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論文

Study on loss-of-cooling and loss-of-coolant accidents in spent fuel pool, 2; Fuel cladding oxidation

根本 義之; 加治 芳行; 金沢 徹*; 中島 一雄*; 東條 匡志*

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 8 Pages, 2019/05

使用済燃料プールでの事故解析を目的としたシビアアクシデントコードの高度化においては、被覆管材料の当該事故条件での酸化モデルの構築及びその導入が必要である。著者らは短尺の被覆管試料を用いた当該事故模擬の温度条件、環境条件での熱天秤を用いた酸化試験結果に基づき、酸化モデルの構築を行った。また長尺の被覆管試料を用いた当該事故模擬条件での酸化試験を行い、酸化モデルによる解析結果と実験結果について比較検討を行い、酸化モデルの検証を行った。酸化試験においては酸化反応による雰囲気中の酸素欠乏に関しても実験及び解析による評価を行い、その結果に基づき、雰囲気中の酸素欠乏の被覆管酸化挙動に及ぼす影響や、それを考慮した今後の酸化モデルの高度化について議論を行なった。

論文

Study on loss-of-cooling and loss-of-coolant accidents in spent fuel pool, 4; Investigation of fuel loading effects in BWR spent fuel rack

東條 匡志*; 金沢 徹*; 中島 一雄*; 岩本 達也*; 小林 謙祐*; 後藤 大輔*; 根本 義之; 加治 芳行

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 13 Pages, 2019/05

沸騰水型軽水炉の使用済燃料プールにおける、冷却水損失,冷却不全等による事故時の安全性向上を目的として、使用済み燃料ラック内における燃料配置手法の検討を3次元解析に基づいて実施した。その際、崩壊熱の正確な評価、ラック体系の熱伝達評価による燃料温度の把握、破損時の幾何形状なども考慮した臨界性等について考慮する必要がある。本研究においては、これらに関してそれぞれ3次元体系の解析コードによる評価を行い、それらの結果を総合的に検討することにより、事故進展に及ぼす燃料配置の影響について議論を行なった。またそれらの知見に基づき、安全性向上に寄与しうる燃料配置手法について考察を行なった。

論文

Study on oxidation model for Zircalloy-2 cladding in SFP accident condition

根本 義之; 加治 芳行; 鬼澤 崇*; 金沢 徹*; 中島 一雄*; 東條 匡志*

Proceedings of Annual Congress of the European Federation of corrosion (EUROCORR 2018) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2018/09

ジルカロイ2被覆管の短尺試験片を用いて乾燥空気及び空気と蒸気混合雰囲気での高温酸化試験データに基づく酸化モデルを提案している。使用済燃料プール事故時を模擬した長尺試験片の酸化挙動を解析するために、酸化モデルを計算熱流動解析コードに提供した。空気中での酸化皮膜成長挙動は酸化モデルを用いた計算結果により良く再現できるが、空気と蒸気混合雰囲気では過度に保守的な評価となっている。事故時の使用済燃料ラックにおける雰囲気成分の変化の影響について議論した結果について紹介する。

論文

Investigation of Zircaloy-2 oxidation model for SFP accident analysis

根本 義之; 加治 芳行; 小川 千尋; 近藤 啓悦; 中島 一雄*; 金沢 徹*; 東條 匡志*

Journal of Nuclear Materials, 488, p.22 - 32, 2017/05

AA2016-0383.pdf:0.86MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.14(Materials Science, Multidisciplinary)

これまでにジルカロイ2被覆管の熱天秤による空気中酸化試験を行ったが、本研究ではそのデータに基づいて使用済み燃料プール(SFP)事故時の被覆管の酸化挙動の解析に適用可能な酸化モデルの構築を行った。その検証にあたり長尺被覆管の酸化試験に関して当該酸化モデルを適用した数値流体解析を行った。酸化試験はSFP事故を模擬した空気流量条件中で高温の温度勾配を付与して実施した。構築した酸化モデルを適用した解析は酸化試験での被覆管表面の酸化皮膜及び多孔質な酸化層の成長をよく再現し、酸化モデルの妥当性が確認できた。本研究の試験条件の範囲では空気流量条件の酸化挙動への影響は明らかには見られなかった。

論文

Ultra-intense, high spatio-temporal quality petawatt-class laser system and applications

桐山 博光; 下村 拓也; 森 道昭; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; et al.

Applied Sciences (Internet), 3(1), p.214 - 250, 2013/03

 被引用回数:15 パーセンタイル:56.25(Chemistry, Multidisciplinary)

ペタワット級超高強度レーザーの利用研究に向けてのレーザー高度化技術開発として、原子力機構で開発を進めている高度に時間・空間制御されたペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の紹介を、招待論文(Invited paper)として行う。また、本レーザーシステムにより創出された粒子加速、高輝度X線発生などの研究成果についても報告を行う。

論文

高コントラスト・高ビーム品質・高強度レーザーの開発

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一*; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 38(9), p.669 - 675, 2010/09

高強度レーザーの時間・空間制御技術に関するレビューである。時間制御技術は主パルスと背景光の強度比を向上させる高コントラスト化であり、先駆けて開発した高エネルギーシード型低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法について紹介する。空間制御技術は高エネルギービームの空間強度均質化であり、回折光学素子を用いた手法について紹介する。これらの手法の特徴を詳細に紹介するとともに、これらの制御技術を用いて得られた時間・空間特性についても報告する。

論文

High-contrast (10$$^{10}$$), high-intensity (500 TW) J-KAREN laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

JAEA-Conf 2010-002, p.18 - 21, 2010/06

従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器(CPA)と光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を組合せた高強度フェムト秒レーザーシステムの開発を行い、パルス圧縮前で30Jを超える高い増幅エネルギーを得た。再パルス圧縮することで約500TW級の高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。低利得のOPCPAを用いることにより、サブナノ秒の時間領域において10桁を超えるコントラスト、ナノ秒の時間領域において12桁程度の高いコントラストを得た。また、高エネルギー励起用グリーンレーザーの空間パターンを回折光学素子により制御し、ほぼ完全なフラットトップの空間プロファイルを得た。このシステムにより粒子加速などの高強度レーザーと物質との相互作用の実験的研究が進展するものと期待される。

論文

High temporal and spatial quality petawatt-class Ti:sapphire chirped-pulse amplification laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田上 学*; 金沢 修平; 若井 大介*; 笹尾 文崇*; 岡田 大; et al.

Optics Letters, 35(10), p.1497 - 1499, 2010/05

 被引用回数:84 パーセンタイル:95.76(Optics)

高強度チタンサファイアCPA(チャープパルス増幅)レーザーにおいて、30$$mu$$Jの高エネルギーシーダーを用いることにより光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を低利得で動作させることで、5$$times$$10$$^{-11}$$の高いコントラスト(主パルスに対する背景光び強度比)を達成した。また、大口径チタンサファイアレーザー増幅器に対して液体のクラッディングを初めて導入して寄生発振を抑制するとともに回折光学素子を用いた空間ビーム均質化を行いフィリングファクター(空間的なビームのピーク強度に対する平均強度)を80%程度にまで向上させることで、理論限界に近い増幅効率で30J以上の大出力を得た。

論文

High spatiotemporal-quality petawatt-class laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

Applied Optics, 49(11), p.2105 - 2115, 2010/04

 被引用回数:39 パーセンタイル:85.41(Optics)

近年の高強度レーザー発生技術の急速な進展により、ペタワット(PW)級のピーク出力を有するレーザー装置が開発され、粒子加速,高エネルギー物理等多くの研究に利用されようとしている。このようにレーザー装置の高強度化が進むとともに、実際の応用に向けての研究開発として、時間構造や空間構造の向上に移行しつつある。本論文では、高強度レーザーの時間制御技術として背景光抑制、及び空間制御技術としてビーム均質化を原子力機構で開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。

論文

Application of laser-accelerated protons to the demonstration of DNA double-strand breaks in human cancer cells

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 森 道昭; 手島 昭樹*; 沼崎 穂高*; 村上 昌雄*; 出水 祐介*; 赤城 卓*; 永山 伸一*; et al.

Applied Physics Letters, 94(18), p.181502_1 - 181502_3, 2009/05

 被引用回数:102 パーセンタイル:94.73(Physics, Applied)

We report the demonstrated irradiation effect of laser-accelerated protons on human cancer cells. ${it In-vitro}$ (living) A549 cells are irradiated with quasi-monoenergetic proton bunches of 0.8-2.4 MeV with a single bunch duration of 15 ns. Irradiation with the proton dose of 20 Gy results in a distinct formation of $$gamma$$-H2AX foci as an indicator of DNA double-strand breaks generated in the cancer cells. This is a pioneering result in view of future investigations on the radiobiological effects of laser-driven ion beams. Unique high-current and short-bunch features make laser-driven proton bunches an excitation source for time-resolved determination of radical yields.

論文

Quadrupole and hexadecapole ordering in DyB$$_2$$C$$_2$$; Direct observation with resonant X-ray diffraction

田中 良和*; 稲見 俊哉; Lovesey, S. W.*; Knight, K. S.*; Yakhou, F.*; Mannix, D.*; 國分 淳*; 金澤 雅行*; 石田 興太郎*; 七尾 進*; et al.

Physical Review B, 69(2), p.024417_1 - 024417_11, 2004/01

 被引用回数:35 パーセンタイル:79.84(Materials Science, Multidisciplinary)

Dy L$$_{III}$$吸収端における電気四重極遷移による共鳴X線回折を用いて、DyB$$_2$$C$$_2$$の4$$f$$四重極及び十六重極秩序の直接観測を行った。回折データは24.7KにおけるDyの点群の4/$$m$$から2/$$m$$への対称性の低下と時間に偶でA$$_{g}$$対称性を持ったDy多重極の秩序に伴う構造変化を示した。この温度以下では結晶構造は空間群$$P$$4$$_2$$/$$mnm$$で記述され、Dyイオンは4$$c$$サイトを占める。この温度ではBとCからなる格子の変形が起こり、これは2/$$m$$の2回軸に垂直なBC面のバックリングに等しい。Dyの低エネルギー状態のモデルを示し、比熱,われわれのX線回折データ,中性子回折による磁気秩序との関係を論じる。

口頭

High intensity, high beam quality laser pulses with a double CPA, OPCPA/Ti:sapphire laser system for studying relativistic light-matter interactions

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; 金沢 修平; 匂坂 明人; 大東 出; et al.

no journal, , 

チャープパルス増幅(CPA)法により高強度レーザー技術は著しく進展し、現在、相対論領域でのレーザーと物質との相互作用の実験的研究が可能となっている。最近、原子力機構において、60TW, 30fs, 10Hzで動作するJ-KARENレーザーを用いることにより、10$$^{10}$$桁以上の高いコントラスト、10$$^{20}$$W/cm$$^2$$以上の高い集光強度を達成した。ここでは、J-KARENレーザーのPWレベルへのアップグレードについて述べる。既存の60TW級J-KARENレーザーからの3Jのチャープパルスは50mm$$phi$$のビーム径にアップコリメーションされ、80mm$$phi$$の大口径チタンサファイア増幅器によりさらに増幅される。励起レーザーにはNd:ガラスレーザーの第二高調波光を用い、高信頼性,高安定性動作のために、回折光学素子を用いて空間パターンの均質化を行っている。圧縮前で30Jを超える高い増幅エネルギーを高いビーム品質で得た。本システムにより、再圧縮することにより、約500TW級の高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。

口頭

Demonstration of high peak power, high contrast OPCPA/Ti:sapphire hybrid laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; 金沢 修平; 匂坂 明人; 大東 出; et al.

no journal, , 

原子力機構において、開発を進めている高強度チタンサファイアレーザー(J-KARENレーザー)の開発の現状に関する報告である。60TWのピーク出力で動作するJ-KARENレーザーのさらなる高強度化のために、最近大口径チタンサファイア結晶を新たに付加した。100J級のNd:ガラスレーザーの第二高調波光の空間パターンを回折光学素子により制御し、増幅される高強度レーザー光のビーム品質を向上させている。また、時間制御技術として独自に光パラメトリックチャープパルス増幅器を改良・導入することにより、主パルスに付随するノイズ成分を著しく低減することに成功している。本システムにより、500TWを超えるピーク出力で、高い空間一様性,低いノイズ成分を有するレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることが明らかとなった。本会議の招待講演では、これまでのJ-KARENレーザーと最近新たに付加した大口径増幅器の動作特性について報告する。

口頭

高コントラスト,高品質ビーム,PW級J-KARENレーザー

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

高強度レーザー技術の進展により、10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$を超える高い集光強度が実現できるようになった。しかしながら、出力パルスの時間構造において、主パルスに先立って6桁から8桁程度強度の低いプリパルスが存在する。このため、プリパルスによりターゲットが破壊されたり、プリプラズマが生成され主パルスとターゲットとの相互作用を妨げる。われわれは光パラメトリックチャープパルス増幅法(OPCPA)を改良し、高強度チタンサファイアレーザーに世界に先駆けて導入することで、主パルスに付随するプリパルスを主パルスに対して11桁以上抑制することに成功した。また、ほぼ一様な強度の高いビーム品質で500TW級の高い強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。

口頭

高強度レーザーの高コントラスト・高ビーム品質技術

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

ペタワット(1千兆ワット)のピーク強度を有する超高強度レーザーの小型化,信頼性の向上に伴い、レーザー駆動粒子加速をはじめとした相対論領域の超高強度利用研究が推進されている。このような利用研究を推進するうえで極めて重要なのは、コントラスト(メインパルスとそれに付随する背景光の強度比)である。光パラメトリックチャープパルス増幅法を改良し、高強度チタンサファイアレーザーに世界に先駆け導入することで不必要なノイズ成分をメインパルスに対して1000億分の1以下に抑えることに成功したので紹介する。また、高効率増幅や信頼性などの向上のために回折光学素子を導入し、空間的にほぼ完全なフラットトップの良好なパターンを得ることができたので併せて報告する。

口頭

Demonstration of a temporally and spatially high quality petawatt-lass laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 金沢 修平; et al.

no journal, , 

近年の高強度レーザー技術の急速な進展に伴い、世界各国で超高強度ピーク出力を有するレーザー装置が開発され、多くの研究に利用されようとしている。実際の応用を考えたとき、ピーク出力向上のみならず時間構造や空間構造,ビーム安定性が重要となる。本講演では、高強度レーザーの空間制御技術として背景光の抑制,空間制御技術としてビーム均質化、及びレーザー光路の自動制御化を原子力機構において開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。

口頭

Demonstration of a high spatiotempral-quality petawatt-class Ti:sapphire CPA laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一*; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 金沢 修平; et al.

no journal, , 

フロントエンドとして高エネルギー・高コントラストシード光を用いて低利得で動作させた光パラメトリックチャープパルス増幅器を独自に設計・試作し、PW級のレーザーシステムに実際に導入することで、10$$^{-11}$$オーダーの高いコントラスト動作を実証した。また、主パルス近傍のコントラストを劣化させる原因として、(1)ASE,(2)パラメトリック蛍光,(3)高次の位相歪み,(4)ランダム位相ノイズ,(5)OPCPAについて考察し、得られた実験データと理論計算との比較・評価を行った。これらより劣化の原因は、ランダム位相ノイズ、及びOPCPAノイズが複合しておきたものと考えられ、軽減するためには周波数依存で空間的に位相ノイズが存在し、しかもレーザーショット事のふらつき等を考えるとレーザー自身の制御だけでは難しく、パルス圧縮後にプラズマミラーの利用等が必要となることが明らかとなった。

口頭

High-spetiotemporal-quality OPCPA/Ti:sapphire petawatt-class laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一*; 田上 学*; 岡田 大; 金沢 修平; 大東 出; 笹尾 文崇; et al.

no journal, , 

ペタワット級の高強度レーザーの時間制御技術として光パラメトリックチャープパルス増幅法による背景光の抑制技術,空間制御技術として回折光学素子によるビームプロファイルの強度均質化技術、光路自動調整によるレーザー光の高安定化技術などを開発し、原子力機構のJ-KARENレーザーに適用した実験結果を招待講演として報告する。また、次世代の小型・高強度レーザーシステムを目指し、半導体レーザー励起方式を導入したセラミックレーザーの最近の実験結果についても併せて報告する。

口頭

High-spatiotemporal-quality high-intensity laser system

桐山 博光; 森 道昭; 下村 拓也; 中井 善基*; 田上 学*; 笹尾 一*; 近藤 修司; 金沢 修平; 越智 義浩; 田中 桃子; et al.

no journal, , 

原子力機構で開発している高強度レーザーについて、招待講演として報告する。まず、フェムト秒超高強度OPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザーシステムについて報告する。本レーザーシステムにおける構成、及びペタワット(PW)級へのエネルギー増幅特性について紹介する。高い時間・空間エネルギー集中性を得るための光パラメトリックチャープパルス増幅技術や低温冷却技術,空間回折光学素子技術などの新規技術開発についても詳細に発表する。併せて、高強度レーザーの小型化,高繰り返し化を目指し、開発を進めているYb:YAGレーザーシステムについても同様に詳しい動作特性を報告する。

口頭

高時間・空間品質、高強度レーザーシステムの開発

桐山 博光; 越智 義浩; 森 道昭; 田中 桃子; 岡田 大; 小菅 淳; 吉田 芙美子; 下村 拓也; 笹尾 一; 中井 善基*; et al.

no journal, , 

高強度場物理研究や非線形光学への応用を目的とした高強度レーザーについて報告する。ペタワット級高強度レーザーにおいては、可飽和吸収体を用いたサブns領域の高コントラスト化、分散音響光学フィルタを用いた数十ps領域の高コントラスト化について報告する。また、ペタワットレベルの増幅のために、光パラメトリックチャープパルス前置増幅器を用いた広スペクトル帯域化についても報告する。併せて、高強度レーザーの小型化,高繰り返し化を目指して開発を進めている半導体レーザー励起Yb:YAGチャープパルス増幅器についても同様に詳しい動作特性を報告する。

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