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論文

Achievement of 500 keV negative ion beam acceleration on JT-60U negative-ion-based neutral beam injector

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.

Nuclear Fusion, 51(8), p.083049_1 - 083049_8, 2011/08

 被引用回数:40 パーセンタイル:10.75(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60NNBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されていることが大きな問題であった。そこで、負イオン源内の真空絶縁距離を調整し、単段の要求性能を超える各段200kVを保持することに成功した。この結果を踏まえて負イオン源を改良し、従来よりも短いコンディショニング時間で500kVの印加に成功し、設計値である490kVを加速電源の限界である40秒間絶縁破壊することなく保持することにも成功した。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施し、従来410keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。また、486keVのビームでの負イオン電流値は18m離れたカロリーメーターで2.8A(84A/m$$^{2}$$)が得られた。通常、過度のギャップ長延長はビーム光学の劣化を引き起こすが、今回のギャップ長ではビーム光学の大きな劣化がないことを計算及び実験で確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。

論文

Demonstration of 500 keV beam acceleration on JT-60 negative-ion-based neutral beam injector

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

JT-60N-NBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されているのが問題であった。そこで、加速電極の間隔を拡げて、負イオン源内の最短の真空絶縁距離である支持枠角部の電界集中を低減した結果、単段の要求性能を超える200kVを保持することに成功し、設計指標となっていた大型の負イオン源では小型電極よりも6から7倍程度長い真空絶縁距離が必要であることが明らかになった。その理由として電極の面積が100倍異なることだけでなく、1080個もある電極孔や支持枠等の局所電界の電界分布が影響していることが小型電極の実験結果から予測される。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施した結果、従来420keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。ギャップ長を増加させたことによりビーム光学が劣化して電極熱負荷が増大することが懸念されたが、今回のギャップ長の範囲ではビーム光学の劣化がないことを確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。

論文

Prompt in-line diagnosis of single bunch transverse profiles and energy spectra for laser-accelerated ions

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

Applied Physics Express, 3(12), p.126401_1 - 126401_3, 2010/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:61.49(Physics, Applied)

これまで、レーザー駆動型粒子線加速実験においては、ビーム診断手法にCR39という固体飛跡検出器を用いることが一般的であった。しかし、固体検出器は実時間性を持たない検出器であるために、不安定なプラズマから粒子が発生するメカニズムの解明においては、その不安定性がレーザーに依存するものか、プラズマ自身が持つものなのかが1ショットごとに分析できなかった。そこで、それらの問題を解決するために、蛍光膜モニタを使った加速粒子のビーム形状とTOF法によるエネルギー分布を1ショットごとに観測できるシステムを構築した。この構築には、原子力機構が開発したPHITSコードを用いて、その設計性能の高さ及び、診断解析への有効性を示している。

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:25 パーセンタイル:16.51(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

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

Designing integrated laser-driven ion accelerator systems for hadron therapy at PMRC (Photo Medical Research Center)

榊 泰直; 堀 利彦; 西内 満美子; Bolton, P.; 大道 博行; 河西 俊一; Sutherland, K.*; 想田 光*; 野田 章*; 井関 康*; et al.

Proceedings of 2009 Particle Accelerator Conference (PAC '09) (DVD-ROM), p.1309 - 1311, 2009/05

レーザー駆動型イオン加速の研究が進むにつれて、レーザー駆動型小型粒子線治療器の現実性が出てきた。そこで、日本原子力研究開発機構の光医療研究連携センター(PMRC)では、レーザー駆動型イオン治療器の開発を挑戦的に行うために創立された。PMRCは、最近のレーザー加速の現状を踏まえた治療器の設計を進めている。今回は、汎用粒子線加速器設計コードPARMILAを用いた粒子線治療用ガントリーを設計したので報告する。

論文

Focusing and spectral enhancement of a repetition-rated, laser-driven, divergent multi-MeV proton beam using permanent quadrupole magnets

西内 満美子; 大東 出; 池上 将弘; 大道 博行; 森 道昭; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; et al.

Applied Physics Letters, 94(6), p.061107_1 - 061107_3, 2009/02

 被引用回数:48 パーセンタイル:12.73(Physics, Applied)

2.4MeVのレーザー駆動陽子線を永久四重極磁石で1Hzで収束させた。磁場勾配は、55T/m, 60T/mであった。陽子線は、ターゲットから650mmにおける2.7mm$$times$$8mmの大きさ(半値全幅)の領域に収束された。この結果は、モンテカルロシミュレーションとよく一致した。

論文

原子力・放射線部門

小野寺 淳一; 栗原 良一; 関 泰

技術士一次試験の傾向と対策; 電気電子,情報工学,原子力・放射線部門編, p.137 - 178, 2005/08

国の資格制度である技術士において「原子力・放射線部門」が平成16年度に新設されたことに伴い、一次試験の傾向と対策を示す参考書を執筆する。特に、一次試験の「原子力・放射線部門」の専門科目において、30問の中から25問を選んで解答する五肢択一問題の解き方について解説する。

論文

アジア地域における原子力協力; 人材養成に即効薬はない

関 泰

原子力eye, 48(6), P. 22, 2002/06

アジア原子力協力フォーラム(FNCA)の人材養成プロジェクトは、我が国にとって重要な近隣8ヶ国の人達が一同に会して原子力人材養成についての議論ができる場として、また地域全体の情報交換の場として極めて有効である。FNCA活動の中で人材養成プロジェクトが発足して3年間になるが、以下のような協力を進めている。(1)各国の人材養成ニーズを見直し、ニーズに対処する相互支援協力として、インターネットを利用した情報交換,英訳教材の相互提供などを開始する。また、ニーズに対して現行の研究者交流制度等をより有効に活用する。(2)各国の原子力人材養成戦略策定の支援。(3)各国に共通する深刻な課題である若い世代の原子力人材養成シナリオについての情報交換。いずれも簡単に目に見える成果が出るものではなく、人材養成には即効薬はなく、時間をかけて、お互いに理解を深め、着実に協力関係を築き上げるとともに、共有できる成果を得ることが最も重要ではないかと考え始めている。

論文

核融合炉工学概論; 未来エネルギーへの挑戦

関 昌弘; 菱沼 章道; 栗原 研一; 秋場 真人; 阿部 哲也; 石塚 悦男; 今井 剛; 榎枝 幹男; 大平 茂; 奥村 義和; et al.

核融合炉工学概論; 未来エネルギーへの挑戦, 246 Pages, 2001/09

本書は、炉工学的基礎を有し核融合に関心のある方々に対して、核融合炉の原理とその実現に必要な多岐にわたる技術、さらに総合システムとしての核融合炉の理解に役に立つことを目指したものである。本文は2部構成になっており、第1部では核融合炉の原理と誕生までのシナリオを、そして第2部では、核融合炉を構成する主要な装置・機器に関する研究開発の現状を、最近のデータをもとにまとめてある。

論文

Numerical analysis on ingress of coolant event in vacuum vessel using modified TRAC-BF1

栗原 良一; 安島 俊夫*; 植田 脩三; 関 泰

Journal of Nuclear Science and Technology, 38(7), p.571 - 576, 2001/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

原研では、核融合炉の冷却材侵入事象(ICE)予備実験結果をもとに、軽水炉で開発されたTRAC-BF1コードをICE事象用に改良して検証を行ってきた。本論文は、ITER実機の3次元モデルを、改良したTRAC-BF1で解析し、ITER工学設計(EDA)の安全解析標準コードであるMELCOR解析結果と比較した結果等を述べる。TRAC-BF1モデルの真空容器内初期温度、注入水の質量流量等をMELCOR解析と同一にして計算した結果、TRAC-BF1で求めた最大圧力はMELCORよりも約0.04MPa高くなったが、ITERの真空容器設計耐圧0.5MPaの範囲内であることを確認した。また、3次元解析から、0.6m$$^{2}$$の破断口は周方向4分割の内1箇所に集中させて水を注入したが、周方向4箇所にセットしたRupture Discの開口時間の差は最大3msecであり、圧力上昇挙動に影響しないことがわかった。

論文

Fracture mechanics evaluation of a crack generated in SiC/SiC composite first wall

栗原 良一; 植田 脩三; 西尾 敏; 関 泰

Fusion Engineering and Design, 54(3-4), p.465 - 471, 2001/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:38.14(Nuclear Science & Technology)

原研で概念設計を行った将来の核融合動力炉DREAMのSiC/SiC複合材料製ブランケット第一壁を対象に有限要素解析を行った。第一壁端面で熱膨張が拘束された場合の曲げ変形と応力分布を解析した。また、第一壁表面に亀裂を想定し、予備的な破壊力学的評価を実施した。その結果、第一壁の設計では熱膨張を逃す工夫が必要であることがわかった。また、SiC/SiC複合材料では繊維ブリッジによる亀裂進展阻止効果が認められた。

論文

An Update of safety and environmental issues for fusion

Gulden, W.*; Cook, I.*; Marbach, G.*; Raeder, J.*; Petti, D.*; 関 泰

Fusion Engineering and Design, 51-52(Part.B), p.419 - 427, 2000/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:65.68

欧州核融合計画の中で核融合動力炉の環境・安全性を定量化するSEAFP及びSEALと呼ばれる検討評価が、トカマク炉を対象としてなされた。その最新の成果を米国のARIES-RS炉と日本のDREAM炉の検討結果と比較する。またITER-EDAから得られた貴重な教訓についても報告する。二つの主な成功要件である「いかなるプラント内事故によっても公衆避難を要しないこと」及び「将来世代に放射性廃棄物の負担を残さない」を核融合炉が満たすこと、及びこれらの要件が欧州電力事業の軽水炉プラントに対する基本的安全目標に適合することを示す。

報告書

核融合動力炉A-SSTR2の物理検討

西尾 敏; 牛草 健吉; 植田 脩三; Polevoi, A.*; 栗田 源一; 飛田 健次; 栗原 良一; Hu, G.; 岡田 英俊*; 村上 好樹*; et al.

JAERI-Research 2000-029, 105 Pages, 2000/10

JAERI-Research-2000-029.pdf:4.19MB

本論文は、定常トカマク核融合原型炉SSTR、コンパクトで高出力の改良型定常トカマク動力炉A-SSTR及び環境適合性を高め稼働率向上を目指した大型核融合動力炉DREAM等の設計をベースに、高い経済性、稼働率を有し環境適合性に優れた小型で大出力の高効率核融合動力炉A-SSTR2のプラズマ物理の成立性を論じたものである。JT-60で得られている実験データをもとにこれからの炉心プラズマ研究の進展を予測して、主半径6.2m、小半径1.5mでプラズマ電流が12MAの高磁場トカマクとし、規格化$$beta$$値4で4GWの核融合出力とした。超伝導コイルは高温超伝導を用いた高磁場コイルとし、最大経験磁場を23Tとした。超伝導マグネット系の簡素化及び強い電磁力支持の観点から、中心ソレノイドコイル無しの設計とするとともに、分解・保守用大型水平ポートを想定して、ポロイダル磁場コイルを装置の上下に6個の設置することとした。このような著しく簡素化されたコイル系で、プラズマの平衡、形状制御性、着火、12MAまでの非誘導電流駆動立ち上げ、ダイバータを検討し、A-SSTR2概念の成立性が明らかにされている。

論文

Advanced SSTR

菊池 満; 関 泰; K. Nakagawa*

Fusion Engineering and Design, 48(3-4), p.265 - 270, 2000/09

 被引用回数:18 パーセンタイル:24.03

核融合炉の実用化条件の観点から、トカマク型商用炉に必要となる条件を列挙し、その中でも特に、経済性改善を図るために、トカマク炉の改良を行った。1990年に概念検討を行ったSSTR(定常トカマク炉)をベースに、さらなるコンパクト化、簡素化、高磁界化を進めた。本論文では、中性子壁負荷の削減、プラズマ条件の緩和、熱効率の向上、遮蔽評価等について論ずる。

論文

Overview of the Japanese fusion reactor studies programme

関 泰

Fusion Engineering and Design, 48(3-4), p.247 - 254, 2000/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:65.68(Nuclear Science & Technology)

1993年の第5回IAEA核融合炉設計と技術に関する会合以降に日本においてなされた核融合炉の設計研究を紹介する。前回会合からの5年間に、日本における核融合炉の研究はトカマク炉、ヘリカル炉とレーザー炉により集中してきた。トカマク炉の研究は4件ありA-SSTR,CREST,DREAMとIDLTである。ヘリカル炉はFFHRがあり、レーザー炉はKOYOである。5年前の多様な閉じ込め方式の炉が研究されていた状況と較べると閉じ込め方式は3方式に絞られ、各々の検討がより多くの研究者を動員した大規模なものとなってきた。また各検討チーム間の協力と交流も各種の委員会、会合、シンポジウムを通して活発になってきた。

論文

Composition adjustment of low activation materials for shallow land burial

関 泰; 田原 隆志*; 青木 功; 植田 脩三; 西尾 敏; 栗原 良一

Fusion Engineering and Design, 48(3-4), p.435 - 441, 2000/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.28(Nuclear Science & Technology)

代表的な低放射化材料であるフェライト鋼、バナジウム合金及びSiC/SiC複合材料の組成を調整することにより日本において浅地埋設できる割合を高めることを検討した。その結果、バナジウム合金はN$$_{6}$$不純物を、SiC/SiC複合材料はN不純物を減らすことによりほとんど全ての放射性廃棄物を浅地埋設できることが示された。これに対して低放射化フェライト鋼F82Hの場合には、合金成分であるWの割合を減らさないと90%の浅地埋設割合をこれ以上増やすことはできないことがわかった。

論文

Prototype tokamak fusion power reactor based on SiC/SiC composite material, focussing on easy maintenance

西尾 敏; 植田 脩三; 栗原 良一; 黒田 敏公*; 三浦 秀徳*; 迫 淳*; 高瀬 和之; 関 泰; 安達 潤一*; 山崎 誠一郎*; et al.

Fusion Engineering and Design, 48(3-4), p.271 - 279, 2000/09

 被引用回数:16 パーセンタイル:27.09(Nuclear Science & Technology)

将来の商用炉として環境安全性及び保守性に重点をおいたDREAM炉を過去にすでに提案した。そこでは材料開発の著しい進展が前提とされている。実験炉の次の原型炉の建設予定時期においては、材料は開発途上であることが想定され、そのことを前提として原型炉ドリームの概念構築を試みた。以下、検討の結果得られた主なパラメータを商用炉との比較をし、記述する。

論文

Maintenance and material aspects of DREAM reactor

植田 脩三; 西尾 敏; 山田 禮司; 関 泰; 栗原 良一; 安達 潤一*; 山崎 誠一郎*; Dream Design Team

Fusion Engineering and Design, 48(3-4), p.521 - 526, 2000/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.06

核融合商用炉DREAM(核融合出力:5.5GW)と原型炉Proto-DREAM(核融合出力:1.5GW)の概念検討を行ってきた。本報はそのうちメインテナンスと材料の側面から報告したものである。炉心構造材としてSiC/SiC複合材を採用し、それと相性の良いヘリウムを冷却材とする核融合動力炉システムである。主な結論は以下の通りである。(1)低放射化材料であるSiC/SiC材料を採用したため、炉心部の線量率は10Gy/nr程度であり、保守用機器の開発が楽になる。(2)セクタ単位の引出し方式としたため、保守時間の短縮化が可能になる。(3)SiC/SiC複合材の特性は現状では、炉の要件を満たさないが、特性の改善をめざした材料開発プログラムが原研で計画された。

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