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斎藤 滋; 明午 伸一郎; 牧村 俊助*; 平野 幸則*; 堤 和昌*; 前川 藤夫
JPS Conference Proceedings (Internet), 45, p.011177_1 - 011177_9, 2026/06
J-PARCでは、加速器駆動核変換システム(ADS)や高出力ターゲットの構造材料候補材について照射効果を調べるため、陽子ビーム照射施設の建設が検討されている。この施設では、液体鉛ビスマス共晶(LBE)合金流動下での照射試験を実施する。照射試料の照射後試験(PIE)は、陽子ビーム照射施設に隣接して建設されるPIE施設で実施する。このPIE施設では、J-PARCの他の施設や海外の加速器施設で照射された試料のPIEも行われる。本発表では、まず、試験項目と試験フローを含むPIE施設の概念検討を行った。そして、これらの試験項目を実施するために必要な設備と試験機器の仕様と数量を示す。最後に、PIE施設のレイアウトを提案する。
牧村 俊助*; 的場 史朗*; 砂川 光*; 直江 崇; 涌井 隆; 石田 卓*; 松原 綱之*; 深尾 祥紀*; 高橋 仁*; 渡邉 丈晃*; et al.
Proceedings of 71st ICFA Advanced Beam Dynamics workshop on High-Intensity and High-Brightness Hadron Beams (HB2025) (Internet), p.359 - 363, 2025/10
現代の陽子加速器では、ターゲット、ビームウィンドウ、ビームダンプといったビーム遮断装置の強烈なビーム照射下における耐久性が、より高いビーム出力の達成を阻害する重要な要因となっている。大強度陽子加速器施設(J-PARC)における二次粒子生成ターゲットとビームウィンドウが直面する課題と、それらの課題を克服するために行われた開発について紹介する。
若井 栄一; 能登 裕之*; 柴山 環樹*; 古谷 一幸*; 安堂 正己*; 鎌田 貴晴*; 石田 卓*; 牧村 俊助*
Materials Characterization, 211, p.113881_1 - 113881_10, 2024/05
被引用回数：12 パーセンタイル：80.23(Materials Science, Multidisciplinary)大強度加速器標的や原子力の分野や航空機と自動車の磁気モーターの応用のために、CoおよびNi元素を含まないbcc結晶構造を持つ鉄基高エントロピー合金(HEA) Fe-20Mn-15Cr-10V-10Al-2.5C (at%)の微細構造、機械的特性及び照射硬化挙動を調べた。この合金は、1150
Cで2時間焼ならしした後、水焼入れし、800Cで10分間加熱した後、再び水焼入れした。この合金はbcc相を持ち、粒界に沿って2-3
mのバナジウム炭化物が配列していた。また、ビッカース硬度は520Hvで純タングステンよりも硬かいことが分かった。走査型透過電子顕微鏡による位相差コントラスト法により磁区構造を観察したところ、粒子内のミクロサイズの磁区と表面近傍にサブミクロサイズの磁区が形成されており、この磁気特性は魅力的であった。母相中には、ナノスケール(20nm)の元素分布が観察され、原子レベル領域での結晶格子の乱れの存在が見られた。この材料は、300Cおよび500Cで1dpaまで照射硬化が起こらず、非常に高い耐放射線性能が確認された。これは、照射によって引き起こされるナノスケールの濃度変化とHEA内の歪み緩和によるものであると推測された。これらの緒特性は、多分野の応用において非常に魅力的な特性である。
斎藤 滋; 明午 伸一郎; 牧村 俊助*; 平野 幸則*; 堤 和昌*; 前川 藤夫
JAEA-Technology 2023-025, 48 Pages, 2024/03
JAEA-Technology-2023-025.pdf:3.11MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)は、原子力発電に伴い発生する高レベル放射性廃棄物の減容化・有害度低減のため、加速器を使った核変換の研究開発として加速器駆動システム(ADS; Accelerator-Driven Systems)の開発を進めている。ADSの設計に必要な材料照射データベースを作成し、鉛ビスマス共晶合金(LBE; Lead-Bismuth Eutectic)中での照射効果について研究するため、J-PARCに陽子照射施設の検討を進めている。この陽子照射施設では、LBEの核破砕ターゲットに250kWの陽子ビームを入射し、ADSの構造材候補材についてLBE流動下での照射試験を実施する他、半導体ソフトエラー試験、医療用RI製造、陽子ビーム利用などを行う計画である。これらのうち照射済み試料の照射後試験(PIE; Post Irradiation Examination)とRIの分離精製は、陽子照射施設に付属して建設されるPIE施設において実施される。本PIE施設では、J-PARCの他の施設において照射された機器や試料のPIEも実施される予定である。本報告書は、この照射後試験施設の概念構築に必要な照射後試験項目、試験フロー、設備、試験装置等の検討を行い、施設内の配置案をまとめたものである。
若井 栄一; 能登 裕之*; 柴山 環樹*; 古谷 一幸*; 涌井 隆; 安堂 正己*; 牧村 俊助*; 石田 卓*
Science Talks (Internet), 8, p.100278_1 - 100278_4, 2023/12
高エントロピー合金は、その固有の特性により高い強度と良好な延性を併せ持つ傾向にある。本物質はより高性能な将来の一般産業用途だけでなく、原子力や放射線環境下での放射線影響機器の耐久性や適用範囲を高めるためにも、有望な新物質として考えられており、近年、急激に注目がされ始めている。本研究では、高エネルギー加速器ターゲットシステム部品, 原子炉, 核融合炉等の放射線下で使用される新機能材料として応用を目指し、低放射能元素(Ni, Coを含まない)からなる2種類の高エントロピー合金(Fe-Mn-V-Cr-Al-C、Fe-Si-W-Cr-V)の作製とその基本特性評価を行った。本研究で開発中の2つの材料は、次の点でそれぞれユニークな性質を持つ。前者は高強度・低放射化という特徴を共有する新しい構造材料や磁気特性として、ハイパワーモーター系材料の基礎研究として発展することが期待される。一方で、後者は、金属元素の中で最も高い融点を持つタングステンと、かなり高融点のバナジウムを混合して合金の融点を上げ、かつ高強度な合金を設計することで、新しい工学分野での新機能材料としての応用が期待されるものと考えられるものである。
明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011050_1 - 011050_6, 2021/03
加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、ADSにおいて重要な0.4
3GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化で除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設で行い、アルミ及び銅を試料として用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は実験を約3倍過大評価することが判明した。
若井 栄一; 高屋 茂; 松井 義典; 永江 勇二; 加藤 章一; 鈴土 知明; 山口 正剛; 青砥 紀身; 野上 修平*; 長谷川 晃*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 543, p.152503_1 - 152503_16, 2021/01
被引用回数：34 パーセンタイル：94.71(Materials Science, Multidisciplinary)High radiation damage resistance, high strength, high-strength fatigue property, high corrosion/erosion resistance, and low-activation requirement are very important for the design of structural materials and the related components in nuclear environment and high-energy accelerator driven target systems. To upgrade the system designs such as fusion reactors, fission reactors and accelerator driven target systems, we have to understand fully the changes of mechanical properties and the other properties of the materials and to make clear the mechanism. Our recent studies and some related studies for radiation damage characters are showing as below: (1) High 10 appm-He/dpa of 10 dpa irradiation condition enhanced irradiation hardening of ferritic steel and austenitic stainless steels even at high temperature of 550C under dual beam ion irradiation. (2) Simultaneous triple ion beams (Fe, He, H ions) at 50 dpa were enhanced irradiation swelling of F82H and Fe-Cr model alloys. (3) He can shift and enhance the DBTT of the irradiated F82H steel. (4) He strongly influenced on creep life time of the irradiated austenitic stainless steel, and DPA enhanced the reduction of creep life time. (5) Higher He and H production environments, especially high-energy accelerator target system, can enhance irradiation hardening and reduce the elongation. (6) Under RaDIATE collaboration study, improved high strength Ti alloys have relatively high radiation damage resistance.
石田 卓*; 若井 栄一; 牧村 俊助*; Casella, A. M.*; Edwards, D. J.*; Prabhakaran, R.*; Senor, D. J.*; Ammigan, K.*; Bidhar, S.*; Hurh, P. G.*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 541, p.152413_1 - 152413_12, 2020/12
被引用回数：28 パーセンタイル：91.49(Materials Science, Multidisciplinary)ブルックヘブン研究所のリニアックアイソトープ製造施設において、ビーム窓材料としてのチタン合金を含む加速器ターゲット用の様々な材料試料に対して、181MeVのエネルギーを持つ高強度陽子ビーム照射を行った。引張試験では、
+
相のTi-6Al-4VのGrade-5及びGrade-23 ELI(侵入型固溶元素の不純物が低い)合金では硬さの増加と延性の大幅な低下が見られたが、相単相に近いTi-3Al-2.5VのGrade-9合金では照射後も数%の均一な伸びを示した。Ti-6Al-4Vに関する透過型電子顕微鏡による解析では、相の各結晶粒に2nm以下のサイズの欠陥クラスターが高密度に存在することが明らかになった。また、相粒には転位ループやブラック・ドットのような照射欠陥は観察されなかったが、回折パターンからは、形成が進んだ段階のオメガ相の析出が確認された。相における放射線誘起の
相変態は、相が少ないTi-3Al-2.5V合金と比較して、Ti-6Al-4V合金の延性の損失を大きくさせている可能性がある。
松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*
Journal of Nuclear Science and Technology, 57(10), p.1141 - 1151, 2020/10
被引用回数：17 パーセンタイル：79.75(Nuclear Science & Technology)加速器駆動型核変換システム(ADS)等の陽子ビーム加速器施設におけるビーム窓などの構造材の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(dpa)が損傷指標として広く用いられる。dpaの評価は弾き出し断面積に基づいて行われるものの、20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対する弾き出し断面積の実験データは乏しく、計算モデルの間でも約8倍の差が存在している。このため、弾き出し断面積を実験的に取得するのは計算に用いるモデルの評価のために重要となる。弾き出し断面積の取得のため、J-PARCの加速器施設において、0.4-3GeVにわたる陽子エネルギー領域における銅と鉄の断面積を測定した。弾き出し断面積は、損傷を保持するために極低温に冷却された試料における、陽子ビームに金する抵抗率変化により得ることができる。本測定で得られた実験結果を元に、計算モデルの比較検討を行った。広く用いられているNorgertt-Robinson-Torrens (NRT)モデルは、実験値を3.5倍過大評価することが判明した。一方、近年の分子動力学に基づく非熱的再結合補正(arc)モデルは実験値をよく再現したため、銅と鉄の損傷評価にはarcモデルを使うべきであると結論づけられた。
明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*
EPJ Web of Conferences, 239, p.06006_1 - 06006_4, 2020/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)加速器駆動型核変換システム(ADS)では、加速器の真空領域と標的領域の隔壁となるビーム入射窓の開発が重要となる。ビーム窓の損傷評価には、原子当たりの弾き出し数(DPA)が用いられるが、DPAの導出に用いられる弾き出し断面積の実験データは20MeV以上のエネルギー領域の陽子に対しほとんどないため、ADSにおいて重要な0.43GeV陽子における弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し断面積は、損傷を維持するため極低温に冷却された試料の陽子入射に伴う抵抗率変化を陽子フルエンスとフランケル対当たりの抵抗率変化で除することにより導出できる。実験はJ-PARCセンターの3GeV陽子シンクロトロン施設で行い、試料には銅を用いた。実験で得られた断面積と一般的に弾き出し断面積の計算に使用されるNRTモデルの計算との比較の結果、NRTモデルの計算は実験を約3倍過大評価することが判明した。
明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 洋介; 吉田 誠*; 長谷川 勝一; 前川 藤夫; 岩元 大樹; 中本 建志*; 石田 卓*; 牧村 俊助*
JPS Conference Proceedings (Internet), 28, p.061004_1 - 061004_6, 2020/02
核変換システム等の陽子加速器施設では、標的や窓等の構造材に関する損傷の評価が重要となる。構造材の損傷評価には、原子あたりの弾き出し数(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断面積に粒子束を乗ずることで得られる。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弾き出し断面積の実験データは十分でなく、計算モデル間で約8倍異なることが報告されており構造材の弾き出し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センターの3GeV陽子加速器施設を用い、400MeV以上のエネルギー範囲の陽子の弾き出し断面積の測定を開始した。弾き出し損傷断面積は、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。実験で得られた断面積とPHITSコードに一般的に用いられるNRTモデルを用いて計算した結果、計算は実験を3倍程度過大評価を示した。一方、Nordlund等による最新モデルの結果は実験をよく再現し、これまでのNRTモデルに基づく標的等の弾き出し損傷は過大評価していることが明らかになった。
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。
髭本 亘; 門野 良典*; 河村 成肇*; 幸田 章宏*; 小嶋 健児*; 牧村 俊助*; 的場 史朗*; 三宅 康博*; 下村 浩一郎*; Strasser, P.*
Quantum Beam Science (Internet), 1(1), p.11_1 - 11_24, 2017/06
ミュオン科学実験施設はJ-PARCにおいて中性子, ハドロン, ニュートリノ各施設と並ぶ利用施設である。ミュオン施設では、物質生命科学実験棟において中性子実験施設と共有している高エネルギーの陽子により発生させたミュオンを用いて様々な科学研究に用いている。本レビューではミュオン科学実験施設の現状について報告する。
足立 泰平*; 池戸 豊*; 西山 樟生*; 薮内 敦*; 長友 傑*; Strasser, P.*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 小嶋 健児*; 牧村 俊助*; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036017_1 - 036017_4, 2015/09
We report on the tuning of the ultra-slow muon beam line at J-PARC MUSE using Li impurities in a tungsten muonium production target in place of positive muons. Li ions were evaporated from the tungsten target by heating it up to 2000K and were transported in the ultra-slow muon beam line. The Li ion beam was monitored by micro channel plates installed at several points in the beam line. The Li beam was successfully transported to the end of the beam line after optimization of beam line parameters.
三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 牧村 俊助*; 幸田 章宏*; 藤森 寛*; 中原 一隆*; 竹下 聡史*; 小林 庸男*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012036_1 - 012036_7, 2010/06
被引用回数：11 パーセンタイル：93.58(Physics, Applied)The science facility (MUSE) along with the neutron, hadron and neutrino facilities is one of the experimental areas PF the J-PARC project, which was approved for construction in a period from 2001 to 2008. Construction of the MLF building was started in the beginning of 2004, and was completed at the end of the 2006 fiscal year. On September 19th, 2008, the graphite target for muon production was placed into the 3 GeV proton beam line. On September 26th, 2008, we finally succeeded to extract surface muon beams. We also succeeded in the extraction of the decay muons on December 25th, 2008.
Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 幸田 章宏*; 河村 成肇*; 藤森 寛*; 牧村 俊助*; 小林 庸男*; 中原 一隆*; 加藤 峯夫*; 竹下 聡史*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012050_1 - 012050_8, 2010/06
被引用回数：15 パーセンタイル：95.99(Physics, Applied)The new Muon Science Facility (MUSE) that is now under construction at J-PARC in the Materials and Life Sciences Facility (MLF) building will comprise four types of muon channels. In the first stage, a conventional superconducting decay muon channel (D-Line) was constructed, which can extract surface (positive) muons with an expected muon yield of 
/s and decay positive/negative muon up to 120 MeV/c, with an expected muon yield of a few 
/s at 60 MeV/c for both positive and negative muons. This channel will be used for various kinds of muon experiments like SR, muon catalyzed fusion and nondestruction elements analysis.
三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 牧村 俊助*; 幸田 章宏*; 藤森 寛*; 中原 一隆*; 門野 良典*; 加藤 峯夫*; et al.
Physica B; Condensed Matter, 404(5-7), p.957 - 961, 2009/04
被引用回数：12 パーセンタイル：45.54(Physics, Condensed Matter)ミュオン科学実験施設(MUSE)はJ-PARCの実験施設の一つである、MUSEは中性子とミュオン利用の実験施設である物質生命科学実験施設(MLF)の中にある。MLFの建屋建設は2004年にはじまり、2006年度末に完了した。われわれはそこにビームライン機器の設置を行っており、最初のミュオンビームが2008年の秋に発生する予定である。
髭本 亘; 下村 浩一郎*; 小林 庸男*; 牧村 俊助*; 三宅 康博*; 甲斐 哲也; 酒井 健二
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600(1), p.179 - 181, 2009/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)J-PARCミュオン施設(MUSE)において、ミュオン実験機器はミュオンコントロール系により操作される。ミュオンコントロール系は、(1)ミュオン標的系,(2)M1/M2ライン空調機系,(3)超伝導ソレノイド磁石冷凍機系,(4)ミュオン2次ライン真空系,(5)ミュオン2次ライン電磁石,(6)ミュオンビーム部ロッカーと安全機器、から構成される。この詳細を紹介する。
三宅 康博*; 西山 樟生*; 河村 成肇*; 牧村 俊助*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; Beveridge, J. L.*; 門野 良典*; 福地 光一*; 佐藤 伸彦*; et al.
Physica B; Condensed Matter, 374-375, p.484 - 487, 2006/03
被引用回数：6 パーセンタイル：31.27(Physics, Condensed Matter)物質生命科学実験施設の建屋の建設は2004年度の初めに開始された。2008年に加速器とビーム輸送系のコミッショニングが行われた後、2009年にはミュオンのユーザー利用が開始される。この論文ではJ-PARCミュオン科学実験施設建設の現状について述べる。
三宅 康博*; 河村 成肇*; 牧村 俊助*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 西山 樟生*; Beveridge, J. L.*; 門野 良典*; 佐藤 伸彦*; 福地 光一*; et al.
Nuclear Physics B; Proceedings Supplements, 149, p.393 - 395, 2005/12
J-PARCミュオン施設は物質生命科学実験施設の中に位置する。中性子標的の手前に置かれたミュオン標的から得られるミュオンを用いた研究が行われる。このJ-PARCミュオン科学施設の概要を報告する。
