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論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Sensitivity analysis for the scenarios on deterioration or loss of safety functions expected in disposal system due to human error on application of engineering technology

武田 聖司; 井上 佳久; 木村 英雄

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1518, p.237 - 242, 2013/10

今後のHLW地層処分の安全審査に向けて、採用される工学技術に対し、適用した際のヒューマンエラーとバリア材の安全機能へ影響との関係を把握することを目的として、幾つかのヒューマンエラーに起因したバリア機能の低下・喪失を想定したシナリオ(初期欠陥シナリオ)に対する感度解析を行った。重要核種であるCs-135, Se-79に対する解析から、安全機能な健全な場合の天然バリアからの核種移行率よりも、「緩衝材の初期欠陥によるコロイドフィルトレーション機能の喪失」と、「粘土プラグの初期欠陥による止水機能の喪失及び卓越した移行経路の形成」のシナリオの核種移行率が、1桁から2桁以上の高い結果を示し、これらの2つのシナリオの可能性の確認が特に重要であることを示した。

論文

Gradual increase of energetic radiation associated with thunderstorm activity at the top of Mt. Fuji

鳥居 建男; 杉田 武志*; 田辺 朝知子*; 木村 嘉尚*; 鴨川 仁*; 矢島 千秋*; 保田 浩志*

Geophysical Research Letters, 36(13), p.L13804_1 - L13804_4, 2009/07

 被引用回数:41 パーセンタイル:20.67(Geosciences, Multidisciplinary)

夏季雷活動に起因すると考えられる放射線変動(複数形)が富士山頂において観測された。それらは最も長いもので約20分間続く緩やかな変動であり、約10MeV程度までの連続スペクトルを持つ高エネルギー$$gamma$$線であった。これらの変動の特徴から、個々の雷放電との関係は認められず、雷雲の高電界に起因して生成された逃走電子からの制動放射線であると考えられた。

論文

地下の還元的な条件下でのセレンの砂質泥岩への収着分配係数

飯田 芳久; 木村 祐一郎*; 山口 徹治; 上田 正人*; 田中 忠夫; 中山 真一

原子力バックエンド研究, 15(2), p.57 - 67, 2009/03

放射性廃棄物の地層処分の安全評価において、放射性核種の岩石への収着は重要な評価因子である。深地層の還元的な環境におけるセレン(Se)の砂質泥岩への収着分配係数(K$$_{d}$$)に対する、硝酸塩(NaNO$$_{3}$$)及び塩水(NaCl)の影響をバッチ式収着試験で調べた。試験は、日本原子力学会が定めた、「深地層処分のバリア材を対象とした測定の基本手順」に準じて行った。深度129-156mから極力空気に触れさせないように工夫をして採取した砂質泥岩試料及び地下水試料を用い、Seを還元的な溶液条件で安定な化学形(HSe$$^{-}$$あるいはSe$$_{4}$$$$^{2-}$$)に調製したうえで試験液に添加し、添加後もHSe$$^{-}$$で溶存させるため還元的な溶液条件(Eh, pH)を維持した。得られたHSe$$^{-}$$のK$$_{d}$$は、塩濃度範囲0.1-1.1mol$$cdot$$dm$$^{-3}$$において、0.015-0.037m$$^{3}$$$$cdot$$kg$$^{-1}$$であり、典型的な収着性元素であるCsと同程度であった。

論文

富士山頂における雷活動に起因した高エネルギー放射線の観測

鳥居 建男; 杉田 武志*; 田辺 朝知子*; 木村 嘉尚*; 鴨川 仁*; 矢島 千秋*; 保田 浩志*

大気電気学会誌, 3(1), p.111 - 112, 2009/00

夏季雷活動に起因すると考えられる放射線変動(複数形)が富士山頂において観測された。それらは数分から最長20分間続く緩やかな変動であり、10MeV超の連続スペクトルを持つ高エネルギー$$gamma$$線であった。これらの変動の特徴から、個々の雷放電との関係は認められず、雷雲の高電界に起因して大気中の高エネルギー電子が加速され生成された逃走電子からの制動放射線であると考えられた。観測に使用した5インチNaI検出器は$$gamma$$線(光子)に高感度であるが、高エネルギー電子の入射により発生した光子と弁別ができない。高エネルギー電子の入射も含めたスペクトル解析との比較の結果、光子のみの解析で十分に収束することから、入射粒子の大部分は光子と考えられる。

論文

New method to measure the rise time of a fast pulse slicer for laser ion acceleration research

森 道昭; 余語 覚文; 桐山 博光; 西内 満美子; 小倉 浩一; 織茂 聡; Ma, J.*; 匂坂 明人; 金沢 修平; 近藤 修司; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1872 - 1877, 2008/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:67.88(Physics, Fluids & Plasmas)

本グループでは、京都大学・電力中央研究所・GIST等と共同でレーザー駆動プロトンビームの利用に向け、レーザー・ターゲット双方からエネルギー/変換効率/Emittanceの最適化に関する研究を進めている。本論文はその研究の過程において開発したレーザー駆動高エネルギープロトンビーム発生におけるチャープパルスを用いた高速パルススライサー装置の新たな性能評価法と、その後に行ったイオン加速実験に関する結果をまとめたものである。この研究開発によって、新手法の有意性を明らかにするとともに、プレパルスの抑制により最大2.3MeVのプロトンビームの発生を実証しプレパルスがプロトンビームの高エネルギー化に重要な役割を果たすことを明らかにした。

論文

High quality laser-produced proton beam generation by phase rotation

野田 章*; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; 頓宮 拓*; 想田 光*; 大道 博行; 森 道昭; 加道 雅孝; 匂坂 明人; et al.

International Journal of Modern Physics B, 21(3&4), p.319 - 330, 2007/02

レーザーイオン源は癌治療用の加速器になる可能性を持つ。今回、レーザーの光学調整,プレパルス調整,ターゲット調整,レーザーパルス幅などを行い、レーザー駆動プロトン加速のスペクトルTOF測定をプラスチックシンチレーターを使って行った。プロトンの最大エネルギーは900keV(チタンターゲット3マイクロメートル厚)と600keV(チタンターゲット3マイクロメートル厚)であった。また、生成されたレーザー駆動プロトンのスオエクトルはマクスウェルボルツマン分布をしており、これにFR電場(レーザーとシンクロナイズされた)をかけることによって最初の位相回転に成功した。

論文

Development of laser driven proton sources and their applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 森 道昭; Ma, J.-L.; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

Proceedings of 7th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2007) (CD-ROM), p.77 - 79, 2007/00

10の$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$以上に集中させた高強度レーザーを用いて、陽子加速器を開発している。プラズマパラメータと陽子エネルギー範囲を、レーザー照射ごとにリアルタイム検出器を用いてモニターした。実用可能なMeV級の陽子エネルギーを安定して得ることに成功した。

論文

Experimental study on long-term safety assessment considering uncertainties for geological disposal of radioactive wastes; JAERI status at 2005

山口 徹治; 坂本 好文; 飯田 芳久; 根岸 久美; 瀧 洋; 赤井 政信; 神野 文香; 木村 祐一郎; 上田 正人; 田中 忠夫; et al.

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

地層処分の長期評価では不確かさの定量化が必要である。日本原子力研究開発機構の確率論的核種移行評価は確率論的な評価結果の分布を計算するだけでなく、パラメータ不確かさやモデル不確かさを提示することができる。これにより、核種移行解析結果の不確かさに相関の大きいパラメータが明らかになる。これらのパラメータのうち、定量的に解明されていないものがわれわれの実験的研究の対象である。優先的に取り組むべき研究対象は具体的には、セメントの影響を受けた高pH環境下におけるベントナイト系緩衝材の変質,放射性核種の溶解度,ベントナイト系緩衝材中拡散,深地下の還元的環境を維持したまま採取した地層試料に対する重要核種の収着である。不確かさをもたらす原因としては、海水系地下水の浸入によるイオン強度の上昇,TRU廃棄物に含まれる硝酸ナトリウムの溶解に伴うNO$$_{3}$$$$^{-}$$, NO$$_{2}$$$$^{-}$$及びNH$$_{3}$$濃度の上昇,セメント系材料に起因する高pH環境,オーバーパック腐食に伴う間隙水化学組成の変化を考慮する。本論文はこの研究の現状を報告するものである。

口頭

地下の還元的な状態を維持した条件での岩石への分配係数測定,1; 地下の還元的な状態の検討

山口 徹治; 木村 祐一郎; 飯田 芳久; 田中 忠夫; 中山 真一; 上田 正人*; 荒木 邦夫*

no journal, , 

地層処分の安全評価に使う分配係数は地下の還元的な状態を反映した条件で取得する必要があり、そのためには地下の還元的な状態を知る必要があるが、それは容易ではない。ボーリング作業自身が地下の状態を攪乱する可能性があり、地下で実測できる項目は限られており、揚水した地下水は注意深く扱っても変化している可能性があるからである。本研究では、白亜系花崗閃緑岩層,第三系砂質泥岩層及び第三系凝灰質砂岩層に無酸素ボーリングを実施し、得られた情報から地下の還元的な状態を推定した。水質検層プローブによって原位置で測定したEh(-74mV)及び溶存酸素濃度と、揚水した地下水中で酸化還元対となりうる成分(CH$$_{4}$$/HCO$$_{3}$$$$^{-}$$, HS$$^{-}$$/SO$$_{4}$$$$^{2-}$$, NH$$_{4}$$$$^{+}$$/NO$$_{2}$$$$^{-}$$/NO$$_{3}$$$$^{-}$$)の分析結果から計算される酸化還元電位は整合しなかった。その理由は、地下水揚水に伴い近接地下水との混合が起こったためと考えられ、混合がなければ、Ehが-279mV程度あるいはそれ以下の還元的な地下水であったと推定された。

口頭

地下の還元的な状態を維持した条件での岩石への分配係数測定,2; 収着試験条件の検討

木村 祐一郎; 山口 徹治; 飯田 芳久; 田中 忠夫; 中山 真一; 上田 正人*; 荒木 邦夫*

no journal, , 

地下の還元的な状態を反映した条件で分配係数(Kd)を取得することを目的に、大気に曝すことなく採取した岩石試料(砂質泥岩,花崗閃緑岩,凝灰質砂岩)が地下の還元的な状態を維持しているか否かを分析により調べた。岩石浸出液の酸化還元電位(Eh)を測定したところ、Ehが大気暴露時間とともに上昇する傾向が見られた。このことから、大気に曝すことなく採取・加工・保管するという本手法が有効であり、花崗閃緑岩は地下の還元的な状態を維持していたと考えられた。一方、砂質泥岩、凝灰質砂岩はある程度の酸化を受けていたと考えられた。大気雰囲気下と地下の還元的な状態下とで化学的性質の異なる重要元素であるセレン(Se)の砂質泥岩へのKdを取得するため、収着試験の適切な条件設定について検討した。砂質泥岩層の地下の条件($$<$$-290mV)で実験するための試験溶液系の調整方法を検討し、pH=9, Eh=-300mVでSeをHSe$$^{-}$$に維持して実験を成立する見通しを得た。

口頭

放射性廃棄物処分の長期的評価のための実験的研究; 2006年の現状

田中 忠夫; 山口 徹治; 飯田 芳久; 木村 祐一郎; 瀧 洋; 藤原 武; 上田 正人*; 向井 雅之; 山田 文香; 水野 大; et al.

no journal, , 

地層処分の安全評価における評価期間は数千年以上の長期に及ぶため、評価結果には種々の不確かさが含まれる。本研究は、安全評価結果との相関が高く、しかも現在の知見では不確かさが大きいパラメータについてデータを取得し、パラメータの不確かさを定量化して確率論的安全評価の信頼性向上に資することを目的に実施している。本報告では平成17年度に得た主な成果を発表する。核種移行データ取得に関する研究では、ニオブ溶解度試験及びベントナイト内ヨウ素等拡散試験を進め、地下水や間隙水の組成変動に伴う溶解度及び拡散係数の不確かさを定量的に示した。また、岩石に対するセシウムの分配係数への硝酸塩及び塩水の影響を評価するためのデータを取得した。人工バリア材の長期変質に関する研究では、セメント変質に伴う間隙水組成及び間隙構造の変化を調べるセメント浸漬・拡散試験を実施するとともに、変質挙動及び拡散挙動をモデル化した。また、ベントナイト系緩衝材の長期バリア性能を評価するために整備した計算コード及び実験的に決定した評価パラメータ変動の定量式を用いて、緩衝材中透水係数の時間空間的変動の予測計算結果を例示した。

口頭

原子力機構100TWレーザーによる高エネルギープロトン発生

森 道昭; 余語 覚文; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 中村 衆*; 白井 敏之*; 岩下 芳久*; 野田 章*; 根本 孝七*; et al.

no journal, , 

現在、レーザー駆動プロトンビームのエネルギー/変換効率/Emittanceの最適化に向け京大,電中研,GIST等と共同でレーザー・ターゲット双方から研究開発を進めている。その一環として、昨年9月に関西光科学研究所Tキューブレーザー装置J-KARENレーザーシステムを用いて高エネルギーイオン発生実験を行った。J-KARENレーザーで発生したパルス幅25fs・ピーク出力18TWのレーザー光を、f/6.5(f=320mm)の軸外し放物面鏡で厚み7.5ミクロンのCH薄膜上に集光・照射し、ターゲット裏面から発生するプロトンビームをToF型イオンエネルギー分析器によってエネルギー分解計測した。その結果、最大2.2MeVのプロトンビームが得られた。本講演では、これらに関する結果報告と今後の展望について講演する。

口頭

J-KARENレーザーによる高エネルギーイオン加速研究

森 道昭; 余語 覚文; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 中村 衆*; 白井 敏之*; 岩下 芳久*; 野田 章*; 大石 祐嗣*; et al.

no journal, , 

昨年、京都大学・電力中央研究所・GISTと共同でJ-KARENレーザーシステムを用いてレーザー駆動イオン加速実験を行った。J-KARENレーザーシステムで発生する波長800nm$$cdot$$パルス幅25fs$$cdot$$ピーク出力18TWのレーザー光を、f/6.5(f=320mm)の軸外し放物面鏡を用いて厚み7.5ミクロンのCH薄膜上に強度4$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$で集光・照射し、ターゲット裏面から発生するプロトンビームをToF型イオンエネルギー分析器によってエネルギー分解計測を行った。その結果、最大2.2MeVのプロトンビームが得られた。現在、より高エネルギーなイオンビームの発生に向けレーザー・ターゲット双方から改良を進めている。この講演において、実験結果を交え今後の展開について発表する。

口頭

放射性廃棄物処分の長期的評価のための実験的研究; 2007年の現状

木村 祐一郎; 山口 徹治; 飯田 芳久; 大塚 伊知郎; 瀧 洋*; 向井 雅之; 山田 文香; 星野 清一; 角脇 三師; 田中 忠夫; et al.

no journal, , 

地層処分の安全評価における評価期間は数千年以上の長期に及ぶため、評価結果には種々の不確かさが含まれる。本研究は、安全評価結果との相関が高く、しかも現在の知見では不確かさが大きいパラメータについてデータを取得し、パラメータの不確かさを定量化して確率論的安全評価の信頼性向上に資することを目的に実施している。本報告では平成18年度に得た主な成果を発表する。核種移行データ取得に関する研究では、地下水や間隙水の組成変動に伴うSeの溶解度及びベントナイト内でのI, Cs等の拡散係数の不確かさを定量的に示した。また、岩石に対するSeの分配係数への硝酸塩及び塩水の影響を評価するためのデータを取得した。人工バリア材の長期変質に関する研究では、処分場環境でのオーバーパックの腐食速度の定式化、並びにセメント系材料からのアルカリ成分等の溶出挙動を評価するためのセメント変質と物質移動性のモデル化とその実験的検証を進めた。また、ベントナイト系緩衝材の長期バリア性能を評価するために整備した計算コード及び実験的に決定した評価パラメータ変動の定量式を用いて、緩衝材中透水係数の長期的変動を予測した。

口頭

原子力機構J-KARENレーザーの高度化とその利用研究,4; 高強度超短パルスレーザー駆動陽子ビームの高周波電場による位相回転法

西内 満美子; 大道 博行; 余語 覚文; 森 道昭; 桐山 博光; 金沢 修平; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

高強度超短パルスレーザー駆動のMeV級陽子線に対して、レーザーに同期した高周波電場を印加することにより、通常であれば連続的である陽子線のエネルギースペクトルを準単色化すること、及びその空間的な分布を制御することに成功した。原子力機構のJ-KARENレーザーを4$$times$$10$$^{18}$$Wcm$$^{-2}$$の強度でポリイミドターゲット上に集光し最大エネルギー2.2MeVの安定な陽子線を生成、この陽子線をレーザーに同期させた高周波電場空胴に導いた。高周波電場の伝播方向の電場の効果により陽子線のエネルギースペクトルに顕著なピークが生成され、エネルギー広がりは100%から11%(FWHM)にまで減少した。同時に動径方向の電場の効果で、陽子ビームを空間的に収束及び発散させることに成功した。モンテカルロシミュレーションによれば、空間的に収束する陽子線成分は連続的なエネルギースペクトルを持ち、発散する成分は準単色なエネルギースペクトルを持つ。このような位相回転法は、シングルショットではなく繰り返し発生する陽子線のエネルギー及び空間分布を再現性よく制御することができ、さまざまな応用分野への適用が期待される。

口頭

セレン化水素イオン(HSe$$^{-}$$)の砂質泥岩への収着分配係数に対するNaNO$$_{3}$$及びNaClの影響

木村 祐一郎; 山口 徹治; 飯田 芳久; 田中 忠夫; 中山 真一

no journal, , 

セレンは、高レベル放射性廃棄物処分における安全評価上重要元素の1つである。地下深部の還元的な環境を模擬して、セレン(HSe$$^{-}$$)の砂質泥岩に対するバッチ式収着試験を実施し、長半減期低発熱放射性廃棄物との併置処分において検討しておくべき硝酸塩、及び処分場の沿岸立地の場合に検討しておくべき塩水の収着分配係数(K$$_{d}$$)に及ぼす影響を定量的に示すとともに、HSe$$^{-}$$の吸着機構について考察した。実験には、空気に触れさせないように特別の配慮をして採取した砂質泥岩及び地下水試料を用いるとともに、セレンがHSe$$^{-}$$の化学形を維持するよう、pH, Eh等溶液条件に留意した。得られたHSe$$^{-}$$のK$$_{d}$$は陰イオン種としては比較的大きく、またイオン強度依存性が見られた。試験に用いた岩石中には正の固定電荷を持つ陰イオン交換鉱物が検出されなかったことから、吸着機構として表面錯体が考えられた。HSe$$^{-}$$のK$$_{d}$$のイオン強度への依存性は両対数プロット上で-0.29であり、この値は外圏錯体のみの場合にとると考えられる-1ではないことから、HSe$$^{-}$$の砂質泥岩への吸着機構として、外圏錯形成反応及び内圏錯形成反応の可能性が考えられた。

口頭

J-KARENレーザーを用いた高エネルギーイオンビーム発生研究

森 道昭; 余語 覚文; 桐山 博光; 匂坂 明人; Ma, J.-L.; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 岡田 大; et al.

no journal, , 

昨年9月から、今年度高度化した関西光科学研究所大型チタンサファイアレーザー装置J-KARENレーザーシステムを用いてイオン加速実験を展開している。現在までに、J-KARENレーザー発生したパルス幅32fs・ピーク出力30TW・コントラスト(108)のレーザー光を、f/3.5(f=175mm)の軸外し放物面鏡で固体ターゲット上に集光・照射し、ターゲット裏面から最大4.1MeVの陽子線を発生している。本講演では、現状と今後の展望について報告する予定である。

口頭

Proton acceleration and laser-plasma interaction diagnostics with J-KAREN laser

Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 余語 覚文; 桐山 博光; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Ma, J.*; 織茂 聡; 西内 満美子; 杉山 博則*; et al.

no journal, , 

We present results of recent laser-driven proton acceleration experiments and laser-plasma diagnostics conducted with the multi-10-TW hybrid OPCPA/Ti:Sapphire laser J-KAREN. Protons with the energies up to 4 MeV have been generated using few-mcm tape and sub-mcm ribbon targets. The plasma diagnostics including measurement of the pulse energy reflected from the target, interferometry, and spectral measurements reveal the complex dependence of the proton generation on the interaction course. In particular, even slight increase of the target reflectivity results in substantial decrease of the maximum proton energy. This provides convenient diagnostics of the laser-plasma interaction in the ion acceleration, harmonics generation, and other laser - solid target interaction experiments.

口頭

ジルコニウム水素固溶体及び水素化物中面欠陥の第一原理計算

宇田川 豊; 山口 正剛; 阿部 弘亨*; 浅利 圭亮*; 篠原 靖周*; 村上 健太*; 中園 祥央*; 三原 武*; 澤山 陽平*; 関村 直人*; et al.

no journal, , 

ジルコニウム水素脆化の微視的機構を明らかにするため、ジルコニウム水素固溶体及び水素化物の表面エネルギと$$gamma$$表面を第一原理計算により評価した。計算には密度汎関数理論に基づく第一原理計算コードVASP(GGA-PAWポテンシャル)を用い、ジルコニウム単体($$alpha$$-hcp)及び水素固溶体(Hを含む$$alpha$$-hcp格子)については底面及び柱面、水素化物については(111), (110)及び(100)面の計算を行った。水素化物では表面エネルギ($$gamma$$$$_{S}$$)低下に加え、すべり,転位運動に対する抵抗の指標となる$$gamma$$表面鞍点エネルギ($$gamma$$$$_{US}$$)が大幅に増加し、これにより水素化物自身が極めて脆性的にふるまうことがわかった。一方水素固溶体における水素は$$gamma$$$$_{S}$$$$gamma$$$$_{US}$$をそれぞれ減少させる傾向が見られる。水素固溶体の傾向との比較から、水素化物に特有な脆化の要因は$$gamma$$$$_{US}$$増加、すなわちすべりや転位運動に対する障壁エネルギの増大にあると考えられる。

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