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論文

Feasibility study of the one-dimensional radiation distribution sensing method using an optical fiber sensor based on wavelength spectrum unfolding

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*; 山崎 淳*; 佐藤 優樹; 鳥居 建男; 若井田 育夫

Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 7(4), p.042002_1 - 042002_7, 2021/10

福島第一原子力発電所原子炉建物内の高線量率環境での線源分布測定への応用を目指し、波長スペクトルのアンフォールディング処理に基づく光ファイバーを用いた新しい一次元放射線分布測定法を開発した。開発した手法は光ファイバー内を伝搬する光の減衰量が波長依存であることを利用して、光ファイバー端から出力された波長スペクトルをアンフォールディングすることにより、光ファイバーへの放射線の入射位置を逆推定するというものである。この手法は光強度の積分値を利用するため、パルスカウンティングを行う放射線検出器を使用した場合に高線量率環境下で発生する計数損失や信号パイルアップの問題を回避することができる。本研究では紫外光源と90Sr/90Y放射線源を用いた基礎実験を行い、線源位置検出の基本特性を確認した。

論文

Development of one-dimensional optical fiber type radiation distribution sensing method based on wavelength spectrum unfolding

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*; 山崎 淳*; 佐藤 優樹; 鳥居 建男; 若井田 育夫

Proceedings of International Youth Nuclear Congress 2020 (IYNC 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/05

For the application in the measurement of the high dose rate hot spots inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station buildings, we propose a wavelength-resolved type one-dimensional radiation distribution sensing method using plastic scintillating fiber (PSF). The proposing method estimates the incident position of radiation to the PSF by the unfolding of the wavelength spectrum output from the fiber edge using the fact that the attenuation length of scintillating light depends on the wavelength. By measuring the response function in advance, which defined as the wavelength spectrum measured at the fiber edge by the spectrometer with every transmission distance, the spectrum which can obtain when measured a certain radiation distribution can be expressed as the convolution of the response function. This method can avoid the problem of chance coincidence effect and signal pile-up, which occurs in the radiation detector with pulse counting mode under high dose rate field because this method measures the integrated light intensity. Through basic experiment using the ultraviolet irradiation source and $$^{90}$$Sr point source, basic properties of inverse estimation of irradiated position were confirmed, which showed that source position was reasonably estimated using the response function which obtained by the ultraviolet irradiation source in advance.

論文

Communication-overlap techniques for improved strong scaling of gyrokinetic Eulerian code beyond 100k cores on the K-computer

井戸村 泰宏; 仲田 資季; 山田 進; 町田 昌彦; 今村 俊幸*; 渡邉 智彦*; 沼波 政倫*; 井上 晃*; 堤 重信*; 三吉 郁夫*; et al.

International Journal of High Performance Computing Applications, 28(1), p.73 - 86, 2014/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:80.68(Computer Science, Hardware & Architecture)

A plasma turbulence research based on five dimensional (5D) gyrokinetic simulations is one of the most critical and demanding issues in fusion science. To pioneer new physics regimes both in problem sizes and in time scales, an improvement of strong scaling is essential. In this work, the strong scaling and the parallel efficiency of a gyrokinetic toroidal 5D Eularian code GT5D is dramatically improved by novel developing communication overlap techniques. On the K-computer, excellent strong scaling is achieved beyond 100 k cores with keeping the sustained performance of $$sim$$ 10% ($$sim$$ 307 TFlops using 196,608 cores), and simulations for next generation large-scale fusion experiments are significantly accelerated.

論文

Development of numerical techniques toward extreme scale fusion plasma turbulence simulations

井戸村 泰宏; 仲田 資季; 山田 進; 町田 昌彦; 今村 俊幸*; 渡邉 智彦*; 沼波 政倫*; 井上 晃*; 堤 重信*; 三吉 郁夫*; et al.

Proceedings of 31st JSST Annual Conference; International Conference on Simulation Technology (JSST 2012) (USB Flash Drive), p.234 - 242, 2012/09

A plasma turbulence research based on 5D gyrokinetic simulations is one of the most critical and demanding issues in fusion science. To pioneer new physics regimes both in problem sizes and in time scales, an improvement of strong scaling is essential. Overlap of computations and communications is a promising approach to improve strong scaling, but it often fails on practical applications with conventional MPI libraries. In this work, this classical issue is clarified, and resolved by developing communication overlap techniques with mpi_test and communication threads, which work even on conventional MPI libraries and network hardwares. These techniques dramatically improve the parallel efficiency of a gyrokinetic Eularian code GT5D on K and Helios, which adopt dedicated and commodity networks.

論文

Formation of a uniform ion beam using multipole magnets

百合 庸介; 石坂 知久; 湯山 貴裕; 奥村 進; 石堀 郁夫; 横田 渉; 渡辺 伸一*; 久保野 茂*; 大城 幸光*

Proceedings of 2009 Particle Accelerator Conference (PAC '09) (DVD-ROM), p.3895 - 3897, 2009/05

It is possible to fold the tails of the transverse beam profile into the inside, or even to uniformize the beam distribution in the properly-designed nonlinear beam transport system. A two-dimensionally uniform beam profile was formed using sextupole and octupole magnets at the azimuthally-varying-field cyclotron facility of Japan Atomic Energy Agency. Such a uniform beam enables us to perform uniform irradiation over the whole area of a large sample at a constant particle fluence rate, unlike the raster scanning system. Uniformization of heavy-ion beams as well as protons has been performed for the application of materials sciences. In order to reduce undesirable beam halos at the target, tail-folding of the spot heavy-ion beam is also planned using the nonlinear focusing method.

論文

Ablation-initiated isotope-selective atomic absorption spectroscopy of lanthanide elements

宮部 昌文; 大場 正規; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 若井田 育夫; 渡部 和男

AIP Conference Proceedings 1104, p.30 - 35, 2009/03

アブレーション共鳴吸収分光による核燃料物質の遠隔同位体組成分析法を開発している。ランタノイド元素の酸化物試料を模擬試料に用い、同位体識別に適した実験条件を調べた。その結果、雰囲気ガスの最適な圧力や最適な観測時間はガスの種類によって大きく異なるものの、得られる吸収スペクトルの線幅は、いずれも0.85GHz程度であることを明らかにした。また天然セリウムの吸収スペクトルから求めた$$^{140}$$Ceと$$^{142}$$Ceの信号強度比が、天然同位体比とよく一致することを確認した。またこの方法により、アブレーションしきい値近傍の光強度における、セリウム原子の鉛直方向及び水平方向の飛行速度や原子密度の時間変化などを評価した。

報告書

アブレーションされたランタノイド原子の共鳴吸収分光,1; Gdを用いた同位体識別のための最適条件の確立(受託研究)

宮部 昌文; 大場 正規; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 若井田 育夫; 渡部 和男

JAEA-Research 2008-056, 24 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-056.pdf:5.1MB

低除染TRU燃料の遠隔同位体分析にアブレーション共鳴吸収分光法を適用するための研究を行った。ガドリニウムを模擬試料として、さまざまなプルームの発生条件や観測条件で吸収スペクトルを測定し、吸収ピークの線幅が狭く、感度も高い条件を調べた。その結果、吸収線幅は、減圧希ガス雰囲気中で生じる低速プルーム成分を観測した場合に最も狭く、重い希ガスほど、より少ない圧力,より遅い観測時刻で狭くなることがわかった。また線幅の最小値は希ガスの種類によらず0.85GHz程度であり、室温のガドリニウム原子で計算されるドップラー幅に近いことがわかった。また、経過時間が10$$mu$$s程度になると、基底状態の多重項の中でも上位の準安定状態の緩和が無視できなくなることから、観測に用いる原子の準位エネルギーに応じて、雰囲気ガスの種類を選ぶべきであるとの知見が得られた。

論文

Current status of the control system for J-PARC accelerator complex

吉川 博; 榊 泰直; 佐甲 博之; 高橋 博樹; Shen, G.; 加藤 裕子; 伊藤 雄一; 池田 浩*; 石山 達也*; 土屋 仁*; et al.

Proceedings of International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS '07) (CD-ROM), p.62 - 64, 2007/10

J-PARCは多目的科学研究のために日本で建設されている大規模陽子加速器施設である。この施設は3つの加速器と3つの実験施設から成り、現在建設中である。リニアックは稼動開始して1年が経過し、3GeVシンクロトロンはこの10月1日に試験運転が開始されたところで、施設全体の完成は来年の夏の予定である。加速器の制御システムは、初期の試運転に必要な性能を実現させた。この制御システムに求められる最も重要な機能は加速器構成機器の放射化を最小限に食い止めることである。この論文では、調整運転の初期の段階において、制御システムの各部分が達成した性能を示す。

論文

Development of frequency stabilized diode laser based on a spectroscopic study on magnetically induced circular dichroism of atomic rubidium

宮部 昌文; 加藤 政明; 大場 正規; 若井田 育夫; 渡部 和男; Wendt, K.*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 45(5A), p.4120 - 4122, 2006/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:9.26(Physics, Applied)

多段階共鳴イオン化分析法による難分析核種の分析に不可欠な周波数安定化レーザーシステムのうち、根幹となる周波数基準レーザーに、原子の磁気円2色性を利用した方法(DAVLL法)を適用する研究を行った。ルビジウム原子の${it D}$ $$_{2}$$線のうち、ドップラー拡がりのある吸収線とドップラーフリー吸収線のそれぞれについて、温度や磁場による磁気円二色性スペクトルの変化を測定し、最も安定な吸収線を選定した。2台の安定化レーザーで光のビートを観測し、ビート周波数の長時間変動から波長安定度を評価した。この結果、ドップラー拡がりのない$$^{85}$$Rb(${it F}$=3$$rightarrow$$CO3, 4)クロスオーバー吸収線にロックした場合に、波長変動を8時間で$$pm$$50kHz以内にまで抑えることができ、RIMS分析用光源システムの基準レーザーとして十分な安定度が得られることを確認した。

論文

Development of RIMS apparatus for isotope analysis of Calcium nuclear waste materials

宮部 昌文; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男

Journal of Nuclear Science and Technology, 43(4), p.305 - 310, 2006/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:68.77(Nuclear Science & Technology)

放射性廃棄物中の長寿命難分析核種である$$^{41}$$Caを共鳴イオン化法で分析するために、光源装置の開発を行った。ルビジウム同位体のドップラーフリー吸収線に波長を固定した周波数基準レーザーと、干渉縞の相対位置からコンピューターで複数のレーザーの相対周波数を制御する機構を用いて、共鳴イオン化用レーザーの周波数制御を行う装置を開発した。ヘテロダイン分光法やカルシウムの共鳴蛍光分光法を用いて装置の周波数安定度や周波数同調精度を評価し、開発した光源が共鳴イオン化分析に十分な性能を有することを確認した。

論文

Determination of ionization potential of calcium by high-resolution resonance ionization spectroscopy

宮部 昌文; Geppert, C.*; 加藤 政明; 大場 正規; 若井田 育夫; 渡部 和男; Wendt, K. D. A.*

Journal of the Physical Society of Japan, 75(3), p.034302_1 - 034302_10, 2006/03

 被引用回数:15 パーセンタイル:63.33(Physics, Multidisciplinary)

高分解能共鳴電離分光によりカルシウム原子のイオン化ポテンシャルを正確に決定した。単一縦モード外部共振器半導体レーザー3台を用いて、基底状態のカルシウム原子を摂動のない4snp(1P1), 4snf(1F3)系列(主量子数20-150)まで3段階共鳴励起した。観測された量子欠損を、拡張されたリッツ公式を用いて近似することで、従来より1桁高い精度で、カルシウムの系列極限を49305.9240 (20)cm$$^{-1}$$と決定できた。

報告書

難分析長寿命核種分析のための波長安定化レーザーの開発,3; コンピューターによる波長安定化システムの制御

宮部 昌文; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男

JAERI-Tech 2005-043, 27 Pages, 2005/08

JAERI-Tech-2005-043.pdf:2.51MB

多段階共鳴電離法による難分析核種の分析では、発振波長を同位体の共鳴波長に素早く正確に同調でき、長時間一定に維持することのできるレーザー光源が不可欠である。本研究では、これまでに開発した周波数基準レーザーとエタロン干渉計によるレーザーの波長安定化システムを、デジタル回路とコンピューターを用いて制御する方式に改造し、発振波長を簡単に切り替えられるシステムを開発した。さらに、本システムの波長同調性能や波長安定度を、ヘテロダイン計測法や、カルシウム原子の多段階共鳴蛍光分光法を用いて測定し、分析用光源として十分な性能を有することを確認した。

報告書

3段階共鳴イオン化分光法による$$^{40}$$Caのイオン化ポテンシャルの高精度測定

宮部 昌文; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男

JAERI-Research 2004-023, 17 Pages, 2004/11

JAERI-Research-2004-023.pdf:2.71MB

単一モード連続発振の外部共振器半導体レーザーを用いた3段階共鳴イオン化分光法により、カルシウム40のイオン化ポテンシャルを高精度で決定した。基底状態のカルシウム原子を${it 4snp}$($$^{1}$$P$$_{1}$$)系列と${it 4snf}$($$^{1}$$F$$_{3}$$)系列の${it n}$=20-150の高リドベルグ状態に励起して、得られた準位エネルギーをリドベルグリッツの拡張公式で近似することにより、イオン化ポテンシャルを従来より1桁高い精度で49305.9240(20)cm$$^{-1}$$と決定することができた。

報告書

難分析長寿命核種分析のための波長安定化レーザーの開発,2; ゼーマン効果と干渉縞による4台の半導体レーザーの同時ロックシステム

宮部 昌文; 加藤 政明; 大場 正規; 若井田 育夫; 渡部 和男

JAERI-Tech 2004-065, 19 Pages, 2004/10

JAERI-Tech-2004-065.pdf:0.99MB

原子力施設で発生する放射性廃棄物には、既存の方法では分析が困難な核種や、分析に長時間を要する核種が数多く存在する。こうした難分析核種の分析手法を開発することは、放射性廃棄物のクリアランス制度の運用に向けて、今後重要になると考えられる。われわれは、このような核種を半導体レーザーで多段階共鳴励起し、イオン化して質量分析する方法の開発を行っているが、半導体レーザーは安価で操作が容易な反面、発振波長が時々刻々変動し、そのままでは多段階励起光源として適さない欠点がある。そこで、本研究ではゼーマン効果を利用してルビジウム原子の吸収線に波長をロックさせた半導体レーザーを製作し、さらにこれを標準として、エタロン干渉計の干渉縞を利用して、多段階励起に用いる全半導体レーザーの波長を安定化させる光源システムを開発した。この光源を用いてカルシウム原子の3段階共鳴イオン化を行い、その性能を評価した。

報告書

難分析長寿命核種分析のための波長安定化レーザーの開発,1; リトロー型外部共振器半導体レーザーの製作

宮部 昌文; 小田 晃一*; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男

JAERI-Tech 2004-064, 33 Pages, 2004/10

JAERI-Tech-2004-064.pdf:1.89MB

多くの難分析核種が含まれる放射性廃棄物の分析方法の開発は、廃棄物のクリアランスの制度化に向けて、今後重要になることが予想される。本研究では、こうした難分析核種の分析に多段階共鳴イオン化質量分析法を適用することを目指して、その光源となる波長可変,外部共振器半導体レーザーを設計,製作した。これに半導体の種類や内部構造が異なる、青紫,赤色,赤外の各半導体レーザー素子を組み込み、発振波長や出力パワーの動作電流や動作温度による変化など、レーザーを動作,制御するための基本的な発振特性を調べた。また、回折格子の回折効率や駆動電流の電流補償量などを調整して、安定した単一縦モード発振を得る方法を確立した。これにより、いずれのレーザー素子でも、約100GHzの範囲で、モードホップの無い連続波長掃引を実現した。また、製作したレーザーを用いてネオンやルビジウム,カルシウム原子のドップラーフリー分光を行い、レーザーの発振幅を評価したほか、同位体シフトや超微細構造分裂幅の測定により、本レーザーが分光分析に必要な性能を有することを確認した。

論文

Cold neutron beam focusing by a superconducting sextupole magnet

鈴木 淳市; 奥 隆之*; 安達 智弘*; 清水 裕彦*; 蛭町 多美子*; 土橋 隆博*; 渡辺 郁男*

Journal of Applied Crystallography, 36(Part3, 1), p.795 - 799, 2003/01

中性子小角散乱法は物質のナノスケールの構造研究に広く利用されている。しかし、中性子ビーム強度の弱さのために適用分野は制限されてしまう。もし、中性子ビーム強度を強くすることができれば、薄膜や低コントラストなどの物質にも適用分野を広げることが可能になる。六極磁石は、内部に発生する磁場勾配により中性子に力を及ぼすことのできる、つまり、磁気屈折素子としての機能を備えた機器である。これまでに、われわれは、永久磁石により構成されたボーア径が9mmの六極磁石において、中性子の集光性能を確認してきた。しかし、実用性を考えた場合、このボーア径では小さすぎるという問題があった。そこで、われわれは、超伝導コイルを利用することによりこの問題を克服し、ボーア径が50mmの六極磁石を構成することができた。会議では、この超伝導六極磁石の設計概念及び集光性能について発表する。

論文

ITER工学設計活動報告

森 雅博; 荘司 昭朗; 荒木 政則; 斎藤 啓自*; 仙田 郁夫; 大森 順次*; 佐藤 真一*; 井上 多加志; 大野 勇*; 片岡 敬博*; et al.

日本原子力学会誌, 44(1), p.16 - 89, 2002/01

ITER(国際熱核融合実験炉)計画は、日本・米国・欧州・ロシアの政府間協定の下に核融合エネルギーの科学的・工学的実証を目指す実験炉を国際共同で実現しようというプロジェクトである。1992年7月以来9年間に亘り建設のために必要なすべての技術的データの作成を目的とする工学設計活動(EDA)を進めてきたが、2001年7月に当初の目標を達成して完了した。次の段階に進むこの時期に、EDAの概要と主要な成果をまとめておくことは、我が国の研究者が広くEDAの成果を評価し活用するうえでも、また、今後期待されるITERの建設・運転に向けた活動に多くの研究者が参画するための共通の基盤を築くうえでも必要と考えられる。本報告ではこのような趣旨に基づき、ITER工学設計活動の概要,工学設計及び工学RandDの成果,安全性に関する検討について、外部の研究者が全体像を掴むことを意図して記述されている。

論文

Development of a 13T-46kA Nb$$_{3}$$Sn conductor and central solenoid model coils for ITER

高橋 良和; 安藤 俊就; 檜山 忠雄; 中嶋 秀夫; 加藤 崇; 杉本 誠; 礒野 高明; 押切 雅幸*; 河野 勝己; 小泉 徳潔; et al.

Fusion Engineering and Design, 41(1-4), p.271 - 275, 1998/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:39.76(Nuclear Science & Technology)

原研において、ITER-EDAのもと、中心ソレノイド(CS)モデル・コイルを開発している。本コイル閉導体は、Nb$$_{3}$$Snが用いられ、ほぼ完成しつつある。導体接続部、熱処理及び巻線技術のR&Dが行われ、それぞれの技術が確立された。これを踏まえて、外層モジュール(8層)の最初の1層の巻線が完成した。本コイルは、1998年に完成し、原研の試験装置において実験が行われる予定である。

口頭

High-resolution resonance ionization mass spectrometry for isotope analysis of calcium

宮部 昌文; 若井田 育夫; 大場 正規; 加藤 政明; 渡部 和男

no journal, , 

コンクリート廃棄物中の長寿命難分析核種(41Ca)の高分解能共鳴電離分析に利用できる周波数安定化半導体レーザー光源を開発した。まず、ルビジウム原子の磁気2色性を利用して周波数基準となる安定化レーザーを開発した。その周波数安定性能はヘテロダイン分光法により評価し、8時間の周波数変動が50kHz以下に抑えられることを確認した。さらに、この基準レーザー光を参照しながら、カルシウムの3段階共鳴イオン化用のレーザーを安定化することのできるコンピューター制御フリンジオフセットロック機構を開発した。この機構では制御量のオフセットを変化させることで、周波数スキャンができる機能を付加した。これにより、1GHzのスキャンで周波数同調誤差が1MHz以下という、高精度の周波数制御が可能となった。光源システム全体の周波数同調性能は、カルシウム原子の多段階共鳴蛍光分光や共鳴電離分光によって確認した。

口頭

Development of resonance ionization mass spectrometry for calcium radioisotope in nuclear waste materials

宮部 昌文; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男

no journal, , 

放射性廃棄物中の$$^{41}$$Ca放射性同位体の分析のために、連続発振レーザーによる共鳴イオン化質量分析法の開発を行っている。カルシウム原子の3段階共鳴電離に最適なスキームを調べ、われわれの装置とその運転条件では、4snf(1F3)系列の主量子数n=35付近の準位が3段目の準位として最も励起効率が高いことを見いだした。またファーネス原子源の温度が約1500Kまでは、熱イオン等によるバックグランドノイズが無視できることがわかった。これらの結果から高分解能質量分析器を用いることなく、$$^{46}$$Caのアバンダンス感度として8$$times$$10$$^{-8}$$が実証できた。また分光研究により、4snf(1F3)リドベルグ系列の同位体シフトと超微細構造の分光データを主量子数n=80まで拡張することができた。

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