Control of the size of etchable ion tracks in PVDF; Irradiation in an oxygen atmosphere and with fullerene C

喜多村 茜; 八巻 徹也*; 百合 庸介*; 越川 博*; 澤田 真一*; 湯山 貴裕*; 薄井 絢; 千葉 敦也*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 460, p.254 - 258, 2019/12

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2019.06.030

我々は既に、フッ素系高分子の一つであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)が、イオントラックのみをエッチングできる材料として、イオントラックの研究に適することを示している。そこで本研究では、PVDFと2種類の照射技術に着目して、イオントラック径を制御する手法を検討した。一つはイオントラック内の酸化を促進できる可能性を持つ酸素雰囲気下での重イオンビーム照射であり、もう一つは単イオンに比べて60倍もの高いエネルギーを一つのイオントラックに付与できるフラーレン(C)クラスタービームの照射である。前者の照射技術を用いて、エッチング可能なイオントラックの領域を、従来の真空中照射では得られないサイズにまで拡大させる手法の開発に成功した。また後者の技術を用いて、同じエネルギーを持つ単イオン(C)の場合に比べて、イオントラック径を拡大できる手法を示した。

-like spin resonance in the iron-based nodal superconductor BaFe(AsP) observed using inelastic neutron scattering

石角 元志; 永井 佑紀; 樹神 克明; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 脇本 秀一; 中村 博樹; 町田 昌彦; 鈴木 雄大*; et al.

Physical Review B, 84(14), p.144517_1 - 144517_5, 2011/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.144517

=30K、鉄系超伝導体BaFe(AsP)の粉末試料を用いて非弾性中性子散乱測定を行った。この系は超伝導オーダーパラメータにラインノードを持っているが、われわれはスピン共鳴をラインノードを持たない鉄系超伝導体と同じ散乱ベクトルに観測した。さらに、共鳴の増大率はホールと電子面間における符号反転領域の尺度になるが、ラインノードを持たないものと同程度であった。これらのことはこの系におけるフェルミ面間の符号反転が支配的でラインノードはひとつのフェルミ面で符号反転領域を限られた領域しか作らないことを意味する。それゆえ、この系はLaFePOやKFeAs(10K)などのノードを持つ系よりも高いを保持する。理論計算との比較は水平ラインノードが観測結果を再現するモデルの候補であることを示唆する。

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

http://www-naweb.iaea.org/napc/physics/FEC/FEC2010/html/node294.htm#62473

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。

Recent R&D activities of negative-ion-based ion source for JT-60SA

池田 佳隆; 花田 磨砂也; 鎌田 正輝; 小林 薫; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 海老沢 昇; 井上 多加志; 本田 敦; 河合 視己人; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1519 - 1529, 2008/08

https://doi.org/10.1109/TPS.2008.927382

JT-60SA用負イオンNBI加熱装置(N-NBI)は、加速エネルギー500keV, 10MW, 100秒入射の性能が求められている。JT-60SA用N-NBIの実現には、3つの課題解決が必要である。1つはイオン源の耐電圧の改善である。最近のイオン源の耐電圧試験から、大型加速管ではその電極面積の大型化に伴い長時間のコンディショニングと電界強度の設計裕度が必要であることが明らかとなった。2つ目は、電極及びビームラインの熱負荷の低減である。最近の研究によりビーム同士の空間電荷効果でビーム軌道が曲げられ電極に衝突し、熱負荷を増加していることが明らかとなった。これは空間電荷効果を考慮した3次元ビーム軌道計算に基づき電極構造を補正することで改善できる。3つ目は、100秒間の安定な負イオン生成である。このため負イオン生成に不可欠なプラズマ電極の温度制御方式を提案した。これらのR&Dを行い、JT-60SA用N-NBIのイオン源は2015年から改造を予定している。

JT-60U NBI加熱装置における長パルス運転時の電源保護検出システムの開発

大島 克己; 岡野 文範; 本田 敦; 篠崎 信一; 薄井 勝富; 能登 勝也; 河合 視己人; 池田 佳隆

JAEA-Technology 2007-044, 27 Pages, 2007/06

JAEA-Technology-2007-044.pdf:26.9MB

JT-60U用正イオン中性粒子入射加熱装置(P-NBI)の長パルス運転時に電源設備が許容通電電力値を超えないようにする電源保護検出システムを開発した。このシステムでは対象とする電源機器においてリアルタイムで実通電電力量(I2t及びV2t)を監視し、許容値を超過したときに通電を遮断し、電源機器を保護する。第1期としては、5ユニットに対して1台のPLCで計測・演算するシステムを構築し、2003年以来、有効に機能している。一方、2006年、第2期として、8ユニットに対してユニットごとにパッケージ型PLCを用いることで、監視サイクルタイムの大幅な短縮とともに、ユニット増加に対して容易に拡張が可能なシステムを構築した。さらにSCADA(Supervisory Control and Data Acquisition; 監視制御ソフトの総称)を用いてシステムの状態監視ができる監視画面を採用し、性能と使いやすさを向上させた。本報告書は、JT-60U P-NBIにおける長パルス化運転に向けた電源保護検出システムの設計及び主な機能についてまとめたものである。

Correlation between voltage holding capability and light emission in a 500 keV electrostatic accelerator utilized for fusion application

花田 磨砂也; 池田 佳隆; 鎌田 正輝; 菊池 勝美; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 梅田 尚孝; 薄井 勝富; Grisham, L. R.*; 小林 信一*

IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 14(3), p.572 - 576, 2007/06

https://doi.org/10.1109/TDEI.2007.369515

500keV, 22AのD-イオンビームを生成することを目的に開発されたJT-60U負イオン源の耐電圧特性を実験的に調べた。耐電圧は加速電圧印加直後に加速器内部で発生する発光強度と強く相関した。つまり、加速電圧印加直後の発光強度が十分に抑制された場合、加速電圧はパルス中に絶縁破壊することなく安定に維持された。さらに、発光強度と加速管に流れる電流との相関を調べるとともに、分光測定を実施することにより、発光の原因について調べた。加速管に流れる電流の向きは陰極電極から電子が放出する方向であり、大きさは発光強度と比例関係にあった。また、光の波長は420nmを中心に広く(20nm)分布しており、イオン源の動作ガスである重水素やFRP製絶縁管の成分である炭素,酸素,水素等の輝線スペクトラムは観察されなかった。これらの結果より、耐電圧と強い相関関係にある発光はFRP自身の電子励起によるものと考えられる。本研究により、イオン源の耐電圧を改善するためには、陰極電極からの電子放出を抑制する必要があることがわかった。

Development of a slim manipulator type fuel handling machine for a commercialized fast reactor

近澤 佳隆; 臼井 伸一; 此村 守; 定廣 大輔*; 戸澤 克弘*; 堀 徹*; 戸田 幹雄*; 小竹 庄司*

Proceedings of 14th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-14) (CD-ROM), 7 Pages, 2006/07

ナトリウム冷却大型炉の燃料交換機としてアームスイング式マニプレータ型燃料交換機の概念設計を実施した。耐震解析評価の結果から、軸受内部隙間に起因したガタが切込付UISと燃料交換機の干渉に及ぼす影響が大きく、軸受内部隙間をなくすことにより干渉回避を確実にすることができることが明らかになった。このため燃料交換機軸受として予圧負荷により軸受内部隙間をなくすことが可能なアンギュラ玉軸受を採用することとした。燃料交換機軸受はナトリウムベーパを含む200Cアルゴンガス中において使用されるため、通常用いられる液体潤滑材を使用することができない。このため燃料交換機軸受に適用可能な固体潤滑仕様をパラメータとして1/10スケール軸受を用いた気中試験を実施し、内外輪MoSコーティングステンレス,セラミックボールの組合せを選定した。また、実機運転環境を模擬したナトリウムベーパを含むアルゴンガス中において実規模軸受の耐久試験を実施した。実機軸受面圧1580MPaに対して不確かさを考慮して1745MPaを負荷し、燃料交換5回相当の期間において軸受の運転に問題がないことを確認した。

Na冷却炉設計研究; 平成16年度成果概要(共同研究)

菱田 正彦; 村上 勤*; 木曽原 直之; 藤井 正; 内田 昌人*; 早船 浩樹; 近澤 佳隆; 臼井 伸一; 池田 博嗣; 宇野 修; et al.

JAEA-Research 2006-006, 125 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-006.pdf:11.55MB

実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。フェーズIIでは、合理化検討とプラント概念の構築を行ってきている。本報告書は、フェーズIIの4年目である平成16年度に実施したNa冷却炉設計研究の成果をまとめたものである。本研究では、平成15年度の中間評価結果でレファレンス概念に選定された改良内部ダクト型燃料集合体及び直管型密着2重管蒸気発生器(SG)を反映して、炉心設計及び大型炉プラント概念設計を行った。本SGについては、安全ロジックを含めた検討を実施し、構造概念を構築した。また、保守・補修方針に適合したプラント概念設計を行った。さらに、要素技術開発成果の反映による成立性評価の高度化,各種バックアップ概念の構築を行ったほか、BOP及びNSSSについて、原子力級部材の適用除外,自主基準化,規制緩和などによる設計合理化,システム化規格の検討状況を踏まえ、さらなる合理化方策も検討した。今後は、フェーズIIのまとめとしてプラント概念の仕上げを行うとともに設計方針類の整備を行う。また、要素研究成果を反映し、残された技術課題の検討を行う。

切込付き炉心上部機構に適合した新型燃料交換機の開発; 平成16年度の研究成果のまとめ

近澤 佳隆; 臼井 伸一; 早船 浩樹; 此村 守

JNC TN9400 2005-046, 160 Pages, 2005/08

JNC-TN9400-2005-046.pdf:24.19MB

高速増殖炉サイクル実用化戦略調査研究ではナトリウム冷却大型炉およびナトリウム冷却中型炉の検討が行われており、いずれの概念においても原子炉容器をコンパクトする観点から切込付き炉上部機構と単回転プラグを組み合わせた燃料交換が採用されている。本研究では切込付き炉上部機構に適合した新型燃料交換機の開発を行った。本年度は燃料交換機の軸受部成立性評価のため1/10スケール軸受試験と実規模軸受試験のための試験装置の製作を行った。切込付き炉上部機構に適合したスリム型マニプレータ式燃料交換機の軸受として、耐震時の燃料交換機アーム変位を低減する観点から、ガタなしのアンギュラ玉軸受を選定した。1/10スケール軸受試験の結果、軸受潤滑仕様として内外輪MoS表面処理ステンレス、セラミックボールの玉軸受を採用した。また、選択した仕様においては1800MPa1880MPaに使用限界があるこが示唆された。実機における軸受寿命評価のための平均荷重は設計荷重で41kN、不確かさを考慮した想定荷重で53kNと評価され、対応する面圧はそれぞれ1580MPa、1745MPaであり、今回1/10スケール軸受試験で使用を確認した1800MPaの範囲内であることが示された。来年度の実規模軸受試験の試験条件としては、不確かさを考慮した条件で軸受の耐久性を実証することが望まれるため、面圧1745MPa、荷重53kN相当の条件で試験を行う計画とする。

Na冷却小型炉のシステム設計研究; 平成16年度の研究成果のまとめ

近澤 佳隆; 木曽原 直之; 臼井 伸一; 此村 守; 田中 俊彦

JNC TY9400 2005-004, 189 Pages, 2005/06

JNC-TY9400-2005-004.pdf:9.33MB

実用化戦略調査研究の一環として、小型炉の多様な特徴を生かした金属燃料ナトリウム冷却炉概念の検討を行った。平成16年度は小型炉の魅力を整理し高価な燃料輸送費のため発電単価が高い僻地用小型電源として電気出力5万kWe、運転サイクル30年の長寿命炉心採用型概念と、電気出力30万kWeにおいて投資リスクと開発費用低減及び規格化大量生産による基幹電源に匹敵する経済性を追求した概念を検討した。長寿命炉心採用型はループ型において運転サイクル30年である特徴を利用したノズル方式の原子炉容器と冷却系1ループ化を採用することにより、大幅にNSSS物量削減が可能であり、僻地電源として魅力ある概念と成り得ることが示された。経済性追及型炉は1ループ化を採用して冷却系合理化を行うとともに、小型炉が集合体数が少ないことを利用しIVSで使用済燃料の搬出待ち貯蔵容量を確保することで炉外燃料取扱設備及び建屋配置を大幅に低減可能であり、小規模の燃料製造・再処理設備と組合せることで低い投資リスクで金属燃料において高速炉サイクルを実証する可能性があることが示唆された。