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論文

Recovery of helium refrigerator performance for cryogenic hydrogen system at J-PARC MLF

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012085_1 - 012085_4, 2018/06

At J-PARC's pulsed spallation neutron source, a cryogenic hydrogen system has been operated to provide liquid para-hydrogen (20K and 1.5 MPa) to the moderators since 2008. Typical operating period of the cryogenic hydrogen system was approximately 3 months continuously. However, the pressure differences between No.1, No.2 heat exchangers (HXs) and an adsorber (ADS) in the helium refrigerator had begun to increase rapidly since the beginning of 2015, the refrigerator could not be operated continuously. The impurity in the refrigerator was measured by newly introduced quadrat mass spectrometer, but no significant impurities was observed. We suspected the oil contamination from the helium compressor, as it caused performance degradation of the cryogenic system in other facilities, such as RIKEN, CERN, etc. In the summer outage in 2016, we cleaned the HXs with Freon to remove the oil contamination, and replaced the activate charcoals of ADS and oil separator (OS-5). As a result, the performance of the helium refrigerator was recovered completely.

論文

Measurement of displacement cross-section for structural materials in High-Power Proton Accelerator Facility

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 岩元 大樹; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 吉田 誠*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中本 建志*

Proceedings of 9th International Particle Accelerator Conference (IPAC '18) (Internet), p.499 - 501, 2018/06

核変換システム等のハドロン加速器施設では、ビーム出力の上昇に伴いターゲット材料に対する損傷の評価が重要となる。加速器施設で用いられているターゲット材料等の損傷は、原子あたりの弾き出し損傷(DPA)が広く用いられており、カスケードモデルに基づく計算で得られた弾き出し損傷断面積に粒子束を乗ずることで評価されている。DPAによる損傷評価は広く一般的に用いられているものの、20MeV以上のエネルギー範囲における陽子に対する損傷断面積の実験データは数点しかなく十分でない。最近の研究において、タングステンの弾き出し損傷断面積が計算モデル間で約8倍異なることが報告されており、ターゲット材料の損傷評価のためには弾き出し損傷断面積の実験データ取得が重要となる。そこで、我々はJ-PARC加速器施設の3GeVシンクロトロン加速器施設を用い、弾き出し損傷断面積の測定実験を開始した。弾き出し損傷断面積は、冷凍機(GM冷凍機)で極低温(4K)に冷却された試料に陽子ビームを照射し、照射に伴う抵抗率の変化により得ることができる。本発表では、銅に3GeV陽子を入射する場合の弾き出し損傷断面積の測定結果を速報として報告する。

報告書

極低温水素システムヘリウム冷凍機の不具合調査と対策

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 青柳 克弘*; 武藤 秀生*; 野村 一隆*; 高田 弘; 池田 裕二郎

JAEA-Technology 2017-021, 75 Pages, 2017/08

JAEA-Technology-2017-021.pdf:33.03MB

大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設の核破砕中性子源では、冷中性子用減速材として液体水素を用いている。2015年1月頃から液体水素を生成するヘリウム冷凍機において、熱交換器及び80 K活性炭吸着器(ADS)の差圧が上昇する事象が現れ始め、2015年11月には冷却性能の低下を引き起こすまでに進展した。この不具合の原因を究明するために冷凍機内の目視確認や循環ヘリウム中の不純物分析を行った。原因となる不純物は検出できなかったが、配管内にわずかに油の痕跡があった。他施設の同規模の冷凍能力を持つ冷凍機の不具合事例も参考にして、熱交換器の洗浄やADSの交換を行った結果、冷却性能は回復した。熱交換器を洗浄した液やADSの活性炭とそれを抑えるためのフェルトから油を検出した。特にADSのフェルトではヘリウムガス入口表面に膜状の油の蓄積が確認できた。ヘリウムガス中に含まれる油分は設計範囲の10ppb程度であったが、長期間の運転の結果、ADSのフェルト部への蓄積により差圧を発生させ、それが性能劣化をもたらした可能性があると推測している。今後さらに調査を進め、原因をより明確にする必要がある。

論文

Development of stress intensity factors for cracks with large aspect ratios in pipes and plates

Li, Y.; 長谷川 邦夫*; 宇田川 誠

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(2), p.021202_1 - 021202_13, 2017/04

 パーセンタイル:100(Engineering, Mechanical)

The stress intensity factors (SIFs) for pipes containing semi-elliptical cracks with large aspect ratios were calculated by finite element analysis. The cracks were circumferential and axial surface cracks inside the pipes. The parameters of the SIFs are crack aspect ratio, crack depth and the ratio of pipe radius to wall thickness. In comparing SIFs for plates and pipes, it can be clarified that SIFs for both plates and thin pipes with $$_{t}/R_{i}$$ $$<$$ 1/10 are almost the same, and the SIFs for plates are used as a substitute for pipes with $$_{t}/R_{i}$$ $$<$$ 1/10, where $$t$$ is the pipe wall thickness and $$R_{i}$$ is the inner radius of the pipe. This means that it is not necessary to provide SIF solutions for pipes with $$_{t}/R_{i}$$ $$<$$ 1/10, and it is suggested that number of tables for influence coefficients G values for pipes can significantly reduce.

論文

Vacuum tube operation analysis under multi-harmonic driving and heavy beam loading effect in J-PARC RCS

山本 昌亘; 野村 昌弘; 島田 太平; 田村 文彦; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 戸田 信*; 吉井 正人*; Schnase, A.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 835, p.119 - 135, 2016/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:76.09(Instruments & Instrumentation)

J-PARC RCSでは、金属磁性体を装荷した広帯域加速空胴でマルチハーモニックの電圧を発生させることができる。しかし、マルチハーモニックの下での真空管動作解析は、多変数の解析が必要となり非常に複雑である。過去の動作解析は、真空管の特性曲線から目視で読み取るか、シングルハーモニックで波形を仮定した解析しか行われていなかった。真空管動作を自動で解析するコードを開発し、マルチハーモニックの下でも真空管動作を解析することに初めて成功した。開発したコードは実際の大強度陽子ビーム加速試験において検証され、計算結果と測定結果がよく一致することを確認した。この解析手法の開発により、大強度陽子シンクロトロン加速器における真空管動作の正確な計算が行えるようになり、ビームの品質向上に寄与することが期待される。

論文

Simulation of beam behavior caused by odd harmonics of beam loading in J-PARC RCS

山本 昌亘; 野村 昌弘; 島田 太平; 田村 文彦; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 戸田 信*; 吉井 正人*

Proceedings of 7th International Particle Accelerator Conference (IPAC '16) (Internet), p.3443 - 3445, 2016/06

J-PARC RCSでは、ハーモニック数2において2バンチを加速している。このため、ビーム電流の主なフーリエ成分は偶数次となる。しかし、奇数次成分は初期において非常に小さな成分しか持たないにも関わらず、ある条件下では増大することがある。粒子トラッキングシミュレーションが示唆するところでは、2つのバンチの離合及びバンチ幅の増大・減少が奇数次のウエイク電圧によって引き起こされ、それが奇数次込のポテンシャルとうまく同期することで、ビームが不安定になることが分かった。RCSにおける奇数次のビーム負荷効果について、粒子追跡シミュレーションの結果を示す。

論文

Mechanisms of increasing of the magnetic alloy core shunt impedance by applying a transverse magnetic field during annealing

野村 昌弘; 島田 太平; 田村 文彦; 山本 昌亘; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 戸田 信*; 吉井 正人*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 797, p.196 - 200, 2015/10

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

J-PARCシンクロトロンでは高い加速電圧を発生させるために金属磁性体コアを用いた加速空胴を採用している。コアのシャントインピーダンスはビームパワーを高めるために重要なパラメータである。我々は磁場中熱処理を行うことにより、コアのシャントインピーダンスを約50%以上高めることに成功している。本論文では磁場中熱処理を行うことによりコアのシャントインピーダンスが高められるメカニズムについて議論を行っている。具体的には、まず磁場中熱処理により磁化過程が主に磁化回転となることにより、低周波数領域ではコアの損失が低減され、高周波数領域では磁気特性が向上していることを測定結果から示し、次にシャントインピーダンスと磁気特性を表す複素透磁率との関係から、コアのシャントインピーダンスが高められているのはこれらの磁気特性の改善が要因であることを述べている。

論文

日本原子力学会特別専門委員会におけるウランを含む廃棄物処分の考え方に係る調査・検討の概要

井口 哲夫*; 長谷川 信; 高橋 邦明; 榎戸 裕二*

デコミッショニング技報, (52), p.12 - 19, 2015/09

日本原子力学会「東京電力福島第一原子力発電所事故以降の低レベル放射性廃棄物処理処分の在り方」特別専門委員会において、放射能濃度が低いウランを含む廃棄物の浅地中トレンチ処分場で処分を行う場合の安全確保策についての調査・検討結果を行い、その結果を規制への提言としてとりまとめた。本報告はその検討結果を概説する。

論文

High intensity single bunch operation with heavy periodic transient beam loading in wide band RF cavities

田村 文彦; 發知 英明; Schnase, A.*; 吉井 正人*; 山本 昌亘; 大森 千広*; 野村 昌弘; 戸田 信*; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 18(9), p.091004_1 - 091004_8, 2015/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.56(Physics, Nuclear)

J-PARC RCSは2バンチ加速するように設計されているが、MLFの中性子実験やMRビームを用いたミューオン実験において、RCSでの大強度シングルバンチ運転が必要とされるようになった。シングルバンチ運転においては、広帯域RF空胴に生じる奇数次のウェーク電圧成分によりバケツの歪みが生じ、縦方向のビームロスを生じるために、ビーム強度は制限されていた。このため、奇数次のウェーク電圧成分を補償するために、追加のフィードフォワードシステムをインストールした。追加されたシステムは、偶数次のフィードフォワードシステムと同様の構成である。この論文では、追加のフィードフォワードシステムの機能、調整手法、調整結果の詳細について報告する。フィードフォワードによる奇数次成分の補償により、縦方向のビームロスが消失した。また、シングルバンチ加速でのビーム品質は、フィードフォワードによる補償によって、2バンチ運転のものと同様に保たれていることを、縦方向および横方向のビーム測定により確かめた。2.3$$times$$10$$^{13}$$ppbという大強度のシングルバンチ運転が可能となった。

論文

MAコアを用いたハイパワーバランの開発,2

田村 文彦; 島田 太平; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘; 野村 昌弘; 戸田 信*; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.639 - 642, 2015/09

J-PARC RCSでは、高い加速電圧を発生させ、また1台の空胴に基本波と2倍高調波を重畳した電圧を発生させるデュアルハーモニック運転を実現するために、広帯域の金属磁性体を装荷した加速空胴を採用している。AB級プッシュプル構成の真空管アンプにより空胴は駆動されており、2倍高調波を重畳した時に生じる各真空管の出力電圧振幅のアンバランスを改善させるために、MAコアを使用した高電圧、ハイパワーのバランのR&Dを行っている。バランはMAコアに高電圧ケーブルを巻いた高周波トランスとして構成されているが、RCSでは最大15kVの高周波電圧を線間に印加することになるために、高周波によるコロナ放電の抑制が課題となっている。本発表では、コロナ放電の抑制の手法について、また、コアおよびケーブルの冷却方法についてのR&Dの現状について報告する。

論文

FT3L金属磁性体コアのシャントインピーダンスに対する考察

野村 昌弘; 山本 昌亘; 島田 太平; 田村 文彦; 大森 千広*; 戸田 信*; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 吉井 正人*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1096 - 1110, 2015/09

J-PARCの2つのシンクロトロン(RCS, MR)では高い加速電圧を発生させるために、加速空胴に金属磁性体コア(FINMET)を採用している。更に大強度の陽子ビームを加速するためには、この金属磁性体コアのシャントインピーダンスを高めることが重要である。Ring RFグループでは磁場中熱処理を行うことにより、高いシャントインピーダンスを持った加速器用の大型の金属磁性体コア(FT3L)の開発に成功している。磁場中熱処理を行うことにより磁化過程が主に磁化回転となることは知られており、FT3L金属磁性体コアのシャントインピーダンスは磁化過程が磁化回転となることにより高くなっている。本発表では理想的な磁化回転の場合のコアのシャントインピーダンスに対する考察を行う。具体的には、シャントインピーダンスで表されるコアの等価回路の損失と磁化回転の場合のコアの損失の計算を対応させることにより、シャントインピーダンスに対応する物理量を考察する。更にその結果から、シャントインピーダンスのコアを構成しているリボンの板厚及び透磁率依存性を示す。

論文

J-PARC RCSにおける奇数次のビームローディングによるビーム損失

山本 昌亘; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 野村 昌弘; 大森 千広*; 島田 太平; 田村 文彦; 戸田 信*; 吉井 正人*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1008 - 1012, 2015/09

J-PARC RCSはハーモニック数2のRFバケツに2バンチを入れて加速しているので、ビームの主なフーリエ成分は偶数次となる。しかし、粒子トラッキングの結果から、微小な奇数次成分がバンチ間の非対称性を促進し、ある条件ではそれが急速に増大することが分かった。非対称性が単調に増加した場合、大きなビーム損失を引き起こすことになる。また、奇数次成分が大きな振幅ではないものの、振幅変調しながら続く場合ビームハローを形成し、それが微小なビーム損失を招くことも分かった。本報告では、奇数次成分についての粒子トラッキングの結果について述べる。

論文

MAコアを用いたハイパワーバランの開発

田村 文彦; 島田 太平; 吉井 正人*; 大森 千広*; 山本 昌亘; 野村 昌弘; 戸田 信*; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1122 - 1126, 2014/10

J-PARC RCSでは、金属磁性体(magnetic alloy: MA)を装荷した広帯域空胴により、高い加速電圧を実現するとともに、1台の空胴を基本波および2倍高調波を重畳した電圧で駆動するデュアルハーモニック運転を行っている。空胴はAB級プッシュプル構成の真空管アンプで駆動されるが、2倍高調波を重畳した場合、それぞれの真空管の出力電圧はアンバランスとなるため、片方の真空管のみのスクリーングリッド電流の増加や、コア発熱のアンバランスが生じてしまうことが問題となっていた。2本の真空管出力電圧をバランスさせることを目的とし、MAコアを用いた高電圧、ハイパワーのバランを開発している。本発表では、プロトタイプバランの製作、および実機アンプおよび空胴を用いた高電圧試験の現状、今後の開発の課題について報告する。

論文

J-PARC MR用金属磁性体カットコアの研究

野村 昌弘; 山本 昌亘; 島田 太平; 田村 文彦; 大森 千広*; 戸田 信*; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 吉井 正人*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1037 - 1041, 2014/10

J-PARC RCS, MRの両シンクロトロンではRF空胴に金属磁性体コアを使用している。本稿では、MR用のカットコアについての議論を行う。まずはじめに現在MRで使用している金属磁性体カットコアについて簡単に説明を行い、次にカットコアの磁気特性、漏れ磁場の影響について述べた後に、アンカットコアとカットコアのRpの関係について議論を行なう。そして最後に、カットコアで高いRpを達成するためにはなにが重要であるかについて述べる。Rpは大強度陽子ビームを加速するための重要なパラメーターであり、更なる大強度の陽子ビームを加速するためにはより高いRpが必要である。本成果は、加速器を安定に運転する上で、重要な成果である

報告書

ウラン廃棄物に着目した諸外国の放射性廃棄物処分の情報整理

齋藤 龍郎; 坂井 章浩; 佐藤 和彦; 八木 直人; 秦 はるひ; 麓 弘道*; 川越 浩; 長谷川 信

JAEA-Review 2014-021, 30 Pages, 2014/07

JAEA-Review-2014-021.pdf:4.51MB

日本原子力研究開発機構では、計画中の研究施設等廃棄物浅地中処分施設に、放射能濃度の低いウランを含む廃棄物も処分するための検討を進めている。IAEAやICRPの提案する考え方、調査対象国(米国,カナダ,英国,フランス,スウェーデン)で行われているウラン廃棄物に類似した長寿命放射性廃棄物の処分方策や法規制をまとめ、我が国の処分制度への適用性を整理した。ウランを含む廃棄物をウラン廃棄物と特定せずに、第二種廃棄物埋設で処分することを想定したときの課題を、埋設ウランからのラドン評価、ウラン子孫核種評価、地質の安定性等の観点から整理した。その結果、人間侵入シナリオの評価期間が長期の処分場と、短期の処分場に分けられた。各国の先行事例が多いことから、第二種廃棄物埋設における処分の実現性は最も高いと思われる。制度化にあたっては、この二通りの処分場の対応を踏まえて検討すべきと考える。

論文

Ribbon thickness dependence of the magnetic alloy core characteristics in the accelerating frequency region of the J-PARC synchrotrons

野村 昌弘; 島田 太平; 田村 文彦; 山本 昌亘; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 高田 耕治*; 戸田 信*; 吉井 正人*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 749, p.84 - 89, 2014/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.28(Instruments & Instrumentation)

高いシャントインピーダンスを持つ金属磁性体コアの開発を行っている。コアのシャントインピーダンスはビームパワーを高めるために重要なパラメータである。我々は2つの方向からこのシャントインピーダンスを高めようとしている。一つは磁場中熱処理により磁気特性を向上させる方法。もう一つはコアを構成しているリボンの板厚を薄くすることにより渦電流の効果を弱める方法である。この論文では後者の方法について述べている。

論文

高インピーダンス金属磁性体コアの研究

野村 昌弘; 山本 昌亘; 島田 太平; 田村 文彦; 大森 千広*; 戸田 信*; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 吉井 正人*; Schnase, A.*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.217 - 220, 2014/06

J-PARCシンクロトンでは高周波加速空胴に金属磁性体コアを採用している。高いシャントインピーダンスを得るために、コアの占積率,リボン板厚,磁化過程を変えてシャントインピーダンスの測定を行った。コア巻きテンションを強くして占積率を高めた場合は、強いコア巻きテンションンの影響で磁気特性が劣化し、逆にシャントインピーダンスは低くなった。薄いリボンや磁化過程が回転磁化のコアは加速周波数領域まで高い透磁率が保たれ、高いシャントインピーダンスを得ることができた。本成果は、加速器を安定に運転するうえで、重要な成果である。

報告書

欧州地域のウラン廃棄物処分に関する調査; フランス,英国及びスウェーデンにおける処分及び規制の現状

佐藤 和彦; 坂井 章浩; 秦 はるひ; 麓 弘道*; 川越 浩; 齋藤 龍郎; 長谷川 信

JAEA-Review 2014-006, 78 Pages, 2014/03

JAEA-Review-2014-006.pdf:4.61MB

本書では、ウラン廃棄物処分方策の検討に資するため、平成24年度に実施した米国及びカナダの調査に引き続き、フランス、英国及びスウェーデンでのウランを含む長寿命低レベル放射性廃棄物処分に関する安全評価の基本的考え方や産業廃棄物(以下、産廃)処分等を中心に調査した結果を報告する。

報告書

北米地域のウラン廃棄物処分に関する調査; 米国ユタ州,テキサス州及びカナダオンタリオ州における処分及び規制の現状

長谷川 信; 齋藤 龍郎; 財津 知久; 佐藤 和彦; 坂井 章浩; 麓 弘道*

JAEA-Review 2013-043, 42 Pages, 2013/12

JAEA-Review-2013-043.pdf:4.24MB
JAEA-Review-2013-043-appendix(CD-ROM).zip:10.55MB

ウラン廃棄物は、第二種廃棄物埋設の事業に関する安全審査の基本的考え方(平成22年8月9日、原子力安全委員会決定)において、第二種廃棄物の埋設事業の処分対象外とされている。このため、国内においてウラン廃棄物に係る浅地中処分の制度化を検討する必要があるが、検討にあたっては、海外におけるウラン廃棄物処分の実績及び安全規制制度の情報を参考にすることが有効と考えられる。ウラン廃棄物の処分については各国とも時代とともに規制の考え方や事業が進展しており、既存の調査から得た情報の更新が必要である。さらに、劣化ウランの安全な浅地中処分のために米国連邦規則改定が進みつつあり、これに関連した最新の情報を収集して整理することが重要である。そのため、(1)「米国連邦規則の改定」、(2)「ウラン廃棄物の安全評価」、(3)「処分場設計」、(4)「ステークホルダーとのかかわり方」の4つの項目に注目し、米国とカナダにおけるウラン廃棄物の処分場等の処分実施主体及び規制機関を訪問し、施設調査及び聞き取り調査を行った。

論文

Mo recycling property from generator materials with irradiated molybdenum

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$$^{rm 99m}$$Tcの親核種である$$^{99}$$Mo国産化のための技術開発を進めている。国産の$$^{99}$$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,$$gamma$$)法を提案している。しかしながら、比放射能の高い$$^{99}$$Moを製造するためには、高価な濃縮$$^{98}$$MoO$$_{3}$$粉末が必要であること、さらに、$$^{99}$$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$$_{3}$$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。

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