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論文

Effects of OH $^{-}$ activity and temperature on the dissolution rate of compacted montmorillonite under highly alkaline conditions

澤口拓磨; 塚田学; 山口徹治; 向井雅之

Clay Minerals, 51(2), p.267 - 278, 2016/05

https://doi.org/10.1180/claymin.2016.051.2.12

被引用回数：7 パーセンタイル：24.47(Chemistry, Physical)

モンモリロナイト圧縮体中のモンモリロナイトの溶解速度( $R_{rm A}$ )のOH $^{-}$ 活量(a $_{rm OH}$ -)および温度(T)依存性を調べた。その結果、当該溶解速度は、 $R_{rm A}$ =10 $^{4.5}$ (a $_{rm OH}$ -) $^{1.3}$ e $^{-55000/RT}$ と定式化され、ケイ砂-ベントナイト混合圧縮体中のモンモリロナイト溶解速度: $R_{rm A}$ =3500 (a $_{rm OH}$ -) $^{1.4}$ e $^{-51000/RT}$ よりも速くなった。これは、随伴鉱物の溶解に伴い混合圧縮体内のOH $^{-}$ 活量が低下し、モンモリロナイトの溶解が抑制されたためだと考えられる。また、このa $_{rm OH}$ -)の低下が定量化されれば、モンモリロナイト圧縮体の溶解速度が混合圧縮体にも適用できる可能性を示した。

論文

R&D on a high energy accelerator and a large negative ion source for ITER

井上多加志; 谷口正樹; 森下卓俊; 大楽正幸; 花田磨砂也; 今井剛*; 柏木美恵子; 坂本慶司; 関孝義*; 渡邊和弘

Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/8/004

原研では、1MeV加速器と大型負イオン源の開発を推進してきた。本論文はITER NBシステムの実現に向けた1ステップである、以下の開発の進展を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、H $^{-}$ イオンの1MeV級エネルギー加速試験が進展している。1MeV, 100mA級H $^{-}$ イオンビームを実用規模である100A/m $^{2}$ 程度の電流密度で発生しており、イオン源の調整により、電流密度のさらなる増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:既存負イオンNBシステムにおいては、負イオンの空間一様生成がNB入射性能を左右する要因となっている。本研究では、磁気フィルターから局所的に洩れ出た高速電子が負イオン源引き出し領域に生成した負イオンを破壊していることを明らかにした。本論文では、幾つかの対応策とその試験結果についても報告する。

論文

R&D on a high energy accelerator and a large negative ion source for ITER

井上多加志; 谷口正樹; 森下卓俊; 大楽正幸; 花田磨砂也; 今井剛*; 柏木美恵子; 坂本慶司; 関孝義*; 渡邊和弘

Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/8/004

被引用回数：23 パーセンタイル：59.63(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文では、ITER NBIシステムを実現するために原研が行ってきた、1MeV加速器と大型負イオン源の開発研究に関する以下の成果を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、H $^{-}$ イオンのMeV級加速試験が進展した。これまでに、1MeV, 100mA級H $^{-}$ イオンビームを実用規模である100A/m $^{2}$ 程度の電流密度で発生しており、イオン源運転条件の調整により、さらなる電流密度の増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:従来、大面積引き出し面上に生成する負イオンの一様性が問題となっていたが、本研究により、磁気フィルターから局所的に漏れ出た高速電子が負イオン引き出し部に生成した訃音を破壊していることが明らかになった。本論文では、高速電子漏洩の遮断による一様性改善の結果を報告する。

報告書

中性粒子入射装置用高出力負イオン源と加速器の開発研究

井上多加志

JAERI-Research 2005-006, 87 Pages, 2005/03

JAERI-Research-2005-006.pdf:10.53MB

国際熱核融合実験炉ITER用中性粒子入射装置(NBI)実現の1ステップとして、高出力の負イオン源と加速器を開発した。負イオン表面生成の理論的検討から、体積/表面積比を最大化して高密度水素原子生成を実現するカマボコ型負イオン源を開発した。さらに、高速電子(Te1eV)による負イオン損失を抑制し、かつ水素原子の負イオン引き出し領域への拡散を妨げない「外部磁気フィルター」を装着し、低ガス圧力(0.3Pa)においてITERの要求性能を上回る高電流密度(300A/m $^{2}$ )のH $^{-}$ イオン生成を達成した。ITER加速器では放射線誘起伝導によりSF $_{6}$ 等の絶縁ガスを使用できないため、真空絶縁技術の開発を行った。加速器運転中の圧力は0.020.1Paとなることから、真空アーク放電並びにグロー放電の絶縁設計ガイドラインを策定し、真空絶縁加速器を設計した。加速管の沿面放電防止のために陰極接合点の電界を低減し、1MVを安定に保持できる真空絶縁のMeV級加速器を開発した。これまでに900keV, 80A/m $^{2}$ のH $^{-}$ イオン(全電流値:0.11A)を数百ショット加速することに成功し、ITER NBIの実現に向けた見通しを得た。

論文

Acceleration of 1 MeV, 100 mA class H $^{-}$ ion beams in a proof-of-principle accelerator for ITER

井上多加志; 谷口正樹; 大楽正幸; 花田磨砂也; 柏木美恵子; 森下卓俊; 渡邊和弘; 今井剛

Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1819 - 1821, 2004/05

https://doi.org/10.1063/1.1699507

被引用回数：11 パーセンタイル：51.25(Instruments & Instrumentation)

ITER用負イオン加速器の原理実証試験を行っている。この加速器は、FRP絶縁管を真空境界として真空中に浸漬されるが、これまで絶縁管の耐電圧性能不足により、ビームエネルギーを制限されてきた。FRP,金属製フランジ及び真空の接点である三重点の電界強度を低減する大型の電界緩和リングを組み込んだところ、1MVの高電圧を2時間以上にわたって安定に保持することができるようになった。この結果を受けてビーム加速試験を行ったところ、900keV,100mAの水素負イオンビームを加速することに成功した。1MeVでは70mAと電流は低いものの、このレベルのビームを6日間にわたって130ショット(パルス幅1s)安定に加速することができた。

論文

Cross-sections for ion production in H $^{+}$ +H $_{2}$ collisions calculated with the trajectory-surface-hopping method

市原晃; 岩本修; 横山啓一

Atomic and Plasma-Material Interaction Data for Fusion, Vol. 9, p.193 - 235, 2001/00

H $^{+}$ +H $_{2}$ ,H $^{+}$ +D $_{2}$ ,D $^{+}$ +H $_{2}$ 及びD $^{+}$ +D $_{2}$ 衝突で生じるイオンの生成断面積を、重心衝突エネルギーが2.5から8.0eVの範囲内で計算した。計算手法は、非経験的分子軌道論に基づいて開発されたポテンシャル上でのtrajectory-surface-hopping法を採用した。反応分子H $_{2}$ 及びD $_{2}$ の初期振動状態が各イオン生成に与える影響を調べるために、H $_{2}$ については振動量子数をv=0-6,D $_{2}$ についてはv=0-8の範囲で変化させて断面積を計算した。その結果、電荷交換によるH $_{2}^{+}$ 及びD $_{2}^{+}$ イオンの生成は、vの上昇に伴って著しく増大することを見いだした。一方、解離や核の組み替えを伴うイオン生成のv依存性は、電荷交換反応と比較して非常に小さいことを確認した。また、反応分子の初期回転状態がイオン生成に与える影響を調べるために、H $^{+}$ +D $_{2}$ 衝突において、各vに対して回転量子数をj=1,5,10に設定して断面積を計算した。その結果、回転励起状態jが電荷交換反応に与える効果は、振動励起状態vの効果と比べて二次的な大きさであることを確認した。さらに、各衝突過程からの2原子生成物に対する振動状態分布を計算し、表にまとめた。

論文

Cross sections for the reaction H $^{+}$ +H $_{2}$ (v=0-14)H+H $_{2}^{+}$ at low collision energies

市原晃; 岩本修; Janev, R. K.*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 33(21), p.4747 - 4758, 2000/11

https://doi.org/10.1088/0953-4075/33/21/318

被引用回数：62 パーセンタイル：90.26(Optics)

H $^{+}$ +H $_{2}$ (v=0-14)H+H $_{2}^{+}$ 反応に対する断面積を、重心衝突エネルギーが2.5から20.0eVの範囲内で計算した。断面積は、H $_{2}$ の初期振動量子数vが6までは非経験的分子軌道計算から得られたポテンシャル、vが7以上ではdiatomics-in-moleculesモデルポテンシャルを用い、trajectory-surface-hopping法により計算した。得られた断面積は、vが5まではvの増加に伴って急激に増大し、v=5,6でほぼ同じ大きさになる。そしてvが7よりも大きい場合は、断面積はvの増加に伴って減少していくことを見いだした。断面積のv依存性に関して、v5における断面積の増加をポテンシャルの形状特性から説明した。また、v6における断面積の減少は、解離反応の増加が原因となっていることを示した。さらに、得られた断面積から、反応速度係数を、プラズマ及びH $_{2}$ 温度(T,E)が0.1eVT,E5.0eVの範囲内で見積もった。

報告書

Steering of H $^{-}$ ion beamlet by aperture displacement

井上多加志; 鈴木靖生*; 宮本賢治; 奥村義和

JAERI-Tech 2000-051, 16 Pages, 2000/09

JAERI-Tech-2000-051.pdf:2.27MB

核融合実験炉用中性粒子入射装置(NBI)では、大面積から発生する負イオンビームを集束するとともに、引き出し部での電子抑制磁場によるビーム偏向を補正することが必要となる。本報告は、上記ビーム集束と磁場偏向の補正を孔変位によるビーム偏向で行うための基礎研究結果をまとめたものである。4枚の電極からなる引き出し部・加速器内の電極孔を意図的に変位させることにより、エネルギー50keVまでのH $^{-}$ イオンビームを偏向した。電子抑制電極及び設置電極に孔変位を設けることにより良好な偏向特性が得られ、多孔大面積加速器から発生する負イオンビームの集束に適することが判明した。さらに孔変位によるビーム偏向が引き出し部内の磁場の方向に依存しないことを確認し、磁場によって偏向されたビームの軌道補正にも孔変位によるビーム偏向が適用可能であることを明らかにした。

論文

Analytic cross sections for collisions of H $^{+}$ , H $_{2}^{+}$ , H $_{3}^{+}$ , H, H $_{2}$ and H $^{-}$ with hydrogen molecules

多幡達夫*; 白井稔三

Atomic Data and Nuclear Data Tables, 76(1), p.1 - 25, 2000/09

https://doi.org/10.1006/adnd.2000.0835

被引用回数：79 パーセンタイル：94.41(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

H $_{2}$ とH $^{+}$ , H $_{2}^{+}$ , H $_{3}^{+}$ , H, H $_{2}$ 及びH $^{-}$ との衝突における断面積データの解析的表式が与えられている。用いたデータはPhelps[J. Chem. Phys. Ref. Data 19, 653 (1990)]の推奨値に加えて約100keVまでの衝突エネルギーでの測定値である。また、Phelps以降に測定された新しい反応過程のデータも含めた。ある程度データの内外挿を可能にするために、解析的表式としてGreen and McNeal [J. Geophys. Res. 76, 133 (1971)]の半経験的関数型及びそれらを変形したものを採用している。

報告書

Steering of high energy negative ion beam and design of beam focusing/deflection compensation for JT-60U large negative ion source

井上多加志; 宮本賢治; 永瀬昭仁*; 奥村義和; 渡邊和弘

JAERI-Tech 2000-023, p.27 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-023.pdf:1.18MB

JT-60U大型負イオン源は45cm110cmという大面積電極から大電流負イオンビームを生成する。一方、JT-60UのN-NBI入射ポート断面積は約60cm50cmと狭小であり、ビーム損失を抑え高い効率で中性粒子ビームを入射するためには、加速管内での不整なビーム偏向を補正し、かつビームを集束する必要がある。本報告は電極孔変位(孔ズレ)によるビーム偏向について行った実験と設計検討の結果をまとめたものである。実験には3段階加速構造をもつ400keV負イオン源を用い、JT-60U N-NBIのフルパワー運転と同じパービアンスを保ってビーム偏向を行った。この結果電子抑制磁場によるビーム偏向の補正には電子抑制電極を、またビーム集束のために接地電極を変位させる、JT-60U大型負イオン源の電極孔パターンの設計を確定した。

論文

State-selected cross sections for ion production in the H $^{+}$ +H $_{2}$ collisions

市原晃; 岩本修; 横山啓一

Atomic Collision Research in Japan, No.25, p.28 - 29, 1999/11

ガスダイバータの開発上重要な、H $^{+}$ と振動励起状態にあるH $_{2}$ 分子との衝突で生じるイオンの生成断面積を、理論的に計算した。計算手法はdiatomics-in-molecules (DIM) モデルポテンシャル上でのtrajectory-surface-hopping (TSH) 法を用い、重心衝突エネルギーが1.0から20.0eVの範囲内で断面積を計算した。そして計算結果から、H $^{+}$ +H $_{2}$ 衝突においてH $_{2}$ の初期振動状態の量子数vが0から5までは、vの上昇に伴って電荷交換反応によるH $_{2}^{+}$ イオンの生成が急激に増加することを見いだした。また、v=8以上ではvの上昇とともに解離反応の増加が顕著になり、v=13以上では解離反応が主反応となることを確認した。

報告書

Cross sections for ion production in reactions of H $^{+}$ with D $_{2}$ ; Effects of vibrational and rotational excited states of D $_{2}$

市原晃; 岩本修; 横山啓一

JAERI-Research 98-056, 22 Pages, 1998/09

JAERI-Research-98-056.pdf:0.62MB

H $^{+}$ とD $_{2}$ の反応で生じるD $_{2+}$ ,D $^{+}$ 及びHD $^{+}$ イオン生成の断面積を、重心衝突エネルギーE $_{cm}$ =2.5-8.0eVの範囲内で、非経験的分子軌道計算で得られたH $_{3+}$ の3次元ポテンシャル面上でのトラジェクトリーサーフェスホッピング(TSH)法を用いることにより、評価した。反応物D $_{2}$ の初期状態が各イオン生成に与える影響を調べるために、D $_{2}$ の振動及び回転の量子数をv=0-3,j=1,5,10に設定して計算を行った。その結果、D $_{2+}$ イオンの生成は、D $_{2}$ の振動回転状態(v,j)が高くなるに従って著しく増大することが分かった。D $_{2+}$ 生成の飛躍的な増大には、D $_{2}$ の振動励起が主要な役割を果たし、回転励起は補助的な効果を与えた。D $_{2+}$ 生成と比較して、D $_{2}$ の振動状態がD $^{+}$ 及びHD $^{+}$ イオンの生成に与える効果は一桁小さく、D $_{2}$ の回転状態に対する効果は殆ど無視しうる大きさであった。

論文

サイクロトロン

荒川和夫

加速器の現状と将来, (6), p.71 - 80, 1998/06

最近のサイクロトロンのビーム発生技術の現状を、世界の主なサイクロトロン施設を例にして概説した。大型サイクロトロンでは、超電導単一磁極型サイクロトロンと分離セクター型サイクロトロン(リングサイクロトロン)について説明し、さらに高エネルギー・大電流化を図るための複合型サイクロトロン施設(他の加速器又はサイクロトロンで加速し、さらに主サイクロトロンで再加速する)について述べた。中型サイクロトロンは、主として材料科学、バイオ技術等の分野に利用されており、その実状について述べるとともに、常電導・単一磁極型で陽子235MeVまで加速できる最近開発されたサイクロトロンについて述べた。また、主としてRIの生産に用いられている小型サイクロトロンは、H $^{-}$ を加速し、小型化・大電流化が図られている現状について述べた。

論文

Development of a 1MeV H $^{-}$ beam accelerator for neutral beam injector

渡邊和弘; 藤原幸雄; 花田磨砂也; 井上多加志; 宮本賢治; 宮本直樹*; 奥村義和; 佐藤和義

Fusion Technology 1998, 1, p.493 - 496, 1998/00

多孔、5段静電加速器の開発を進め、目標エネルギーである1MeVまで水素負イオンビームを加速することに成功した。電流値は25mA、パルス幅は1秒である。また、5段加速器におけるビーム光学レットが明瞭に区別できる収束性の良いビームについて調べ、各中間電位電極の電流が減少する点においてビーム条件を得た。この条件はビーム軌道計算により設計した最適条件に良く一致していることが確認できた。

報告書

ゲインスケーリング手法を適用したH $^{infty}$ 制御系による原子炉出力制御の特性評価

石川信行; 鈴木勝男

JAERI-Research 97-038, 17 Pages, 1997/05

JAERI-Research-97-038.pdf:0.56MB

線形制御理論に基づいて設計された制御器を非線形性をもつ原子炉出力の制御に適用した場合の制御特性劣化を補償する簡便な方法として、ゲインスケーリング法を提案する。この方法は原子炉核動特性の非線形性が入力反応度と中性子密度の積の項のみで生じる簡単な構造であることに着目し、制御器で生成された制御入力を出力レベルに応じてスケーリングして、制御特性の向上を図るものである。本報告書では、H $^{infty}$ フィードバック制御系に本手法を適用した場合の制御特性を時間領域および周波数領域で評価しその有効性を示す。

論文

Multi-stage,multi-aperture electrostatic accelerator for H $^{-}$ ions

渡邊和弘; 藤原幸雄; 花田磨砂也; 井上多加志; 宮本賢治; 宮本直樹*; 小原祥裕; 奥村義和

Proc. of Joint Meeting of 8th Int. Symp. on the Production and Neutralization of Negative Ions & Beams, p.179 - 186, 1997/00

多段、多孔型静電加速器により水素負イオンの高エネルギー加速の開発を行っている。FRP絶縁管の高耐圧化のために、放電抵抗を400kとしてコンディショニングを行い、最高で920kVの電圧保持を確認した。高エネルギー水素負イオンビーム加速では868keV、19mAのビームを得た。ビーム光学最適化実験では、中間電極電流が最小となり、ビーム加速電流が最大となる最適条件を明らかにし、かつその条件がビーム軌道計算による条件と一致することを明らかにした。

論文

Recent progress of high-power negative ion beam development for fusion plasma heating

渡邊和弘; 秋野昇; 青柳哲雄; 海老沢昇; 藤原幸雄; 本田敦; 井上多加志; 伊藤孝雄; 河合視己人; 椛澤稔; et al.

Radiation Physics and Chemistry, 49(6), p.631 - 639, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0969-806X(97)00012-1

被引用回数：3 パーセンタイル：30.37(Chemistry, Physical)

核融合プラズマの加熱や定常維持のために、0.5~1MeV、数十MWの中性粒子入射装置(NBI)が要求されている。このようなシステムの実現のため、大出力の負イオンビーム開発を進めている。JT-60U用500keV、10MW入射予定の負イオンNBI装置ではビーム出力試験が開始され、400keV、13.5A、0.12Sの世界最高のD $^{-}$ ビーム電流、電力発生に成功した。さらに、1MeV級の負イオン加速管の開発では、805keVで加速電流150mA/sのH $^{-}$ ビーム加速に成功した。

報告書

2自由度制御器の原子炉出力制御への応用; 数値シミュレーションによる検討

石川信行; 鈴木勝男

JAERI-Research 96-048, 50 Pages, 1996/09

JAERI-Research-96-048.pdf:1.22MB

本稿では原子炉出力制御の目標値応答特性及びロバスト性の向上を図るために、2自由度制御器を適用した制御系の有効性を数値シミュレーションにより示した。2自由度制御器はフィードフォワード要素とフィードバック要素から構成する。フィードフォファード要素は標準2次系で与えられた目標値規範モデルを実現するようにモデルマッチング法で設計し、フィードバック要素は制御系にロバスト性をもたせるため、混合感度問題をH $^{infty}$ 最適化アルゴリズムを解くことにより設計した。設計された2自由度制御系は規範モデルとして与えた目標値応答特性を実現し、外乱除去特性やロバスト性に関しても良好な特性を与えた。数値シミュレーションは設計された2自由度制御器をディジタル化して行った。制御周期を10[msec]以下にすればディジタル化により制御特性が劣化しないことを確認した。

論文

Study on ion-molecule reactions in the H $_{3+}$ system with the trajectory-surface-hopping model

市原晃; 白井稔三; 横山啓一

Journal of Chemical Physics, 105(5), p.1857 - 1861, 1996/08

https://doi.org/10.1063/1.472047

被引用回数：38 パーセンタイル：78.01(Chemistry, Physical)

非経験的分子軌道計算(ab initio full configuration interaction calculation with a [8s6p2d1f] Gaussian type basis set)で得られたH $_{3+}$ の3次元ポテンシャル面上でtrajectory-surface-hopping法を用いることにより、D $^{+}$ +H $_{2}$ 、D $^{+}$ +D $_{2}$ 、及びH $^{+}$ +D $_{2}$ 衝突で生じる電荷移動及び粒子組み替え反応の断面積を計算した。ポテンシャル面間の非断熱的電子遷移の確率は、Landau-Zener-Stuckelberg近似に基づいて評価した。その結果、衝突エネルギーが2.5eVから5.0eVの範囲では、計算結果は実験値と定量的に一致することが確認された。

論文

Development of negative ion beam accelerators for high power neutral beam systems

渡邊和弘; 海老沢昇; 藤原幸雄; 本田敦; 井上多加志; 椛澤稔; 栗山正明; 宮本賢治; 宮本直樹*; 藻垣和彦; et al.

16th IEEE/NPSS Symp. on Fusion Engineering (SOFE '95), 1, p.642 - 645, 1996/00

MeV級の大出力中性粒子入射装置(NBI)実現のために、多孔多段型の高エネルギー負イオン静電加速器の開発を行っている。まず、アンペア級負イオンのMeV級加速実証を行うために、出力1MV、1Aの世界最大出力のコッククロフトウォルトン高圧発生器で構成されるMeV級イオン源試験装置(MTF)を建設し、MeV級試験体を用いて水素負イオンの加速実験を開始した。MeV級試験体は負イオン生成部と5段の静電加速部から構成され、これまでに700keVで加速電流230mA、1秒のビーム加速に成功した。また、負イオンビーム光学については3段の加速器を用いて詳細に調べ、ビーム発散角5mrad以下の極めて集束性の良いビームを350keVの高エネルギーで得た。加速電極の熱負荷についても、許容値内に充分に低減できることを明らかにした。