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論文

In-situ structural integrity evaluation for high-power pulsed spallation neutron source by using a laser Doppler method

Wan, T.; 直江 崇; 涌井 隆; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 二川 正敏

JAEA-Conf 2015-002, p.76 - 87, 2016/02

J-PARCの水銀ターゲットでは、陽子線入射励起圧力波によるターゲット容器のキャビテーション損傷を低減するために先端部に狭隘流路構造を有する2重壁構造の容器を設置する計画である。本研究では、陽子線入射時に発生するターゲット容器外側の振動をレーザードップラー振動計により非接触で計測することによって、激しい損傷が形成される2重壁の内壁の損傷を診断するための検討を実施した。まず、内壁側に損傷を模擬した貫通穴を形成した場合の容器の振動速度について、数値解析及び水銀中への圧力波負荷実験により調べた。振動波形の差異を定量化するために、ウェーブレット解析を用いた比較法(WDA)を考案し、穴径に応じてわずかに振動波形が変化することを明らかにした。しかしながら、実験では、振動波形にノイズが多く重畳し、差が明瞭でなかった。そこで、ノイズを低減するために、分散分析及び共分散分析を適用した結果、穴径の増加とともに穴がない場合の振動波形との差が大きくなることを確認した。さらに、実機ターゲット容器で計測した振動波形に対して、同様の分析を実施し、流動条件のわずかな差による振動波形の変化を定量的に評価できることを示唆した。

論文

MAGIC chopper; Basic concept and experimental evaluation

中村 充孝; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 神原 理; Krist, T.*; 篠原 武尚; 新井 正敏; 飯田 一樹*; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; et al.

JAEA-Conf 2015-002, p.339 - 348, 2016/02

チョッパー分光分光器におけるMulti-Ei法において、すべての入射エネルギーに対して実験条件を最適化できる新規チョッパー(マジックチョッパー)を開発した。本研究では、マジックチョッパーの基本概念に加えて、モンテカルロシミュレーションや中性子透過実験で評価されたマジックチョッパーの性能について紹介する。

論文

Recent progress in the chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 中島 健次; 河村 聖子; 中谷 健; et al.

JAEA-Conf 2015-002, p.319 - 329, 2016/02

4SEASONS ($textit{SIKI}$) is one of the three chopper spectrometers operating in MLF at J-PARC, and covers thermal neutron region ($$10^0$$ - $$10^2$$ meV) with relaxed resolution and high flux. The repetition rate multiplication by the Fermi chopper on this short length (18 m between the source and the sample) spectrometer enables wide-band multiple-incident-energy (multi-$$E_mathrm{i}$$) measurements, which proved to be useful in observing hierarchical structures in excitations over a large energy scale. On the other hand, the upgrading work of the spectrometer has been continued since the first inelastic scattering experiment in 2009. For examples, we took several measures to suppress background, installed new detectors recently, and are developing a new Fermi chopper now. In the presentation, we show examples of scientific outputs from the spectrometer which benefit from the multi-$$E_mathrm{i}$$ measurements, and recent or planned upgrades of the instrument.

論文

Progress of the general control system for the Materials and Life Science Experimental Facility in J-PARC

酒井 健二; 大井 元貴; 渡辺 聡彦; 甲斐 哲也; 加藤 裕子; 明午 伸一郎; 高田 弘

JAEA-Conf 2015-002, p.593 - 598, 2016/02

安全で安定なビーム運転のために、MLFでは、統括制御、インターロック、サーバ、ネットワーク、タイミング配信システムからなる全体制御システム(MLF-GCS)を稼働している。2008年の最初の陽子ビームの受け入れ以来、MLF-GCSは、ビームパワー増強に伴うターゲット機器のアップグレードや、ユーザー実験装置の毎年の増設に対応しながらも、大きなトラブルもなく安定した運転を実現してきた。しかしながら、近年は、長期に渡る継続的な施設運転の観点から、GCSの大掛かりな改造が進められている。例えば、メンテナンス時の柔軟性を高める目的で、基盤ソフトウェアを変更することで、GCSの監視操作システムがアップグレードされた。またJ-PARCの安全体制の再構築に従い、GCSのインターロックシステムも改良された。本論文では、MLF-GCSの近年の進捗状況について報告する。

口頭

X/S-band electron linac based neutron sources for advanced nuclear science & technology & education

上坂 充*; 田儀 和浩*; 松山 大樹*; 藤原 健*; 土橋 克広*; 山本 昌志*; 原田 秀郎

no journal, , 

We are developing 30 MeV X-band (11.424 GHz) electron linac based neutron source for nuclear data study for the Fukushima nuclear plant accident. We should now accumulate more precise nuclear data of U, Pu, and MA (Cm, Am, etc.) especially in epithermal (0.1-10 eV) neutrons for the near future analysis. We are going to install the neutron source into the core space of the experimental nuclear reactor Yayoi, which is now under the decommission procedure. We already have a basic design of 50 kW class S-band linac based neutron source for future on-site analysis in Fukushima and commercial medical RI production.

口頭

Neutron diffraction imaging at NOVA (J-PARC), HRPD, RESA, and TNRF (JRR-3)

社本 真一; 伊巻 正*; 大下 英敏*; 中谷 健; 樹神 克明; 金子 直勝*; 鈴木 裕士; 飯倉 寛; 盛合 敦; 松林 政仁; et al.

no journal, , 

銅ブロックに埋め込んだSUS430試料について、散乱イメージングをJ-PARCの高強度全散乱装置NOVAで、またJRR-3の高分解能粉末中性子回折装置HRPD、残留応力解析装置RESA、中性子ラジオグラフィー装置TNRFで行ったので、これらの結果を比較検討した。

口頭

Present status of sample environment at J-PARC MLF

麻生 智一; 山内 康弘; 坂口 佳史*; 宗像 孝司*; 石角 元志*; 河村 聖子; 横尾 哲也*; 渡辺 真朗; 高田 慎一; 服部 高典; et al.

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学ディビジョンでは2013年4月に新たに共通技術開発セクションを組織した。その中で、これまでアドホックな試料環境(SE)チームが正式なSEチームとして組織され、ビームライン共通のSE機器の運用と開発を行っている。現在、SEチームでは、縦磁場超伝導マグネット、希釈冷凍機用インサート、ニオブ高温炉、2Kクライオスタットを保有し、2014年度にはヘリウム3クライオスタットが追加される。SE機器の開発として、低温高圧環境装置の検討及び試験、パルスマグネット装置の汎用化と試作、PCT装置の汎用化検討などを進めている。MLFのユーザーサポートのための新たな建屋が今年度中に建設され、そこに試料準備室やSE機器の調整室が準備される。MLF実験ホールのSEエリアでは使用直前のSE機器の準備や保守を行い、長期的なコミッショニングや保守、改良、開発などを新しいSE調整室で実施する予定である。

口頭

J-PARC; The Path to 1 MW at J-PARC, including 400 MeV linac improvement, RCS improvements, and front-end upgrades

山本 風海

no journal, , 

Japan Proton Accelerator Research Complex(J-PARC)の加速器施設は2008年5月から中性子実験にビームを供給している。加速器施設はリニアック、早い繰り返しのシンクロトロン(RCS)、主リングで構成されている。RCSの設計入射エネルギーは400MeVだが、予算の都合により181MeVのエネルギーで運転が開始された。新たな加速空洞は2013年の夏季メンテナンス期間に据え付けられ、物質生命科学実験施設(MLF)へ向けた入射エネルギー400MeVでの運転は2014年の2月から開始された。新たな入射エネルギーでのビーム調整の結果、ビームロスを許容範囲内に抑える事に成功し、300kW出力での連続運転条件を確立した。ここでは、これまでの加速器の状況と今後の見通しについて報告する。

口頭

Neutron diffractometer encompassing protein crystals with large unit cell volume at J-PARC

栗原 和男; 友寄 克亮; 玉田 太郎; 黒木 良太

no journal, , 

膜タンパク質やタンパク質複合体などの立体構造情報に基づくタンパク質間相互作用の解明は、現代の生命科学研究における重要な領域である。この領域において、中性子解析から得られる水素原子や水和水の詳細構造はその機能解明に大きく寄与する。しかし、ここで対象となるタンパク質は高分子量であるため、試料結晶の単位胞体積も大きくなり、従来の中性子回折装置では対応できていない。そこで我々は、パルス中性子源を有するJ-PARC(大強度陽子加速器施設)に、大型単位胞結晶(目標格子長250${AA}$)をも測定可能にする中性子回折装置の建設を提案している。この測定実現には、空間方向に加え時間方向での反射スポットの分離が鍵となる。そこで、カメラ半径を長くし(${it L}$2=800mm)、線源には中性子パルス時間幅が短い減速材(非結合型)を選択する。${it L}$1=33.5m、ビーム角度分散0.4$$^{circ}$$、結晶サイズ2mm角という条件の下、本装置は中・高角側の散乱角2$$theta$$$$_{S}$$において1%の装置分解能を与え、かつ各格子長220${AA}$を持つ結晶からの2.0${AA}$分解能の回折スポットを分離可能であると評価されている。高効率測定のため、大面積検出器(空間分解能$$simeq$$2.5mm、有感面積$$geq$$300mm$$times$$300mm)が開発中であり、これを40台以上設置することによって33%以上の立体角をカバーする予定である。

口頭

Localization of the beam loss caused by the foil scattering for high-intensity routine operation in the J-PARC 3-GeV Rapid Cycling Synchrotron

加藤 新一; 山本 風海; 原田 寛之; 發知 英明; 金正 倫計

no journal, , 

J-PARC 3-GeVシンクロトロン(RCS)は、1MWもの大強度出力を目指している。この大強度ビームを形成するために、負水素イオンを用いた荷電変換多重入射を行なっている。Linacからの負水素イオンは、入射点に設置された荷電変換膜によって、電子を剥ぎ取られ陽子に変換され入射される。この入射を308周回に分けて行うことで、リング内に大量の粒子を蓄えることができる。この入射の際、先に入射され周回している粒子が再度荷電変換膜に衝突し、散乱される。RCSでは、特に大角度に散乱された粒子が入射下流部でロスし、高い残留線量を生じさせていた。そこで、新しいコリメータシステムを2011年に導入し、このロスを局所化した。入射エネルギーが181MeVのビームに対して性能試験を行い、このコリメータの調整方法を開発し、効率的な局所化に成功した。2014年に入射エネルギーが400MeVに増強された際も再調整を行い、コリメータがよく機能していることを確認した。これらの結果、残留線量をメンテナンスが可能なレベルまで抑制することができた。

口頭

Present status of BL19 TAKUMI at J-PARC

Harjo, S.; 相澤 一也; 川崎 卓郎; Gong, W.; 岩橋 孝明; 伊藤 崇芳*; 阿部 淳*; 中谷 健

no journal, , 

The Engineering Materials Diffractometer "TAKUMI" has been built at BL19 in Materials and Life Science Experimental Facility, J-PARC and is operated to promote scientific and industrial studies in various areas such as materials science and engineering and mechanical engineering. The construction of BL19 TAKUMI was completed at the beginning of 2009, and user programs have been started almost in the same time. The operation was terminated during 2011 due to the damages caused by the Tohoku earthquake, but was restarted on 2012 after the repairing and commissioning within a year. Current status of TAKUMI will be briefly introduced; (1) instrument specifications, (2) covering applications, (3) unique sample environmental devices and available experiments, (4) research examples and (5) new challenges and upgrading plans.

口頭

Magnetic shield design of in-situ SEOP polarized $$^{3}$$He neutron spin filter for high magnetic field sample environment accessories at J-PARC

吉良 弘*; 林田 洋寿*; 奥 隆之; 酒井 健二; 廣井 孝介; 猪野 隆*; 大山 研司*; 大河原 学*; 加倉井 和久; 鈴木 淳市*; et al.

no journal, , 

The magnetic shield design study for the in-situ SEOP polarized $$^{3}$$He neutron spin filter system for high magnetic field sample environment has been performed by means of finite element calculation. The study showed that the design of magnetic shield can be optimized to accommodate the in-situ SEOP filter system located 1 meter from the sample position achieving depolarization time greater than 100 hours with an applied magnetic field of 7 Tesla of a cryomagnet at the sample position.

口頭

Neutron diffraction study of piezoelectric material under cyclic electric field using event recording technique

川崎 卓郎; 伊藤 崇芳*; 稲村 泰弘; 中谷 健; Harjo, S.; Gong, W.; 岩橋 孝明; 相澤 一也

no journal, , 

Event-recording system of MLF, J-PARC has an advantage for time-resolved measurement, because of "event" characteristic of the data. New techniques for time-resolved measurement and data reduction were developed. The responses of the structure and the lattice of piezoelectric materials to a cyclic electric field were chosen as the target to be investigated using this technique. The microscopic strains of the piezoelectric material in a stacking-type actuator under driving by the static and the cyclic electric fields were investigated using the engineering neutron diffractometer TAKUMI. The obtained data were reduced to the field-condition-resolved (time-resolved) diffraction patterns in the specific field conditions. The lattice strain and the domain characteristics of the material in each condition will be presented.

口頭

Recent status of a cold neutron disk chopper spectrometer AMATERAS

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 川北 至信; 稲村 泰弘; 梶本 亮一; 中村 充孝; 曽山 和彦; 原田 正英; 及川 健一; et al.

no journal, , 

AMATERAS is a cold-neutron multi disk-chopper spectrometer at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in J-PARC. By using a pulse shaping chopper and owing to the high peak intensity from a coupled moderator source at MLF, AMATERAS is designed to realize high intensity and fine and flexible energy resolution measurements in quasielastic and inelastic neutron scattering experiments from cold to thermal neutron energy region. In parallel to the user program which has been started from 2009, machine study and commissioning work to improve spectrometer performance have been continuously done. Recently, we have finished refurbishment of the beam transport section. Also, there is progress in background reduction work, development of data analysis method and preparation in sample environments. In this presentation, we will present the current status of AMATERAS including ideas of future upgrade plans.

口頭

Development of compact laser optics for an in-situ spin-exchange optical pumping $$^3$$He neutron spin filter

奥 隆之; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 坂口 佳史*; 猪野 隆*; 大山 研司*; Chang, L.-J.*; et al.

no journal, , 

$$^3$$He-NSFは、広いエネルギー範囲の中性子に対して有効に働き、特に数十ミリeV以上の高いエネルギー領域で有効であることから、磁気励起の研究などで役立つと期待されている。また、$$^3$$He-NSFは、大きな立体角をカバーすることが出来、ほとんど散乱させることなく中性子を偏極できるので、小角散乱や反射率計の検極子としても適している。さらに、近年開発された偏極パルス中性子を用いた磁気イメージング法の実用化においても、$$^3$$He-NSFは要のデバイスとして期待されている。そこで、J-PARCのようなパルス中性子実験施設において、$$^3$$He-NSFを実用化するためには、装置を放射線の遮蔽体内に設置する必要があるため、装置を安定でかつセットアップや運転が容易なものにする必要がある。そこで、我々は体積型ホログラフィック回折格子を用いて、スピン交換型光ポンピング(SEOP)$$^3$$He偏極システム用の小型レーザー光学系を開発し、それを用いてオンビームSEOP型$$^3$$He-NSFシステムを構築した。会議では、このシステムの内容と、更なる性能向上の取り組みについて紹介する。

口頭

Thermal hydraulic design of double-walled mercury target vessel

羽賀 勝洋; 直江 崇; 涌井 隆; 粉川 広行; 木下 秀孝; 二川 正敏

no journal, , 

J-PARCの1MW核破砕中性子源の水銀ターゲット容器では、大強度のパルス陽子ビーム入射に伴い水銀中で発生する圧力波で誘起される容器壁面のキャビテーション損傷が、容器寿命を左右する重要な要因となる。これまでの解析的及び実験的研究や、米国のSNS施設の運転経験により、壁面近傍の速い水銀流れがキャビテーション損傷を抑制する効果を持つことが分かってきた。同様な効果を得るために、J-PARCのターゲット容器において陽子ビームが入射する壁面(ビーム窓部)の内側に壁を設けて二重壁構造とし、幅2mmの狭隘流路を形成した。計算コード(ANSYS Fluent)を用いた解析の結果、狭隘流路内では水銀流速を4m/sにまで高められることが分かった。また、内壁に円形の穴を設けたモデルをつくり、損傷による影響を解析および水実験で調べた結果、穴の大きさが10mm程度なら狭隘流路内の水銀流速への影響は小さく、外壁(ビーム窓部)へのキャビテーション損傷の抑制効果は維持できる可能性のあることを見い出した。

口頭

Experience on integrated interface at J-PARC/MLF

高田 弘

no journal, , 

The pulsed spallation neutron source of J-PARC (JSNS) was designed to achieve best performance under close discussion between instrument scientists and neutron source engineering group. Representative specifications are as follows;1) The coupled moderator supplying high intensity cold neutrons was allocated bottom of the target independently while the decoupled and poisoned moderators for high resolution experiments were placed upper side of the target. 2) One shutter gate with single-channel neutron beam hole was prepared for individual neutron beam line so that users could use it exclusively. The followong is a more detailed example of integrated interface; Neutron instruments using the poisoned moderator such as high-resolution powder diffractometer, were required to allocate each other as narrow as possible because the pulse shape of the thermal and cold neutron degrade as the extraction angle increases from the normal to the moderator surface. We finally determined the narrowest angle between the beamlines as 6.7 degree considering the structural feasibility of the shutter interstitial blocks. The design of shutter inserts, validating netronic performance of new neutron beamline by the neutronics design group is also related to the integrated interface of J-PARC/MLF.

口頭

Current status of the small and wide angle neutron scattering instrument TAIKAN at J-PARC

高田 慎一; 鈴木 淳市*; 大石 一城*; 岩瀬 裕希*; 篠原 武尚; 奥 隆之; 中谷 健; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 富永 大輝*; et al.

no journal, , 

J-PARC MLFのBL15に設置されている、中性子小広角散乱装置(大観)は2012年3月から一般ユーザを受け入れて共用実験を開始している。毎年度、少しずつであるが検出器をインストールし、現在フル装備の約50%の1216本の検出器が設置されている。本発表では、大観のデータリダクションの方法を報告するとともに、いくつかの標準的な試料の測定結果から、現在大観で実施しているデータリダクションの健全性を示す。また、大観の有為な特徴である、高分解能かつ広q領域測定が可能であることを試料の測定結果を踏まえて例示する。

口頭

Development of various shielding devices to suppress background in J-PARC

神原 理; 青山 和弘; 山内 康弘; 岩橋 孝明; 小野 信乃; 梶本 亮一; 中村 充孝; 柴田 薫; 中島 健次; 河村 聖子; et al.

no journal, , 

In the presentation, we will show some examples of shielding devices, how we developed them, and how we made them. In carrying out neutron scattering experiment, it is important to improve signal to noise ratio on the instrument. Even if the neutron flux becomes strong, we cannot improve the statistics of the experimental data without any reduction of the unnecessary background scattering. Thus, we have designed and produced various kinds of devices that reduce the transmission and scattering of the unwanted neutrons. For example, very thin vane in the scattering chamber made by a mixture of boron carbide powder and epoxy resin (B$$_{4}$$C-resin), direct beam catcher (see Fig.1), thermal radiation shield of aluminum with cadmium plating, and so on. These shielding devices have been installed in the surrounding of the instrument components, such as the sample, the scattering chamber, the neutron guide tube, as a measure to reduce the background.

口頭

The First energy-resolved neutron imaging system in the world; RADEN at J-PARC MLF

篠原 武尚; 甲斐 哲也; 及川 健一; 瀬川 麻里子; 原田 正英; 中谷 健; 大井 元貴; 佐藤 博隆*; 加美山 隆*; 横田 秀夫*; et al.

no journal, , 

現在、我々は世界初のパルス中性子イメージング専用ビームライン「RADEN」をJ-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)BL22ビームラインに建設しており、平成26年中にビームコミッショニングを開始する予定である。本装置では、パルス中性子の飛行時間分析法を利用することにより、本格的なエネルギー分析型中性子イメージング実験を可能とし、観測対象内部の形状のみならず構成核種や結晶組織、磁場等の物理的な情報を定量的に解析し画像化することを可能とする。また、大面積ビームの利用と様々なL/D条件で選択可能とすることで、中性子ラジオグラフィ装置としても世界最高レベルの実験を可能とする。発表では、本装置の概要と建設状況について説明するとともに、期待される応用研究について報告する。

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