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仲宗根 峻也*; 横山 須美*; 高橋 知之*; 太田 雅和; 柿内 秀樹*; 杉原 真司*; 平尾 茂一*; 百島 則幸*; 玉利 俊哉*; 島 長義*; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 16, p.2405035_1 - 2405035_5, 2021/02
液体シンチレーションカウンタによる環境水試料のトリチウム分析では、試料に含まれる溶存有機物等の不純物の除去が必要である。一般的に用いられている前処理法は試料の蒸留であるが、蒸留は時間を要する(24時間程度)という欠点がある。発表者らは、イオン交換樹脂を用いた迅速な前処理法を提案してきた。本研究では、イオン交換樹脂を用いた前処理法の定量評価を目的としてバッチ実験を実施し、実験結果から不純物の除去が短時間(5分程度)で完了することを確認した。
仲宗根 俊也*; 横山 須美*; 高橋 知之*; 太田 雅和; 柿内 秀樹*; 杉原 真司*; 平尾 茂一*; 百島 則幸*; 玉利 俊哉*; 島 長義*; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 15, p.2405027_1 - 2405027_3, 2020/05
事故時あるいはトリチウム使用施設からのトリチウム放出時の環境影響評価においては、環境試料中のトリチウムの迅速な分析が求められる。液体シンチレーションカウンタによる水試料のトリチウム分析では、その前処理として、水試料に含まれる有機物やイオンといった不純物の除去が必要である。一般的に用いられている前処理法は、試料の蒸留である。しかしながら、蒸留は時間を要するという欠点がある。本研究は、イオン交換樹脂を用いた迅速な前処理法の検討を目的とする。このために、陸水試料を用いて不純物除去のバッチ実験およびカラム実験を実施したところ、イオン交換樹脂の使用により、試料に含まれる不純物の除去が短時間(5分以内)で達成されることが確認された。
横山 須美*; 高橋 知之*; 太田 雅和; 柿内 秀樹*; 杉原 真司*; 平尾 茂一*; 百島 則幸*; 玉利 俊哉*; 島 長義*; 安藤 麻里子; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 14(Sp.2), p.3405099_1 - 3405099_4, 2019/06
核融合科学研究所は、2017年に大型ヘリカル装置を用いたD-D実験を開始した。施設の安全確保のためにはD-D反応で生成するトリチウムの環境中移行評価法の確立が重要となる。大気及び土壌中のトリチウム水(HTO)は植生に移行し、光合成を経て有機物トリチウム(OBT)が生成される。OBTは植生中に滞留し、経口摂取による被ばくを引き起こすため、トリチウム放出においてはOBT生成の予測が重要となる。本研究は、簡易なコンパートメントモデルと実用性の高いパラメータを使用して上述した環境中トリチウム移行を推定することを目的とする。これまでに、大気・土壌・植生系から成る簡易なコンパートメントモデルを提案し、精緻なモデルであるSOLVEGとの比較によりモデルの検証を図った。本研究では、簡易モデルへの湿性沈着過程の導入及び土壌の通気性や大気・土壌・植生中トリチウム濃度の測定によるパラメータの取得、更にはOBT分析時の簡便な前処理手法の確立を計画している。
前川 藤夫; Transmutation Expeimental Facility Design Team
Plasma and Fusion Research (Internet), 13(Sp.1), p.2505045_1 - 2505045_4, 2018/05
分離変換技術は、高レベル放射性廃棄物の減容化及び有害度低減のための有望な可能性を有する。原子力機構では加速器駆動システム(ADS)による分離変換技術の開発を進めており、これを促進するためにJ-PARCの実験施設の1つとして核変換実験施設(TEF)の建設を計画している。TEFは、ADSターゲット試験施設(TEF-T)及び核変換物理実験施設(TEF-P)で構成される。本講演では、J-PARC TEF建設に向けた施設設計と研究開発に関する最近の進展について述べる。
高田 弘
Plasma and Fusion Research (Internet), 13(Sp.1), p.2505013_1 - 2505013_8, 2018/03
大強度陽子加速器施設(J-PARC)のパルス核破砕中性子源は、以下に示す独自の特長を有するモデレータを用いて高強度かつ幅の狭いパルス状の冷中性子を供給している。独自の特長とは、(1)100%比率のパラ水素を用いることでピークが高くテイル成分の低い中性子パルスをつくる、(2)直径14cm、高さ12cmの円筒形状とすることで、50.8
という広い取り出し角度範囲で高強度の中性子を利用できる、(3)銀-インジウム-カドミウム合金製の中性子吸収材を使用し、幅が狭く、テイル成分の低い中性子パルスをつくる、というものである。実際、低出力運転時の測定によって、1MWの運転時には、結合型モデレータで4.5
10
n/cm
/s/srの中性子束が得られ、ポイズン型モデレータを使用する中性子実験装置(BL08)では
d/d 0.035%の優れた分解能が得られることを確認した。ここで、dは結晶試料内のある方向の格子面と中性子の入射方向とのなす角度に垂直な方向の面間隔を意味する。1MWで年間5000時間の運転を行うという目標の達成に向けて、現在、微少気泡を水銀ターゲットに注入し、ターゲット容器に生じるキャビテーション損傷を抑制する技術開発やターゲット容器構造を溶接部やボルト接続をできるだけ減らす設計改良を行っている。
武井 早憲; 平野 耕一郎; 堤 和昌; 明午 伸一郎
Plasma and Fusion Research (Internet), 13(Sp.1), p.2406012_1 - 2406012_6, 2018/03
J-PARCで整備を目指している核変換物理実験施設(TEF-P)では、リニアックからの大強度負水素イオンビーム(エネルギー400MeV、出力250kW)から小出力の陽子ビーム(最大出力10W)を安定に取り出す必要がある。原子力機構では、レーザーを用いた荷電変換によるビーム取り出し法を提案し、開発を行っている。今回、3MeVの負水素イオンが加速できるリニアックにおいてレーザー荷電変換試験を実施したところ、出力約8W相当のビームを約2%の出力安定性で取り出すことに成功した。
土屋 晴文; 北谷 文人; 前田 亮; 藤 暢輔; 呉田 昌俊
Plasma and Fusion Research (Internet), 13(Sp.1), p.2406004_1 - 2406004_4, 2018/02
近年、核セキュリティや核不拡散の分野において核燃料中の核物質を非破壊で測定する重要性が増している。その目的に叶う技術として、中性子共鳴透過分析法(NRTA)がある。NRTAは、パルス中性子ビームを測定試料に照射し、試料から透過してくる中性子を計測することにより、試料の分析を行う。NRTAの基となっている測定技術は、高い精度が要求される核データの測定に長年使われており、確立された技術である。しかし、現状のNRTA測定システムは、強力な中性子ビームを生み出すために規模の大きな電子線加速器を用いなければならず、核燃料の測定が必要とされる施設に組み込むことは容易ではない。この問題を解く一つの鍵は、NRTAシステムに組み込まれる中性子発生源をできるだけ小さくし、NRTAシステムを小型化することである。そこで我々は2つのタイプの小型中性子源を考えている。一つは、10
secの中性子パルス幅を有するD-T中性子発生管を使うもので、もう一つは1secという短いパルス幅を持つ小型電子線加速器を用いるものである。本発表では、NRTA測定の原理や小型NRTAシステムの概要を紹介するとともに、DT中性子発生管と小型電子線加速器を用いた場合について、NRTA測定で得られる透過中性子スペクトルを数値計算により導出し、比較する。その比較を基に、核燃料中の核物質の測定に中性子ビームのパルス幅がどのように影響を与えるのかについて議論する。
熊田 博明*; 内藤 富士雄*; 長谷川 和男; 小林 仁*; 栗原 俊一*; 高田 健太*; 大西 貴博*; 櫻井 英幸*; 松村 明*; 榮 武二*
Plasma and Fusion Research (Internet), 13, p.2406006_1 - 2406006_6, 2018/02
Clinical trials of boron neutron capture therapy (BNCT) have been performed using research reactor in the world. Recent progress of technologies for accelerator and for neutron source with the accelerator made it possible to generate a large amount of neutrons required in BNCT treatment by using compact accelerator which can be install to a hospital. University of Tsukuba launched a project of the development of compact accelerator-based neutron source for BNCT. Regarding the accelerator of BNCT neutron source in the project, our project employed RFQ+DTL type linac, and energy of the proton beam is specified to 8 MeV. Regarding neutron target material, we had chosen beryllium. To generate enough neutron intensity by the reaction with 8 MeV proton and beryllium, the linac accelerates a large current of 5 milliampere or more. Regarding target system as a key issue of the development, we have developed a beryllium target system with three-layer structure in order to avoid break of the target in a short period caused by a huge heat load and blistering. The linac-based neutron source for BNCT is almost completed, and we succeeded in the generation of neutrons in 2015. At present, several characteristic measurements are being carried out.
若井 栄一; 渡辺 一慶*; 伊藤 譲*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 八木 重郎*; 近藤 浩夫; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2405112_1 - 2405112_4, 2016/11
The lithium target facility of IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) consists of target assembly, lithium main loop, lithium purification loops, the diagnostic systems, and remote handling system. Major impurities in the lithium loop are proton, deuterium, tritium, 7-Be, activated corrosion products and the other species (C, N, O). It is very important to remove nitrogen content in lithium loop during operation, in order to avoid the corrosion/erosion of the nozzle of lithium target for the stable lithium flow on the target assembly. Nitrogen in the lithium can be removed by N hot trap using Fe-5at%Ti alloy at temperatures from 400 to 600C. In this study, the specification and the detailed design were evaluated, and the component of N hot trap system was fabricated.
金村 卓治; 近藤 浩夫; 杉浦 寛和*; 吉橋 幸子*; 帆足 英二*; 室賀 健夫*; 古川 智弘; 平川 康; 若井 栄一; 堀池 寛*
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.1405117_1 - 1405117_13, 2016/10
本論文では、国際核融合材料照射施設(IFMIF)のLiターゲット開発のために研究されてきた液体Li壁面噴流の自由表面特性を包括的にレビューする。IFMIF-Liターゲットの開発において、自由表面波特性の科学的理解と、同特性を計測する診断機器の開発は、重要な課題であった。核融合工学分野における他の液体金属応用研究、例えば液体第1壁や液体ダイバーター概念でも、共通の課題がある。現時点で、われわれは全ての波の特性(波長, 周期, 波速(自由表面速度)、波高(振幅))と平均噴流厚さを測定する機器・手法を開発し、同特性に適用しうる確率分布および統計値を明らかにし、安定なIFMIF-Liターゲットの実証に至った。我々の研究成果は、IFMIF-Liターゲットのみならず、革新的な液体ダイバーターや第1壁概念へと適用可能である。
細川 哲成*; Loarte, A.*; Huijsmans, G. T. A.*; 滝塚 知典*; 林 伸彦
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.1403104_1 - 1403104_6, 2016/08
Particle and energy fluxes to plasma facing components (PFCs) during uncontrolled edge localized modes (ELMs) are expected to unacceptably shorten the PFCs lifetime in ITER. Modelling of typical edge plasma conditions between and during ELMs has been carried out with 1D and 2D PARASOL particle-in-cell code. 1D simulations showed that both the total energy deposited by ELMs at the divertor being larger at the hotter/lower recycling divertor (outer divertor for grad-B direction favourable for H-mode access), which is contrary to experimental observations. This is due to large thermoelectric currents between two divertors. 1D simulations where one divertor target is set to be floating leading to a large reduction of thermoelectric currents showed an increase of the ELM heat and energy deposition at the colder/higher recycling divertor (inner divertor with favourable 
direction) but the degree of in/out asymmetry is smaller than in the experiment. Further studies have been carried out with 2D PARASOL to study effects of plasma drifts on the asymmetry. 2D simulations showed that for the favourable direction the ELM energy flux is predominantly deposited at the inner divertor while for the unfavourable direction it is at the outer divertor, which is in agreement with experimental findings.
清水 友介*; 藤田 隆明*; 岡本 敦*; 有本 英樹*; 林 伸彦; 星野 一生; 仲野 友英; 本多 充
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2403082_1 - 2403082_5, 2016/06
The inward pinch model for high-Z impurity ions in a toroidally rotating plasma (PHZ model) has been improved to take account of passing/trapped particles and centrifugal force effect. It is found that the PHZ pinch is large for the barely trapped particles and the pinch velocity increases with the rotation velocity as in the original model.
錦織 良; 小島 有志; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 吉田 雅史; 市川 雅浩; 平塚 淳一; et al.
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2401014_1 - 2401014_4, 2016/03
ITERやJT-60SAにおける中性粒子入射装置では、多孔多段(MAMuG)加速器による高エネルギー、大電流ビームの安定供給が要求されている。これらの加速器の設計に向けては、真空放電で決まる耐電圧の予測が重大な課題となっており、原子力機構では、MAMuG加速器をの耐電圧を物理理解に基づいて設計するために、真空放電の物理過程の研究を実施している。これまでの研究成果から、この真空放電は電界放出電子による暗電流が起点となっていると考えている。しかし、F-N理論によれば、暗電流は電界増倍係数
によって決まるが、これまでは実験的にしか求めることができなかった。そこで、今回、の決定機構を調べるために、MAMuG加速器の大面積電極の電界の異なる3つの領域で独立に暗電流を測定した。その結果、は電極のコンディショニングと共に低下するが、絶縁破壊電界Eによって表される実効電界Eが一定で1MV/mmであることが分かった。これは、小型電極から求めた実効電界Eよりも1桁大きい値であり、面積の依存性を示唆していると考えている。このEの値を利用することにより、絶縁破壊電界時におけるを求めることができ、暗電流の評価と耐電圧の予測を関連付けることができると考えている。
古川 勝*; 松山 顕之; 大河 優志郎*
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.1303003_1 - 1303003_4, 2016/02
A high-accuracy numerical integration algorithm for a charged particle motion is developed. The algorithm is based on the Hamiltonian mechanics and the operator decomposition. The algorithm is made to be time-reversal symmetric, and its order of accuracy can be increased to any order by using a recurrence formula. One of the advantages is that it is an explicit method. An effective way to decompose the time evolution operator is examined; the Poisson tensor is decomposed and non-canonical variables are adopted. The algorithm is extended to a time dependent fields' case by introducing the extended phase space. Numerical tests showing the performance of the algorithm are presented. One is the pure cyclotron motion for a long time period, and the other is a charged particle motion in a rapidly oscillating field.
井戸村 泰宏
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2403006_1 - 2403006_5, 2016/02
本研究ではイオン温度勾配駆動捕捉電子モードによって励起された減衰乱流の飽和機構を調べた。シミュレーションの非線形準定常状態において乱流輸送が抑制され、そこでは線形臨界温度勾配パラメータを上回る温度分布が形成される。このような非線形の臨界温度勾配は波状の密度分布がもたらす強いシアをもつ径電場によって維持される。この密度分布構造は通過電子の非断熱的応答が重要になる低次のモード有理面近傍の電子輸送と関係していることがわかった。
奴賀 秀男*; 松山 顕之; 矢木 雅敏; 福山 淳*
Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2403023_1 - 2403023_5, 2016/00
Three-dimensional Fokker-Planck code TASK/FP, which calculates the evolution of the relativistic momentum distribution function of electrons and the induced toroidal electric field, has been applied to the study of runaway electrons generated in ITER disruptions. The hot-tail effect on the runaway electron generation is investigated. The simulation results show that the hot-tail effect affects the runaway electron current density profile even in the secondary runaway electron dominant case. Seed currents are induced during the thermal quench ahead of the Dreicer generation, which have an impact on the subsequent current and electric field evolution. In spite of the small ratio of the primary electrons, they are multiplied significantly by the avalanche effect. Consequently, the hot-tail effect plays an important role in determining the total runaway electron current density profile after the current quench.
渡辺 淑之; 岩切 宏友*; 村吉 範彦*; 加藤 太治*; 谷川 博康
Plasma and Fusion Research (Internet), 10, p.1205086_1 - 1205086_2, 2015/12
材料中の水素は、格子欠陥(転位,欠陥集合体,析出物,粒界など)と強く相互作用して材料の特性・形状変化を促進させることが懸念されているが、そのメカニズムについてはいまだ十分に明らかになっていない。本発表の内容は、F82H鋼の主要析出物であるクロム炭化物(Cr
C
)を対象とし、同炭化物中の水素の存在状態を電子論的に評価した内容をまとめたものである。解析より、同炭化物中の水素原子の安定構造はCrに囲まれた三方両錐体中心位置であり、各原子の電荷に起因した構造であることを明らかにした。また、算出された水素の形成エネルギーは-0.48eV(発熱型反応)であった。ここで、純鉄中の水素原子の形成エネルギーが+0.25eV(吸熱型反応)であることから、F82H鋼中において水素原子は、Feベースの母相よりもCrCベースの析出物に捕獲されている方がよりエネルギー的に有利である可能性が示唆された。これらの知見は、照射下材料の水素効果を予測するための要素技術開発に重要となる。
清水 友介*; 藤田 隆明*; 有本 英樹*; 仲野 友英; 星野 一生; 林 伸彦
Plasma and Fusion Research (Internet), 10(Sp.2), p.3403062_1 - 3403062_4, 2015/07
In JT-60U, it has been observed that accumulation of tungsten is enhanced with increasing the toroidal rotation in the opposite direction (CTR-rotation) to the plasma current in H-mode plasmas. Two models for convective transport, pinch due to the toroidal rotation (PHZ pinch) and the radial electric field (Er pinch) were proposed. We introduce these two pinch models into integrated transport code TOTAL, and study dependence of the tungsten accumulation on the toroidal rotation. In the high toroidal rotation velocity, we obtained the tungsten accumulation four times as large as in the low one. The model reproduces the trend observed in the experiment.
三木 一弘; 井戸村 泰宏
Plasma and Fusion Research (Internet), 10(Sp.2), p.3403068_1 - 3403068_4, 2015/07
ジャイロ運動論をもとにした固有値解析より高速粒子駆動測地線音響モード(EGAM)の線形特性を調べた。摂動ジャイロ運動論方程式に高速粒子の効果を加えて、EGAMの分散関係を導出した。根の特性はq値によって変化する。有限軌道幅効果を考慮に入れて、EGAMの成長率のビーム強度依存を調べた。解析より、実験装置に典型的なパラメータ領域においては有限軌道幅効果は高々数%と小さいことが分かった。
平塚 淳一; 花田 磨砂也; 梅田 尚孝; 小島 有志; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 吉田 雅史
Plasma and Fusion Research (Internet), 10(Sp.2), p.3405045_1 - 3405045_4, 2015/04
国際熱核融合実験炉(ITER)で必要な高電流密度(
200A/m)、高エネルギー(1MeV)、長パルス時間(1時間)の負イオンビームを生成するために、電極孔位置の変位により偏向角を補正する技術を用いた負イオンと電極との直接衝突の抑制についての研究が注意深く行われてきた。偏向制御電極(SCG)の孔径14mmにおいて偏向角の非線形な依存性が現れている。この依存性からSCGの孔径と位置の変位量をそれぞれ16mm、0.7mmと決定し、ITERの原型加速器において試験を実施した。複数の電極孔のそれぞれのビームに対し加速器内の残留磁場による偏向は適切に補正され、電極熱負荷は大きく減少した。これにより加速ビーム電流は10%増加した。
