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論文

Thermal management of heat resistant FBG sensing for high temperature industrial plants

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古澤 彰憲; 鳥本 和弘; 上田 雅司; 福田 直晃*; 平尾 一之*

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.52 - 59, 2017/08

超短パルスレーザーによる点描加工を用いて耐熱FBGセンサを製作した。このFBGセンサは高温の産業プラントの熱管理に最適のセンサである。ここでは金属モールドの内部に耐熱FBGセンサを埋め込み、ナトリウム循環配管に設置した。配管にはナノサイズ銀粒子による接着を行った。ナトリウム循環配管はナトリウム取扱い技術高度化のための実証施設である。この施設では500度を超える高温ナトリウムを毎秒5メートルの流速で循環させることが可能である。耐熱FBGセンサは配管エルボに設置され、熱膨張を明確に検出できた。さらに、急激な冷却過程では配管の収縮過程を解明することができた。我々は、耐熱FBGセンサを用いることで高温産業プラントに対して先進的な遠隔からの熱管理が可能であることを提案する。

論文

Measurements of electron-induced neutrons as a tool for determination of electron temperature of fast electrons in the task of optimization laser-produced plasma ions acceleration

榊 泰直; 西内 満美子; 前田 祥太; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 小倉 浩一; 深見 智代; 松川 兼也*; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A705_1 - 02A705_4, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.22(Instruments & Instrumentation)

高強度レーザーとプラズマの相互作用によるイオン発生において、電子特性の計測は不可欠である。そのため、様々な計測手法が提案されているが、今回我々は、光核中性子反応による中性子を計測することで、精度よく電子特性の計測を行う新規性の高い手法を提案する。この手法は、イオン加速エネルギー計測と共にピークパワー1$$times$$10$$^{21}$$W/cm$$^{2}$$のJ-KARENレーザーによって実証された。イオン加速エネルギーと本手法による計測結果は極めて相関をもつことがわかり、改良を重ねて行けば非常に良い計測器になり得ることがわかった。

口頭

高コントラスト超高強度短パルスレーザーJ-KARENによるレーザー駆動イオン加速実験

西内 満美子; 榊 泰直; 匂坂 明人; 前田 祥太; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 福田 祐仁; 松川 兼也*; et al.

no journal, , 

レーザー駆動型のイオン線は、その類稀な特徴より医療応用をはじめとして多くの応用の分野から着目を浴びている。その中の一つとして、既存の加速器へのインジェクターがある。重イオンを高エネルギーまで加速する加速器の小型化には、できるだけ電荷質量比(Q/M)が高く、高電流密度を持つイオン源が必要不可欠となる。一方、原子力機構関西研においては、高コントラスト超高強度短パルスレーザーJ-KARENを用いてレーザー駆動イオン加速研究を行っている。レーザー自身の高い電場強度によってプラズマ中のイオンは高いQ/Mを実現し、かつ同時に高エネルギーにまで加速することが可能である。最適化を行えば、既存の加速器のイオン源のみならず初段の線形加速器までの置き換えが可能となる。本講演では、薄膜と超高強度短パルス高コントラストレーザーとの相互作用によって、高エネルギーイオンの加速に成功したことについて報告する。

口頭

超高強度超短パルスレーザーの薄膜照射で発生する電子スペクトル計測

前田 祥太; 西内 満美子; 榊 泰直; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 福田 祐仁; 松川 兼也*; et al.

no journal, , 

原子力機構では、超高強度超短パルスレーザーと薄膜を相互作用させて高エネルギーイオン発生の研究を行っている。装置の巨大化を抑えつつ発生イオンを高エネルギー化するためには、照射条件を最適化しなければならない。最適化するパラメータの決定には、イオンと同時に発生する電子や中性子、X線の情報から、プラズマ中の物理現象を知る必要がある。そこで本研究では、レーザープラズマ相互作用で発生した電子の温度を精度よく測るために、1-200MeVのブロードバンドなスペクトル検出器を開発した。検出器は、永久磁石と蛍光板およびCCDカメラで構成される。本発表では、まず、兵庫県立粒子線医療センターにて行った4・9・12・15MeVの準単色電子を用いての蛍光板発光特性の調査結果を報告する。次に、粒子輸送モンテカルロ計算コード「PHITS」を用いた計算機上での模擬実験により、データ解析手法を検証したので報告する。

口頭

High-order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; Ragozin, E. N.*; Neely, D.*; et al.

no journal, , 

In recent experiments we discovered bright off-axis harmonics carrying the pulse energy of up to 50 nJ ($$approx 5 times 10^9$$ photons) in the 60-100 eV spectral region, which is one of the best results achieved with compact coherent X-ray sources. We measured the angular divergence. High-resolution images reveal that the harmonics are emitted from two point-like regions with size smaller than a micron, which was predicted by our relativistic electron spikes model.

口頭

Source structure of high-order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; Ragozin, E. N.*; Neely, D.*; et al.

no journal, , 

In recent experiments with the J-KAREN laser we imaged the source of harmonics with photon energies from 60 to 100 eV onto a LiF crystal detector, which provides sub-$$mu$$m resolution. The images reveal that the harmonics are emitted from two point-like regions with size smaller than a micron, in accordance with the prediction of our relativistic electron spikes model.

口頭

High-resolution XUV imaging of catastrophes in relativistic plasma

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; Ragozin, E. N.*; Neely, D.*; et al.

no journal, , 

Plasma produced with relativistic-irradiance (I$$_{0}$$ $$>$$ 10$$^{18}$$ W/cm$$^{2}$$) lasers is known as a source of XUV and X-ray radiation generated via various mechanisms. Recently discovered by us high-order harmonic emission from gas jet targets produces short-pulse coherent radiation desirable for many applications. According to our model, the harmonics are emitted by relativistic electron spikes, which are the density singularities resulting from catastrophes of a multi-stream relativistic plasma flow. Here we present high-resolution measurements of a XUV emission source which show that the radiation is indeed emitted by tiny sources, in accordance with the model prediction. In the experiment performed with the J-KAREN laser the XUV emission (60-100 eV) has been imaged on a LiF crystal detector, which reveals the detailed structure of the XUV sources, for example the double source consisting of two sub-micrometer radiating points, as predicted by the model.

口頭

突合せ配管内壁からのレーザ溶接部分に対するEMAT探傷の試み

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 鳥本 和弘; 竹仲 佑介*; 西條 慎吾*; 外山 亮治*

no journal, , 

本報告の目的は、超音波ガイド波の突合せ溶接配管のレーザ溶接船の検出および評価への適用可能性を検討することである。最初に、4つの突合せレーザ溶接試験配管を作成する。作成された試験用配管は配管内部よりレーザトーチを用いて突合せ溶接した。うち2つは溶接品質を高く、残り2つの溶接品質は低くし、配管肉厚をそれぞれ2種類用意した。次に、配管のレーザ溶接線検出実験を行った。実験にはT(0,1)モードガイド波を用い、その励起、測定には電磁超音波探触子アレイを用いた。最後に、実験結果および得られた重要事項について考察し、配管の突合せレーザ溶接線検出および非破壊評価へ超音波ガイド波が適用可能であるか議論する。

口頭

レーザ生成超音波を用いた原子力プラント構造物の非破壊評価の試み

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 鳥本 和弘; 竹仲 佑介*

no journal, , 

レーザ超音波技術による原子力プラント構造物の遠隔非破壊評価技術のための基礎検討を行ったので報告する。ナノ秒パルスレーザ、縦・横波超音波センサおよびレーザ変位計を用いてレーザ超音波送受信実験を行い、レーザ生成超音波波形を数値計算結果と比較、検討し課題の整理を行った。

口頭

耐熱FBGセンサによるナトリウム工学研究施設の配管熱変形測定

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 鳥本 和弘; 上田 雅司

no journal, , 

敦賀市白木に開設したナトリウム工学施設のナトリウム循環配管の熱歪測定を実施した。測定にはレーザ加工により作製した耐熱光ファイバ回折格子によるセンサ(FBG)を使用した。光ファイバにFBGを加工した後、外装の保護皮膜を除去した後、金属接着剤でナトリウム工学研究施設のステンレス配管に実装した。保護皮膜を除去した光ファイバは断線しやすいため、金属の細管を圧着させ保護とした。ナトリウムが循環するステンレス配管表面は、ヤスリ研磨により凹凸を設け脱脂洗浄の後、金メッキ処理を施した。今回、ピコ秒パルスレーザ加工によりFBGセンサの性能向上に成功した。ナトリウム工学研究施設のエルボ配管に実装したFBGセンサを用いて、施設の試運転に伴い熱変形する配管の歪測定に成功した。施設の緊急停止時において550$$^{circ}$$Cの高温から室温に冷却する際の熱収縮について報告する。

口頭

Applicability study of laser beam butt welding for pipe structure maintenance with ultrasonic guided wave

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 鳥本 和弘; 竹仲 佑介*; 外山 亮治*; 中本 裕之*

no journal, , 

本研究の目的は、配管のレーザー突き合わせ溶接部評価のための超音波ガイド波検査法の適用可能性を検証することである。まず、試験用配管を作成する。肉厚とレーザー出力を変化させ、高品質溶接、低品質溶接の2グループ作成し、それぞれ2種類の肉厚の突き合わせ溶接配管を用意する。次に、超音波ガイド波によるレーザー突き合わせ溶接部の評価実験を行う。実験には電磁超音波探触子(EMAT)を用いて、ねじりモードガイド波を励起させ、突き合わせ溶接部からの反射波を測定する。最後に、実験結果と超音波ガイド波検査法をレーザー突き合わせ溶接部の評価に適用するにあたって重要な点について議論する。溶接品質によって測定される超音波ガイド波の反射波の強度が大きく異なり、配管のレーザー突合せ溶接部の評価方法として超音波ガイド波を適用可能であることが明らかになった。

口頭

レーザーコーティング技術高度化のための基礎研究

菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 鳥本 和弘; 村松 壽晴

no journal, , 

レーザーコーティングとは、従来の肉盛溶接を、レーザーを利用することでより薄くコーティングする新しい溶接技術である。本研究では、放射光X線を利用したイメージング法、及び回折法を適用し、「軽い・薄い(価格が)安い・強い・長持ち」といったユーザーニーズに応えるデライト設計ベースの工業製品開発およびそれらを実現するためのコーティング装置に必要なレーザーコーティング技術を確立するための基礎研究を行った。実験は、SPring-8、BL22XUを用いて実施した。$$phi$$0.2mm銅球が基板上に広がる時間とレーザー出力との関係をイメージング法により観察した結果、銅球と基板の融点を比較した場合、銅球<基板ではレーザーが低出力ですぐに基板上に広がるのに対して、銅球>基板ではレーザーが高出力でないと基板上に広がらないことを明らかにした。一方、噴出時の金属球の温度分布測定で得られた$$gamma$$Fe111回折プロファイルより温度を算出した結果、レーザー照射される3.5mmと比べて、レーザー照射域を通過したそれ以外では高温領域で回折プロファイルの裾が広がっていることから、金属球は高温状態(一部液体状態)であることを明らかにした。

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