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報告書

JMTR及び関連施設を活用した実践型オンサイト研修; 2017年度

江口 祥平; 柴田 裕司; 今泉 友見; 永田 寛; 谷本 政隆; 楠 剛

JAEA-Review 2017-032, 26 Pages, 2018/02

JAEA-Review-2017-032.pdf:2.44MB

照射試験炉センターでは、発電用原子炉の導入を検討しているアジア諸国をはじめとした海外の原子力人材育成及び将来の照射利用拡大、並びに国内の原子力人材の育成及び確保を目的とし、国内外の若手研究者・技術者を対象に、JMTR等の研究基盤施設を活用した実践型の実務研修を実施している。本年度の研修は、科学技術振興機構の日本・アジア青少年サイエンス交流事業「さくらサイエンスプラン」に採択され、アジア地域の6か国から10名の若手研究者・技術者が参加し、2017年7月24日から8月4日までの期間で実施した。今回の研修では、原子力エネルギー、照射試験、原子炉の核特性、原子炉施設の安全管理等に関する講義を行うとともに、シミュレータを用いた運転等の実習やJMTR等の施設見学を行った。本報告書は、2017年度に実施した研修についてまとめたものである。

報告書

JMTR及び関連施設を活用した実践型オンサイト研修; 2016年度

江口 祥平; 竹本 紀之; 柴田 裕司; 谷本 政隆; 楠 剛

JAEA-Review 2017-007, 32 Pages, 2017/03

JAEA-Review-2017-007.pdf:3.19MB

照射試験炉センターでは、発電用原子炉の導入を検討しているアジア諸国をはじめとした海外の原子力人材育成及び将来の照射利用拡大、並びに国内の原子力人材の育成及び確保を目的とし、国内外の若手研究者・技術者を対象に、JMTR等の研究基盤施設を活用した実践型の実務研修を実施している。本年度は、2016年7月25日から8月5日に実施し、7か国から13名の若手研究者・技術者が参加した。研修では、原子力エネルギー、照射試験研究、原子炉施設の安全管理、原子炉の核特性等に関する講義を行うとともに、シミュレータを用いた運転等の実習及びJMTR等の施設見学を行った。研修最終日には、各国のエネルギー政策や展望、参加者の出身国が有する研究炉の概要、参加者の現在の研究内容等について、各参加者による発表と討論を行った。本報告書は、2016年度に実施した研修についてまとめたものである。

論文

照射試験炉シミュレータを活用した教育訓練

江口 祥平; 小池 須美男; 竹本 紀之; 谷本 政隆; 楠 剛

UTNL-R-0492, p.9_1 - 9_8, 2016/03

照射試験炉センターでは、照射試験炉における運転及び照射試験、事故事象等を模擬し、これらに対応した原子炉及び照射設備の運転操作訓練を行えるシミュレータを開発した。JMTRを基本モデルとして設計し、平成24年5月に完成した本シミュレータを活用して、JMTRの運転員を対象とした教育訓練や、国内外の研究者・技術者を対象とした研修での運転実習を実施した。実施後のアンケートでは、実機に近い状況で操作ができる点や実機では不可能な事故事象等の模擬が行える点が評価されており、その有効性が確認されているため、カリキュラムの改善を図りながら、引き続き実施していく計画である。

報告書

汎用小型試験研究炉の概念検討; 平成23年度活動報告

綿引 俊介; 花川 裕規; 今泉 友見; 永田 寛; 井手 広史; 小向 文作; 木村 伸明; 宮内 優; 伊藤 正泰; 西方 香緒里; et al.

JAEA-Technology 2013-021, 43 Pages, 2013/07

JAEA-Technology-2013-021.pdf:5.12MB

世界の試験研究炉は、老朽化に伴う廃炉により、その数は減少しているが、原子力発電の導入を計画している国では、原子力人材育成、科学技術の向上、産業利用、軽水炉の安全研究のために、試験研究炉の必要性が高まっている。日本原子力研究開発機構では、平成22年度より試験研究炉設計のための環境整備及び人材育成のため、汎用小型試験研究炉の検討を開始し、平成24年度までに概念検討を行う予定である。平成23年度は、汎用小型試験研究炉の炉心構成の検討、汎用性及び実用性の高い照射設備の検討及びMo製造のためのホットラボ設備の検討を実施した。その結果、炉心構成の検討結果として、照射物を考慮した原子炉の未臨界度及び連続運転時間について確認するとともに自動制御運転中における反応度外乱に対する原子炉の過渡応答について、定格出力運転中の汎用小型試験研究炉は、自動制御運転が十分に可能であることを確認できた。また、照射設備の検討としては、Mo-99のような短半減期ラジオアイソトープの効率的な大量生産の実現が期待できることを確認し、ホットラボ設備の検討においては、Mo製造,RI搬出等を考慮したうえで迅速に試料を配布できるセル・設備を考案した。

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:74 パーセンタイル:96.36(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

Quasi-monochromatic pencil beam of laser-driven protons generated using a conical cavity target holder

西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 榊 泰直; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; 谷本 壮; 金崎 真聡; 余語 覚文; 堀 利彦; 匂坂 明人; et al.

Physics of Plasmas, 19(3), p.030706_1 - 030706_4, 2012/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:29.7(Physics, Fluids & Plasmas)

2J 60fsのチタンサファイアレーザー光を、コニカル形状を持ったターゲットホルダに装着したターゲットに照射することによって、7MeVのコリメートされた陽子線($$10^6$$個/spot)を生成することに成功した。ターゲットホルダ上に陽子に前駆して発生する電子によって生成される電場が陽子線の軌道を変え、エネルギー選択をも行うと考えられる。

報告書

汎用小型試験研究炉の概念検討; 平成22年度活動報告(共同研究)

今泉 友見; 宮内 優; 伊藤 正泰; 綿引 俊介; 永田 寛; 花川 裕規; 那珂 通裕; 川又 一夫; 山浦 高幸; 井手 広史; et al.

JAEA-Technology 2011-031, 123 Pages, 2012/01

JAEA-Technology-2011-031.pdf:16.08MB

世界の試験研究炉は、老朽化に伴う廃炉により減少しているが、その一方でアジア諸国においては、原子力発電の導入計画が相次いでいる。このようなアジア諸国では、原子力発電所を建設した後の運転管理ができる技術者の育成が課題となっていると同時に、自国における原子力技術を高めるため、軽水炉の長期化対策,科学技術の向上,産業利用及び原子力人材育成のための試験研究炉の必要性が高まっている。このような背景から、照射試験炉センターにおいては、今後、発電用原子炉を導入する国に向け、各種照射利用や教育訓練に用いる試験研究炉の基本概念検討を開始した。設計活動を通じた本検討は、照射試験炉センターにおける試験研究炉の設計に必要な計算コードなどの環境の整備及び人材育成に貢献するとともに、本概念検討に共同研究として参加する原子力関連会社の試験研究炉にかかわる技術力の維持,向上にも貢献することが期待される。本報告は、平成22年度に設置された「照射試験炉センター汎用小型試験研究炉WG(ワーキンググループ)」と原子力関連会社が行った平成22年7月$$sim$$平成23年6月までの試験研究炉の概念検討結果について取りまとめたものである。

論文

The Progress in the laser-driven proton acceleration experiment at JAEA with table-top Ti:Sappire laser system

西内 満美子; 小倉 浩一; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮; 余語 覚文; 榊 泰直; 堀 利彦; 福田 祐仁; 金崎 真聡; 匂坂 明人; et al.

Proceedings of SPIE Europe Optics + Optoelectronics 2011, Vol.8079, 7 Pages, 2011/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01

レーザー駆動陽子線の特異な性質により、多くの応用の可能性がうたわれている。その中には、医療用の小型加速器がある。われわれの最終ゴールはここにある。そのために、レーザーを薄膜個体ターゲットに照射してイオン加速実験を行った。われわれのレーザーは、非常にコントラストが高い、短パルスの小型テーブルトップレーザーである。レーザーは800nm, 40fs, 4J, 10$$^{11}$$のコントラスト、ピーク強度$$>$$10$$^{20}$$Wcm$$^{-2}$$のパラメータを持ち、ターゲットとしては、100umからsub-umの厚みの固体ターゲットを用いた。その結果として、最高エネルギー14MeVの陽子線で、10MeV付近の個数が10Hzで10分間に、マウスの皮膚に2Gy照射するに十分なドーズ量を持つ陽子線の発生に成功した。

論文

Experimental evidence of nonthermal acceleration of relativistic electrons by an intensive laser pulse

蔵満 康浩*; 中新 信彦*; 近藤 公伯; 坂和 洋一*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和哉*; 福持 修司*; 柏原 守*; et al.

Physical Review E, 83(2), p.026401_1 - 026401_6, 2011/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:63.88(Physics, Fluids & Plasmas)

宇宙に漂う宇宙線に含まれる粒子線のエネルギー分布は冪乗に比例する傾向を持つことが知られており、したがって、そのような宇宙線の起源を知るうえで非熱的な加速機構を考えることは本質的である。このような宇宙線の起源の候補として宇宙における衝撃波に沿った相対論的な航跡場加速が考えられている。ここではそのような航跡場をプラズマ中に入射した強力なレーザー光による航跡場による加速として扱い、実験室における天文物理を展開した。

論文

Model experiment of cosmic ray acceleration due to an incoherent wakefield induced by an intense laser pulse

蔵満 康浩*; 中新 信彦*; 近藤 公伯; 坂和 洋一*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和哉*; 福持 修司*; 柏原 守*; et al.

Physics of Plasmas, 18(1), p.010701_1 - 010701_4, 2011/01

 被引用回数:16 パーセンタイル:61.53(Physics, Fluids & Plasmas)

大振幅の光波を有する強力なレーザーパルスを代用することで実験室中のプラズマに宇宙の衝撃波環境のモデル実験を行った。強力なレーザーパルスを爆縮するポリスチレンのシリンダー中で伝搬させ宇宙衝撃波の上流のプラズマ中を伝搬する大振幅光波を模擬した。非熱平衡な電子が生成され、そのスペクトルは2乗の冪に従った。

論文

Correlation between laser accelerated MeV proton and electron beams using simple fluid model for target normal sheath acceleration

反保 元伸; 粟野 信哉*; Bolton, P.; 近藤 公伯; 三間 圀興*; 森 芳孝*; 中村 浩隆*; 中堤 基彰*; Stephens, R. B.*; 田中 和夫*; et al.

Physics of Plasmas, 17(7), p.073110_1 - 073110_5, 2010/07

 被引用回数:11 パーセンタイル:43.56(Physics, Fluids & Plasmas)

High density energetic electrons that are created by intense laser plasma interactions drive MeV proton acceleration. Correlations between accelerated MeV protons and electrons are experimentally investigated at laser intensities in the range, 10$$^{18}$$ - 10$$^{19}$$ W/cm$$^2$$ with $$S$$-polarization. Observed proton maximum energies are linearly proportional to the electron slope temperatures with a scaling coefficient of about 10. Experimental results also indicate that, in the context of the simple analytical fluid model for transverse normal sheath acceleration, the ion (proton) density is comparable to density of the hot electron cloud near the target rear surface if an empirical acceleration time is assumed.

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

論文

Superthermal and efficient-heating modes in the interaction of a cone target with ultraintense laser light

中村 浩隆*; Chrisman, B.*; 谷本 壮*; Borghesi, M.*; 近藤 公伯; 中堤 基彰*; 乗松 孝好*; 反保 元伸; 田中 和夫*; 薮内 俊毅*; et al.

Physical Review Letters, 102(4), p.045009_1 - 045009_4, 2009/01

 被引用回数:22 パーセンタイル:74.58(Physics, Multidisciplinary)

コーンターゲットと超高強度レーザーの相互作用に関し、コーン中のフォーカス位置を変えて観測した。コーン先端に集光した場合は発生電子の温度は高々1MeV程度だったが、コーン先端からわずかにずらして集光することで10MeV以上の高温電子の発生が認められた。効率の良い加熱はコーン先端に設けたプラスチックワイヤーからの中性子発生によっても確かめられた。

論文

Spectrum modulation of relativistic electrons by laser wakefield

中新 信彦*; 近藤 公伯; 蔵満 康浩*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和也*; 福持 修司*; 柏原 守*; 谷本 壮*; et al.

Applied Physics Letters, 93(8), p.081501_1 - 081501_3, 2008/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:20.01(Physics, Applied)

中空のプラスチックシリンダーを爆縮して過渡的に長尺プラズマチューブを発生し、そこへPWレーザーを入射して相対論電子を発生した。長尺プラズマチューブの条件を変えることで発生相対論電子のスペクトル変調が可能であることが判明した。

論文

Progress in R&D efforts on the energy recovery linac in Japan

坂中 章悟*; 吾郷 智紀*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; 原田 健太郎*; 平松 成範*; 本田 融*; et al.

Proceedings of 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC '08) (CD-ROM), p.205 - 207, 2008/06

コヒーレントX線,フェムト秒X線の発生が可能な次世代放射光源としてエネルギー回収型リニアック(ERL)が提案されており、その実現に向けた要素技術の研究開発が日本国内の複数研究機関の協力のもと進められている。本稿では、ERL放射光源の研究開発の現状を報告する。

口頭

MWPCにより計測されたレーザー駆動高エネルギーイオンの解析

谷本 壮; 榊 泰直; 西内 満美子; 福田 祐仁; 堀 利彦; 西尾 勝久; 近藤 公伯

no journal, , 

これまで高繰り返しのレーザーを用い、レーザー駆動によって生成した高エネルギーイオンの検出器として、イオン計測のノイズ源となり得るプラズマから発生する電子やX線に感度がないCR-39等の固体飛跡検出器が用いられている。しかしながら、CR-39は、解析を行うためにエッチングなどの化学処理や顕微鏡などを用い高エネルギーイオン入射時に形成されるピットの形状,ピット数をオフラインで調べなければならず、ワンショットあたりのプラズマパラメーターの揺らぎを持つレーザーパラメータと比較しながら統計的に調べ、物理現象を理解するには適していない。そこで本研究では、原子核実験で高エネルギーイオンの計測器として用いられているMulti-Wire Proportional Counter(MWPC)をレーザー駆動粒子線計測用に調整し、レーザー駆動によって生成した高エネルギーイオンを用い、プラズマパラメーターの解析を行うことを考え、予備実験的にリアルタイム計測を行った。

口頭

高強度レーザーによる高エネルギー量子線発生

谷本 壮; 西内 満美子; 金崎 真聡; Pirozhkov, A. S.; 反保 元伸; 余語 覚文; 小倉 浩一; 堀 利彦; 匂坂 明人; 福田 祐仁; et al.

no journal, , 

原子力機構では、J-KARENレーザーを用い、膜厚の薄い薄膜ターゲットなどの相互作用によって発生する高速電子や高エネルギーイオン等の量子線の計測が行われている。高エネルギー量子線の中でも高エネルギーイオンにおいては、高繰り返しのレーザーで大型のレーザー装置を用いた世界トップレベルの成果と同等な14[MeV]の高エネルギーなイオンが観測されている。現在、これまで以上に集光強度を上げるためにJ-KARENレーザーの高度化が行われている。この高度化による集光強度(既存の集光光学系を用いた場合の集光強度)は、$$sim$$$$10^{21}$$[W$$cm^{-2}$$]に達すると考えられる。このレーザー強度において、高速電子の電子温度は$$sim$$10[MeV](ポンデロモーティブスケーリングより)に達し、数十[MeV]の高エネルギーイオンが期待される。今回、高度化されたJ-KARENレーザーを用い、膜厚の薄い薄膜との相互作用によって発生する高速電子や高エネルギーイオン等の高エネルギー量子線の計測を行う。

口頭

原子力機構J-KARENレーザーによる高エネルギーイオン発生実験

西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 谷本 壮; 榊 泰直; 堀 利彦; 匂坂 明人; 余語 覚文; 福田 祐仁; 金崎 真聡; et al.

no journal, , 

本講演では固体薄膜ターゲットを用いた陽子線発生実験の結果を述べる。レーザー駆動陽子線の最大エネルギーは集光強度に依存して高くなる。より少ないレーザーエネルギーで高エネルギーの陽子線を発生させるには、集光強度を向上させることが必要不可欠である。われわれは、関西光科学研究所における100TW級レーザーJ-KARENシステムのポテンシャルを最大限に引き出すため、レーザーの伝送光路において、波面精度のよい大口径光学ミラーの導入、及び伝送光路におけるエネルギーロスを減らすためのコンプレッサー位置の移動を行った。その結果レーザー集光強度は去年の11月に行った実験に比して1桁近く向上した。さらに、繰り返し供給可能なマイクロメータレベルのテープターゲットを用い、最高エネルギー23MeVの陽子線発生を記録した。これは、100TW級のレーザーにおいては世界最高レベルとなっている。さらにプラズマミラーを導入して11桁以上のコントラストを持つレーザーパルスを生成し、ナノメータレベルターゲットによる陽子線発生を行った。本講演において、詳細結果を発表する。

口頭

原子力機構における高コントラストTi:Sapレーザーによる高エネルギーイオン発生実験の現状

西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 谷本 壮; 榊 泰直; 堀 利彦; 匂坂 明人; 余語 覚文; 福田 祐仁; 金崎 真聡; et al.

no journal, , 

レーザー駆動陽子線を医療応用に資するためには、繰り返しの効く小型レーザーで、十分に高エネルギーの陽子線を治療に必要な個数だけ、安定に発生する必要がある。レーザー駆動陽子線の最大エネルギーは集光強度に依存して高くなる。より少ないレーザーエネルギーで高エネルギーの陽子線を発生させるには、集光強度を向上させることが必要不可欠である。われわれは、関西光科学研究所における100TW級レーザーJ-KARENシステムのポテンシャルを最大限に引き出すため、レーザーの伝送光路において、波面精度のよい大口径光学ミラーの導入、及び伝送光路におけるエネルギーロスを減らすためのコンプレッサー位置の移動を行った。その結果レーザー集光強度は去年の11月に行った実験に比して、1桁近く向上し、発生陽子線の最高エネルギーも23MeVを記録した。これは、100TW級のレーザーにおいては世界最高レベルである。さらにプラズマミラーを導入して11桁以上のコントラストを持つレーザーパルスを生成、ナノメータレベルターゲットによる陽子線発生を行った。本講演において、詳細結果を発表する。

口頭

高強度レーザーと薄膜ターゲットの相互作用による高速電子の計測

谷本 壮; 西内 満美子; 金崎 真聡; Pirozhkov, A. S.; 反保 元伸; 余語 覚文; 小倉 浩一; 堀 利彦; 匂坂 明人; 福田 祐仁; et al.

no journal, , 

高エネルギーイオンの生成には、さまざまな工夫が考えられており、その手法の一つとしてターゲットに照射するレーザーの照射強度の向上がある。それは、高エネルギーイオンの生成をTarget Normal Sheath Accelerationで仮定した場合、イオンの最大エネルギーは、電子温度の上昇とともに大きくなり、電子温度はレーザー強度が高くなるにつれて上昇する。このことから、レーザー強度の高強度化は、電子温度を上げて、高エネルギーイオンの生成へとつながる。原子力機構では、これまでに行われた実験における集光強度を大幅に引き上げるためにJ-KARENレーザーの高強度化が行われている。この高度化による集光強度(既存の集光光学系を用いた場合の集光強度)は、$$10^{21}$$[W $$cm^{-2}$$]に達すると期待している。このレーザー強度において、高速電子の電子温度はポンデロモーティブスケーリングで電子温度を仮定した場合、10[MeV]に達し、数十[MeV]の高エネルギーイオンが期待される。今回、高度化されたJ-KARENレーザーを用い、薄膜ターゲットとの相互作用によって発生する高速電子の計測を行ったのでそれについて報告する。

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