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論文

Progress in conceptual design of a pool-type sodium-cooled fast reactor in Japan

加藤 篤志; 久保 重信; 近澤 佳隆; 宮川 高行*; 内田 昌人*; 鈴野 哲司*; 遠藤 淳二*; 久保 幸士*; 村上 久友*; 鵜澤 将行*; et al.

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Sustainable Clean Energy for the Future (FR22) (Internet), 11 Pages, 2022/04

プール型ナトリウム冷却高速炉の概念設計研究を行っている。本検討では、日本の地震対策、原子炉容器の熱流動、崩壊熱除去システムの設計などの主な課題の報告を行う。日本に650MWeのタンク型ナトリウム炉が設置される場合、厳しい地震に対する設計が必要で、原子炉構造を強化している。また、新たに3次元免震システムの開発も進めている。

論文

Design and actual performance of J-PARC 3 GeV rapid cycling synchrotron for high-intensity operation

山本 風海; 金正 倫計; 林 直樹; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 谷 教夫; 高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 32 Pages, 2022/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Nuclear Science & Technology)

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで中性子実験及び下流の主リングシンクロトロンに供給することを目的に設計された。2007年の加速器調整運転開始以降、RCSではビーム試験を通じて加速器の設計性能が満たされているかの確認を進め、必要に応じてより安定に運転するための改善を行ってきた。その結果として、近年RCSは1MWのビーム出力で連続運転を行うことが可能となり、共用運転に向けた最後の課題の抽出と対策の検討が進められている。本論文ではRCSの設計方針と実際の性能、および改善点について議論する。

論文

Development of timing read-back system for stable operation of J-PARC

Yang, M.*; 上窪田 紀彦*; 佐藤 健一*; 菊澤 信宏; 田島 裕斗*

Proceedings of 18th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 2021) (Internet), p.927 - 930, 2022/02

J-PARC加速器では独自にタイミングシステムを開発し2006年から運用してきた。その間、機器の故障により25Hzのトリガが抜けが疑われる事例が発生したが、頻度が数日に1回程度であったため数多くの疑わしい機器の中から原因となった機器を見つけるのは困難だった。このようなトリガ異常を監視する目的でTriggered Scalerモジュールを開発した。本報告では、本モジュールで検知したJ-PARC MRで発生したトリガ障害イベントの1つを紹介し、Triggered Scalerモジュールの導入,作業原理,性能,ファームウェアのアップグレードについて述べ、将来の計画について報告する。

論文

Upgrade of the 3-MeV linac for testing of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。

論文

Network system operation for J-PARC accelerators

上窪田 紀彦*; 山田 秀衛*; 佐藤 健一郎*; 菊澤 信宏; 山本 昇*; 吉田 奨*; 根本 弘幸*

Proceedings of 16th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 2017) (Internet), p.1470 - 1473, 2018/01

J-PARC加速器制御用のネットワークシステムは、2005年以来10年以上運用されてきた。加速器制御ネットワークは、J-PARCの3加速器(リニアック, 3Gevシンクロトロン, MR)と3実験施設(物質・生命科学実験施設,ニュートリノ実験施設,ハドロン実験施設)をカバーし、エッジスイッチの総数は約250である。その全体構成(光ネットワーク網)、冗長機能、VLAN構成、について現状を説明する。次に、オフィスネットワーク(JLAN)と加速器制御ネットワークとの関係について説明する。2つのネットワークの間にFirewallを導入して直接通信を禁止する一方で、双方から制限付きで通信できる別ネットワークを設定した。この手法で、アクセス制限(セキュリティ)と接続性(利便性)の両立を図っている。また、J-PARC加速器制御システムのセキュリティ運用について説明する。オフィスネットワークからのウィルス感染を防ぐための複数のアクセス制限や、アンチウィルスソフトの端末への適用状況について解説する。

論文

Role of multichance fission in the description of fission-fragment mass distributions at high energies

廣瀬 健太郎; 西尾 勝久; 田中 翔也*; L$'e$guillon, R.*; 牧井 宏之; 西中 一朗*; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; Vermeulen, M. J.; et al.

Physical Review Letters, 119(22), p.222501_1 - 222501_6, 2017/12

 被引用回数:37 パーセンタイル:90.33(Physics, Multidisciplinary)

JAEAタンデム加速器施設で行った$$^{18}$$O+$$^{238}$$U反応における多核子移行チャンネルを用いた実験により、$$^{237-240}$$U, $$^{239-242}$$Np、および$$^{241-244}$$Puの核分裂質量分布を励起エネルギー10$$sim$$60MeVにおいて測定した。これらのうち、$$^{240}$$U, $$^{240,241,242}$$Npのデータは本実験により初めて観測された。原子核の殻効果の減衰によって対称分裂すると予想されていた高励起エネルギーにおいても、質量分布が非対称を示すことがわかった。搖動散逸定理に基づく動力学モデル計算との比較から、この振る舞いはマルチチャンス核分裂によるものであることを明らかにした。

論文

J-PARCリニアックのビームロスモニタによるインターロックイベント

林 直樹; 菊澤 信宏; 三浦 昭彦; 二ツ川 健太*; 宮尾 智章*

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.540 - 544, 2017/12

J-PARCリニアックは、安定な利用運転を行っているが、最近は、リニアック・ロスモニタ単独1台のみによるインターロック事象が増加している。その回数は、RFQトリップ回数に迫るほどであり、運転効率の改善に向けて、対策が必要となってきた。そこで、各事象毎のデータを詳しく解析し、事象を3つに分類、それぞれに特徴的な、ロスモニタの分布・パターンを見出した。リニアックのロスモニタは、一般的なものではあるが、時間分解能重視のため、J-PARCの他のリングシンクロトロンとは異なった設定、プリアンプの入力インピーダンスは50$$Omega$$、生信号での閾値・幅をインターロック条件としている点についても改善のための検討・試行を実施した。

論文

A 3 MeV linac for development of accelerator components at J-PARC

近藤 恭弘; 浅野 博之*; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 石山 達也; 伊藤 崇; 川根 祐輔; 菊澤 信宏; 明午 伸一郎; 三浦 昭彦; et al.

Proceedings of 28th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2016) (Internet), p.298 - 300, 2017/05

J-PARC加速器の要素技術開発に必要な3MeV H$$^{-}$$リニアックを構築した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用したものを再利用している。設置作業の後、2016年6月からRFQのコンディショニングを開始した。このRFQは様々な問題を克服し、なんとか安定運転に達していたが、2年間運転できなかったので再度コンディショニングが必要であった。現状定格のデューティーファクタでは運転できてはいないが、短パルスならばビーム運転可能となっている。この論文では、この3MeV加速器のコミッショニングと最初の応用例であるレーザー荷電変換試験の現状について述べる。

論文

J-PARC3MeVリニアックを用いたビームスクレーパの開発

平野 耕一郎; 浅野 博之; 石山 達也; 伊藤 崇; 大越 清紀; 小栗 英知; 近藤 恭弘; 川根 祐輔; 菊澤 信宏; 佐藤 福克; et al.

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.310 - 313, 2016/11

単位面積当たりの熱負荷を減らすため、67$$^{circ}$$のビーム入射角を有するビームスクレーパをJ-PARCリニアックのRFQとDTLの間のMEBTで使用している。67$$^{circ}$$ビームスクレーパは粒子数1.47E22個のH$$^{-}$$ビームによって照射された。レーザ顕微鏡を用いてスクレーパのビーム照射による損傷部を観察すると、高さ数百$$mu$$mの突起物が無数にあった。ビームスクレーパの耐電力を調べるため、3MeVリニアックを新たに構築した。2016年末にスクレーパ照射試験を実施する予定である。今回は、J-PARCリニアックのビームスクレーパの現状、及び、ビームスクレーパの照射試験に用いる3MeVリニアックについて報告する。

論文

Fission fragments mass distributions of nuclei populated by the multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction

L$'e$guillon, R.; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; 牧井 宏之; 西中 一朗*; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; et al.

Physics Letters B, 761, p.125 - 130, 2016/10

 被引用回数:33 パーセンタイル:92.28(Astronomy & Astrophysics)

It is shown that the multinucleon transfer reactions is a powerful tool to study fission of exotic neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle-capture or heavy-ion fusion reactions. In this work, multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction are used to study fission of fourteen nuclei $$^{231,232,233,234}$$Th, $$^{232,233,234,235,236}$$Pa, and $$^{234,235,236,237,238}$$U. Identification of fissioning nuclei and of their excitation energy is performed on an event-by-event basis, through the measurement of outgoing ejectile particle in coincidence with fission fragments. Fission fragment mass distributions are measured for each transfer channel, in selected bins of excitation energy. In particular, the mass distributions of $$^{231,234}$$Th and $$^{234,235,236}$$Pa are measured for the first time. Predominantly asymmetric fission is observed at low excitation energies for all studied cases, with a gradual increase of the symmetric mode towards higher excitation energy. The experimental distributions are found to be in general agreement with predictions of the fluctuation-dissipation model.

論文

Beam test of a new radio frequency quadrupole linac for the Japan Proton Accelerator Research Complex

近藤 恭弘; 森下 卓俊; 山崎 宰春; 堀 利彦; 澤邊 祐希; 千代 悦司; 福田 真平; 長谷川 和男; 平野 耕一郎; 菊澤 信宏; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(12), p.120101_1 - 120101_8, 2014/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:45.73(Physics, Nuclear)

J-PARCのビーム電流増強用の新しいRFQ(RFQ III)のビーム試験を行った。まず、RFQ IIIのコンディショニングが行われ、20時間のコンディショニング後に、400kW、デューティーファクター1.5%の非常に安定なRF入力を達成した。次に、加速器トンネルに設置する前にオフラインのビームテストを行った。50mA負水素ビームの透過率、エミッタンス、エネルギー分散を測定し、シミュレーションと比較した。実験結果とシミュレーションは良い一致を示し、RFQ IIIが設計通りの性能を発揮していることが示された。

論文

J-PARCリニアックの現状

小栗 英知; 長谷川 和男; 伊藤 崇; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 森下 卓俊; 篠崎 信一; 青 寛幸; 大越 清紀; 近藤 恭弘; et al.

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.389 - 393, 2014/10

J-PARCリニアックでは現在、ビームユーザに対する利用運転を行うとともに、リニアック後段の3GeVシンクロトロンにて1MWビームを加速するためのビーム増強計画を進めている。リニアックのビーム増強計画では、加速エネルギー及びビーム電流をそれぞれ増強する。エネルギーについては、181MeVから400MeVに増強するためにACS空洞及びこれを駆動する972MHzクライストロンの開発を行ってきた。これら400MeV機器は平成24年までに量産を終了し、平成25年夏に設置工事を行った。平成26年1月に400MeV加速に成功し、現在、ビーム利用運転に供している。ビーム電流増強では、初段加速部(イオン源及びRFQ)を更新する。イオン源はセシウム添加高周波放電型、RFQは真空特性に優れる真空ロー付け接合タイプ空洞をそれぞれ採用し、平成25年春に製作が完了した。完成後は専用のテストスタンドにて性能確認試験を行っており、平成26年2月にRFQにて目標の50mAビーム加速に成功した。新初段加速部は、平成26年夏にビームラインに設置する予定である。

論文

J-PARCリニアックRFチョッパ用の高周波源システムの改造

二ツ川 健太*; 池上 雅紀*; 伊藤 雄一; 菊澤 信宏; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 鈴木 隆洋*; 千代 悦司; 平野 耕一郎; Fang, Z.*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1149 - 1153, 2014/06

J-PARCリニアックでは、MEBT部に2つの空胴で構成されたRFチョッパを導入し、不要なビームをRFで蹴り出すことにより櫛形構造を持つ中間パルスを生成して、RCSへ入射している。RFチョッパの高周波の立上り・立下り時の過渡領域のビームは、半端に蹴り 出されるために下流でのビーム損失の原因となり得る。そこで、RFチョッパには、素早い応答性が要求され、Q値の低い空胴と帯域の広い半導体アンプが採用されている。しかし、以前のシステムでは2つのチョッパ空胴をU字型の同軸管で直列に接続し、1つの高周波源で運用していたこともあり、高周波の立下り時に大きなリンギングが見られた。そこで、2012年の夏季シャットダウン中に、新たに半導体アンプを追加し高周波源を2台体制にして、各空胴を独立にドライブするシステムに改造した。その結果、立下り時のリンギングは小さくなり、ビーム電流15mAの条件下で立上り・立下り時間が約20nsecを達成した。現在は、半導体アンプが故障したために、以前の直列接続のシステムに戻っているが、本講演では2台体制の並列接続システムの成果について発表を行う。

論文

J-PARCリニアック制御信号分配システムの改修

二ツ川 健太*; 伊藤 雄一; 菊澤 信宏; 小林 鉄也*; 佐藤 文明; 篠崎 信一; 鈴木 隆洋*; Fang, Z.*; 福井 佑治*; 道園 真一郎*

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1126 - 1129, 2014/06

J-PARC加速器全体のタイミングシステムとして、12MHzクロック, 50Hzトリガ, タイプコードと呼ばれる制御ワード信号の3種類の信号が使用されている。それらの信号は、中央制御室で生成され、光信号で各加速器施設に分配される。リニアックでも、地上部のクライストロンギャラリの上流部で各信号を受け取り、そこで分岐され、各ステーションに分配される。ただし、ここでの分岐・分配システムは、光信号をO/Eモジュールで受信して電気信号に変換し、FANOUTモジュールを使用して電気的に分岐、それの信号をE/Oモジュールで再度光信号に変換して各ステーションに分配するという非効率的な構成となっていた。ここでは、多大なモジュール数を必要としたために度々の故障事例があり、隣には温度に敏感なLLRFのラックが納入されていたこともあり排熱などが問題になった。そこで、2013年の夏季シャットダウン中に光アンプと光カプラを使用したシステムを導入する予定である。この導入によりシンプルなシステム構成となり、トラブル数を低減できると期待できる。

論文

J-PARC MLFインヒビットシステムの開発

石山 達也; 伊藤 雄一; 菊澤 信宏; 鈴木 隆洋; 大井 元貴; 明午 伸一郎; 酒井 健二; 加藤 裕子

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.714 - 716, 2013/08

J-PARCでは、MLFとMRの両施設へのビーム打ち分け時に、MLFにてMPSが発報すると全ビームが停止となり、正常運転状態にあるMRへのビーム供給も停止してしまう。特にミュオンターゲット移動時にはMPSが必ず発報する仕様となっているため、ビーム行先をMRのみに切り替えてターゲットを移動する運用を行っていた。このビーム行先切り替えの際にも全ビーム停止となる。これらによるMR運転稼働率の低下が問題となっていた。そこで、現状のMLFのMPS信号をMLFインヒビットとして扱い、MLFインヒビット発報時には、MLF行きのビームのみを停止し、MR運転稼働率の向上を図ることとした。勿論、MLFインヒビットを実現するにあたり、安全性を保つことが必須である。今回新たに、MLFインヒビット発報中にMLFにてビーム検出がされた際に、通常のMPSを発報し全ビーム停止を行うロジックを組み込むことで、稼働率向上、安全性確保を両立したMLFインヒビットシステムの構築を行った。

論文

原子力施設のための3次元仮想振動台システムの研究開発への取り組み

西田 明美; 鈴木 喜雄; 山田 知典; 木野 千晶; 鵜沢 憲*; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 武宮 博; 中島 憲宏

RIST News, (54), p.33 - 37, 2013/01

原子力施設は複雑かつ巨大な構造物であり、多数の部品から成り立っている。このような複雑・巨大構造物の挙動をシミュレーションしようとするときには、解析技術だけではなく、プリポスト処理を含めた総合的なシステムとしての視点が重要となる。そこで、システム計算科学センターでは、構造部品を部品単位で認識し、必要な解析のためのデータを組み上げていく組立構造解析アプローチを提案し、原子力施設のような複雑・巨大構造物の挙動解析のためのフレームワークを試作した。これまでに、原子力機構大洗研究開発センターにある高温工学試験研究炉の建屋や機器のデータを用いた数値実験を行い、原子力施設全体での大規模地震応答シミュレーションが可能であることを実証した。本稿では、3次元仮想振動台システムのフレームワーク、システムの核となる組立構造解析アプローチ、結果評価のための可視化技術、および、3次元仮想振動台システムの適用研究として2011年より着手した地震リスク評価への試みについて述べる。

論文

Effect of turbulence on nonlinear sloshing in a rectangular pool

鵜沢 憲

Proceedings of 9th International Conference on Flow Dynamics (ICFD 2012) (USB Flash Drive), p.392 - 393, 2012/09

使用済み燃料プールのスロッシングに起因する機器構造物の異常事象を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する溢水量や流体圧力値の正確な把握が求められる。このためには、これまでプールの形状等に依存する実験的な経験値(減衰定数)で置き換えられてきた内部構造物や水面の近傍での乱れ(乱流)によるエネルギー散逸を定量的に評価する必要がある。そこで本研究では、エネルギー散逸をより機構論的に評価可能とするため、矩形水槽内のスロッシングを対象とした数値シミュレーションを実施し、スロッシングに対する乱流モデルの有効性を検証した。LESにおける運動エネルギーの保存式を導出し、運動エネルギーに対する乱流粘性散逸項の寄与をレイノルズ応力モデルと比較した結果、ほぼ同等であることを明らかにした。このことより、乱流粘性散逸は両モデルで同等に評価できているものの、壁付近の乱流の非等方性はLESの方が再現性が高いことがわかった。

論文

Effect of turbulent dissipation on the dynamics of dam break flow

鵜沢 憲; 渡辺 正*

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 6(2), p.229 - 240, 2012/06

使用済燃料プールのスロッシングに起因する機器構造物の異常事象を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する溢水量や流体圧力値の正確な把握が求められる。このためには、これまでプールの形状等に依存する実験的な経験値(減衰定数)で置き換えられてきた内部構造物や水面の近傍での乱れ(乱流)によるエネルギー散逸を定量的に評価する必要がある。そこでわれわれは、エネルギー散逸をより機構論的に評価可能とするため、スロッシングの素過程であるダム崩壊現象を対象とした数値シミュレーションを実施し、乱流モデルの有効性を検証している。本研究では、RANS乱流モデルにおける運動エネルギーの保存式を導出し、運動エネルギーに対する圧力項と重力項、乱流粘性散逸項の寄与をRANS乱流モデル間で比較した。その結果、乱流粘性散逸項の寄与のみがモデルに依存し、ダム崩壊流の挙動の支配要因であることがわかった。また、レイノルズ応力モデルと比較して渦粘性モデルでは乱流粘性散逸を過大評価し圧力を過小評価するために実験圧力値と乖離することを明らかにした。

論文

三次元矩形貯水槽の非線形スロッシング解析

鵜沢 憲

ながれ, 31(3), p.271 - 276, 2012/06

使用済燃料プールのスロッシングに起因する機器構造物の異常事象を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する溢水量や流体圧力値の正確な把握が求められる。このためには、これまでプールの形状等に依存する実験的な経験値(減衰定数)で置き換えられてきた内部構造物や水面の近傍での乱れ(乱流)によるエネルギー散逸を定量的に評価する必要がある。そこで本研究では、エネルギー散逸をより機構論的に評価可能とするため、ダム崩壊現象や矩形水槽内のスロッシングを対象とした数値シミュレーションを実施し、スロッシングに対する乱流モデルの有効性を検証した。その結果、レイノルズ応力モデルとLESによるスロッシング波高の計算値が実験値と良好に一致することがわかり、波高の評価に対してはレイノルズ応力モデルとLESの使用が有効であることを明らかにした。

論文

原子力施設の耐震シミュレーションのV&Vの研究開発

鈴木 喜雄; 西田 明美; 鵜沢 憲; 中島 憲宏

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 17, 4 Pages, 2012/05

原子力施設全体規模の耐震シミュレーションから得られる結果を評価し、実事象を推定することを目的とし、V&Vの研究開発を実施している。本研究では、原子力施設全体の耐震シミュレーションにこれまで広く用いられてきたビームモデルでの解析と、われわれが研究開発してきた、複数部品(ソリッドモデル)を組み立てて解析可能な組立構造解析の結果を比較するために、ビームモデルの一部を組立構造解析に置き換えて解析するズーミング解析を行えるツールを試作した。本システムを、さまざまな断面を持つ片持ち梁モデルへ適用し、システムが正しく動作することを確認した。

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