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廃炉環境国際共同研究センター; 東京大学*
JAEA-Review 2022-014, 106 Pages, 2022/08
JAEA-Review-2022-014.pdf:10.42MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「レーザー共鳴イオン化を用いた同位体存在度の低いストロンチウム90の迅速分析技術開発」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである(令和3年度まで契約延長)。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の事故で環境中に放出された主要な難測定核種の1つであるストロンチウム90を、半導体レーザーを用いた共鳴イオン化により元素かつ同位体選択的にイオン化する手法に着目し、特に海洋試料等のストロンチウム安定同位体濃度が高い実試料を対象としたストロンチウム90の迅速分析技術を開発する。
廃炉環境国際共同研究センター; 東京大学*
JAEA-Review 2020-024, 75 Pages, 2021/01
JAEA-Review-2020-024.pdf:5.43MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEA に移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「レーザー共鳴イオン化を用いた同位体存在度の低いストロンチウム90の迅速分析技術開発」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の事故で環境中に放出された主要な難測定核種の一つであるストロンチウム90を、半導体レーザーを用いた共鳴イオン化により元素かつ同位体選択的にイオン化する手法に着目し、特に海洋試料等のストロンチウム安定同位体濃度が高い実試料を対象としたストロンチウム90の迅速分析技術を開発する。
Cs芝原 雄司*; 中村 詔司; 上原 章寛*; 藤井 俊行*; 福谷 哲*; 木村 敦; 岩本 修
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 325(1), p.155 - 165, 2020/07
被引用回数：8 パーセンタイル：71.58(Chemistry, Analytical)Csの断面積を測定するために用いる放射性Cs試料について、熱イオン化マススペクトロメトリーによって同位体比を測定した。分析において高強度、および安定ビームを得るために、Cs試料に加える添加剤の効果を調べた。本研究で、シリコンタングステンが、添加剤の中で一番高いイオン化効率を示したが、一方で多原子イオンの高い同重体干渉も示した。Cs/
Cs比の測定で要求される精度を達成するのに、添加剤:酸化タンタルないしグルコースを用いた場合で、僅か2
10
gのCs試料で十分達成できることを実証した。バリウム核種による干渉効果などの分析条件を調べた後、2種類の放射性Cs試料の同位体比測定を行い、同位体比によりどのくらいCsの中性子捕獲断面積に影響を及ぼすかを議論した。
廃炉国際共同研究センター; 東京大学*
JAEA-Review 2019-027, 70 Pages, 2020/01
JAEA-Review-2019-027.pdf:5.18MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度「レーザー共鳴イオン化を用いた同位体存在度の低いストロンチウム90の迅速分析技術開発」について取りまとめたものである。本研究は、東京電力福島第一原子力発電所の事故で環境中に放出された主要な難測定核種の一つであるストロンチウム90を、半導体レーザーを用いた共鳴イオン化により元素かつ同位体選択的にイオン化する手法に着目し、特に海洋試料等のストロンチウム安定同位体濃度が高い実試料を対象としたストロンチウム90の迅速分析技術を開発する。
decay of 
AtCubiss, J. G.*; Andreyev, A. N.; Barzakh, A. E.*; Andel, B.*; Antalic, S.*; Cocolios, T. E.*; Day Goodacre, T.*; Fedorov, D. V.*; Fedosseev, V. N.*; Ferrer, R.*; et al.
Physical Review C, 99(6), p.064317_1 - 064317_6, 2019/06
被引用回数：6 パーセンタイル：53.97(Physics, Nuclear)Atの崩壊について、CERN-ISOLDE施設においてレーザーイオン化法を使うことで研究した。-
同時計数データを初めて取得し、より精度の良い半減期の値として1.27(6)秒を得た。崩壊の微細構造を基に新しい崩壊図式を構築した。それらの結果から、Atの基底状態のスピン・パリティは(3
)がより確からしいことが解ったが、(2)の可能性も完全には否定しきれない。
Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐藤 大樹; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*
Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11
一次はじき出し原子(PKA)のエネルギースペクトルは、モンテカロル放射線輸送コードを用いた加速器施設設計の放射線損傷評価において重要である。しかし、計算コードに組み込まれている物理モデルは、PKAスペクトル について実験値の不足から十分に検証されていない。これまで、従来の固体検出器を用いた原子核物理実験の測定体系において、劣った質量分解能や核子あたり数MeV以上と高い測定下限エネルギーのため、実験値は限られていた。そこで本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、PKAスペクトルを測定するための2つの時間検出器と1つのdE-Eガス検出器からなる新しい測定体系を設計した。その結果、本測定体系は、質量数20から30のPKAにおいて、核子当たり0.3MeV以上のエネルギーを持つPKA同位体を区別できる。一方で、質量数20以下のPKAにおいては、PKAの質量数を識別できる下限エネルギーは核子当たり0.1MeV以下に減少する。今後、原子力機構のタンデム施設、及び東北大学のサイクロトロン・ラジオアイソトープセンターにおいて、設計した測定体系の動作テストを行う予定である。
500
C) under electric field馬場 祐治; 下山 巖
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 16, p.53 - 59, 2018/03
固体を真空中で加熱すると吸着物質の一部がイオンとして脱離する現象は「表面電離」として知られているが、化合物など複雑な系では、その機構はわかっていない。本研究では、塩化セシウムおよび他のアルカリ金属塩化物の表面電離について調べた。塩化セシウムの場合、中性Csは塩化セシウムの融点に近い摂氏645度で脱離するが、Cs
イオンの脱離は、摂氏400度から観測された。脱離するイオンと中性粒子の比(Cs/Cs 
)は、410度で最大となった。Cs/Cs 比の温度依存性を、Saha-Langmuirの式で解析した結果、この現象は、塩化セシウムの構造変化に伴う表面の仕事関数変化によるものであることがわかった。
江坂 文孝; 鈴木 大輔; 蓬田 匠; 間柄 正明
Analytical Methods, 8(7), p.1543 - 1548, 2016/02
被引用回数：8 パーセンタイル：50.61(Chemistry, Analytical)原子力施設で採取された環境試料中の個々のウラン粒子の同位体比分析は、施設での未申告原子力活動を検知する上で重要である。本研究では、効率的な分析法の開発を目的として、自動粒子スクリーニングを利用して測定する粒子を選別し、表面電離質量分析法(TIMS)により同位体比分析を行う方法の開発を行った。本法により実際の査察試料を分析した結果、従来法に比べて分子イオンの影響を低減化して個々のウラン粒子の同位体比を決定することが可能なことが示され、本法の有効性が確かめられた。
Herv
du Penhoat, M.-A.*; Kamol Ghose, K.*; Gaigeot, M.-P.*; Vuilleumier, R.*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; Politis, M.-F.*
Physical Chemistry Chemical Physics, 17(48), p.32375 - 32383, 2015/12
被引用回数：8 パーセンタイル：31.65(Chemistry, Physical)We have investigated the gas phase fragmentation dynamics following the core ionisation of 2-deoxy-D-ribose (dR), a major component in the DNA chain. To that aim, we use state-of-the-art ab initio Density Functional Theory-based Molecular Dynamics simulations. The ultrafast dissociation dynamics of the core-ionised biomolecule, prior Auger decay, is first modelled for 10 fs to generate initial configurations (atomic positions and velocities) for the subsequent dynamics of the doubly ionised biomolecule in the ground state. The furanose, linear and pyranose conformations of dR were investigated. We show that fragmentation is relatively independent of the atom struck or of the duration of the core vacancy, but depends rather critically on the molecular orbital removed following Auger decay.
多幡 達夫*; 白井 稔三*; 左高 正雄; 久保 博孝
Atomic Data and Nuclear Data Tables, 92(3), p.375 - 406, 2006/05
被引用回数：73 パーセンタイル：95.13(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)窒素分子と窒素分子1価イオンの電子衝突断面積は、低温プラズマの研究分野では重要とされている。例えば、核融合研究では、窒素ガスをダイバータプラズマに入射し放射冷却を増大することにより低温ダイバータプラズマを生成しダイバータ板の熱負荷を低減する実験が行われているが、この低温ダイバータプラズマをモデル化及び診断するためには窒素分子と窒素分子1価イオンの電子衝突断面積が必要である。ここでは、2003年までに実験的に測定された窒素分子と窒素分子1価イオンの電子衝突断面積を収集した。対象にした衝突過程は、弾性散乱,運動量移動,回転励起,振動励起,電子励起,電離,解離,発光の74過程である。収集した断面積は、図にまとめ、評価し、推奨値として解析的表式を当てはめた。解析的表式としては、Green and McNealの経験式を変形したものを用いた。
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：65.83(Nuclear Science & Technology)放射性廃棄物中の長寿命難分析核種である
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。
福田 祐仁; 岸本 泰明; 正木 知宏*; 山川 考一
Physical Review A, 73(3), p.031201_1 - 031201_4, 2006/03
被引用回数：35 パーセンタイル：79.51プラズマの緩和過程、及び、イオン化過程を考慮した粒子コードを用いて、高強度レーザーとクラスターとの相互作用並びに構造形成プロセスの詳細を調べた。これまでに指摘されていたレーザー誘起電場の発生に加え、印加レーザー強度を超える2極性電場の生成、及び、外部/内部シースの形成が、クラスターの爆発崩壊過程に深く関与していることを明らかにした。すなわち、電子エネルギー分布には、衝突緩和,シース電場の影響によるディップ構造が観測され、イオンエネルギー分布と密度分布には2極性電場の影響による二重構造が観測された。
W/cm
intensity by focusing wavefront corrected 100 TW, 10 Hz laser pulses赤羽 温; Ma, J.; 福田 祐仁; 青山 誠; 桐山 博光; 井上 典洋*; 辻 公一*; 中井 善基*; 山本 洋一*; Sheldakova, J. V.*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(8), p.6087 - 6089, 2005/08
被引用回数：1 パーセンタイル：4.7(Physics, Applied)フィードバック制御波面補償光学系により日本原子力研究所100TWチタンサファイアレーザーシステムにおいてレーザー集光強度の向上が達成された。レーザーパルスの光学パラメータ計測結果及び観測された希ガス原子のトンネルイオン化レートのレーザーエネルギースケーリング性により10W/cmを越える超相対論的強度が10Hzの繰り返し動作で発生することを実験的に確認した。
坂佐井 馨
JAERI-Research 2004-017, 29 Pages, 2004/11
JAERI-Research-2004-017.pdf:3.61MB
グリーンの相反定理に基づき、電離計数管の電極間に点電荷がある場合、それによって電極に誘導される誘導電荷を解析的に導出した。電極の形状は平行平板及び円筒型を仮定した。平行平板型の場合、電荷分布はベッセル関数を含んだ積分で表され、円筒型は変形ベッセル関数を含んだ積分で表される。計数管の電流信号はその誘導電荷の時間微分で求められるため、これらの表式は計数管の電流信号を評価するのに有用である。
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。
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。
福田 光宏; 伊藤 久義; 大島 武; 西堂 雅博; 田中 淳
Charged Particle and Photon Interactions with Matter, p.813 - 859, 2003/11
近年、イオンビームは、医学・医療をはじめ、材料科学・バイオ技術などの原子核物理学以外の分野において広範に応用されるようになり、従来のX線・線・電子線などの利用では得られなかった研究成果が続々と生み出されてきている。イオンビームは、物質中でその飛跡に沿って局所的にエネルギーを付与し、高密度に物質をイオン化したり、励起したりすることができるだけでなく、優れた直進性,異種元素の注入,打ち込み深度及び個数の自在制御,物質表面原子のたたき出しや電子・X線・中性子等の二次粒子放出,RI生成など、多面的な特質を持っている。物質の種類や形状・構造などに合わせてこれらのイオンビームの特徴を上手に活かすことにより、新しいものを創り出したり、物質の中を微細に調べたりすることが可能となる。原研高崎研究所では、材料・宇宙・バイオ科学分野などにおける高度なイオンビーム利用を推進するため、軽イオンから重イオンにわたる多種類のイオンをkeVオーダーから数百MeV級まで加速できるイオン照射施設TIARAを建設し、最先端のイオンビーム利用研究を先導するビーム技術を開発してきた。本稿では、TIARAで得られた材料・宇宙・バイオ科学分野におけるイオンビーム利用の研究成果と今後の展望について解説している。
片山 淳; 古川 勝敏; 渡部 和男
分析化学, 52(6), p.461 - 467, 2003/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Analytical)飛行時間形質量分析計(TOFMS)を用いた元素の同位体比測定におけるダイナミックレンジの拡大を目指し、イオンの画像検出法の導入を検討した。TOFMSのイオン検出器として位置検出型の蛍光板つきマイクロチャンネルプレート(MCP)を使用し、イオンを光としてカメラで計測した。レーザー共鳴イオン化したイオンビームが質量弁別された後、時間依存の電場へ入射させてMCP上に掃引した。CCDカメラで記録した光点群を解析し質量スペクトルを得た。開発した方法をカルシウムの同位体比測定に適用し、5桁以上のダイナミックレンジが得られた。
小泉 光生; 長 明彦; 大島 真澄; 関根 俊明; 涌井 崇志*; Jin, W.*; 桂川 秀嗣*; 宮武 宇也*; 石田 佳久*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 204(1-4), p.359 - 362, 2003/05
被引用回数：7 パーセンタイル：46.83(Instruments & Instrumentation)原研高崎オンライン同位体分離器(TIARA-ISOL)用に抵抗加熱型レーザーイオン源を製作した。本イオン源では、30
mの金属膜でできたイオン化室を用いた。その結果、イオン化室に抵抗加熱で生成される電場勾配を4-5V/cmまで増やすことができた。オフライン実験において、イオン源から引き出される
Al(安定核)パルスイオンビームの時間広がりを調べた結果、半値幅が4mまで狭くなったことを確認した。オンライン実験において、
Al(半減期7.2秒)を
O(
C, p 2n)反応で生成し、イオン化効率を調べた結果、約0.1%を得た。
飛田 健次; 草間 義紀; 篠原 孝司; 西谷 健夫; 木村 晴行; Kramer, G. J.*; 根本 正博*; 近藤 貴; 及川 聡洋; 森岡 篤彦; et al.
Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.315 - 326, 2002/09
被引用回数：8 パーセンタイル：47.9(Nuclear Science & Technology)リップル損失とアルフヴェン固有モード(AEモード)を中心にJT-60Uにおける高エネルギー粒子実験の成果をまとめ、これらに基づいて核融合炉への展望を考察した。プラズマ表面でのリップル率が増加するにつれ、中性粒子入射(NBI)イオン,及び核融合生成トリトンの著しい損失を観測し、その損失は負磁気シアで顕著になることを明らかにした。リップル損失による第一壁への熱負荷は軌道追跡モンテカルロコードの予測と良く一致することを示した。イオンサイクロトロン(ICRF)少数イオン加熱及び負イオン源NBI(N-NBI)加熱時に多くのAEモードを観測した。観測した大部分のモードはギャップモードであり、これらからTAE,EAE,NAEモードを同定した。N-NBI加熱時にはバースト状のAEモードが発生することがあることを見出した。このとき不安定周波数の掃引現象が観測され、ビームイオン損失は25%に達することもある。リップル損失や高エネルギー粒子の加熱に関するこれらの研究では、高エネルギー粒子の振る舞いが古典理論または新古典理論で説明できることを明らかにし、核融合炉における高エネルギー粒子の特性を既存理論で定量的に予測できることを示した。AEモードに関しては、実験により核融合炉で起こりうるAEモードの定性的評価を可能にした。
