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報告書

有機物を含有した核燃料物質の安定化処理

森下 一喜; 佐藤 匠; 大西 貴士; 関 崇行*; 関根 伸一*; 興津 裕一*

JAEA-Technology 2021-024, 27 Pages, 2021/10

JAEA-Technology-2021-024.pdf:2.41MB

有機物を含有したプルトニウムを含む核燃料物質(以下「有機物を含有した核燃料物質」という。)の場合、主にプルトニウムから放出される$$alpha$$線が有機物を分解して水素ガス等を発生させることが知られている。このため、有機物を含有した核燃料物質を長期間、安全に保管するためには、有機物を除去しておく必要がある。また、炭化物及び窒化物燃料(以下「炭化物燃料等」という。)の場合は、空気中の酸素や水分と反応して発熱する可能性があることから、これらを保管する場合には安定な化学形である酸化物に転換する必要がある。有機物を除去するための処理条件に関して文献調査を行った結果、空気雰囲気中で950$$^{circ}$$C(1223.15K)以上に加熱することで熱分解され、除去できることを確認した。また、炭化物燃料等の酸化物への転換について熱力学的検討を行った結果、950$$^{circ}$$C以上での炭化物燃料等の酸化反応における平衡酸素分圧が空気中の酸素分圧2.1$$times$$10$$^{4}$$Pa(0.21atm)よりも低くなり、酸化反応が進行することを確認した。このことから有機物を含有した核燃料物質の安定化処理として、空気雰囲気中で950$$^{circ}$$Cに加熱することにより、有機物を除去するとともに炭化物燃料等を酸化物に転換することとした。有機物の除去にあたっては、事前に有機物を模したエポキシ樹脂の薄板を空気雰囲気で加熱するモックアップ試験を実施し、加熱前後の外観の変化や重量の変化から、有機物が除去できることを確認した。その後実際の有機物を含有した核燃料物質等についても同様に安定化処理を実施した。

論文

光パルス干渉方式地震計を用いた円筒水槽振動特性の観測

森下 日出喜*; 吉田 稔*; 西村 昭彦; 松平 昌之*; 平山 義治*; 菅野 裕一*

保全学, 20(1), p.101 - 108, 2021/04

福島第一原子力発電所の廃止措置においては、遠隔計測技術とロボット技術の融合が不可欠である。損傷を受けた原子炉建屋の健全性を評価するために、現場にロボットにより地震計を設置する模擬試験を実施した。試験には、原子力機構の楢葉遠隔技術開発センターのロボット試験水槽を、原子炉格納容器に見立てて実施した。遠隔計測技術として、白山工業開発の光パルス干渉方式地震計を使用した。ロボット試験水槽の水位を5mから順次下げることで、振動特性の変化を記録した。試験では、偶然に起こった震度1の微小地震を計測することができた。水槽は微小振動の増幅体として振舞うことが判明した。水槽の揺れを表す物理モデルを考察することで、将来の廃止措置の現場適用の問題点を抽出した。

論文

Plutonium dioxide particle imaging using a high-resolution alpha imager for radiation protection

森下 祐樹; 黒澤 俊介*; 山路 晃広*; 林 真照*; 笹野 理*; 牧田 泰介*; 東 哲史*

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.5948_1 - 5948_11, 2021/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Multidisciplinary Sciences)

原子力施設内で二酸化プルトニウム粒子を吸入することによる作業者の内部被ばくは、放射線防護の観点から重要な問題である。核施設の作業現場において、内部被ばく評価のための二酸化プルトニウム粒子の空気力学的直径の放射能中央値(AMAD)をリアルタイム測定するため、ZnS(Ag)シンチレータ,光学顕微鏡、及び電子増倍CCD子カメラを用いた高分解能$$alpha$$イメージャーを開発した。開発した$$alpha$$イメージャーを用い、実際の二酸化プルトニウム粒子を測定し、リアルタイムに個々の$$alpha$$線の位置を特定することができた。複数の$$alpha$$線の平均の空間分解能を評価したところ16.2$$pm$$2.2umFWHMであった。また、二酸化プルトニウム粒子の空間分解能は、二酸化プルトニウム粒子とZnS(Ag)シンチレータの間の距離に起因して302.7$$pm$$4.6umFWHMであった。$$beta$$線の影響は無視でき、$$alpha$$線と識別できた。測定した計数率から二酸化プルトニウム粒子の等価粒径を計算することができた。これらの結果から、開発した$$alpha$$イメージャーが原子力施設の作業現場でのリアルタイムの二酸化プルトニウム粒子測定に有効であることが示唆された。

論文

Development of an alpha- and beta-imaging detector using a thin-stilbene plate for radon-222 progeny measurements

森下 祐樹

Radiation Measurements, 140, p.106511_1 - 106511_7, 2021/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

$$^{222}$$Rnは天然の放射性ガスであり、放射線防護の観点から、$$^{222}$$Rnとその子孫核種の測定は重要である。我々は、$$alpha$$線と$$beta$$線の位置を同時に撮像できる波形デジタイザと組み合わせた$$alpha$$$$beta$$弁別型イメージング検出器を開発した。この検出器を$$^{222}$$Rn子孫核種の測定に用いた。薄膜スチルベンプレートを位置敏感型光電子増倍管(PSPMT)に光学的に結合し、PSPMTからのアナログ信号を波形デジタイザに入力した。5.5MeVの$$alpha$$線については、2$$pi$$方向に対し検出効率は97.2%であり、エネルギー分解能は21.6$$pm$$0.18%FWHMであった。このイメージング検出器は、パルス波形弁別(PSD)法を用いて$$alpha$$粒子と$$beta$$粒子を識別できるだけでなく、$$alpha$$粒子と$$beta$$粒子のイメージングが可能であった。$$^{222}$$Rnの子孫核種捕集ろ紙を測定したところ、$$^{214}$$Biと$$^{214}$$Poを同時にイメージングでき、$$^{214}$$Biと$$^{214}$$Poの位置の間に相関があることを確認した。開発した検出器は、$$^{222}$$Rnとその子孫核種測定器として、また、核燃料施設等の$$alpha$$線用空気モニタリングにおける検出器としても有用である。

論文

Development of a Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$ (GPS) scintillator-based alpha imaging detector for rapid plutonium detection in high-radon environments

森下 祐樹; 井崎 賢二; 金子 純一*; 山本 誠一*; 樋口 幹雄*; 鳥居 建男

IEEE Transactions on Nuclear Science, 67(10), p.2203 - 2208, 2020/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:62.87(Engineering, Electrical & Electronic)

Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$(GPS)シンチレータベースの$$alpha$$線イメージング検出器を開発し、実際のプルトニウム(Pu)粒子と$$^{222}$$Rn子孫核種を測定することにより、$$^{222}$$Rn子孫核種存在下でのPu粒子検知の有効性を実証した。GPSシンチレータプレートの外形寸法は5$$times$$5cmで、シンチレータ層は厚さ3mmの高透明ガラス上に構成され、シンチレータ層の厚みは約50ミクロンであった。シンチレータプレートは、位置感知型光電子増倍管にシリコーングリースで光学的に結合した。開発した$$alpha$$線イメージング検出器は良好な感度の均一性を示した。Pu粒子の放射能を検出器上の14か所の異なる位置で評価した。測定した$$alpha$$線のカウントから放射能は正確に評価され、その差異は$$pm$$6%以内となった。Pu同位体の$$alpha$$線エネルギー領域にエネルギーウィンドウを適用することにより、ラドン222子孫核種のカウントを65.3%減少することができた。Pu/$$^{222}$$Rn子孫放射能比は1/51であったが、Pu粒子は5分測定で$$^{222}$$Rn子孫核種から識別された。したがって、開発した$$alpha$$線イメージング検出器は、高いラドンバックグラウンド環境下でのでのPu粒子の汚染のモニタリングに有効である。

論文

Radon measurements with a compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer

森下 祐樹; Ye, Y.*; Mata, L.*; Pozzi, S. A.*; Kearfott, K. J.*

Radiation Measurements, 137, p.106428_1 - 106428_7, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

ラドン測定用のコンパクトな有機シンチレータベースの$$alpha$$/$$beta$$検出器を開発し、ユニークで小さなラドンチャンバーを使用して特徴付けた。検出器は、シリコン貫通電極(TSV)シリコン光電子増倍管(またはSiPM)と6mm$$times$$6mm$$times$$6mmのスチルベン結晶キューブで構成されている。SiPMからのアナログ信号はデジタイザに送信される。検出器は遮光ボックスに収納されており、$$^{222}$$Rnガスが内部に拡散できるようにボックスの片側に空気ろ紙が取り付けられる。ミシガン大学の地下室に設置された検出器とAlphaGUARD検出器を使用して、$$^{226}$$Ra線源とともに小さなラドンチャンバーに両方の検出器を配置して他の実験を行った。パルス形状識別手法を適用することにより、アルファスペクトルとベータスペクトルを同時にかつ明確に分離し、それらを定量的に測定することができた。測定されたアルファスペクトルに2つのピークが検出され、$$^{218}$$Poによる低エネルギーピークと$$^{214}$$Poによる高エネルギーピークであった。AlphaGUARDのラドン濃度と$$alpha$$/$$beta$$検出器の計数率との間の線形関係が確認された。$$alpha$$/$$beta$$検出器の厚さは10mm未満であった。したがって、このコンパクトな有機シンチレータベースの$$alpha$$/$$beta$$検出器は、新しいラドン検出システムとして有用となる可能性がある。

論文

Evaluation of an ultra-thin plastic scintillator to detect alpha and beta particle contamination

森下 祐樹; 星 勝也; 鳥居 建男

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 966, p.163795_1 - 163795_8, 2020/06

これまでに、福島第一原子力発電所(FDNPS)の原子炉建屋でアルファおよび高$$beta$$粒子エミッターが検出された。FDNPS原子炉建屋の$$beta$$放射線レベルは非常に高いため、ガイガーミュラー(GM)カウンターなどの市販のベータ測量計では、$$beta$$汚染レベルを測定できない。この問題を解決するために、極薄のプラスチックシンチレータを使用して、アルファおよびベータ汚染の検出器を開発した。検出器の評価のため、7, 22, 24, 31, 39、および55$$mu$$mのさまざまな厚さの超薄型プラスチックシンチレータを準備した。それらの感度をテストするために、各シンチレータをガラスプレートと2インチの位置に敏感な光電子増倍管に光学的に結合し、アルファ, ベータ、またはガンマ線源に曝露した。アルファ分光法の結果は、厚さ55$$mu$$mのプラスチックシンチレータのみがアルファ粒子(5.5MeV)を完全に吸収し、半値全幅が16.7%であった。高ベータバックグラウンド下でのアルファイメージングの場合、厚さ7$$mu$$mのプラスチックシンチレータが最良の選択であり、アルファ対ベータ比が652であることがわかった。また、厚さ7$$mu$$mのプラスチックシンチレータは1MBq $$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y線源に直接コンタクトして測定しても41.74$$pm$$0.93cpsのカウントレートであり、非常に低感度であるため飽和せずに測定を行うことが可能である。したがって、厚さ7$$mu$$mのプラスチックシンチレータを使用して、以前の方法では不可能だったFDNPSサイトのベータの表面汚染レベルをリアルタイムで直接測定することができる。

論文

A Remote continuous air monitoring system for measuring airborne alpha contamination

森下 祐樹; 宇佐美 博士; 古田 禄大; 青木 克憲; 鶴留 浩二; 星 勝也; 鳥居 建男

Radiation Protection Dosimetry, 189(2), p.172 - 181, 2020/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Environmental Sciences)

遠隔$$alpha$$ダストモニタリング装置(RCAM)システムを開発した。RCAMシステムは、パーソナル$$alpha$$ダストモニターとロボットで構成した。パーソナル$$alpha$$ダストモニター(poCAMon, SARAD、ドイツ)は、400mm$$^{2}$$のイオン注入シリコン検出器と25mm$$phi$$のメンブレンエアフィルターで構成された。パーソナル$$alpha$$ダストモニターは、任意の測定時間間隔のアルファエネルギースペクトルを取得することが可能であった。実証測定は、瑞浪超深地層研究所(MIU)および換気の悪いコンクリートの建物で地下で行われた。RCAMシステムは遠隔操作され、相対湿度(RH)がほぼ100%であっても$$^{222}$$Rn子孫を正常に測定した。測定されたアルファスペクトルでは、$$^{218}$$Po(6.0MeVアルファ線)および$$^{214}$$Po(7.7MeVアルファ線)のピークが明確に識別された。我々の開発したモニターは、高ガンマ線環境または作業者が物理的に立ち入ることができない汚染場でのアルファダストモニタリングに有用である。

論文

Imaging of plutonium particles using a CCD-camera-based alpha-particle imaging system

森下 祐樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 954, p.161708_1 - 161708_5, 2020/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:39.17(Instruments & Instrumentation)

Measuring individual activities of Plutonium dioxide (PuO$$_{2}$$) particles is extremely important for the internal exposure of a worker to these particles. In this study, actual PuO$$_{2}$$ particles were measured using the CCD-camera-based alpha-particle imaging system. An electron multiplying(EM) CCD Camera was used for alpha particle imaging. A Pu sample was placed on top of the ZnS(Ag) scintillator, and produced scintillation light was captured using the CCD camera. This study showed that the CCD camera-based alpha-particle imaging system has some advantages compared to the conventional alpha particle imaging systems; (1) High spatial resolution, (2) Counting capability of individual alpha particles, (3) Real-time imaging.

論文

Upgrade of the 3-MeV linac for testing of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。

論文

Development of inter-digital H-mode drift-tube linac prototype with alternative phase focusing for a muon linac in the J-PARC muon g-2/EDM experiment

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012054_1 - 012054_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARC E34実験用の交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック(IH-DTL)を開発している。このIH-DTLはミューオンを0.34MeVから4.5MeVまで加速周波数324MHzで加速する。さらに、交換収束法を用いるため、横方向の収束が電場のみでなされ、磁場収束に比べて収束力が弱い。そのため、入射マッチングが重要になる。そのためプロトタイプを製作し、ビーム特性を検証する計画である。この論文では、IH-DTLプロトタイプのためのチューナーやカップラーの開発、特に低電力測定結果について述べる。

論文

Negative muonium ion production with a C12A7 electride film

大谷 将士*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 河村 成肇*; 的場 史郎*; 三部 勉*; 三宅 康博*; 下村 浩一郎*; 山崎 高幸*; 長谷川 和男; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012067_1 - 012067_6, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

負ミューオニウムはそのユニークな性質から様々な科学の分野で応用される可能性がある。1980年代に真空中で初めて生成されて以来、仕事関数の低い物質を用いて負ミューオニウム生成効率を高めることが議論されてきた。アルミナセメントの構成物質であるC12A7は良く知られた絶縁体であるが、電子をドープすることで導体として振舞うことが近年発見された。このC12A7エレクトライドは2.9eVという比較的低い仕事関数を持ち、負イオン生成効率を示すと期待されている。本論文では、従来用いていたアルミニウム、C12A7エレクトライド、さらにステンレスターゲット用いた負ミューオニウムイオン生成効率の比較について述べる。測定された生成率は10$$^{-3}$$/sであり、現状セットアップではエレクトライドにおいても大きな生成率向上は確認されず、表面状態をより注意深く整える必要であることが推定される。また、生成された負ミューオニウムの平均エネルギーに材質依存はなく、0.2$$pm$$0.1keVであった。

論文

$$alpha$$核種可視化検出器を用いた福島第一原子力発電所の核燃料起因$$alpha$$核種の検知

森下 祐樹; 宇佐美 博士; 鳥居 建男

Isotope News, (765), p.10 - 13, 2019/10

本論文は、福島第一原子力発電所の核燃料由来$$alpha$$核種の測定のため、$$alpha$$核種可視化検出器の開発と実際のスミヤ試料の測定について報告した。

論文

Organic scintillator-based alpha/beta detector for radiological decontamination

森下 祐樹; Di Fulvio, A.*; Clarke, S. D.*; Kearfott, K. J.*; Pozzi, S. A.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 935, p.207 - 213, 2019/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:75.46(Instruments & Instrumentation)

パルス形状識別(PSD)対応の有機シンチレーター,シリコン光電子増倍管, 波形デジタイザーを使用して、プロトタイプのアルファ/ベータ粒子検出器を開発した。電荷積分PSD技術を使用して、アルファ粒子とベータ粒子を分離した。$$^{241}$$Am線源(5.5MeVアルファ粒子)と$$^{90}$$Sr線源を使用して測定を行い、2つのシンチレータ(EJ-299-33とスチルベン)のPSDの性能指数(FOM)の値を比較した結果、スチルベン(FOM=1.61)の弁別性能はEJ-299-33 (FOM=0.56)弁別性能よりも優れていることがわかった。さらに、スチルベンは良好なエネルギー分解能を示した(5.5MeVのアルファ粒子で23.6% FWHM)。$$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y線源のパルス波高スペクトルでは、低エネルギー部分($$^{90}$$Sr)と高エネルギー部分($$^{90}$$Y)が分離して確認できる。

論文

Development of an alpha dust monitor using a GPS scintillator plate

森下 祐樹; 金子 純一*; 樋口 幹雄*; 井崎 賢二; 矢島 辰雄*; 松浦 貢*; 田村 健; 鳥居 建男

Radiation Measurements, 122, p.115 - 120, 2019/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:75.46(Nuclear Science & Technology)

A dust monitor with a silicon surface barrier detector (SSBD) is introduced at a nuclear fuel facility to detect airborne contamination of $$^{238}$$Pu and $$^{239}$$Pu released by past accidents. However, an SSBD frequently produces false alarms, especially in a room with high humidity. We developed an alpha-particle spectrometer based on a cerium-doped Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$ (GPS) scintillator plate and a photomultiplier tube (PMT). The energy resolution for 5.5-MeV alpha particles was $$sim$$11.9% $$pm$$ 0.2% of the FWHM. The efficiency was 92%, and it had a uniform sensitivity. By applying an energy window, the count-rate of the Rn progeny decreased by 77%. The GPS scintillator plate was able to measure the alpha spectrum even though the GPS scintillator got wet.

論文

Prototype of an Inter-digital H-mode Drift-Tube Linac for muon linac

中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼*; et al.

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.180 - 183, 2019/01

BNL-E821実験において、ミューオンの異常磁気能率(g-2)の実験値は素粒子標準理論の予想値から3.7$$sigma$$の乖離を示しており、標準理論を超えた物理が期待されている。より高精度な測定のためにJ-PARCミューオンg-2/EDM実験では先行実験とは異なる手法での実験を計画している。超低速ミューオンを線形加速器により212MeVまで再加速することで低エミッタンスのミューオンビームを実現し、先行実験における系統誤差を減らして世界最高精度0.1ppmを目指している。実験の核となるミューオン線形加速器の技術開発として、APF方式を用いたIH-DTLの開発を進めている。本講演では、設計の手順と製造過程の報告、さらに基本性能の試験の結果について述べる。

論文

Detection of alpha particle emitters originating from nuclear fuel inside reactor building of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

森下 祐樹; 鳥居 建男; 宇佐美 博士; 菊地 弘幸*; 宇津木 弥*; 高平 史郎*

Scientific Reports (Internet), 9, p.581_1 - 581_14, 2019/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:85.54(Multidisciplinary Sciences)

We measured alpha emitters obtained from a reactor building in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) by using an alpha particle imaging detector. For developing the detector, we used a verythin (0.05-mm-thick) a cerium-doped Gd$$_{3}$$(Ga,Al)$$_{5}$$O$$_{12}$$ (Ce:GAGG) scintillator and silicon photomultiplier (SiPM) arrays as the photodetector. The floor of the reactor building in FDNPP was wiped off by using smear papers, and the radioactivity of these papers was measured by the alpha particle imaging detector. The alpha spectrum was in the energy range of 5-6 MeV, which corresponds to the alpha particle energy of $$^{238}$$Pu (5.5 MeV). Moreover, the peak of $$^{241}$$Am was identified by gamma spectrum measurement. Based on these results, we report actual findings of alpha emitters in the FDNPP reactor buildings originating from nuclear fuels.

論文

Spectroscopic measurements of L X-rays with a TES microcalorimeter for a non-destructive assay of transuranium elements

中村 圭佑; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 杉本 哲也*; 木口 優*; 伊豫本 直子*; 満田 和久*

Journal of Low Temperature Physics, 193(3-4), p.314 - 320, 2018/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

Spectroscopic measurement of L X-ray is one of important techniques for a non-destructive assay of transuranium (TRU) elements because L X-rays of the energy ranging from 10 to 25 keV are emitted following internal conversion after the alpha-decay of TRU elements. For identification of L X-ray peaks of TRU elements, the energy resolution of the detector is required to be lower than 100 eV of the full width at half maximum (FWHM). In this work, a transition-edge-sensor (TES) microcalorimeter was operated for spectroscopic measurements of L X-rays emitted from a Np-237 and Cm-244 source. Typical L X-ray peaks of Pa, U and Pu elements were clearly identified in the obtained energy spectra. The FWHM energy resolution of the TES microcalorimeter was obtained to be 32.7 eV at Pu L alpha1 X-ray peak of 14.28 keV with natural line width of 12.20 eV. We considered a feasibility of a non-destructive assay of TRU elements with experimental L X-ray spectra obtained by the TES microcalorimeter.

論文

Low-reflection RF window for ACS cavity in J-PARC linac

田村 潤; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 青 寛幸*; 内藤 富士雄*; 大谷 将士*; 根本 康雄*

Journal of Physics; Conference Series, 1067(5), p.052009_1 - 052009_6, 2018/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.11

J-PARCリニアックの環結合型(Annular-ring Coupled Structure: ACS)空洞は、これまで安定に運転してきている。この高稼働率運転を継続するため、2015年度と2017年度に、このACS空洞用のピルボックス型高周波(RF)窓を製作した。次の二つの理由から、このRF窓における電磁波の反射を最小化する必要がある。一つ目は、このRF窓とACS空洞の間で励振する定在波の発生を防ぐためであり、二つ目は、ACS空洞と導波管の間の調整済結合度を大きく変化させないためである。このRF反射最小化を実現するため、RF窓用セラミックディスクを含んだピルボックス空洞の共振周波数を測定することにより、このセラミックディスクの比誘電率を見積もった。このようにして見積もったセラミックディスクの比誘電率を用いて、RF窓のピルボックス部寸法を決定した。この方法により製作したACS空洞用RF窓の電圧定在波比を測定したところ、3台とも1.08であり、実際の大電力運転に適用可能な低反射RF窓の開発に成功した。

論文

First muon acceleration using a radio-frequency accelerator

Bae, S.*; Choi, H.*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 二ツ川 健太*; 長谷川 和男; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 石田 勝彦*; 河村 成肇*; et al.

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 21(5), p.050101_1 - 050101_6, 2018/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:81.67(Physics, Nuclear)

ミューオンがRF加速器によって初めて加速された。正ミューオンと電子の束縛状態である負ミューオニウムをアルミ標的中での電子獲得反応によって生成し、静電加速器により初期加速する。それを高周波四重極加速空洞(RFQ)によって89keVまで加速した。加速された負ミューオニウムは、偏向電磁石による運動量の測定と飛行時間により同定された。このコンパクトなミューオン加速器は、素粒子物理や物性物理などのミューオン加速器の様々な応用への第一歩である。

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