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原田 正英; 山口 雄司; 橋本 典道*; 伊藤 卓*; 田島 考浩*; 奥 隆之; 羽賀 勝洋; 池田 浩*; 田村 智志*
JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011184_1 - 011184_4, 2026/06
J-PARCの物質・生命科学実験施設では、3GeV・1MWのパルス陽子ビームを水銀や炭素のターゲットに入射させ、発生する大強度の中性子ビームやミュオンビームを様々な測定に利用させている。測定に用いる試料は放射化するため、試料の放射能を評価することは、ユーザー実験の放射線安全のために非常に重要である。そこで、試料放射化計算コード(SARE)を開発した。SAREは、中性子束と放射化断面積を用いて、中性子及びミュオンビームラインごとの試料の放射能を評価することができる。中性子束は文献のデータを適用した。放射化断面積データはDCHAIN-SP-2001から取得した。負ミュオンの放射化もデータベースを使用した。SAREはJAVAとJAVAスクリプトをベースとしたWebサーブレットによるユーザーフレンドリーなインターフェイスを持ち、様々な実験条件を選択することができる。本発表では、SAREの紹介とBL10で実施したフォイル放射化法による検証結果を紹介する。
原田 正英; 田島 考浩*; 伊藤 卓*; 増田 志歩; 木下 秀孝; 酒井 健二; 武藤 儀一*; 鈴木 彰夫*; 羽賀 勝洋
JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011053_1 - 011053_5, 2026/06
J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)では、大強度核破砕中性子源の水銀ターゲットに3GeV・1MWの陽子ビームを照射し、大強度の中性子ビームを中性子実験装置に供給する。水銀ターゲットと水銀循環システムから漏洩する放射性物質をゲルマニウム半導体検出器によるガンマ線エネルギー分析で検出し、水銀ターゲットと水銀循環システムの故障の兆候を見つけるための統合水銀放射能モニター(UHAM)が設置されている。サンプリングポートと放射線モニタからなる3つのユニットで構成される: 1)ターゲット容器とセーフティハルとの間のヘリウムガス層を測定するHAM、2)水銀循環システムが設置されているホットセル内の雰囲気を測定するCAM、3)ターゲット容器が設置されるヘリウム容器内のヘリウムガスを測定するVAMである。放射性物質の漏えいが検出されると、直ちに加速器制御システムに警報信号が発せられ、ビーム運転が停止される。ソフトウェアとハードウェアは毎年アップグレードされている。例えば、HAMには冗長性を持たせるために2台のGe検出器が使用されており、高計数率事象に対するシステムの可用性を維持するためにGe検出器の補助としてNaIシンチレーション検出器も使用されている。さらに、CAMにはトリチウムを検出するためのガスモニターが設置されている。現在までに以下のような運転実績がある。1)CAMではXe-121とXe-123ガスを検出できる。これらの放射性ガス状放射性核種は、水銀ターゲットのカバーガスからわずかに漏洩する。2)VAMでは、ヘリウム容器内の湿度が検出され、消滅ガンマ線とN-15の検出が増加した。3)Ar-41の検出は、ヘリウム雰囲気中の空気の混合を示す。
beam in J-PARC原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 小野田 元喜*; 山田 逸平; 柴田 崇統*; 佐藤 篤*; 金正 倫計
JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011133_1 - 011133_8, 2026/06
大強度陽子加速器では、負水素イオンをリング加速器の入射点に設置された炭素膜で陽子に荷電変換しながら入射する。この入射法は、シンクロトロンや蓄積リングで大強度の陽子ビームを生成できる反面、炭素膜に多数のビームを通過させる破壊的な入射法であり、膜自体の短寿命化や装置の高放射化を招く。そこで、J-PARCではさらなる大強度化のために、膜に代わる非破壊のレーザー荷電変換入射を提案し、レーザー剥離実験の原理実証を進めている。この実験では、地下2階の加速器トンネル内の負水素とレーザーの相互作用位置から約70m離れた地上2階にレーザー光源を設置するため、長距離レーザー光路を新たに構築した。本発表では、レーザー荷電変換の概要を紹介するとともに、本実験の実施に重要なレーザー光路の構築などの準備状況について報告する。また、今後の実験計画と展望について述べる。
沖田 英史; 守屋 克洋; 山田 逸平; 地村 幹; Saha, P. K.; 原田 寛之; 菖蒲田 義博; 吉本 政弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011130_1 - 011130_8, 2026/06
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、2015年に設計ビーム強度1MWでのビーム加速を初めて実証し、現在では、1MW定常運転を行っている。今後、高稼働率で安定な1MW定常運転を実現するために、J-PARCではさまざまな装置開発が進められている。その一環として、高周波加速(RF)電源にかかる負荷を40%削減可能なシングルエンド空胴を開発した。同時にRF電源自体の強化を目的とした大出力半導体増幅器も開発中である。また、大強度運転時のビーム運動の不安定性の原因となるキッカーのインピーダンスは、ダイオードユニットを電源に実装することで大幅な低減が可能となった。これらの技術開発により、運転の高稼働率化と安定性向上が見込めるとともに、将来必要な、1MW超のビーム加速が可能である見通しが得られた。本発表では、1MW高稼働率運転や1MW超ビームの実現に向けた取り組みの詳細について報告する。
岩瀬 裕希*; 有馬 寛*; 原田 雅史*; 熊田 高之
波紋, 36(2), p.84 - 88, 2026/05
触媒層(CL)における水管理は固体高分子形燃料電池(PEFC)の性能向上に重要であるが、CL内部の水を直接観察することは困難である。本研究では、小角中性子散乱(SANS)データから得られる構造パラメータに基づき、触媒層中のアイオノマー内の水体積を定量する新しい解析手法を提案した。その結果、アイオノマー中の水体積は中湿度以上で湿度に対してほぼ線形に増加し、高湿度で高分子電解質膜(PEM)中の水量と同程度に達することが分かった。さらに、軽水重水交換を用いた時間分解SANS測定により、CL中の水はPEMよりも強く束縛され、交換ダイナミクスが遅いことが明らかになった。これらの結果は、CL中の水が主としてアイオノマー相に強く結合し、炭素担体を被覆するナノメートル厚のアイオノマー薄膜における閉じ込め効果が重要であることを示している。
小島 邦洸; 原田 寛之; 地村 幹; 永山 晶大*; Saha, P. K.
Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.104 - 108, 2026/03
3GeVシンクロトロン(Rapid cycling synchrotron: RCS)では、僅かな割合のビーム損失でも深刻な装置の放射化をもたらし、ビーム出力を制限する。陽子シンクロトロンにおける主要なビーム損失原因の一つとして共鳴現象がある。ビームは進行方向に直行する平面で印可される収束力に応じた周期で振動している。ビームの振動と収束場の周期とが一定の条件(共鳴条件)を満たすとき、粒子の振幅は増大しビームパイプに衝突して損失する。ビームに印可する収束力を慎重に制御することで共鳴条件への抵触は回避できる。一方で、ビームの大強度化は粒子間クーロン斥力の影響を増大させ、共鳴条件に抵触しないビームの振動数の範囲を狭める。そこで本研究では、ビーム損失を引き起こす可能性がある線形和共鳴に着目し、その駆動力を打ち消す操作(補正)によるビームへの影響低減を試みた。線形和共鳴の補正に一般に用いられる歪み四極電磁石がRCSには備わっていないため、六極電磁石中にバンプ軌道を形成する特殊な手法による同共鳴の補正を行った。この補正手法の確立は、RCSのビーム損失を低減し運転の高度化に寄与する。
小島 邦洸; 原田 寛之; Saha, P. K.
Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.289 - 293, 2026/03
3GeVシンクロトロン(Rapid cycling synchrotron: RCS)では、僅かな割合のビーム損失でも深刻な装置の放射化をもたらし、ビーム出力を制限する。そのため、ビーム損失に伴う放射化の影響を最小化することがビーム大強度化と高安定化において重要となる。RCSでは、ビーム損失を局所化し他機器への影響を低減する目的でビームコリメータが設置されている。一方で、コリメータ直下流のアーク部をはじめ、RCSの各所で有意なビーム損失が確認されており局所化は十分ではない。本研究では、ビーム損失局所化の改善を目的とし、コリメータ外部におけるビーム損失の発生原因を調査した。このようなビーム損失は、粒子がコリメータで上手く回収されず中途半端にエネルギーを失ったことで発生すると考えられる。想定より小さなエネルギーを持つ粒子は、磁場に対する曲率の違いで主にアーク部のダクト内壁に衝突する。そこで、RCSの各アーク部に設置されたビームロスモニタの信号を精査し、コリメータ部外で損失する粒子の経路を同定した。加えて、数値シミュレーションを活用し、粒子がコリメータをすり抜ける過程の再現を試みた。本研究はビーム損失の影響低減により、RCSの大強度化と高安定化に寄与する。
Saha, P. K.; 原田 寛之; 田村 文彦; 菖蒲田 義博; 小島 邦洸; 吉本 政弘; 沖田 英史; 岡部 晃大; 畠山 衆一郎; 仲野谷 孝充; et al.
Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.549 - 553, 2026/03
The RCS (Rapid Cycling Synchrotron) of the J-PARC has already started 1 MW routine operation by minimizing the beam loss. However, to ensure always net 1 MW beam power at the present MLF targets, RCS has to achieve more than 1 MW beam power in a near future. This is needed to overcome the RCS duty to the MLF reduced by gradually getting faster operation cycle of the Main Ring. Achieving this goal strongly relies on the significant beam loss mitigation which increase nonlinearly due to the space charge effect (Coulomb repulsion) of beam particles being same charge. Recently we have performed systematic beam studies and detail numeral beam simulations by optimizing many parameters of the injection beam as well as RCS parameters in both transverse and longitudinal directions. We achieved a considerable beam loss mitigation at 1.5 MW resulting in a beam loss rate even lower than present operation at 1 MW. The beam loss occurs only at lower beam energies well controlling and perfectly localizing at the collimator section. The beam loss power is estimated to be only 70 W, sufficiently smaller than the collimator capacity of 4 kW, demonstrating RCS capability to operate at 1.5 MW with minimum machine activation.
原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 渕 葵*; 佐藤 篤*; 金正 倫計
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2026(2), p.023G01_1 - 023G01_17, 2026/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)大強度陽子加速器では、ビーム強度を制限するビーム損失を抑制すべく、ビーム形状を測定し、制御することが重要である。ビーム分布や形状を測定する従来のモニタは、金属などのワイヤーを用いた破壊型だが、ワイヤーの断線などにより大強度ビームを測定できていなかった。本研究では、ワイヤーではなく短パルスのレーザーを負水素イオンビームに照射し、付随する電子を1つ剥ぎ取り中性水素に変換し、その量を計測する。そして、照射タイミングを走査しながら、その測定を繰り返すことで時間方向のビーム形状(バンチシェイプ)を測定できる非破壊型のバンチシェイプモニタを考案した。考案したビーム形状モニタを実証すべく、レーザー光源を開発し、大強度ビームに対して照射実験した結果、今までにないレーザーによるバンチシェイプモニタの開発に成功した。
小島 邦洸; 原田 寛之; 岡部 晃大; 地村 幹; Saha, P. K.
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.2244 - 2247, 2025/11
3GeVシンクロトロン(Rapid cycling synchrotron: RCS)では、僅かな割合のビーム損失でも深刻な装置の放射化をもたらし、ビーム出力を制限する。陽子シンクロトロンにおける主要なビーム損失原因の一つとして共鳴現象がある。加速器中のビームは進行方向に垂直な方向に振動しており、その振動数と収束場の周期が一定の条件(共鳴条件)を満たせば、粒子の振幅は増大しビームパイプに衝突して損失する。そのため、振動数が共鳴条件に抵触しないよう、ビームの収束力を慎重に制御する必要がある。一方で、ビームの大強度化に伴い共鳴条件に抵触しない振動数の範囲は狭まり、共鳴の回避が困難となる。この共鳴は電磁石の設置誤差などの原因で、ビームに意図せず歪四極場が印加されることで発生する。その歪四極場を補正用磁場の重ね合わせにより打ち消す(補正)ことで、線形和共鳴によるビーム損失を防ぐことができる。線形和共鳴の補正には一般に歪四極電磁石が用いられるが、これはRCSには備わっていない。そこで、アーク部にバンプ軌道を形成する特殊な手法により同共鳴の補正を行った。この手法により、RCSのビーム損失が低減し高度化が可能となる。
永山 晶大; 金正 倫計; 原田 寛之; 山田 逸平; 地村 幹; 小島 邦洸; 山本 風海; 下川 哲司*; 佐藤 篤*
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.1025 - 1028, 2025/11
シンクロトロンからのビームの遅い取り出し手法は、原子核・素粒子物理学実験や放射線治療等の様々な分野にて活用されている。遅い取り出しの過程において、周回側から取り出しビームを分離する役割を持つセプタム電極でのビーム損失は、装置の放射化と損傷を誘発する。この問題を解決するため我々が開発を進めている非破壊型静電セプタムに対し、この装置の二次元電場分布を評価するための"ビーム分離試験装置"と名付けた電場測定装置を考案した。この装置は、非破壊型静電セプタム試作機、水平・垂直ワイヤスキャナ、駆動装置に固定された可動ステージに設置された電子銃から構成される。本装置は、電場中に電子ビームを入射し、ビーム軌道の曲げ角度を測定することで電場分布の計測を可能とする。本装置の開発にあたって、電場分布の測定精度の向上のために、電子ビームをより細く形成するための追加の光学系を設計した。加えて、粒子が物質に衝突する際のエネルギー損失を利用し、二次電子放出を低減するビームダンプを設計した。二次電子放出量の計算では、このビームダンプにより、チャンバー内への二次電子放出量を最大98%減少させることを確認した。
守屋 克洋; 原田 寛之
Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2025(11), p.113G01_1 - 113G01_14, 2025/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)The Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) 3-GeV rapid cycling synchrotron (RCS) accumulates a MW-class high-intensity proton beam. The RCS adopts a phase-space painting injection in both transverse and longitudinal planes during the multi-turn injection to mitigate space charge force, which is a source of beam loss. In longitudinal painting injection, it is important to maintain the momentum of all pulsed beams injected from the Linac. However, the momentum from the Linac fluctuates due to beam loading induced by the high-intensity beam. The RCS requires a thinned time structure of the pulsed beam during injection to control the charge density of the accumulated beam. The momentum fluctuation increases as a result of the complicated time structure. In this study, we developed and evaluated a direct measurement system for the longitudinal phase space (phase and momentum deviation) of all injected pulsed beams. Furthermore, the phase space under various operating conditions was measured, and an increase in momentum fluctuations due to beam loading under thinned beam conditions was clearly observed. This monitoring system is well suited for facilities accelerating beams with complex time structures, and it can significantly contribute to beam loss reduction.
山口 雄司; 新倉 潤*; 水野 るり恵*; 反保 元伸*; 原田 正英; 河村 成肇*; 梅垣 いづみ*; 竹下 聡史*; 羽賀 勝洋
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 567, p.165801_1 - 165801_11, 2025/10
被引用回数：2 パーセンタイル：47.92(Instruments & Instrumentation)試料放射化計算コードの開発の一環として、新規実験データを取得してモンテカルロシミュレーションモデルを検証するために、負ミュオン原子核捕獲における放射性核種生成確率を測定した。
Al、
Si、
Co、Ta標的を用いて放射化法により取得した確率は、既存の実験データでは困難な物理過程に対するモデルの検証を可能にするものである。測定した確率と計算データとを比較することで、計算が放射化見積もりにおいておよそ安全側にあることがわかった。一方で、核異性体の生成過程や多数の中性子放出及び陽子が関与する粒子放出に起因する放射性核種の生成過程の記述を改良する必要があることもわかった。これらの成果は、シミュレーションモデル改良の手がかりとなる。
高木 慎弥*; 原田 壮太*; 有友 嘉浩*; 廣瀬 健太郎; 西尾 勝久
Physical Review C, 112(4), p.044607_1 - 044607_9, 2025/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Nuclear)Actinide nucleus shows mass-asymmetric fission in low energy due to shell structure. The fission fragment mass distributions at high energy tend to have a symmetric shape due to smearing of the shell. On the other hand, the distribution can be changed by the neutron emission before fission, as it decreases the excitation energy of fissioning nucleus, thus revives the shell structure. In the so called multichance fission, neutron emission is considered at the ground state shape, and competition between fission and neutron emission is determined in the framework of statistical model. In the present work, we describe fission in the Langevin equations, and the neutron emission is treated all over the fission process. The calculation demonstrated experimentally observed mass distribution, characterized by the peak-to-valley ratio, for wide range of initial compound-nucleus excitation energy up to 60MeV. The results show that, while neutron emission dominates at the ground state shape, it occurs along the shape evolution down to the scission point.
Saha, P. K.; 原田 寛之; 田村 文彦; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 菖蒲田 義博; 沖田 英史; 小島 邦洸; 仲野谷 孝充; 畠山 衆一郎; et al.
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 28(7), p.074201_1 - 074201_23, 2025/07
被引用回数：1 パーセンタイル：47.92(Physics, Nuclear)In this research, the beam loss in the J-PARC 3-GeV Rapid Cycling Synchrotron (RCS) has been significantly mitigated at the designed 1 MW beam power. It was possible by identifying all beam loss sources and implementing appropriate measures based on numerical simulations and systematic beam studies. The major one includes of using a smaller size charge-exchange foil and optimizing the injection beam to minimize foil scattering uncontrolled beam loss, modifications of the transverse and longitudinal beam painting parameters to mitigate the high-intensity effects. The beam loss as compared to 1 MW trial operation in 2020 was 80% reduced and perfectly localized at the designated collimator area. The beam loss power is only less than 0.1 kW as compared to the collimator limit of 4 kW. As a result. the residual radiation throughout the ring is substantially reduced for achieving a sustainable operation of the RCS with nearly 99% availability.
Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 曽山 和彦; 小山 富男*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1075, p.170425_1 - 170425_9, 2025/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)A current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) is a novel superconducting detector to construct a neutron transmission imaging system. The characteristics of a superconducting neutron detector have been systematically studied to improve spatial resolution of our CB-KID neutron detector. In this study, we investigated the distribution of spatial resolutions under different operating conditions and examined the homogeneity of spatial resolutions in the detector in detail. We found that controlling the detector temperature precisely enough to realize stable propagation velocities of the signals in the detector to achieve the best spatial resolution with a delay-line CB-KID technique.
羽賀 勝洋; 直江 崇; 粉川 広行; 涌井 隆; 木下 秀孝; 原田 正英
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.3245 - 3249, 2025/06
物質・生命科学実験施設(MLF)では2024年4月、MLFでの陽子ビーム利用出力が長期の利用運転としてはこれまでで最高値である950kWを達成し、また3GeVシンクロトロン(RCS)出口のビーム出力は1MWとなった。この成果は施設建設当初の目標である中性子源の1MW定常運転がほぼ達成されたこと、および中性子源の研究開発が新しい段階に入ったことを表す。水銀ターゲット開発の次の目標は、より高いビーム出力で、より長期間の運転を実現することである。ターゲット容器の寿命は強いパルス陽子ビームの入射で容器内面に生ずるキャビテーション損傷が決定要因であり、これまでは容器を毎年交換して損傷の程度を確認していたが、1MWの高出力運転で得られた損傷データから2年以上の長期運転に耐えうると判断されたため、2024年に新たに交換したターゲット容器を用いて2027年までの長期使用を初めて実施する予定である。また今後、RCSのパルス強度を増強する計画もあるため、より強い陽子ビームパルスに耐えるために、より効果的なピッティング損傷の抑制技術とターゲット容器の開発も進める必要が有る。本発表では、MFLの中性子源の現状と将来計画について紹介する。
岩瀬 裕希*; 有馬 寛*; 原田 雅史*; 熊田 高之
Chemical Engineering Journal, 510, p.161321_1 - 161321_11, 2025/04
被引用回数：2 パーセンタイル：38.52(Engineering, Environmental)The humidity dependence of the structure of catalyst-coated membranes in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) was investigated using small-angle neutron scattering (SANS). The results showed that the water volume in the ionomer linearly increases with humidity from an intermediate humidity (50% RH), reaching values similar to those observed in the polymer electrolyte membrane (PEM) at 80% RH. Time-resolved SANS reveals that the catalyst layer binds water more strongly than the PEM. Water distribution in the ionomers within the catalyst layers of an operating PEFC (80 degree, 80% RH) increased with the increase in the current density, affecting its PEFC performance. The behavior of the water distribution in the catalyst layers was closer to that of the water distribution in the gas diffusion layers than that in the PEM.
Sweet, M.*; Mishima, Kenji*; 原田 正英; 栗田 圭輔; 飯倉 寛; 田崎 誠司*; 菊池 伯夫*
Quantum Beam Science (Internet), 9(2), p.11_1 - 11_17, 2025/04
中性子ビームは電気的に中性で透過性が高いため、植物、種子、微生物などの生物種への照射に独自の利点がある。われわれは、核破砕、原子炉、小型中性子源のJ-PARC BL10、JRR-3 TNRF、KUANSのシミュレーションを使用して、遺伝子変異を誘発する中性子照射の可能性を包括的に調査した。
experiment using a 
Cf calibration sourceLee, D. H.*; 百々 拓; 羽賀 勝洋; 原田 正英; 長谷川 勝一; 春日井 好己; 木下 秀孝; 増田 志歩; 明午 伸一郎; 酒井 健二; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1072, p.170216_1 - 170216_6, 2025/03
被引用回数：2 パーセンタイル：70.29(Instruments & Instrumentation)JSNS investigates short-baseline neutrino oscillations using a 24-meter baseline and a 17-tonne Gd-loaded liquid scintillator target. Accurate event-reconstruction algorithms are crucial for analyzing experimental data. The algorithms undergo meticulous validation through calibration with a Cf source. This paper outlines the methodology and evaluates the reconstruction performance, focusing on neutrino interactions up to approximately 50 MeV for sterile neutrino searches. Both Cf and Michel electron events are studied to evaluate reconstruction accuracy. The analysis concludes that the uncertainty of the fiducial volume, with an appropriate correction, is much less than the requirement of JSNS requirement (10%). Furthermore, the energy resolution is measured to be 3.3 
0.1% for the Michel electron endpoint and 4.3 0.1% for the n-Gd peak in the central region.
