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論文

大気中濃度と沈着量に基づく空間線量率推計値を用いた事故後初期のATDMの再現性検証

森口 祐一*; 佐藤 陽祐*; 森野 悠*; 五藤 大輔*; 関山 剛*; 寺田 宏明; 滝川 雅之*; 鶴田 治雄*; 山澤 弘実*

KEK Proceedings 2021-2, p.21 - 27, 2021/12

福島第一原子力発電所事故時の呼吸由来の内部被ばく線量評価において、I-131等の短寿命核種は重要であるが、被ばく線量や大気中濃度の実測値が少ない。そのため、他の核種の環境中濃度の実測値、大気移流拡散沈着モデル(ATDM)による推計値、空間線量率の測定値等に基づく総合解析が必要である。本研究では、Cs-137を対象として、これまでに構築してきた大気中濃度と地表沈着量に基づく空間線量率推計手法をATDM相互比較に供された国内外の多数のモデルに適用し、これまで検証が困難であった福島県内外の地域を中心に選定した計64地点を対象にATDMの再現性の検証を行った。その結果、初期被ばくの評価上特に重要な3月12日の原発から北方向へ輸送されたプルームについて、これまで対象としていた原発から25km地点より近傍の約10km地点における線量率のピーク値やそのタイミングを比較的良好に再現するATDMが複数存在することが分かった。また、実測値がなくこれまで検証が困難であった北関東地域でのプルームの輸送状況の再現性の検証に見通しが得られた。

報告書

加速器駆動核変換システムのMA燃料組成およびその除熱に関する再検討

菅原 隆徳; 森口 大輔*; 伴 康俊; 津幡 靖宏; 高野 公秀; 西原 健司

JAEA-Research 2021-008, 63 Pages, 2021/10

JAEA-Research-2021-008.pdf:4.43MB

本研究では、従来の加速器駆動核変換システム(ADS)核設計では考慮されていなかったウラン(U)や希土類元素(RE)を考慮するため、日本原子力研究開発機構で開発されたSELECTプロセスに基づき、より現実的なMA燃料組成を検討し、ADS核設計を行った。その結果、Npあり/なしの2ケースについて、いずれも設定した制限値を満足することを示した。これらの概念は、これまで検討されてきた概念と異なり、UやREが含まれるものの、核変換性能は悪化せず、分離変換サイクルと整合の取れた成立性の見込まれるADS炉心概念である。さらに、検討したMA燃料組成をベースとして、燃料粉末貯蔵時および燃料集合体組立時の除熱に関する評価を行った。その結果、粉末貯蔵に関しては、長さ500[mm]、内径11-21[mm]の円柱管容器を、水中で保管する必要があることがわかった。燃料集合体組立時の除熱に関する評価は、CFD解析を実施し、空気流速が0.5[m/s]以上であれば、被覆管制限温度450[$$^{circ}$$C]以下を満足することがわかった。以上のように、分離変換サイクルと整合の取れたMA燃料組成を検討し、ADS炉心概念が成立することを示すとともに、最新の条件に基づいた除熱性能の検討を行った。この検討により、MA燃料の取扱い上、最も難しい点の一つである発熱に関して、新たに検討したMA燃料組成が、現実的に取り扱い可能であることを示した。

論文

Development and operation of an electrostatic time-of-flight detector for the Rare RI storage Ring

長江 大輔*; 阿部 康志*; 岡田 俊祐*; 大甕 舜一朗*; 若山 清志*; 細井 駿*; 鈴木 伸司*; 森口 哲朗*; 天野 将道*; 上岡 大起*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 986, p.164713_1 - 164713_7, 2021/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.53(Instruments & Instrumentation)

An electrostatic time-of-flight detector named E-MCP has been developed for quick diagnostics of circulating beam and timing measurement in mass spectrometry at the Rare-RI Ring in RIKEN. The E-MCP detector consists of a conversion foil, potential grids, and a microchannel plate. Secondary electrons are released from the surface of the foil when a heavy ion hits it. The electrons are accelerated and deflected by 90$$^{circ}$$ toward the microchannel plate by electrostatic potentials. A thin carbon foil and a thin aluminum-coated mylar foil were used as conversion foils. We obtained time resolutions of 69(1) ps and 43(1) ps (standard deviation) for a $$^{84}$$Kr beam at an energy of 170 MeV/u when using the carbon and the aluminum-coated mylar foils, respectively. A detection efficiency of approximately 90% was obtained for both foils. The E-MCP detector equipped with the carbon foil was installed inside the Rare-RI Ring to confirm particle circulation within a demonstration experiment on mass measurements of nuclei around $$^{78}$$Ge produced by in-flight fission of uranium beam at the RI Beam Factory in RIKEN. Periodic time signals from circulating ions were clearly observed. Revolution times for $$^{78}$$Ge, $$^{77}$$Ga, and $$^{76}$$Zn were obtained. The results confirmed successful circulation of the short-lived nuclei inside the Rare-RI Ring.

論文

生体元素からの中性子及び$$gamma$$線生成断面積の測定

魚住 祐介*; 執行 信寛*; 梶本 剛*; 森口 大輔*; 上山 正彦*; 吉岡 正勝*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; et al.

HIMAC-136, p.248 - 249, 2011/11

本発表では、平成22年度に放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用いて行った測定について報告する。重粒子線がん治療では、入射重イオンと生体組織を構成する元素との核反応により中性子及び$$gamma$$線が患者の体内にて生成される。これらの放射線による二次発がんリスクの評価には、重イオン核反応における生成二重微分断面積を広いエネルギー範囲で精度よく測定する必要がある。平成21年度は、既存の実験データのある炭素+炭素反応に対して測定を行い、最適な測定条件を検討した。平成22年度は、前年度までの検討を踏まえ、データの存在しない酸素+炭素反応の断面積を測定した。その結果、数百MeV領域から0.6MeVまでの極めて広いエネルギー範囲に渡って精度よく中性子生成二重微分断面積を取得できた。さらに、取得した実験データを利用してPHITSコードの精度検証を行った。PHITSは、前方角度領域において断面積をわずかに過小評価するものの、全体的に実験値をよく再現することがわかった。

論文

Neutron-production double-differential cross sections from heavy-ion interactions

佐藤 大樹; 森口 大輔*; 梶本 剛*; 古場 祐介*; 中村 泰博*; 執行 信寛*; 上山 正彦*; 魚住 祐介*; 吉岡 正勝*; 松藤 成弘*; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 59(2), p.1741 - 1744, 2011/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:27.68(Physics, Multidisciplinary)

重イオン相互作用からの中性子生成二重微分断面積に関する既存の実験データは、検出器の検出効率の評価に問題があり断面積を過大評価していることが知られていた。そこで、最新の検出効率計算コードを用いて既存のデータを再解析することにより、過大評価を改善した系統的な断面積データの評価を行った。また、放射線医学総合研究所の重イオン加速器を用いて、新たに中性子生成二重微分断面積を測定した。取得したデータは、既存のデータに比べ測定角度領域が後方角にまで及び検出下限エネルギーも10倍程度低い。両データは、同一核反応の同一角度において非常に良い一致を示した。さらに、各種シミュレーションコードの予測値と比較したところ、いずれのコードも前方角度領域の高エネルギー中性子生成を適切に再現できておらず、重イオン核反応模型の修正が必要であることが示唆された。

論文

Measurement of deuteron induced thick target neutron yields at 9 MeV

執行 信寛*; 日高 浩介*; 平林 慶一*; 中村 泰博*; 森口 大輔*; 隈部 正洋*; 平野 秀峻*; 平山 嵩祐*; 内藤 有紀*; 本岡 親英*; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 59(2), p.1725 - 1728, 2011/08

The double differential thick target neutron yields from 9 MeV deuteron incidences were measured at the Kyushu University Tandem Accelerator Laboratory. A copper and a titanium foils which are thick enough for a deuteron to stop in the foils were placed at the center of a vacuum chamber. An NE213 liquid organic scintillator was employed to detect neutrons emitted from targets and placed at 9 directions from 0$$^{circ}$$ to 140$$^{circ}$$. To consider the contribution of scattered neutrons from the floor, we also measured neutron yields with an iron shadow bar located in front of the scintillator. Because incident deuteron beam was not pulsed and the Time-of-Flight method was not applied, the energy spectrum was derived from unfolding the light output spectrum using the FORIST code. The detection efficiency was calculated with the SCINFUL-QMD code. The experimental results were compared with the calculation data of the TALYS code, and it turned out that the calculation data does not reproduce the experimental ones satisfactorily.

論文

Measurement of neutron-production double-differential cross-sections on carbon bombarded with 290-MeV/nucleon carbon and oxygen ions

佐藤 大樹; 森口 大輔*; 梶本 剛*; 上原 春彦*; 執行 信寛*; 上山 正彦*; 吉岡 正勝*; 魚住 祐介*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 644(1), p.59 - 67, 2011/07

 被引用回数:17 パーセンタイル:77.77(Instruments & Instrumentation)

重粒子線がん治療の普及に伴い患者体内に入射した重イオンビームの核反応で生成される二次中性子の放射線影響に関心が集まっている。しかし、二次発がんの潜在的なリスク評価のために必要となる重イオンビームと生体構成元素との核反応に関する実験データは整備されておらず、放射線輸送コードの計算精度も十分に検証されていない。そこでわれわれは、放射線医学総合研究所HIMAC加速器を利用し、炭素+炭素反応及び酸素+炭素反応における中性子生成二重微分断面積(DDX)を測定した。論文では、有機シンチレータと飛行時間法を利用した測定手法の詳細を説明し、得られた結果を過去の実験データ及びPHITSコードの計算値と比較することで、測定手法の妥当性や放射線輸送コードの有用性について議論した。実験データは、数百MeVから0.6MeVまでの極めて広いエネルギー領域で精度よく取得されており、PHITSの結果は全エネルギー領域に渡りファクター2以内で実験値を再現した。

口頭

重イオン入射反応における中性子生成断面積の研究,2; 中性子生成二重微分断面積の評価と計算コードとの比較

佐藤 大樹; 森口 大輔*; 中村 泰博*; 梶本 剛*; 上山 正彦*; 吉岡 正勝*; 古場 祐介*; 執行 信寛*; 魚住 祐介*; 松藤 成弘*; et al.

no journal, , 

放射線医学総合研究所の重イオン加速器と生体構成元素から成るターゲット材を用い、重イオン入射反応における中性子生成二重微分断面積を測定した。得られたデータは、入射エネルギーに相当する数百MeVから生物学的に重要なエネルギー領域である1MeV近傍まで幅広く含む。さらに、既存の実験データを再解析して利用することにより、系統的な断面積の評価を行った。既存の実験データは検出器の検出効率の見積もりに問題があるとされていたが、最新の検出効率計算コードを利用した解析により、断面積の過大評価が修正された。評価した断面積データを、重粒子線治療における線量評価への応用が検討されている各種シミュレーションコードの予測値と比較した。いずれのコードも前方角度領域への高エネルギー中性子の放出を再現できておらず、重イオン核反応模型に問題があることが指摘された。

口頭

Cu, Tiに対する9MeV重陽子中性子収量測定

執行 信寛*; 日高 浩介*; 平林 慶一*; 中村 泰博*; 森口 大輔*; 平野 秀峻*; 平山 嵩祐*; 内藤 有紀*; 渡辺 幸信*; 相良 建至*; et al.

no journal, , 

9MeV重陽子を厚い銅とチタンに入射したときの中性子収量測定を行った。中性子検出器に直径5.08cm,厚さ5.08cmのNE213シンチレータを使用し、発光量をアンフォールディングすることにより中性子エネルギースペクトルを導出した。その結果、銅の場合、中性子エネルギーが9MeV以上の領域で15$$^{circ}$$方向の収量が0$$^{circ}$$方向の収量を上回ることがわかった。また、チタンの場合は中性子のエネルギーが8MeVから12MeVの範囲で同様の傾向が見られた。

口頭

Cuに対する9MeV重陽子入射中性子生成量の測定

平林 慶一*; 平野 秀峻*; 日高 浩介*; 森口 大輔*; 中村 泰博*; 執行 信寛*; 平山 嵩祐*; 内藤 有紀*; 渡辺 幸信*; 高橋 博樹; et al.

no journal, , 

IFMIF/EVEDA加速器では、9MeV重陽子入射加速器が考えられており、ターゲットやビームダンプの放射線安全設計・審査に向けて精度の高い核データが必要とされているが、現状では実験データが乏しいため、計算コードの精度検証が十分にできていない。そこで本研究では、タンデム加速器により9MeVに加速した重陽子を厚いターゲットに入射し、ターゲット中で重陽子が止まるまでの(d,xn)反応による中性子生成量の測定,解析を行い、TALYSコードによる計算値との比較を行った。実験で得られた結果を元に、中性子検出器の応答関数を求めた。TALYSコードによる計算結果と比較を行った結果、TALYSの計算値は絶対値に差はあるが、傾向は再現していることがわかった。

口頭

重イオン入射反応における中性子生成断面積の研究,3; 290MeV/u炭素入射による酸素標的核からの中性子生成二重微分断面積

佐藤 大樹; 執行 信寛*; 魚住 祐介*; 森口 大輔*; 梶本 剛*; 吉岡 正勝*; 上山 正彦*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*; et al.

no journal, , 

重粒子線がん治療の普及に伴い、患者体内に入射した重イオンビームの核反応で生成される二次中性子の放射線影響に関心が集まっている。しかし、二次発がんの潜在的なリスク評価のために必要となる重イオンビームと生体構成元素との核反応に関する実験データは整備されておらず、放射線輸送コードの計算精度も実験データの不備から検証されていない。そこで本研究では、放射線医学総合研究所HIMAC加速器を利用し、重イオン入射反応における中性子生成二重微分断面積(DDX)の測定を進めている。人体を構成する元素は、おもに水素,炭素,窒素及び酸素であるが、治療に利用されている炭素ビームを用いた炭素ターゲットに対するデータは既に取得している。今回は、酸素ターゲットに対するデータ取得を目指した。実験では、酸素イオンビームを固体の炭素ターゲットに入射する測定を行い、逆反応解析により酸素をターゲットとしたDDXを導出する。バックグラウンドイベントの低減と測定システムの改善により、リスク評価において重要となる約1MeVを含む幅広いエネルギー領域での中性子を測定した。また、放射線輸送コードPHITSが前方角度領域の実験データを全体的によく再現していることを示した。

口頭

炭素ターゲットに対する炭素イオン入射中性子生成二重微分断面積測定

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 梶本 剛*; 森口 大輔*; 上山 正彦*; 吉岡 正勝*; 古場 裕介*; 中村 泰博*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; et al.

no journal, , 

陽子や重イオンによるがん治療は、腫瘍への線量集中性の高さから注目を集めている。患者に陽子や重イオンを照射すると、患者体内の元素と原子核反応を起こしさまざまなエネルギーの中性子を生成するが、この中性子による患者への影響は十分に考慮されてこなかった。今後、治療の高精度化のためには、中性子に対する線量評価が重要となってくる。本研究では、重イオンがん治療で多く利用されている290MeV/uの炭素イオンを生体構成元素の一つである炭素ターゲットに入射し、原子核反応により生成される中性子の二重微分断面積(DDX)を測定した。実験は、放射線医学総合研究所HIMACにて行った。中性子検出器としてNE213シンチレータを採用し、測定角度は15$$^{circ}$$, 30$$^{circ}$$, 45$$^{circ}$$, 60$$^{circ}$$, 75$$^{circ}$$及び90$$^{circ}$$とした。中性子の運動エネルギーは飛行時間法に基づき決定した。データ解析の結果、2.8MeV以上のエネルギーの中性子についてDDXデータを導出することができた。これは既存の実験データの下限エネルギーに比べ約1/5であり、生物学的効果を考察するうえで重要となる低エネルギー領域の中性子をほぼ測定できている。取得したDDXデータは、汎用粒子輸送コードPHITSの計算結果と比較した。両者は全エネルギー領域において良い一致を示した。PHITSは重イオン入射の原子核反応を記述するために量子分子動力学(QMD)モデルを採用しているが、このエネルギー領域におけるQMDモデルの妥当性が確認できた。

口頭

原子力事故データの総合解析・事故時の有害物質大気中動態評価法の高度化

山澤 弘実*; 大浦 泰嗣*; 森口 祐一*; 寺田 宏明; 関山 剛*; 五藤 大輔*; 鶴田 治雄*

no journal, , 

本研究は、メソスケールを対象として、高精度気象場の構築機能と福島第一原子力発電所(1F)事故時の大気中濃度実測データ等により精度検証された国内の大気拡散モデル群によるアンサンブル評価機能から構成される事故時大気中動態評価法のプロトタイプを構築することを全体目標とし、以下の6サブテーマで構成される。(1)(名古屋大学): 国際モデル比較実験、各サブテーマ成果の集約による計算精度向上の検証、アンサンブル評価を用いた防災利用法の提案。(2)(首都大学東京): 大気環境測定局SPM計ろ紙分析による1F起源放射性プルームを網羅するCs-134, 137大気中濃度データセットの整備。(3)(東京大学): 大気中ダスト・土壌試料の測定結果等の測定値に基づく総合的なプルーム動態解析、他の観測データ及びモデル計算結果との整合性検証。(4)(原子力機構): ベイズ統計及びマルチスケール拡散計算による放出源情報推定手法の改良、種々の環境測定データからの1F事故の放出源情報の再推定。(5)(気象研究所): 高度なデータ同化による1F事故時の気象場の再構築とその精度検証。(6)(国立環境研究所): 大気中放射性物質の輸送・変質・沈着サブモデルの検証・改良、大気拡散モデルの高度化。

口頭

大気中有害物質の動態評価法の高度化

山澤 弘実*; 佐藤 陽祐*; 大浦 泰嗣*; 森口 祐一*; 寺田 宏明; 古野 朗子; 都築 克紀; 門脇 正尚; 関山 剛*; 足立 光司*; et al.

no journal, , 

環境研究総合推進費: 課題番号1-1802「原子力事故データの総合解析による事故時の有害物質大気中動態評価法の高度化」(2018$$sim$$2020年)では、東京電力福島第一原子力発電所(1F)事故を題材として、有害物質放出事故時の数百km範囲での大気中動態を評価するために必要な要素技術の高度化に取り組んでいる。本研究は、(1)1F事故大気中濃度データの整備と解析、(2)放出源情報推定法の改良、(3)気象場再現法及び大気拡散数値モデルの高度化、(4)大気中濃度解析結果を参照データとするモデル比較試験及び防災利用での計算結果提示法のプロトタイプ構築、の研究テーマにより構成されている。本発表では、各研究テーマによるこれまでに得られた主要な成果の概要を紹介する。

口頭

大気拡散モデルの原発事故環境データによる評価とその緊急時応用,3; 大気拡散モデルの緊急時利用法の検討

山澤 弘実*; 大浦 泰嗣*; 森口 祐一*; 寺田 宏明; 関山 剛*; 五藤 大輔*; 鶴田 治雄*; 佐藤 陽祐*

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)事故の内部被ばく線量の評価では、大気中濃度実測値に基づく評価の代替として大気拡散モデルを用いる手法が使われてきた。しかし、(1)大気中濃度の分析が未了でプルーム動態が十分解明されていないこと、(2)放出源情報及びその推定方法と事故当時の気象場に不確かさが残されていること、(3)大気拡散モデルに不確かさが残されていることが課題であった。これら課題の解決は、今後の原子力事故を含む有害物質大気中放出事故の影響及びリスクの評価の不確かさを低減する上で不可欠であることが指摘されており、モデル予測結果の不確かさの低減と不確かさを踏まえた緊急時利用法の検討が必要である。そこで、環境研究総合推進費1-1802「原子力事故データの総合解析による事故時の有害物質大気中動態評価法の高度化」では、大気中濃度データ等からの放出源情報推定法の改良、データ同化を用いた気象場再現方法及び沈着過程に着目した大気拡散モデルの検証・改良、1F事故時の大気環境測定局SPM計ろ紙の分析等による大気中濃度データ整備、及び複数の大気拡散モデル計算値と測定値を総合化した情報提供法枠組みの提案を目的とした。本発表では、これらの研究成果全体を概観するとともに、主に大気拡散モデルの緊急時利用法についての検討結果を議論する。

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