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論文

Evaluation of two-stage system for neutron measurement aiming at increase in count rate at Japan Atomic Energy Agency - Fusion Neutronics Source

篠原 孝司; 石井 啓一*; 落合 謙太郎; 馬場 護*; 助川 篤彦; 笹尾 眞實子*; 北島 純男*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11E823_1 - 11E823_4, 2014/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

A neutron flux array is one of the important plasma diagnostics to obtain the information on fast ion population. However, the limited flux owing to its collimator results in the small number of pulse counts and the large statistical error. The method to increase the pulse counts is required. Here, we propose a multi-stage neutron detection system, in which several sets of a scintillator and photo-multiplier tube (PMT) are placed in a line-of-sight. In order to evaluate the performance of the multi-stage detection system, we have carried out experiments on a two-stage detection system using a neutron beam at FNS (Fusion Neutronics Source) of JAEA (Japan Atomic Energy Agency). The results have shown the concept of the multi-stage detection system works as expected. In the best setup, the test two-stage system reached about 1.7 (1.8) times the efficiency of a single scintillator and PMT system for 2.54 (14) MeV neutrons.

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,43

河野 康則; 伊丹 潔; 川端 一男*; 草間 義紀; 笹尾 眞實子*; Peterson, B.*; 間瀬 淳*

プラズマ・核融合学会誌, 90(2), P. 164, 2014/02

ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第25回会合が、平成25年10月15日-18日の日程で仏国サン・ポール・レ・デュランスのITER機構において開催された(出席:約80名、内訳/日本:5名、米国: 4名、韓国: 2名、EU: 23名、中国: 3名、ロシア: 8名、インド: 6名、ITER機構:約25名)。会合では、最重要課題である「損失アルファ粒子計測手法の開発」、「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」、「壁反射光の光学計測への影響」及び「プラズマ制御システムに関する計測要求の検討」に対する取り組み状況を中心に議論を行った。会合の初日には、ITER機構のプログレス会合が開催され、同機構におけるITER計測装置の設計検討の状況について報告・議論が行われた。

論文

Research and development of neutron detection system using scintillator and digital-signal processing

篠原 孝司; 石井 啓一*; 落合 謙太郎; 馬場 護*; 笹尾 眞實子*; 北島 純男*

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1402144_1 - 1402144_9, 2013/11

A collimated neutron flux array system in JT-60U successfully upgraded performance of higher counting rate and the capability to detect 14 MeV neutrons as well by using a fast digitizer in 2006. Additionally, detailed analysis of the recorded waveform on JT-60U and FNS has provided us new findings. In this paper, firstly, characteristics of pulse shapes and neutron-$$gamma$$ discrimination parameters investigated by the detailed analysis of digitized waveform data are described. Next, new data analysis procedure for neutron-$$gamma$$ discrimination based on the characteristics is proposed. In the new procedure, an appropriate projection surface, on which we can define the discrimination boundary, has been introduced in three-dimensional discrimination parameter space. The problem of pulse height variation, which occurs when a counting rate is high in high performance plasma, and its countermeasures are also presented. The system using the countermeasure of a booster method successfully has avoided the problem in the high neutron flux condition of $$sim$$2$$times$$10$$^{5}$$ counts/s on FNS.

論文

Issues on the absolute neutron emission measurement at ITER

笹尾 眞實子*; 石川 正男; Yuan, G.*; Patel, K.*; Jakhar, S.*; Kashchuk, Y.*; Bertalot, L.*

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2402127_1 - 2402127_3, 2013/09

ITERの核融合出力は中性子放射化システムや中性子カメラとともに中性子束モニタの組み合わせで測定される。これらのシステムは、ITERトカマク内に中性子発生装置を回転させることで絶対較正を行う。実際に、個々の中性子束モニタの測定範囲は限られているが、ITERプラズマを用いた相互較正試験により測定範囲をつなぎ、全体として10$$^{14}$$n/sから10$$^{21}$$n/sの中性子発生量をカバーする必要がある。このため、相互較正を正確に行う必要がある。本研究では、相互較正試験時のプラズマの上下方向、径方向の移動が精度に与える効果について評価した。その結果、プラズマの上下方向の移動がもたらす精度の悪化を最小限に留めるためには、よく計画された放電シナリオによるプラズマを用いて相互較正試験を行う必要があるとともに、縦方向中性子カメラを効果的に使用することが重要であることがわかった。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,41

伊丹 潔; 河野 康則; 川端 一男*; 草間 義紀; 笹尾 眞實子*; Peterson, B.*; 間瀬 淳*

プラズマ・核融合学会誌, 89(9), P. 638, 2013/09

ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第24回会合が、平成25年6月4日-7日の日程で米国・サンディエゴにて開催された(出席: 41名、内訳/日本: 2名、米国: 24名(うち豪州1名)、韓国: 1名、EU: 6名、中国: 6名、ロシア: 1名、ITER機構: 1名)。会合では、最重要課題である「損失アルファ粒子計測手法の開発」、「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」及び「プラズマ制御システムに関する計測要求の検討」に対する取り組み状況を中心に議論を行った。会合の初日には、米国におけるプログレス会合が開催され、同国が開発を担当するITER計測装置の設計検討及び試作試験が順調に進展していることが報告された。

論文

Temporal contrast enhancement of petawatt-class laser pulses

桐山 博光; 下村 拓也; 笹尾 一; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 福田 祐仁; et al.

Optics Letters, 37(16), p.3363 - 3365, 2012/08

 被引用回数:29 パーセンタイル:11.89(Optics)

原子力機構で開発を進めているペタワット(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)の高度化として、時間コントラストの向上を行った。J-KARENレーザーの前置増幅器である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、かつOPCPAの直後に可飽和吸収体を用いることにより、70テラワット(TW)の出力レベルにおいて、サブナノ秒の時間領域で1.4$$times$$10$$^{12}$$の高いコントラストを実証した。また、メインパルス近傍のピコ秒領域のコントラストを向上するため、音響光学分散フィルターでスペクトルノイズを除去することにより、約2桁の改善を実証した。この高品質のレーザー光をさらに増幅し、圧縮前で28Jまでの増幅を実現した。本システムにより、再圧縮することにより、約600TW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。

論文

Proton acceleration to 40 MeV using a high intensity, high contrast optical parametric chirped-pulse amplification/Ti:sapphire hybrid laser system

小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮*; 匂坂 明人*; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; 静間 俊行; 早川 岳人; 桐山 博光; et al.

Optics Letters, 37(14), p.2868 - 2870, 2012/07

 被引用回数:65 パーセンタイル:2.65(Optics)

OPCPA方式チタンサファイアレーザーで発生した高コントラスト(10$$^{10}$$)高強度(10$$^{21}$$)短パルス(40fs)のレーザー光を用いて、従来の最大エネルギー25MeVを超える40MeVの陽子線を得た。このときのレーザーエネルギーは10ジュール以下であった。15MeV以上の陽子線の発生効率は、0.1%であった。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,37

林 伸彦; 井手 俊介; 鈴木 隆博; 伊丹 潔; 河野 康則; 笹尾 眞實子*; 草間 義紀

プラズマ・核融合学会誌, 88(7), p.392 - 393, 2012/07

2012年の春季に国際トカマク物理活動(ITPA)に関する2つの会合(「統合運転シナリオ」と「計測」)が開催された。「統合運転シナリオ」は、スペインのマドリードで開催し、日本からは4名の参加があった。「計測」は、ロシアのモスクワで開催し、日本からの参加者は2名であった。各会合の概要をまとめて報告する。なお、次回会合は2012年の秋季に、「計測」は他のグループとは独立に開催し、「統合運転シナリオ」は第24回核融合エネルギー会議後に米国のサンディエゴで「計測」以外の他のグループと合同で開催する予定である。

論文

Complementary characterization of radioactivity produced by repetitive laser-driven proton beam using shot-to-shot proton spectral measurement and direct activation measurement

小倉 浩一; 静間 俊行; 早川 岳人; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(4), p.048003_1 - 048003_2, 2012/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.32(Physics, Applied)

繰り返し動作(1Hz)可能な高強度レーザーを用いて高エネルギーのプロトンを発生した。そのプロトンをリチウムターゲットに照射し、$$^{7}$$Li(p,n)$$^{7}$$Be反応を起こした。反応によって生成した$$^{7}$$BeをGe半導体検出器を用いて測定した。その結果、1.7$$pm$$0.2Bqが生成したことがわかった。一方、生成したプロトンのスペクトルを飛行時間法を用いて測定し、放射化断面積を用いて放射化量を評価した。その結果、1.6$$pm$$0.3Bqが得られた。誤差範囲で一致した。そこで、われわれは、レーザー駆動粒子線を用いて放射化反応を起こさせる場合、反応量を飛行時間法でレーザーショットごとにモニターする方法を提案する。

論文

Development of a negative hydrogen ion source for spatial beam profile measurement of a high intensity positive ion beam

神藤 勝啓; 和田 元*; 西田 睦聡*; 出村 康拡*; 佐々木 大地*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 金子 修*; 木崎 雅志*; 笹尾 眞實子*

AIP Conference Proceedings 1390, p.675 - 683, 2011/09

 パーセンタイル:100

A negative ion beam probe system has been proposed as a new tool to diagnose beam profiles of high intensity positive ion beams such as the high intensity continuous-wave (CW) D$$^+$$ beam for the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF). To monitor beam profile of the positive ion beam from a remote position, a negative ion beam is injected into the positive ion beam perpendicularly, and the negative-ion-beam attenuation due to the beam-beam interaction is measured at each point. In a low barycentral energy region, the additional electrons of the negative ions with the small electron affinity are easily detached by collisions with the positive ions. To validate the system capability, an experimental study with a low-energy intense He$$^+$$ beam system has been started for the proof-of-principle (PoP) experiment. For the probe beam source, an H$$^-$$ ion source to produce the H$$^-$$ beam with a rectangular shape of 70 mm $$times$$ 2 mm has been designed and assembled. The long side of the rectangle can cover the entire cross section of the He$$^+$$ beam around the focal point, while the short side should be thin not to disturb the target beam. It is installed on a small test stand to measure the beam quality of the H$$^-$$ beam. Experimental results of the H$$^-$$ beam extracted from the small source will be presented.

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,33

朝倉 伸幸; 芦川 直子*; 上田 良夫*; 大野 哲靖*; 田辺 哲朗*; 仲野 友英; 増崎 貴*; 伊丹 潔; 河野 康則; 川端 一男*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 87(7), p.485 - 486, 2011/07

2011年の5月に2つのITPAトピカルグループの会合が開催された。「スクレイプオフ層とダイバータ物理」トピカルグループはフィンランドで、及び「計測」トピカルグループはオランダで、それぞれ単独で会合を開催した。日本側ITPA委員から合計8名が出席し、活発な議論を行った。それぞれのトピカルグループの次回会合予定(それぞれ2012年1月、及び2011年10月)もあわせて示した。

論文

Measurement of relative biological effectiveness of protons in human cancer cells using a laser-driven quasimonoenergetic proton beamline

余語 覚文; 前田 拓也; 堀 利彦; 榊 泰直; 小倉 浩一; 西内 満美子; 匂坂 明人; 桐山 博光; 岡田 大; 金沢 修平; et al.

Applied Physics Letters, 98(5), p.053701_1 - 053701_3, 2011/02

 被引用回数:60 パーセンタイル:6.57(Physics, Applied)

Human cancer cells are irradiated by laser-driven quasi-monoenergetic protons. Laser pulse intensities at the $$5times 10^{19}$$ W/cm$$^2$$ level provide the source and acceleration field for protons that are subsequently transported by four energy-selective dipole magnets. The transport line delivers 2.25 MeV protons with an energy spread of 0.66 MeV and a bunch duration of 20 ns. The survival fraction of in-vitro cells from a human salivary gland tumor is measured with a colony formation assay following proton irradiation at dose levels up to 8 Gy, for which the single bunch does rate is $$1 times 10^7$$ Gy/s and the effective dose rate is 0.2 Gy/s for 1-Hz repetition of irradiation. Relative biological effectiveness at the 10% survival fraction is measured to be $$1.20 pm 0.11$$ using protons with a linear energy transfer of 17.1 keV/$$mu$$m.

論文

Fast neutron-$$gamma$$ discrimination on neutron emission profile measurement on JT-60U

石井 啓一*; 篠原 孝司; 石川 正男; 馬場 護*; 磯部 光孝*; 岡本 敦*; 北島 純男*; 笹尾 眞實子*

Review of Scientific Instruments, 81(10), p.10D334_1 - 10D334_3, 2010/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.73(Instruments & Instrumentation)

Automatic analysis of the neutron-$$gamma$$ pulse shape discrimination has been developed for the neutron emission profile monitor, which uses stilbene scintillation detectors, in JT-60U. In the automatic analysis, linear discriminant function is applied to determine the line dividing between neutron events and $$gamma$$-ray events on the 2D map. In order to verify the validity of the determined line, the pulse shape discrimination quality is evaluated with the ratio of $$gamma$$-ray events to neutron events, namely contamination by $$gamma$$-ray. As a result, it is clear that $$gamma$$-ray contamination is below to statistical error with the time resolution of 10 ms.

論文

Strategy for the absolute neutron emission measurement on ITER

笹尾 眞實子*; Bertalot, L.*; 石川 正男; Popovichev, S.*

Review of Scientific Instruments, 81(10), p.10D329_1 - 10D329_3, 2010/10

 被引用回数:13 パーセンタイル:36.6(Instruments & Instrumentation)

ITERでは、絶対中性子発生量測定に対し10%の計測精度が要求されている。この計測精度を達成するために数種類の中性子計測を組合せて測定を行う必要があり、そのためには各中性子計測装置のその場較正試験に加えて、それぞれの計測装置の相互較正が必要となる。本研究では、各中性子計測装置のその場較正試験に必要な時間を中性子輸送解析により評価した。その結果、中性子源として10$$^{10}$$ n/s以上のDT中性子及び10$$^{8}$$n/s以上のDD中性子が発生可能な中性子発生装置を用いることで、全体として8週間でその場較正試験を完了できる見通しがたった。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,30

河野 康則; 笹尾 真実子*; 間瀬 淳*; 川端 一男*; 草間 義紀; Peterson, B.*; 伊丹 潔

プラズマ・核融合学会誌, 86(9), P. 552, 2010/09

国際トカマク物理活動(ITPA)計測トピカルグループの第18回会合が米国・オークリッジにて2010年5月11日-14日の日程で開催され、45名が出席した(内訳/日本:8名,米国:21名,中国:1名,EU:12名,ITER機構:3名)。会合では、ITERの計測における最重要課題への取り組み状況を中心に報告・議論が行われた。現在の最重要課題は次の6件である。(1)損失$$alpha$$粒子計測手法の開発,(2)較正手法及び較正源の評価,(3)プラズマ対向第一ミラーの寿命の評価,(4)高温ダストの計測手法の評価,(5)壁からの反射光の光学計測への影響の評価,(6)プラズマ立ち上げ時に必要な計測性能の評価。併せて、ITER計測装置の設計検討の現状及び専門家ワーキンググループ(SWG)の活動等についての議論が行われた。本報告では、会合の概要を紹介する。

論文

レーザー駆動型粒子線装置のための陽子線プロトタイプ輸送系の開発

榊 泰直; 西内 満美子; 堀 利彦; Bolton, P.; 余語 覚文; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 織茂 聡; 近藤 公伯; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.312 - 315, 2010/08

原子力機構・関西光科学研究所(関西研)では、文部科学省の「先端融合領域イノベーション創出拠点の形成プロジェクト」に採択され、平成19年度より「レーザー駆動型粒子線治療装置」の実用化を目指している。このプロジェクトは、高強度・短パルスのレーザーによる、従来のRF加速よりも高い100GeV/mという電界勾配を利用した加速手法にて、既存のシンクロトロン型粒子線治療装置を小型化するというものである。そこでレーザー駆動型粒子線に対して、これまで単体性能試験が行われた位相回転空洞,PMQ及び偏向電磁石を組合せたプロトタイプビーム輸送系を開発し、PARMILAを用いて空間電荷効果評価を行い装置の標準設計手法の確立を目指した。

論文

Measured and simulated transport of 1.9 MeV laser-accelerated proton bunches through an integrated test beam line at 1 Hz

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; 森 道昭; 織茂 聡; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 13(7), p.071304_1 - 071304_7, 2010/07

 被引用回数:24 パーセンタイル:15.39(Physics, Nuclear)

1.9MeVレーザー駆動陽子線のビームライン中に伝送した。ビームラインは、PMQ, RF cavity,monochrometerからなり、伝送の様子をPARMILAのシミュレーションによって再現した。このような試みは世界初のことである。ビームラインの最終端において、6nsのバンチ幅を道、5%のエネルギースプレッドを持つビームが10%の効率で検出された。この様子はPARMILAにより再現でき、PARMILAコードがレーザー駆動陽子線のビームラインの構築に使用できることを証明した。

論文

A Negative ion beam probe for diagnostics of a high intensity ion beam

神藤 勝啓; 和田 元*; 金子 修*; 津守 克嘉*; 西浦 正樹*; 笹尾 眞實子*; 木崎 雅志*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.999 - 1001, 2010/05

大出力正イオンビームのプロファイルを診断するための新方式として、われわれは負イオンビームプローブシステムを提案した。IFMIFの2本の線形加速器は加速器駆動型中性子源として、各々が40MeV/125mA連続重陽子ビームを供給する。連続運転中は極大電流ビームと高放射線レベルのために、ビーム光学やメンテナンス等の観点からビーム輸送系で通常の診断方式による測定は困難である。高エネルギー粒子との衝突により容易に付加電子が脱離する負イオンのビームを正イオンビームに対して遠方より垂直に入射して、ビーム=ビーム相互作用による負イオンビームの減衰量を各位置で調べることにより、ビームプロファイルを診断することが可能になる。われわれは平成21年度よりこの新しいビームプロファイルモニターシステムの原理検証実験を開始した。本発表では、その実験原理及び方法、本研究のために製作したシート状ビーム生成用水素負イオン源の性能評価とともに、IFMIFビーム輸送系への応用の見通しについて報告する。

論文

Laser-driven proton accelerator for medical application

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; 森 道昭; 織茂 聡; Pirozhkov, A. S.; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.88 - 90, 2010/05

レーザー駆動陽子線の研究の発展により、加速器の小型化が期待されるようになってきている。ここでは、日本原子力研究開発機構、関西光科学研究所内のPMRCセンターにおけるレーザー駆動陽子線加速器開発の現状について述べる。われわれは、医療用のレーザー駆動陽子線加速器開発の一環として、レーザー駆動陽子線のトランスポートラインを構築し、伝送実験を行った。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,27

長壁 正樹*; 篠原 孝司; 東井 和夫*; 藤堂 泰*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 山本 聡*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 85(12), p.839 - 842, 2009/12

この会合報告は、2009年秋に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"高エネルギー粒子物理","輸送と閉じこめ物理","ペデスタル物理","MHD安定性","計測"、及び"統合運転シナリオ"の計6グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験結果報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

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