - 275, 1998/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:58.07

原研において、ITER-EDAのもと、中心ソレノイド(CS)モデル・コイルを開発している。本コイル閉導体は、Nb$$_{3}$$Snが用いられ、ほぼ完成しつつある。導体接続部、熱処理及び巻線技術のR&Dが行われ、それぞれの技術が確立された。これを踏まえて、外層モジュール(8層)の最初の1層の巻線が完成した。本コイルは、1998年に完成し、原研の試験装置において実験が行われる予定である。

論文

核融合装置用大電流超電導導体の性能評価試験装置

高橋 良和; 押切 雅幸*; 河野 勝己; 塙 博美*; 今橋 浩一*; 関 秀一*; 大都 起一*; 若林 宏*; 高野 克敏*; 宇野 康弘*; et al.

低温工学, 33(5), p.323 - 333, 1998/00

核融合装置に用いられる大電流超電導導体の性能を、超電導コイルの開発段階において、評価するための装置が完成した。外部磁場11T、通電電流値60kA、冷媒温度5~16Kの条件で、サンプルを評価することが可能である。本装置を用いて、中心ソレノイド・モデル・コイル用導体及び導体接続部の実験を行う予定である。本装置の設計とともに、試運転の結果を報告する。

論文

SMESモデルコイル; 直流通電特性

礒野 高明; 布谷 嘉彦; 濱田 一弥; 松井 邦浩; 杉本 誠; 小泉 徳潔; 伊藤 智庸*; 種田 雅信*; 渡辺 郁雄*; 野澤 正信*; et al.

低温工学, 33(7), p.473 - 478, 1998/00

SMESモデルコイルは、100kwh/20MWのSMESパイロットプラントのR&Dとして製作され、20kA定格で2.8Tの磁界を発生する。直流通電試験の結果、定格まで安定に通電でき、最大30kAまで通電した。温度を上げて限界性能を測定した結果、素線の性能から期待されるコイル性能を有し、劣化がないことが判明した。

論文

Construction and commissioning test results of the test facility for the ITER CS model coil

中嶋 秀夫; 檜山 忠雄; 加藤 崇; 河野 勝己; 礒野 高明; 杉本 誠; 小泉 徳潔; 濱田 一弥; 布谷 嘉彦; 松井 邦浩; et al.

Fusion Technology, 30, p.1248 - 1252, 1996/12

原研では、ITER工学R&Dの一環として、CSモデルコイルを試験するための試験装置を建設した。本装置では、1995年10月までに、コンピュータ・システムを除くすべてについて性能試験が完了した。例えば、液化システムにおいては、801l/hの液化能力、液化能力114l/hのもとでの冷凍能力5.03kWを達成し、ITER実機で必要とされる液化システム開発における中間目標を実証した。本報告では、試験装置全般の建設と性能試験結果について報告する。

論文

Development of high strength austenitic stainless steel for conduit of Nb$$_{3}$$Al conductor

中嶋 秀夫; 布谷 嘉彦; O.Ivano*; 安藤 俊就; 川崎 勉*; 塙 博美*; 関 秀一*; 高野 克敏*; 辻 博史; 佐藤 雄一*; et al.

Advances in Cryogenic Engineering Materials, Vol.42, p.323 - 330, 1996/00

Nb$$_{3}$$Al導体は、超伝導材料であるNb$$_{3}$$Alを生成するために、750~800$$^{circ}$$Cで30~50時間の熱処理をして使用される。このため、コンジット材料も同等な熱処理を受けることになる。この熱処理は、通常ステンレス鋼では材料の脆化を引きおこす。そこで、このような熱処理を受けても十分に延性のある高強度材料を開発した。本件ではこの結果について報告する。

論文

Experimental results of 40-kA Nb$$_{3}$$Al cable-in-conduit conductor for fusion machines

高橋 良和; 杉本 誠; 礒野 高明; 中嶋 秀夫; 安藤 俊就; 押切 雅幸*; 細野 史一*; 和田山 芳英*; 佐々木 知之*; 塙 博美*; et al.

IEEE Transactions on Magnetics, 30(4, Part2), p.2531 - 2534, 1994/07

核融合実験炉のトロイダル磁場コイル用導体として、40kA級Nb$$_{3}$$Alケーブル・イン・コンジット型導体を開発し、その超電導評価試験を行った。この導体は、ITER-CDAの要求磁界11.2Tにおいて、46kAまで通電することができた。また、導体の臨界電流値は、素線のそれと比較すると、製作作業中及びクールダウン中における劣化は認められなかった。また、Nb$$_{3}$$Alは機械的特性が従来のNb$$_{3}$$Snに比べて優れていることから、Nb$$_{3}$$Alは、近い将来、トロイダル磁場コイル用導体の第一候補となると考えられる。

報告書

40kA級Nb$$_{3}$$Al導体・直状サンプル実験結果

高橋 良和; 杉本 誠; 礒野 高明; 押切 雅幸*; 細野 史一*; 和田山 芳英*; 佐々木 知之*; 塙 博美*; 関 秀一*; 若林 宏*; et al.

JAERI-M 93-072, 55 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-072.pdf:1.42MB

核融合実験炉のトロイダル磁場コイル用導体として、40kA級Nb$$_{3}$$Al導体を開発し、その通電実験を行った。Nb$$_{3}$$Alは現在主流であるNb$$_{3}$$Snより機械的特性に秀れているが、製作方法が困難であるため、実用化されなかったが、ジェリーロール法により、はじめて実用化した。実験の結果、ITERの仕様値を上回る。磁場11.2Tにおいて、46kAまで通電することができた。これにより、Nb$$_{3}$$Sn導体とほぼ同じレベルに達したので、Nb$$_{3}$$Alは、トロイダル磁場コイル用導体の第一候補となることが、期待できる。

論文

AC losses of the Toroidal Model Pancake(Hollow conductor type)

細野 史一*; 杉本 誠; 塚本 英雄*; 押切 雅幸*; 塙 博美*; 関 秀一*; 佐々木 知之*; 小泉 徳潔; 礒野 高明; 高橋 良和; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 3(1), p.535 - 538, 1993/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:75.48(Engineering, Electrical & Electronic)

TMPは、ITER/FER用トロイダル磁場コイルへの適用を目指して開発が進められた。トロイダル磁場コイルは、CSコイルと同様にプラズマディスラプションの観点からACロスを低減することが重要な課題となる。TMPは、ホロー型強制冷凍導体が用いられ、素線は、フィラメント径4$$mu$$mのブロンズ泡Nb$$_{3}$$Smを用いた。これは、ヒステリシス損失を低減することを目的としている。また、安定化材は、渦電流損失を低減するために、12分割した。ただし、この導体の場合、カップリングロスは大きいことが予想されるので、十分な調査が必要となる。TMPのACロス測定及び解析の結果、有効フィラメント径4$$mu$$m(フィラメント径と等しい値)及び損失時定数~1secであることが分った。この損失時定数は、バンドル導体のものと比較して大きな値である。

論文

Test results of the DPC-TJ; Electromagnetic performance

小野 通隆*; 向 博志*; 嶋田 守*; 和智 良裕*; 藤岡 勉*; 礒野 高明; 奥野 清; 高橋 良和; 杉本 誠; 樋上 久彰*; et al.

Cryogenics, 33(6), p.586 - 591, 1993/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.56

核融合炉用大型高性能超電導コイルの高電流密度化を目指し、原研と東芝は共同研究にてDPC-TJコイルを開発した。本論文はDPC-TJコイルの通電実験結果について述べる。DPC-TJコイルは、常電導転移を起こすことなく定格の24kA-40A/mm$$^{2}$$の大電流・高平均電流密度状態を達成した。この間、コイルの不安定性を示す電圧スパイクの発生やAE信号の発生が非常に少なく、大変に安定したコイルであることが示された。さらに、高温励磁試験や、人為的常電導転移限界性能試験などを通し、大型強制冷凍コイルの設計に必要とされる多くの知見を得た。

口頭

医療用レーザー駆動陽子線加速器の実現に向けて; 伝送・照射テストビームラインにおける汎用粒子線伝送コード(PARMILA)のベンチマーク実験

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 森 道昭; et al.

no journal, , 

医療用レーザー駆動陽子線加速器の実現には、(1)レーザー,(2)陽子線源,(3)ビーム伝送・照射系の開発が必要である。本講演では、(3)「ビーム伝送・照射系の開発」の項目における現状報告を行う。レーザー駆動陽子線は、既存加速器におけるビームとは全く異なる特徴:短パルス・超高電流・低エミッタンスを持つ。これらの類稀なパラメータを活かした加速器を設計するには、既存の加速器において使用されている伝送・照射系をそのまま適応するのではなく、固有の設計をする必要がある。設計のためには信頼のおける粒子線伝送コードが必要不可欠であるが、レーザー駆動陽子線に対するベンチマーク済みの粒子線伝送コードは存在しない。そこでわれわれは、J-PARCの設計にも用いられている汎用粒子コードPARMILAを選択、ベンチマーク実験のためのテストビームラインを設計、ベンチマーク実験を行った。原子力機構関西光科学研究所におけるJ-KARENレーザーを用いて2.0MeVのレーザー駆動陽子線を1Hzで安定に発生させ、テストビームラインに導いた。陽子源において100%のエネルギー広がりを持ち半角10度以上の広がり角を持って発生する陽子線を永久四重極磁石からなる収束系で空間的に収束、さらに位相回転空洞と偏向電磁石によって2.0MeV付近にバンチングさせ単色化を行い収束点へ導き、空間分布と時間波形を計測した。結果はPARMILAによるシミュレーションと非常によく一致し、PARMILAコードがレーザー駆動陽子線に対しても適応可能であり、実機の設計に使用可能であることを示す。

口頭

レーザー駆動型粒子線装置のための陽子線プロトタイプ輸送系の構築

榊 泰直; 西内 満美子; 堀 利彦; 近藤 公伯; 小倉 浩一; 余語 覚文; 匂坂 明人; 織茂 聡; 森 道昭; 反保 元伸; et al.

no journal, , 

原子力機構では、JSTプログラム「先端融合領域イノベーション創出拠点の形成」の支援を受け、レーザー駆動型粒子線治療器を早期に商用化レベルまで実現するべく研究開発拠点を確立している。粒子線治療器の早期実現には、レーザー駆動型イオン生成のエネルギーを医療応用可能なレベルまで向上させる必要性が最も最優先されることではあるが、この治療器が先行するシンクロトロン型治療器の市場の中に入り込むためにはレーザー駆動型イオンの特性が活かせる治療系の開発も並行して進めていかねばならない。そこでわれわれは、原子力機構J-KARENレーザーを用いて、2.0MeV陽子線プロトタイプ輸送系を構築し、レーザー駆動型陽子線の輸送特性計測及び解析を行った。

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