Development of long pulse arc driven ion source for iBNCT

柴田 崇統*; 杉村 高志*; 池上 清*; 高木 昭*; 佐藤 将春*; 内藤 富士雄*; 大越 清紀; 長谷川 和男

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011009_1 - 011009_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011009

茨城ホウ素中性子捕捉治療(iBNCT)計画におけるリニアック大強度化の一環として、イオン源からのビーム生成においてduty factor 10%(パルス幅1msかつ繰返し周波数100Hz)以上を保ち、ピークビーム電流をこれまでの30mAから60mAに引き上げることが課題である。さらに医療応用上、ビーム大強度化とともに、ビーム波形の安定性(ピーク電流の揺らぎ、shotごとの波形再現性)が重要である。本研究では、六ホウ化ランタン(LaB6)フィラメントを使用したアーク放電型のイオン源を構築し、イオン源からピーク電流値53mA、ピーク電流の揺らぎ0.5mA以内のビーム引き出しを達成した。さらに、パルス幅を200sから1msに伸ばすためのアーク電源を開発し、アーク電流・電圧100A・80-120V、および900sのプラズマ生成に成功した。この長パルスアークプラズマを生成するための、新たなアークパルス電源では、DC300Vと比較的高圧の直流電源と定電圧CV回路を組み合わせることで、医療応用において重要な省スペース化とともに実現した。

Non-aqueous selective synthesis of orthosilicic acid and its oligomers

五十嵐 正安*; 松本 朋浩*; 八木橋 不二夫*; 山下 浩*; 大原 高志; 花島 隆泰*; 中尾 朗子*; 茂吉 武人*; 佐藤 一彦*; 島田 茂*

Nature Communications (Internet), 8, p.140_1 - 140_8, 2017/07

https://doi.org/10.1038/s41467-017-00168-5

Orthosilicic acid (Si(OH)) and its small condensation compounds are among the most important silicon compounds but have never been isolated, despite the long history of intense research due to their instability. These compounds would be highly useful building blocks for advanced materials if they become available at high purity. We developed a simple procedure to selectively synthesize orthosilicic acid, its dimer, cyclic trimer, and tetramer, as well as appropriate conditions to stabilize these species, in organic solvents. Isolation of orthosilicic acid, the dimer and the cyclic tetramer as hydrogen-bonded crystals with tetrabutylammonium halides and of the cyclic trimer as solvent-containing crystals was achieved. The solid-state structures of these compounds were unambiguously clarified by single crystal X-ray diffraction analysis and also by neutron diffraction study for orthosilicic acid. Based on these results, we also succeeded in developing a more practical synthetic procedure for high concentrations of stable orthosilicic acid stably in organic solvents via a simple hydrolysis of tetraalkoxysilanes.

Impact of PHITS spallation models on the neutronics design of an accelerator-driven system

岩元 大樹; 西原 健司; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 松田 規宏; 佐藤 達彦; 原田 正英; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1585 - 1594, 2016/10

https://doi.org/10.1080/00223131.2016.1140598

The impact of different spallation models and parametrisations of nucleon-nucleus interactions in PHITS on nuclear characteristics of an accelerator-driven system (ADS) is investigated. Cut-off neutrons below 20 MeV calculated by a current default option of the spallation model (i.e., Lige Intranuclear Cascade (INC) model version 4.6, INCL4.6) are found to be 14% less than those by the old spallation model (it i.e. Bertini INC model). This decrease increases the proton beam current that drives the 800-MW thermal power, and impacts various ADS parameters, including material damage, nuclear heating of the proton beam window (PBW), and the inventory of spallation products. To validate these options based on the ADS neutronics design, we conduct benchmark calculations of the total and nonelastic cross sections, thick target neutron yields, and activation reaction rate distributions. The results suggest that Pearlstein-Niita systematics, which is a default option of the nucleon-nucleus interaction parametrisation, would be best option and that the Bertini INC is better suited for cut-off neutrons than INCL4.6. However, because of the difficulty in making a definite conclusion on the spallation models, we conclude that relatively large uncertainty in the cut-off neutrons, which is the difference between the two spallation models (i.e. 14%), should be considered.

Development of a GEM-TPC for H-dibaryon search experiment at J-PARC

佐甲 博之; Ahn, J. K.*; Baek, K. H.*; Bassalleck, B.*; Fujioka, H.*; Guo, L.*; 長谷川 勝一; Hicks, K.*; Honda, R.*; Hwang, S. H.*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 9(4), p.C04009_1 - C04009_10, 2014/04

https://doi.org/10.1088/1748-0221/9/04/C04009

(,)反応によるHダイバリオン探索実験(J-PARC E42)のためのTPCの開発を行っている。TPCにおいてHが2個のと2個のに崩壊する事象を測定する。TPCのドリフト体積は50cm直径、55cmドリフト長を持つ8角柱構造をしておりAr-CHガスを使用する。増幅部には3層のGEMを使用する。荷電粒子の運動量測定のためTPCにはドリフト電場と平行に鉛直方向の1Tの双極磁場を超伝導ヘルムホルツ型磁石によりかける。H崩壊のアクセプタンスを最大にするためダイアモンド標的がTPC内部の筒状の穴に設置される。さらに、超高レートのビームをTPCに直接照射するため陽イオンフィードバックを極力抑制必要がある。このためTPCにGEMとgating gridを採用した。

Visibility estimation for neutron resonance absorption radiography using a pulsed neutron source

甲斐 哲也; 前川 藤夫; 大下 英敏*; 佐藤 博隆; 篠原 武尚; 大井 元貴; 原田 正英; 宇野 彰二*; 大友 季哉*; 加美山 隆*; et al.

Physics Procedia, 43, p.111 - 120, 2013/00

https://doi.org/10.1016/j.phpro.2013.03.014

J-PARCパルス中性子源に中性子イメージング装置が建設中であり、これまでに幾つかの技術実証のための実験がJ-PARCのNOBORUにおいて行われている。新規に建設される装置の幅広い利用を図るため、当該技術の適応範囲を示すことは重要である。本報告では、幾つかの実証実験の結果を紹介するとともに、すべての元素について、評価済み核データに収録されている中性子共鳴のピーク断面積とエネルギー幅を掛けた値を比較する。この値は、共鳴吸収イメージング技術による判別性の良い指標になると期待される。

J-PARCリニアック高周波源の現状; 震災復旧とエネルギー増強

川村 真人*; 千代 悦司; 篠崎 信一; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 内藤 富士雄*; 山崎 正義*; 坪田 直明; 二ツ川 健太; 佐藤 文明; et al.

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08

http://www.pasj.jp/web_publish/pasj8/proceedings/poster/TUPS157.pdf

J-PARCリニアック高周波源について、震災復旧の現状と、400MeVへのエネルギー増強に向けた取り組みを報告する。2011年3月11日の東日本大震災発生当時、J-PARCリニアック(現在の出力エネルギー181MeV)は1月5日からの2か月を超える連続運転の最中にあったが、震災によりリニアック建屋の壁・天井・ゆか・ドア,冷却水設備などに大きな被害を受け、運転の中断を余儀なくされた。またリニアック棟1階のすべてのクレーンが運転不能となった。このような状況下でリニアックRFグループは3月末より作業を開始し、可能な限りの早い復旧を目指している。また400MeVへのエネルギー増強について、機器の製造業者とスケジュールや納品方法などを話し合いながら取り組んでいる。

Effect of proton beam profile on stress in JSNS target vessel

粉川 広行; 石倉 修一*; 佐藤 博; 原田 正英; 高玉 俊一*; 二川 正敏; 羽賀 勝洋; 日野 竜太郎; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; et al.

Journal of Nuclear Materials, 343(1-3), p.178 - 183, 2005/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.08.032

JSNSのために開発を進めているクロスフロー型(CFT)水銀ターゲットでは、ビーム窓近傍での水銀の停滞領域発生を抑制するために、水銀を陽子ビームに直交するようにフローガイドブレードに沿って流す。これまで、水銀のモデルに弾性モデルを用いて動的応力解析を行ってきた。しかしながら、実際に陽子ビームを用いた最近の実験結果から、水銀のモデルにカットオフ圧力モデルを用いた方が実験結果に近い動的応力が得られることが示された。そこで、カットオフ圧力モデルを用いて動的応力解析を行った結果、半円筒型ビーム窓に発生する動的応力が、平板型ビーム窓に発生する応力よりも低くなることを明らかにした。また、陽子ビームを広げてピーク発熱密度を218W/ccまで低減して、ビーム窓の発生応力を許容応力以下にした。一方、陽子ビーム窓を広げたため、フローガイドブレード先端の発熱密度が高くなり、許容応力を超える熱応力が発生したが、ブレードの先端の形状を、水銀の流動分布に影響を及ぼさない範囲で薄くすることによって、発生する熱応力を許容応力以下にした。

Development of a magnetic focusing device for pulsed neutrons

鈴木 淳市; 奥 隆之; 安達 智宏*; 清水 裕彦; 鬼柳 善明*; 加美山 隆*; 平賀 富士夫*; 岩佐 浩克*; 佐藤 孝一*; 古坂 道弘*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.120 - 124, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.04.191

中性子小角散乱法は、物質科学,生命科学研究にとって重要な手法である。しかし、その観測qは、従来のピンホール型の小角散乱装置では、10nmに限られていた。より小さなq領域の測定を行うためには、ILLにあるD11のように非常に長尺(80m)の装置を構成する必要があったが、この問題を克服するために、近年、集光レンズを用いた小角散乱法が提案され、建設されている。例えば、集光レンズにトロイダルミラーや両凹物質レンズを用いた装置である。最近、われわれは六極磁石に基づいた中性子磁気レンズを開発し、集光型小角散乱法の実証実験を行った。中性子磁気レンズは、レンズ材によるビームの吸収や散乱が一切なく、高精度の集光には理想的な素子であると言える。実際、われわれは、数ミクロンのシリカ粒子の散乱を210nmまで観測することに成功した。われわれは、さらなる最適化によりqを110nmまで拡張できると考える。

ターゲット容器の構造強度及び寿命評価に関する技術資料

石倉 修一*; 二川 正敏; 粉川 広行; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 原田 正英; 佐藤 博; 羽賀 勝洋; 池田 裕二郎

JAERI-Tech 2004-028, 123 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-028.pdf:9.55MB

本報告では、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置される核破砕中性子源水銀ターゲット容器について、これまでに実施してきた構造設計の考え方及び手順についてまとめた。基本的には、(1)ターゲット容器の構造設計では、(i)核分裂炉のような反応度事故が原理的に生じる可能性はないこと,(ii)永久構造物ではないことなどから、法規上は障防法を適用し、さらに、(2)安全かつ合理的な設計を行うために、原子力構造設計基準並みのJISB8270[圧力容器(基盤規格)]規格体系の第1種容器に準拠するものとし、「解析による設計法」を適用した設計応力により設計を決めることとした。また、付録には、ターゲット容器構造における最大荷重モードである圧力波の低減を目的として、陽子ビームプロファイルを変化させた場合に想定される種々の影響について検討した結果を述べた。

金属燃料リサイクルシステムの臨界安全設計検討(I)

中林 弘樹; 藤岡 綱昭; 佐藤 浩司; 青木 和夫*

JNC TN9400 2003-082, 67 Pages, 2003/09

JNC-TN9400-2003-082.pdf:3.02MB

電力中央研究所との共同研究である「金属燃料リサイクルシステムの設計評価」において検討されている大型電解精製槽の臨界安全設計について検討・評価を行った。この電解精製槽は多量の核燃料物質を保持するが、単に質量のみを管理するのではなくその化学形態を管理する方法を併用することによって臨界安全性を確保することができる見通しを得た。