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論文

放射線防護と放射線生物のお見合い; 若手研同士の合同勉強会

片岡 憲昭*; 中嶌 純也; 三輪 一爾; 廣田 誠子*; 坪田 陽一; 山田 椋平; 藤通 有希*; 石川 純也*; 砂押 正章*

保健物理(インターネット), 54(2), p.140 - 145, 2019/06

2018年12月1日に日本保健物理学会若手研究会と若手放射線生物学研究会が開催した合同勉強会(東京大学本郷キャンパス)について報告するものである。

論文

Measurement of aluminum activation cross section and gas production cross section for 0.4 and 3-GeV protons

明午 伸一郎; 西川 雅章; 岩元 大樹; 松田 洋樹

EPJ Web of Conferences, 146, p.11039_1 - 11039_4, 2017/09

BB2016-1181.pdf:0.4MB

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.61

J-PARCセンターで進めている核変換実験施設(TEF)の要素技術試験の一環として、加速器とターゲットステーションの隔壁となるアルミからなる陽子ビーム窓の寿命評価のためにアルミの放射化断面積を測定した。実験では、J-PARCの3GeV陽子シンクロトロン(RCS)から出射するビームを用い、RCSのビームダンプにアルミフォイルを設置し、0.4GeV及び3GeV陽子を入射しAl(p,x)$$^7$$Be-7、Al(p,x)$$^{22}$$Na及びAl(p,x)$$^{24}$$Na反応の断面積を残留核から生成する$$gamma$$線の測定から導出した。さらに物質・生命科学実験施設内に設置されたミュオン生成用の炭素ターゲットから生成するガスを四重極質量分析器で分析し、炭素のガス生成断面積を測定した。J-PARCの加速器施設は、陽子ビームの強度モニタが高精度に校正されていること、陽子ビームがよくコリメートされていること、更に陽子エネルギが高精度に測定できること等により、既存の実験データより高い精度で断面積が測定できることがわかった。また、本測定で得られた結果と評価済み核データ(JENDL/HE-2007)の比較の結果、JENDL/HE-2007は最大で30$$%$$程度の違いはあるものの、概ね実験結果をよく再現することがわかった。さらにTEFの核設計に用いられているPHITSコードよる計算結果との比較を行った。PHITSに最新の核内カスケードモデルによる計算は、概ね実験を再現するものの40$$%$$程度の過小評価を与えることがわかった。本研究や今後の反応断面積測定により核データや核反応モデルの高度化が期待できる。

論文

Ion species/energy dependence of irradiation-induced lattice structure transformation and surface hardness of Ni$$_{3}$$Nb and Ni$$_{3}$$Ta intermetallic compounds

小島 啓*; 金野 泰幸*; 越智 雅明*; 千星 聡*; 堀 史説*; 斎藤 勇一*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Materials Transactions, 58(5), p.739 - 748, 2017/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:31.31(Materials Science, Multidisciplinary)

Ni$$_{3}$$Nb及びNi$$_{3}$$Ta金属間化合物に対して、1-200MeVの広範囲のエネルギーのイオン(He-Au)を照射して、照射効果のイオン種依存性とエネルギー依存性を、斜入射X線回折とX線吸収微細構造分析を利用して系統的に調べた。どちらも、照射量レベルは異なるものの、イオン照射によって秩序構造の結晶構造から非晶質構造に変態することが分かった。また、そのような照射効果を決定づけるのは、弾性衝突に伴う材料への付与エネルギーであることが判明した。

論文

Update status of the J-PARC 3NBT control system

大井 元貴; 明午 伸一郎; 圷 敦*; 川崎 智之; 西川 雅章*; 福田 真平

Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '15), p.89 - 96, 2016/00

J-PARCでは、3GeV, 1MWの陽子ビームを3GeV陽子ビーム輸送施設(3NBT)を経由して核破砕中性子源施設に輸送する。J-PARCのような大出力の加速器施設では、僅かなビームロスであっても、重大な故障に発展する可能性があるため、小さな異常の段階で迅速に検知するためのシステムが必要であり、EPICSとCSS(Control System Studio)を用いた監視制御システムを開発した。これにより、モニタデータを複合的に評価する環境を構築した。また、ビーム調整を効率よく行うためにSADコードを用いた制御システムを開発し、数ショットのビームで容易にビーム診断および調整を可能にし、ビーム電流密度の平坦化を目的として導入された8極電磁石に起因する非線形ビーム光学への対応も行った。これらのビーム輸送系の制御改良により、ビーム調整の手順が簡略化し数クリックで軌道調整が可能になり、また、習熟度の低いオペレータでも容易に軌道調整が可能になった。

論文

Research and development of high intensity beam transport to the target facilities at J-PARC

明午 伸一郎; 大井 元貴; 池崎 清美*; 川崎 智之; 木下 秀孝; 圷 敦*; 西川 雅章*; 福田 真平

Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '15), p.255 - 260, 2016/00

At the J-PARC, spallation neutron and muon sources has built at placed at the MLF by using 3-GeVproton beam. By the result of post irradiation examination of the mercury target vessel, damage was found on the surface of the vessel due to the pitting erosion caused by the proton beam. Since the pitting erosion is known to be proportional to the 4th power of the beam current density, peak current density should be kept as low as possible so that beam-flattening system by nonlinear beam optics using octupole magnets was developed. For efficiently beam tuning, a tool was developed by using SAD code system. By the result of the beam study, the peak current density at the target can be reduced by 30% with the present nonlinear optics.

論文

Development of a turbo-molecular pump with a magnetic shield function

荻原 徳男; 柳橋 亨; 引地 裕輔; 西川 雅章; 神谷 潤一郎; 和田 薫*

Vacuum, 98, p.18 - 21, 2013/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:30.5(Materials Science, Multidisciplinary)

In order to safely use turbo-molecular pumps (TMPs) in a magnetic field, it is necessary to reduce the eddy current induced on the rotating rotor. Usually, a magnetic shield facility is added to a normal TMP available in the market. In this study, we have developed a TMP with a magnetic shield function by replacing the housing materials with a ferromagnetic substrate, SUS430. Before and after machining, SUS430 was vacuum-fired at 700$$^{circ}$$C for 10 h in order to have good vacuum quality and to recover high magnetic permeability. The magnetic shield efficiency of a housing made of SUS430 was examined. When the vertical magnetic field of 0.009 T was applied, the field inside of the TMP was reduced to less than 0.0003 T. We then confirmed that the developed TMP shows a good performance in achieving an ultrahigh vacuum in magnetic fields of up to 0.009 T.

論文

Vacuum chamber made of soft magnetic material with high permeability

神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 西川 雅章; 引地 裕輔; 柳橋 亨; 金正 倫計

Vacuum, 98, p.12 - 17, 2013/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:38.93(Materials Science, Multidisciplinary)

ビームパワーの大強度化が進む粒子加速器や、核融合における一つの課題は不必要な磁場をいかにして遮蔽し、安定したビーム軌道を得られるかということである。ビームに対して不必要な磁場を最も効果的に遮蔽をすることは、最もビームに近い場所でビームの周りを磁性材料で完全に覆うことである。ビームの存在する真空容器を磁性材料化することが、完全な磁場遮蔽であるといえる。われわれは、現在漏洩磁場によりビーム軌道に影響がでているJ-PARC 3GeVシンクロトロン出射部の真空容器に対し、磁性材料化を適用することとした。しかしながら、磁気性能及び真空性能を併せ持つ真空容器の実績はない。そこで必要な磁気性能及び真空性能を満たすための課題を洗い出し、それらに対し実測に基づき検証を行った。その結果、磁気遮蔽性能及び真空性能の非常に優れた強磁性体材料製真空容器を開発することに成功したので報告する。本開発結果により、ビームを安定な軌道で運転でき、ビームロスを低減することが期待されるため、加速器をより安定に運転することが可能となる。

論文

J-PARC 3GeVシンクロトンにおけるキッカー電磁石フェライトコアの脱ガス処理

荻原 徳男; 菅沼 和明; 引地 裕輔; 西川 雅章; 柳橋 亨; 神谷 潤一郎; 金正 倫計

Journal of the Vacuum Society of Japan, 56(5), p.159 - 162, 2013/05

Kicker magnets are used to kick out the accelerated beam to the transport lines in the RCS of the J-PARC. A high voltage is applied to kickers for a short period, so they must be installed in a vacuum to prevent discharge. Therefore, it is important to reduce the outgassing of water vapor from the ferrite cores. This time, we have decided to construct the reserve magnets with very low outgassing at high-voltage discharge. First of all, the thermal desorption behavior of the ferrite was investigated by thermal desorption spectroscopy (TDS). TDS spectra show two peaks of water vapor: at 150$$^{circ}$$C and 300$$^{circ}$$C. Carbon dioxide is rather largely emitted with the peak around 275$$^{circ}$$C and then decreases with the temperature. From these results, the ferrite cores were vacuum-fired at 450$$^{circ}$$C for 48 h. Then the good properties for the magnetic cores were confirmed. And now the performances of the kicker magnet are examined.

論文

Visualization of focused proton beam dose distribution by atomic force microscopy using blended polymer films based on polyacrylic acid

大道 正明*; 高野 勝昌*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; 加田 渉; 杉本 雅樹; 西川 宏之*; et al.

Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 12, p.7401 - 7404, 2012/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.81(Chemistry, Multidisciplinary)

A new visualization method for dose distribution of a focused proton beam in sub-micrometer scale was developed using a formation of a bulky cross-linked structure of polyacrylic acid -$$N$$, $$N$$'-methylence bisacrylamide, blend film. The areas irradiated by the focused proton beam were swelled on the film. The height of the swelling was significantly increased according to the beam fluence and the increase of containing ratio of the methylence bisacrylamide. The height was saturated at the fluence of 5$$times$$10$$^5$$ ions/$$mu$$m$$^{2}$$. The proton beam-sensitive polymer film was used for the analysis of dose distribution on its surface. The irradiated surface was observed by employing an atomic force microscope. This observation result showed that the method could be used to confirm the writing patterns and the beam-spot shape. Nanostructures with a crescent shape are visualized clearly at a misaligned beam-spot shape in the set up of the beam-optics.

論文

Microprocessing of arched bridge structures with epoxy resin by proton beam writing

高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; et al.

Journal of Photopolymer Science and Technology, 25(1), p.43 - 46, 2012/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:7.78(Polymer Science)

The proton beam writing (PBW) with energy of several MeV ranges is a unique tool of three-dimensional microprocessing for a polymer material. Three-dimensional structures like a bridge structure can be fabricated by the double exposures of PBW with two deferent energies followed by the one-time development using etching solution. In this study, the fabrication of an arched bridge was attempted by means of the supercritical drying with liquid carbon dioxide to a SU-8 photoresist film, as the polymer material, coated on a substrate of epoxy sheet, after the PBW process. In the exposures, two patterns of bridge girders and piers were written with 0.5 and 3 MeV proton beams to the SU-8 photoresist films, respectively. After these writings, the photoresist films were developed with the solution of diacetone alcohol and rinsed with the solution of isopropyl alcohol. Then the supercritical drying with liquid carbon dioxide was used at 12 MPa, 40$$^{circ}$$C. As the results, the bridge structures with curved girders to the vertical direction were formed due to the swelling effect of the photoresist film on the drying. In the conference, the microprocessing method of the bridge structure and the swelling effect of the photoresist film will be represented in detail.

論文

Fabrication of concave and convex structure array consisted of epoxy long-nanowires by light and heavy ion beams lithography

高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; et al.

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 37(2), p.237 - 240, 2012/06

A three dimensional microfabrication technique for polymer films has been investigated on the basis of fabricating micrometer structures composed of the fine wire structures which were fabricated by the chemical reaction induced along ion tracks of heavy ions with the energy of hundred MeV. In this study, we propose a new hemispherical microfabrication technique of epoxy resin for the fabrication of optical lenses using two times irradiation technique combining proton beam writing and low fluence irradiation of heavy ion beam. At first, an epoxy resin films composed of an etching and a non-etching layers of epoxy resin were irradiated at a frame pattern using a 3 MeV focused proton beam. At second, the low fluence irradiation of 450 MeV $$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ was performed by a raster line scanning with oblique angle of 45 degree. Finally, the non-irradiated area of the etching layer of the films were etched by the developer. The observation of the etched films showed that the dome-like structures arrayed with a grid were formed on the non-etching layer of the epoxy resin films. The more detailed observation showed that each dome was composed of the fine wire structures formed by cross-linking reactions induced along the $$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ tracks. The domes are expected to function as optical condenser-lenses.

論文

Status of the vacuum system in J-PARC RCS

神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 西川 雅章; 引地 裕輔; 柳橋 亨; 金正 倫計

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.2522 - 2524, 2012/05

加速器において、ビームと真空の相互作用はビームラインの圧力上昇という形で観測される。J-PARC 3GeVシンクロトロンでは、ビームパワー300kWというかつてない大強度ビーム運転を行い、陽子ビームと真空の相互作用が観測され始めている。これまで、圧力上昇の原因は、(1)高エネルギービームによる真空壁表面からの気体の脱離、(2)残留ガスがビームとの散乱により作られるイオン(or電子)による真空壁表面からの気体の脱離、(3)化学反応による真空壁表面からの気体の脱離、等が考えられてきた。今回の報告では、ビームロスとの相関,長期ビーム運転による圧力上昇の変化等を調べることでこれらの原因を探ることを目的とする。また、2011年3月の東日本大震災時の真空システムの挙動,被害状況,復旧方法、その後の真空システム状況についても合わせて報告する。

論文

Reduction of outgassing from the ferrite cores in the kicker magnet of J-PARC RCS

荻原 徳男; 菅沼 和明; 引地 裕輔; 西川 雅章; 柳橋 亨; 神谷 潤一郎; 金正 倫計

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.487 - 489, 2012/05

Kicker magnets are used to kick out the accelerated beam to the beam transport lines in the RCS of the J-PARC. A high voltage is applied to kickers for a short period, so they must be installed in a vacuum to prevent discharge. Therefore, it is important to reduce the outgassing of water vapor from the ferrite cores. After bake-out at 200$$^{circ}$$C for 300 hours, the outgassing rate decreased to less than 1$$times$$10$$^{-7}$$ Pam/s. However, the small amount of water vapor and carbon monoxide were emitted from the ferrite cores at charging voltage of 80 kV. This time, we have decided to construct the reserve magnets with very low outgassing at high-voltage discharge. First of all, the thermal desorption behavior of the ferrite was investigated. Water vapor has two peaks: at about 150$$^{circ}$$C and 350$$^{circ}$$C. Carbon monoxide is rather largely emitted around 400$$^{circ}$$C and then decreases with the temperature. From these results, the ferrite cores were vacuum-fired at 450$$^{circ}$$C for 48 h. Then the good properties for the magnetic cores were confirmed. And now the assembling of the kicker magnet is undertaken.

論文

Fabrication of poly(9,9'-dioctylfluorene)-based nano- and microstructures by proton beam writing

前吉 雄太*; 高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(4R), p.045201_1 - 045201_4, 2012/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.05(Physics, Applied)

A relation between the fluence and the beam-induced chemical reaction in poly(9,9'-dioctylfluorene), PFO, films has been investigated to fabricate PFO-based nano-micro structures using Proton Beam Writing, PBW. In this investigation, we observed that the cross-linking reaction in PFO occurred without a cross-linking agent using PBW. Furthermore, not only the surface morphology but also structure and shape on PFO films were changed from nano-meter to micro-meter size by controlling the fluence of proton beam irradiation on the basis of the investigation. Consequently, the structure of the arabic numbers was successful fabricated as three-dimensional PFO structures with the aspect ratio of 12 at the fluence of 3.5 $$times$$ 10$$^6$$ ions/$$mu$$m$$^2$$ by PBW.

論文

キッカー電磁石に組込まれたフェライトのin situでの脱ガス処理

神谷 潤一郎; 荻原 徳男; 西川 雅章; 引地 裕輔; 柳橋 亨; 菅沼 和明

Journal of the Vacuum Society of Japan, 55(4), p.156 - 159, 2012/04

真空容器中の大型構造物を脱ガスする際は、大気側に設置した熱源で真空容器を昇温しその輻射や伝導で構造物を昇温することは一般的に行われる手法である。しかしこの手法には膨大な容量の熱源が必要となる。また、容器の熱のびがあるため使用できる環境が制限される。真空容器を加熱することなく内部の構造物だけを昇温する手法こそが、省エネルギーで最も効率が良い手法といえる。そのためには、熱源を真空容器内部に持ち込み、熱源と真空容器の間を断熱し、構造物への輻射の熱流量を真空容器への熱流量よりも大きくすればよい。加速器においても真空容器内の構造物のみを脱ガスしたいという要求は多々ある。われわれは前述の手法をJ-PARC 3GeVシンクロトロンビーム出射用キッカー電磁石プロトタイプの脱ガスに適用した。電磁石のコアであるフェライトは多孔質な材料であり、気孔に水が吸着し続ける。そのためキッカー電磁石の放出ガスの主成分は水である。このフェライトをin situで水が脱離する温度まで昇温することが重要となる。そこで熱源を真空中に持ち込む手法をキッカー電磁石の脱ガスに適用し、検証実験を行ったので報告する。

論文

放射線治療の高度化のための超並列シミュレーションシステム

斎藤 公明; 齋藤 秀敏*; 国枝 悦夫*; 成田 雄一郎*; 明上山 温*; 藤崎 達也*; 川瀬 貴嗣*; 金子 勝太郎*; 尾嵜 真浩*; Deloar, H. M.*; et al.

情報処理, 48(10), p.1081 - 1088, 2007/10

科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業CRESTの一環として、外部の大学,医療機関,民間企業とチームを組織し、超並列シミュレーション計算を利用して放射線治療の高度化に貢献するための研究開発を行ってきた。この中で、現在広く行われているX線治療に関して、詳細人体モデルとモンテカルロ計算を利用して高精度線量を短時間に行い、ネットワークを介して医療現場を支援するシステムを開発してきた。さらに、これからの治療として期待される陽子線治療に関して、レーザーにより発生する陽子線を利用して小型で安価な陽子線治療装置を開発するための基礎的な研究を行ってきた。平成14年に開始した本プロジェクトはそれぞれのサブテーマについて成果を挙げ、平成19年度に終了する予定である。これらのプロジェクト研究の全容についてまとめて紹介する。

報告書

高減容処理施設の建設整備及び運転管理について

樋口 秀和; 大杉 武史; 中塩 信行; 門馬 利行; 藤平 俊夫; 石川 譲二; 伊勢田 浩克; 満田 幹之; 石原 圭輔; 須藤 智之; et al.

JAEA-Technology 2007-038, 189 Pages, 2007/07

JAEA-Technology-2007-038-01.pdf:15.13MB
JAEA-Technology-2007-038-02.pdf:38.95MB
JAEA-Technology-2007-038-03.pdf:48.42MB
JAEA-Technology-2007-038-04.pdf:20.53MB
JAEA-Technology-2007-038-05.pdf:10.44MB

高減容処理施設は、放射性廃棄物の廃棄体を作製する目的で日本原子力研究開発機構原子力科学研究所(旧日本原子力研究所東海研究所)に建設された施設である。施設は、大型金属廃棄物の解体・分別及び廃棄体等の保管廃棄を行う解体分別保管棟と溶融処理等の減容・安定化処理を行って廃棄体を作製する減容処理棟からなる。減容処理棟には、金属溶融炉,プラズマ溶融炉,焼却炉,高圧圧縮装置といった減容・安定化処理を行うための設備が設置されている。本報告では、施設建設の基本方針,施設の構成,各設備の機器仕様と2006年3月までに行った試運転の状況などについてまとめた。

論文

Structure of air-water two-phase flow in helically coiled tubes

村井 祐一*; 吉川 信治; 戸田 信一*; 石川 正明*; 山本 富士夫*

Nuclear Engineering and Design, 236(1), p.94 - 106, 2006/01

 被引用回数:54 パーセンタイル:96.34(Nuclear Science & Technology)

ヘリカルコイル伝熱管内の気液二相流挙動を従来より機構的に把握するための取り組みとして、透明なガラス製のヘリカルコイル内の空気と水の混相流を高速度カメラで撮影し、遠心力や管の曲率による二次流れによって直管内の二相流とどのような違いが生じるかを観察した。その結果、液相に作用する遠心力の影響によって直管に比してバブル流の領域が減少すること、曲率の大きな管では圧力変動周波数スペクトルが複数のピークを有すること、重力に対して遠心力が大きな場合には液相が管内のコイル中心から見た外側を主に流れるため、気相の流速が気液合成流速よりも遅くなる場合があることなどが確認された。

論文

Quantification of gas-entrainment using dynamic PIV

武山 洪二郎*; 岡本 孝司*; 石川 正明*; 上出 英樹

Proceedings of 6th International Symposium on Particle Image Velocimetry (CD-ROM), 7 Pages, 2005/09

自由液面からのガス巻き込み現象について、その可視化計測手法を開発した。渦は非定常に生成され、その継続時間は0.3秒程度である。この短時間の現象を高速度カメラとパルスレーザを用いてダイナミックPIVを行い、ガルバノミラーでパルスレーザを同期することにより、くぼみ渦と下降流速、循環についての評価を行った。

報告書

蒸発器ヘリカルコイル内気液二相流の多次元解析

村井 祐一*; 山本 富士夫*; 石川 正明*; 酒井 康丞*; 大岩 浩司*; 戸田 信一; 吉川 信治; 玉山 清志

JNC TY4400 2003-006, 75 Pages, 2003/06

JNC-TY4400-2003-006.pdf:12.95MB

高速増殖原型炉「もんじゅ」では、蒸発器と過熱器においてヘリカルコイル形伝熱管が利用される。ヘリカルコイル形伝熱管は、U形伝熱管に比べ構造的にコンパクトで、かつ、流動の急曲折部をもたないため流力振動の発生要因が少ないという利点を持つ。一方、ヘリカルコイル形では、その経路によって内部二相流に対する定常的な遠心力の大きさに分布がある。また、複数の伝熱ループが曲率半径と距離の異なる経路を通り、それらが同じ圧力差で駆動される点で、並列流路管での動特性に位相差を生じうる。これらの現象については、伝熱および圧力損失の多次元的特性を考慮した詳細な解析を進め、より高い性能安定性を保証するよう検討しなければならない。本研究では、ヘリカルコイル内二相流の可視化・画像解析システムを構築し、これらの課題解決に資するものとする。本研究の成果は以下にまとめられる。ヘリカルコイル流路実験装置を製作し、可視化実験による流動様式マップの作成、ならびにステレオ画像処理による界面構造の抽出を試みた。また、気泡流における数値シミュレーションを遂行した。以上の研究より、以下のことが分かった。

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