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Thwe Thwe, A.; 門脇 敏; 永石 隆二
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(6), p.731 - 742, 2023/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)本研究では、詳細な化学反応を考慮した非定常反応流れの数値計算を遂行し、固有不安定性による水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動を調べ、未燃ガス温度と圧力の影響を明らかにした。広い空間における火炎の不安定挙動をシミュレートし、セル状火炎の燃焼速度を求めた。そして、火炎不安定挙動に及ぼす熱損失および火炎スケールの効果を精査した。平面火炎の燃焼速度は、未燃ガスの温度が上昇すると増加し、未燃ガスの圧力と熱損失が上昇すると減少する。平面火炎の燃焼速度で標準化したセル状火炎の燃焼速度は、圧力(温度)の上昇と共に増大(減少)する。熱損失が存在する場合、標準化したセル状火炎の燃焼速度は、断熱の場合より大きくなる。これは、未燃ガスの高圧力と熱損失は、火炎の不安定挙動と不安定性をプロモートするからである。
勝身 俊之; Thwe Thwe, A.; 門脇 敏
Journal of Visualization, 25(5), p.1075 - 1083, 2022/10
被引用回数：1 パーセンタイル：20.8(Computer Science, Interdisciplinary Applications)希薄燃焼と不活性ガス添加は、水素予混合火炎の燃焼速度を制御するのに有用であり、固有不安定により希薄水素火炎の前面にセル状構造が形成されることはよく知られている。しかし、希薄水素予混合火炎の不安定現象に対する不活性ガス添加の影響は十分に理解されていないため、火炎の不安定性を実験的に調査する必要がある。実験では、不安定現象の特性を解明するために、フラットバーナー上の水素/酸素/不活性ガス(Ar, N
, CO)予混合火炎のセル状構造と変動を、直接観察,レーザー診断および発光強度を使用して取得した。その結果、不活性ガス添加量,当量比,総流量とセル状火炎の特性との相関関係が明らかになり、これらのパラメータが火炎の不安定性に及ぼす影響が議論された。
Thwe Thwe, A.; 寺田 敦彦; 日野 竜太郎; 永石 隆二; 門脇 敏
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(5), p.573 - 579, 2022/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)高レベル放射性合水廃棄物容器内発生している水素の燃焼及び爆発の危険性について注意する必要がある。本研究では、密閉容器内での水素燃焼の特性を調査するためにオープンソースコードOpenFOAMを使用してシミュレーションを行い、初期火炎速度の影響による火炎面の挙動を調べた。初期の層流火炎速度が増加すると、火炎の半径,圧力,温度が増加し、流体力学的効果によりセル状火炎形状は堅牢になったことが分かった。コードの検証分析のために既存の水素-空気爆発実験から導出した火炎速度モデルをコードに実装し、火炎面に格子解像度の影響を明らかにした。格子サイズが小さくなると、火炎面のセル分離がより明確に形成され、火炎半径が大きくなった。シミュレーションによって得られた火炎半径とセル状火炎面は実験結果と合理的に一致した。
古山 大誠*; Thwe Thwe, A.; 勝身 俊之; 小林 秀昭*; 門脇 敏
日本機械学会論文集(インターネット), 87(898), p.21-00107_1 - 21-00107_12, 2021/06
断熱および非断熱条件下での水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動に及ぼす蒸気添加の影響を数値計算的に調査した。8つの活性種と希釈剤の17の可逆反応でモデル化された水素-酸素燃焼の詳細な化学反応メカニズムを採用し、圧縮性ナビエ・ストークス方程式に基づいて、2次元の非定常反応流が処理された。蒸気の追加と熱損失が増加すると共に平面火炎の伝播速度は減少した。水蒸気濃度の増加と共に、標準化したセル状火炎の燃焼速度は増大し、熱損失が存在する場合、標準化したセル状火炎の燃焼速度は、断熱の場合より大きくなった。水蒸気添加により、水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動はプロモートされる。これは、ガスの熱拡散率が減少し、拡散-熱的不安定性が強くなるからである。水素予混合火炎の不安定性に及ぼす水蒸気添加の効果は新たな知見であり、原子力発電所などにおける水素防爆対策に繋がることが期待される。
中野 智志*; 佐野 亜沙美; 服部 高典; 町田 真一*; 小松 一生*; 藤久 裕司*; 山脇 浩*; 後藤 義人*; 亀卦川 卓美*
Inorganic Chemistry, 60(5), p.3065 - 3073, 2021/03
被引用回数：10 パーセンタイル：74.02(Chemistry, Inorganic & Nuclear)アンモニアボランのX線および中性子回折実験を常圧及び高圧下で行った。常圧下で二水素結合中のH-H距離は、ファンデルワールス半径の2倍(2.4
)よりも短い。約1.2GPaでの常圧相から第一高圧相への相転移で、半分の水素は原子間距離が延び、二水素結合が壊れた。さらに加圧すると、すべての原子間距離は2.4よりも短くなり、二水素結合が再び形成された。さらに、約11GPaで、空間群
(Z=2)を持つ第二高圧相(HP2)へ転移した。この時、分子軸はより傾き、二水素結合の種類は6から11へと増えた。第3の相転移の直前(18.9GPa)で、最短の二水素結合は1.65になった。本研究は、高圧下の構造相転移によりアンモニアボラン中の二水素結合が破壊、再形成するのを実験的に初めて観測したものである。
門脇 敏; Thwe Thwe, A.; 古山 大誠*; 河田 一正*; 勝身 俊之; 小林 秀昭*
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 16(2), p.20-00491_1 - 20-00491_12, 2021/00
被引用回数：4 パーセンタイル：30.26(Thermodynamics)水素-空気予混合火炎の固有不安定により生じるセル状火炎面の不安定運動に及ぼす圧力と熱損失の影響を数値的に調査するために、水素-酸素燃焼の反応機構を採用し、8つの活性種と希釈剤の17の可逆反応をモデル化した。二次元非定常反応流れの基礎方程式が処理され、圧縮率,粘度,熱伝導,分子拡散、および熱損失が考慮された。圧力が高くなると、最大成長率が増加し、不安定な範囲が広がった。これらは主に火炎の厚さの減少によるものだった。圧力が高く、熱損失が大きくなると共に平面火炎の燃焼速度で標準化したセル状火炎の燃焼速度は増加した。これは、圧力と熱損失が細胞炎面の不安定な動きに強く影響したことを示している。また、フラクタル次元が大きくなり、炎の形状が複雑になったことを示している。
勝身 俊之; 吉田 康人*; 中川 燎*; 矢澤 慎也*; 熊田 正志*; 佐藤 大輔*; Thwe Thwe, A.; Chaumeix, N.*; 門脇 敏
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 16(2), p.21-00044_1 - 21-00044_13, 2021/00
被引用回数：5 パーセンタイル：36.79(Thermodynamics)水素/空気予混合火炎の動的挙動の特性に及ぼす二酸化炭素と水蒸気の添加の影響を実験的に解明した。シュリーレン画像により、火炎面の凹凸が低い当量比で明瞭に観察された。火炎半径が大きくなると共に伝播速度は単調に増加し、火炎面の凹凸の形成に起因する火炎加速が生じた。不活性ガスの添加量を増やすと、特にCO添加の場合、伝播速度が低下した。さらに、マークスタインの長さと凹凸係数が減少した。これは、COまたはHOの添加が水素火炎の不安定な動きを促進したことを示してあり、拡散熱効果の強化が原因であると考えられる。水素火炎の動的挙動の特性に基づいて、火炎加速を含む伝播速度の数学モデルで使用されるパラメータが得られ、その後、さまざまな条件下での火炎伝播速度が予測された。
門脇 敏; 野上 雅人*; Thwe Thwe, A.; 勝身 俊之*; 山崎 渉*; 小林 秀昭*
日本機械学会論文集(インターネット), 85(879), p.19-00274_1 - 19-00274_13, 2019/11
本研究では、流体力学的不安定性と拡散・熱的不安定性に起因する三次元セル状予混合火炎に及ぼす未燃ガス温度と熱損失の効果を調べるため、三次元圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式を採用して三次元の反応流れの数値計算を実行した。未燃ガス温度が下降し熱損失が増大するとともに、火炎の増幅率は小さくなり、不安定領域は狭くなる。これは、主として平面火炎の燃焼速度の低下によるものである。その増幅率と波数を平面火炎の燃焼速度と質量流束密度で標準化すると、未燃ガス温度の下降とともに、標準化した増幅率は大きくなり、不安定領域は広くなる。これは、主に、既燃ガスと未燃ガスの温度比の増加によって熱膨張の効果が強くなること、並びに、ゼルドヴィッチ数の増大に伴う凹凸の火炎面における局所的燃焼速度の変化が顕著になることによるものである。最大増幅率に対応する特性波長をもつ擾乱を平面火炎に加えると、それは固有不安定性により発達し、セル状の火炎面が形成される。標準化したセル状火炎の燃焼速度は、未燃ガス温度の下降とともに増加する。また、熱損失が増大するとセル状火炎の燃焼速度は増加する。これは、熱損失が拡散・熱的不安定性において重要であることを示している。
Thwe Thwe, A.; 門脇 敏; 日野 竜太郎
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 13(2), p.18-00457_1 - 18-00457_12, 2018/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Thermodynamics)拡散・熱的(D-T)モデル及び圧縮性ナビエーストークス(N-S)方程式を用いて広域における低ルイス数セル状予混合火炎の不安定挙動について、反応流れ場の二次元非定常数値解析を行った。圧縮性N-S方程式によって得られた火炎の成長増幅率は、D-Tモデルによって得られたものより大きく、不安定領域は広いことが分かった。計算領域を広くした結果、大きなセル状火炎から分離された小さなセルの数は劇的に増加した。このとき、圧縮性N-S方程式に基づく数値結果では、より強い不安定挙動及びより大きな平均燃焼速度が観察された。併せて、圧縮性N-S方程式によって得られたフラクタル次元は、D-Tモデルによって得られたものよりも大きかった。加えて、放射熱損失が低ルイス数予混合火炎の不安定性を促進することを確認した。
副島 吾郎; 岩井 紘基; 門脇 春彦; 中村 保之; 都築 聡*; 安永 和史*; 中田 吉則*; 久米 恭*
平成28年度公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター研究年報,19, P. 9, 2017/10
熱的切断工法(プラズマ切断及びレーザ切断)を用いて、気中切断や水中切断を行った際に発生する粉じんの気中等への移行量、移行率及び性状等のデータを取得し、切断工法の違いや切断速度や出力等の切断条件を変化させた際の影響を調査した。
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.706 - 708, 2015/09
サイクロトロンのビームエネルギー幅を狭くすることは、ビーム引出し効率の改善やマイクロビーム等のビーム応用に必要である。一般にサイクロトロンでは、ビームの位相幅を狭くすることでビームのエネルギー幅を狭くでき、そのためには位相制限スリットによるビーム位相幅の制限が有効である。そこで、幾何軌道解析モデルを構築してビーム位相幅の制限に必要な半径方向のビーム位置と位相の関係を定式化した。このモデルの正しさを実証するため、JAEA AVFサイクロトロンにおいて、位相制限スリットの半径方向の位置と通過したビームの位相分布の関係を測定し、モデル計算の結果と比較した結果、両者はほぼ一致した。これにより、加速ハーモニックス(
)1ではスリット位置に依存してビーム位相とその幅が変化するが、=2では最初の加速の位相差による電圧差でビーム位相幅が圧縮する位相バンチング効果が生じてスリット位置の変化に伴うビームの位相とその幅の変化が小さくなることが分かった。ビーム位相幅を狭くするためには、毎に位相制限スリットの半径方向の位置とビーム位相分布の関係に基づいてスリット位置を変更する必要があることが判明した。
柏木 啓次; 宮脇 信正; 倉島 俊; 奥村 進
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.703 - 705, 2015/09
原子力機構高崎量子応用研究所では、AVFサイクロトロンの加速可能位相空間領域(アクセプタンス)に入射ビームの位相空間領域(エミッタンス)を重ね合わせて加速ビーム電流を最大にする入射調整のために、エミッタンスとアクセプタンスを計測する装置を開発した。本装置による測定結果を基にしたビーム入射調整が加速ビーム電流の増加に有効であることを確かめるため、測定したエミッタンスとアクセプタンスを2台のステアリング電磁石を用いてそれぞれ位相平面上で平行移動させ、エミッタンスの高輝度部にアクセプタンスの高透過率部を重ね合わせて加速ビーム電流を測定する試験を行った。具体的には、まず任意位置への平行移動を可能にするため、エミッタンス・アクセプタンス測定位置の直前・直後の2台のステアリング電磁石の励磁電流とエミッタンス及びアクセプタンスの位相平面座標の変化を測定し、位相平面上の軌道及び偏向角と励磁電流の関係を明らかにした。次に、この関係を用いて、測定したエミッタンスの高輝度部とアクセプタンスの高透過率部を重ね合わせるようにステアリング電磁石の励磁電流を設定し微調整を行った。その結果、加速ビーム電流を調整前と比べて有意に増加(約30%)させることができた。以上より、エミッタンス・アクセプタンス測定結果を基にした調整が有効であることを確認した。
湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 石坂 知久; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 薄井 絢; 宮脇 信正; et al.
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.302 - 304, 2015/09
日本原子力研究開発機構のイオン照射施設TIARAでは4台の加速器により、材料・バイオ技術の研究開発への利用を主として、広範囲のエネルギー及び多様なイオン種のビームを提供している。本発表では2014年度のTIARAの稼働状況、保守・整備及び技術開発を報告する。保守・整備及び技術開発の主要な内容を以下に示す。サイクロトロンの高周波系において、ショート板用接触子に焼損が発生したため、接触子の交換及び焼損箇所の研磨を行うことで復旧させた。原因調査の結果、経年劣化によりフィードバックケーブルが断線しかかっていたため、不必要な高電圧が印加されたことが原因と判明した。サイクロトロン制御システムに関して、サポートが停止されたWindows XPをWindows 7に変更し、これに伴い制御システムを更新するとともに、トレンドグラフのログデータ保存機能、操作画面上の制御対象一括選択機能の付加など、各種機能を向上させた。C
イオンビームの計測に関して、複雑な二次荷電粒子を生成するCイオンビームの正確な電流測定のために、サプレッサー電極の構造を改良することで二次荷電粒子を十分捕集するファラデーカップを開発した。
倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 福田 光宏*
Proceedings of 13th International Conference on Heavy Ion Accelerator Technology (HIAT 2015) (Internet), 3 Pages, 2015/09
TIARAサイクロトロンでは、イオン種の短時間切換を目的としてカクテルビーム加速技術を開発し、半導体の耐放射線評価試験などに利用している。この技術では、電荷質量比(M/Q)のほぼ等しい複数のイオン種を同時に入射し、サイクロトロンの高いM/Q分解能
(M/Q)/
(M/Q)を利用して単一のイオン種のみを取り出す。今回、カクテルビーム加速技術とビームチョピング技術を組み合わせM/Q分解能を向上させた。これまでサイクロトロンで分離できなかった複数のイオン種について、入射ビームラインのパルス電圧型ビームチョッパーを用いて約1RF周期のパルスビームを入射した場合、加速周波数と回転周波数が同期したイオン種がまず最初に取り出され、取り出し対象外の不純物イオン種はエネルギーゲインが低いために遅れて取り出される。サイクロトロン後段のビームチョッパーを高周波数の正弦波電圧型から低周波数のパルス電圧型に置換え、遅れて取り出される不純物イオンを取り除くことにより対象とするイオン種のみを分離することに成功した。現在までに
Ar
と
Ar
の分離に成功しており、M/Q分解能はこれまでの3,300から25,000へと大幅に向上した。
宮脇 信正; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 福田 光宏*
Proceedings of 13th International Conference on Heavy Ion Accelerator Technology (HIAT 2015) (Internet), 3 Pages, 2015/09
Phase bunching in the central region of the JAEA AVF cyclotron for heavy ion acceleration in the third-harmonic mode (
= 3) was studied using both calculation with a simplified geometric trajectory model and measurement of an internal beam phase distribution. The phase bunching for = 3 was compared with that for = 2, where the geometric condition of the central region differs from that for the former. The result of measurement shows that the phase bunching for = 3 was equivalent to that for = 2 when a beam buncher was not used before the acceleration. When the beam buncher was active, however, the phase width for = 3 was larger than that for = 2. The analyses using both the calculation and the measurement indicates that, in order to enhance the phase bunching for = 3, it is necessary to modify the geometric condition of the central region and to increase the ratio of a peak dee-voltage to an extraction voltage of an ion source, which is one of the parameters determining the phase bunching performance.
倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 奥村 進; 田口 光正; 福田 光宏*
Review of Scientific Instruments, 86(7), p.073311_1 - 073311_8, 2015/07
被引用回数：13 パーセンタイル：51.15(Instruments & Instrumentation)2台のビームチョッパーを用いた原子力機構TIARAのサイクロトロンのシングルパルスビーム形成技術について、ビームの高品位化や高強度化を目的とした改良を実施した。具体的には、マルチターン取り出しに起因する不要ビームパルスを減らすために、ビーム位相幅制御や加速位相を高精度に制御する技術を導入するとともに、正弦波電圧型と鋸歯状波電圧型のビームバンチャーを組み合わせて使用することで、シングルパルスビームの強度を2倍以上に増強することに成功した。その結果、高強度のメインビームパルス以外の不要ビームパルスの混入による質の低下は0.1%以下に抑制され、TIARAサイクロトロンの1
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の非常に高い磁場安定度と相俟ってこれまでは実現できなかったユーザへの長時間のシングルパルスビーム提供が可能になった。このシングルパルスビームの実用化は、シンチレータの時間プロファイルの解明や中性子の飛行時間計測など、各種実験の精度を向上することに貢献している。
寺田 敦彦; 松本 昌昭*; 杉山 均*; 上地 優; 門脇 敏*; 日野 竜太郎
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05
福島第一原子力発電所事故では、被覆管の酸化によって発生した大量の水素が原子炉建屋に漏洩し、水素爆発が引き起こることで環境に深刻な影響を与えるに至った。原子力発電所の安全対策のさらなる向上に向けて、特にシビアアクシデント時における、拡散流動、燃焼、爆発による構造物への影響を考慮した水素挙動を予測するシステムの開発を進めている。このシステムは、多くの研究者, 技術者を支援するために様々なCFD、及びFEMのツールで構成されている。本報では、開発を進めているシステムの概要と配管破断試験の予備解析にて良好な機能検証がえられた結果等を報告する。
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 荒川 和夫*; 神谷 富裕
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 767, p.372 - 378, 2014/12
被引用回数：3 パーセンタイル：27.01(Instruments & Instrumentation)A new technique was developed for evaluating the phase bunching performance in the central region of a cyclotron. The performance in the JAEA AVF cyclotron was evaluated by measurements of the internal beam phase distribution with the beam buncher phase. The developed phase distribution measurement system for the internal beam comprised of a newly-developed radial probe with a plastic scintillator and the signal-processing modules. The small plastic scintillator with 6-mm width and 5-mm height had sufficiently high time resolution of 45 ps full-width at half-maximum for evaluating the phase bunching performance. The internal beam phase width was compressed to less than a half of the injected beam phase width in the acceleration harmonic number = 2 for a 260-MeV 
Ne
beam, and the phase bunching effect was observed. On the other hand, the internal beam phase width was larger than the injected beam phase width in = 1 for a 107-MeV 
He
beam and no evidence of the phase bunching effect was observed. These results were consistent with the calculation result of the theoretical geometric trajectory analysis.
宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 荒川 和夫*; 神谷 富裕
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1179 - 1181, 2014/10
JAEA AVFサイクロトロンの中心領域の位相バンチング効果(数RF度の加速位相幅内にビームを縮小する効果)の大きさを調べるために開発したビーム位相分布測定システムの性能評価を目的として、その時間分解能を調べた。本測定システムはイオンビームをプラスチックシンチレーターで検出して、その発光の時間分布からビーム位相を導出するため、分解能にはビームそのものの時間的空間的広がりの影響が含まれる。そこで、パルスレーザーを用いてビームによるシンチレーション光を模擬し、また、シンチレーター中の光路差による時間差を計算により求め、システム固有の分解能を求めた。具体的には、長さ6mmのシンチレーター先端の軸方向からレーザーを入射し、その出力信号とレーザーのトリガー信号の時間差を測定した。その結果、本システムの時間分解能は44.3psFWHM以下であった。これは、最高加速周波数22MHzの1RF度に相当する126psより小さいため、必要性能を満たすことを確認した。また、光ケーブル内の光路差による分解能への影響を評価するため、レーザーの入射角を軸に対して数度ずらした測定を行った。その結果、光路差によって時間差の幅が最大1.5倍になることから、光路差を減少させるため光ケーブルと同径のシンチレーターの使用が適切であることがわかった。
柏木 啓次; 宮脇 信正; 倉島 俊; 奥村 進
Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1186 - 1188, 2014/10
高崎量子応用研究所では、AVFサイクロトロンのビーム透過率を最大にするための入射調整のツールとして、入射ビームのエミッタンスとサイクロトロンのアクセプタンスを計測する装置を開発している。アクセプタンスは、ビームを位相平面上の微小な領域に区切ってサイクロトロンに入射し、引出部直前の電流モニターで検出することで測定される。この微小なビームは、2組のスリットによって入射ビームの位置と角度範囲を制限して形成される。しかし、入射ビームのエミッタンスはアクセプタンス全体の領域をカバーしていないため、これまで計測されたアクセプタンス領域はその一部のみであった。そこで、アクセプタンス全体を計測するため、ビームのエミッタンスを実効的に拡大して計測範囲を広げる方法を開発した。本方法ではソレノイドレンズによってビームを位相平面上の位置方向に広げ、ステアリング電磁石によってそのビームを角度方向に走査することによりエミッタンスを実効的に広げる。様々な形状のエミッタンスに対して最適な走査を行うために、ステアリング電磁石のビーム偏向角は、それぞれ実測したエミッタンス形状を基に算出する方法を採用した。本方法の実証試験の結果、エミッタンスを実効的に12倍に拡大し、全アクセプタンスを測ることに成功した。
