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塩飽 秀啓; 丸下 元治*
JAEA-Research 2022-015, 39 Pages, 2023/05
JAEA-Research-2022-015.pdf:2.74MB
大型放射光施設SPring-8日本原子力研究所専用ビームライン(現在は、日本原子力研究開発機構(JAEA)専用ビームライン)である硬X線アンジュレータビームラインBL22XUの設計を行った。BL22XUは、主に放射性廃棄物処理に係る分離抽出材の設計及び化学的挙動解明を行うためのXAFS(X-ray Absorption Fine Structure)解析実験、回折計を用いた磁性研究実験、高圧プレスやダイヤモンドアンビルセルを用いた極限環境下実験等を行うためのビームラインである。利用可能なX線エネルギー範囲を3
70keVに設定した。ビームラインの光学系を設計するために、ミラーの反射率、分光結晶の回折幅、Be窓材の吸収率等を計算した。また、光線追跡を行い、各光学素子の材料、寸法、設置場所等を最適化した。さらに、放射性物質利用上の安全確保のため音響遅延管ADL(Acoustic Delay Line)の遅延時間についても検討を行った。BL22XU「重元素科学研究I」は、2002年にビームラインの建設を終え、立ち上げ調整期間を経て、既に運用している。軟X線アンジュレータを光源とするもう一つのJAEA専用ビームラインBL23SU「重元素化科学究II」と共に、2つのビームラインを相補的に利用することによって、原子力科学が直面する多くの問題を解決する放射光ビームラインとして発展することが期待されている。2018年から2019年に分光器の高度化を実施したため、ビームライン建設当時の設計、特徴と性能を改めてここに記録することとした。
田村 格良; 加島 洋一; 曽山 和彦
JAEA-Research 2014-029, 12 Pages, 2015/03
JAEA-Research-2014-029.pdf:1.89MB
炉心近傍に設置された中性子導管は、ガラス基板に含まれるホウ素と中性子の(n,
)反応や、
線による励起や電離作用等によって長期間の照射の後に損傷を生じる。本研究では、耐放射線性を有する中性子導管を開発するために、中性子導管を構成する中性子ミラー基板に関してアルミニウムにニッケルを電着した基板を用いて耐放射線性スーパーミラーを試作し、その表面粗さ及び平坦度をZYGO干渉計, X線反射率計及び中性子反射率計を用いて特性評価を行った。その結果、基板の表面粗さ0.2-0.3nm(rms)、m=3スーパーミラーで中性子反射率が76%の非常に高い性能を有していることを確認した。
波多江 仰紀; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S160 - S164, 2006/12
誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。液体フロン化合物を用いた位相共役鏡はレーザー平均出力145W(50Hz)の入力で95%以上の反射率を示した。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。初期実験ではJT-60に位相共役鏡を取り付けダブルパス散乱させた結果、散乱光を1.6倍に増加させることができた。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。また、散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化を行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みが効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える368W(7.4J
50Hz)に到達した。この結果からITERの周辺トムソン散乱用レーザーで必要とされる5J, 100Hzの出力を得る見通しがついた。これらを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステム、さらに高空間分解型LIDARトムソン散乱用レーザーシステムの設計・検討を行った。
丸山 龍治; 山崎 大; 海老澤 徹*; 日野 正裕*; 曽山 和彦
Physica B; Condensed Matter, 385-386(2), p.1256 - 1258, 2006/11
被引用回数：25 パーセンタイル：70.33(Physics, Condensed Matter)中性子スーパーミラーは、中性子ビームの輸送,収束に用いられる重要な中性子光学素子となっている。われわれはそのミラーを、密度が高く、結晶粒が小さい良質な膜が得られるイオンビームスパッタ装置を用いて開発してきた。また、多層膜の界面粗さを抑えるために、イオンポリッシュ法の研究も行ってきた。われわれは、実効臨界角の大きなスーパーミラーガイド及びベンダーの実現に向けて、新しく直径500mmの有効積層面積を持つイオンビームスパッタ装置を導入した。本発表では、その装置を用いて積層したスーパーミラーの性能及びスーパーミラーを用いた将来の中性子光学素子開発について議論する。
柏 吉忠*; 三枝 幹雄*; 高橋 幸司; 春日井 敦; 坂本 慶司
Fusion Engineering and Design, 81(19), p.2249 - 2256, 2006/09
被引用回数：4 パーセンタイル：30.64(Nuclear Science & Technology)磁化プラズマにおける高効率電子サイクトロン電流駆動には、特定の偏波をプラズマ中に入射する必要がある。その偏波を作るために格子状溝を有する反射板(偏波器)を使用する。ITER用偏波器は1MWミリ波の定常伝送が要求されており、その伝送性能を示す必要がある。本研究では、伝送時に生ずるオーミック損失を評価する計算コードを開発し、そのコードを用いて格子溝内外に流れる電流を計算し損失評価を行った。その結果、定性的に実験結果と一致することを明らかにした。
高橋 幸司; 小林 則幸*; 春日井 敦; 坂本 慶司
Fusion Engineering and Design, 81(1-7), p.281 - 287, 2006/02
被引用回数：5 パーセンタイル：36.24(Nuclear Science & Technology)ITER用EC H&CDアンテナは、8あるいは9のRFビーム束を可動ミラーで反射しプラズマに入射する。1ビームあたりのパワーは1MWで、ミラーの大きさは250360mm
、厚みは50mmである。中性子照射,プラズマ熱流束,RFビーム反射時の損失パワーを考慮すると、ピーク熱負荷は3.17MW/mである。このとき、プラズマ不純物等によるミラー表面の電気抵抗増加(4倍)を考慮している。この条件下における熱応力解析の結果、ミラー本体に銅合金、内部に設置する水冷却配管にステンレスを採用することで、構造成立性の見通しを得た。EC H&CDアンテナシステムとして、アンテナ後方に設置する真空窓や閉じ込め磁場を作る超伝導コイルの遮蔽性能が課せられる。その遮蔽を目的として、マイターベンドを用いてシステム内の伝送ラインを屈曲構造にする必要がある。今回、そのベンドミラーについて、ITER設計をもとにモックアップを製作し、大電力伝送実験を行った。ミラー表面は銅合金(厚み5mm)、それ以外はステンレス製である。パワー/パルス幅450kW/5.0secの伝送実験の結果、ベンドミラーでの損失は伝送パワーの0.2%となり、銅合金の電気抵抗2.010
mを考慮した計算とよく一致する結果となった。
森山 伸一; 梶原 健*; 高橋 幸司; 春日井 敦; 関 正美; 池田 佳隆; 藤井 常幸; JT-60チーム
Review of Scientific Instruments, 76(11), p.113504_1 - 113504_6, 2005/11
被引用回数：6 パーセンタイル：33.42(Instruments & Instrumentation)JT-60Uにおいて、電子サイクロトロン周波数帯(ECRF)での加熱・電流駆動実験を行うことを目的とするECRF装置用の新しいアンテナを設計製作した。プラズマにミリ波ビームを入射する際、旧型のアンテナでは1方向のみのスキャンが可能であったが、新アンテナはトロイダル,ポロイダルの両方向にビームスキャンが可能である。ポロイダルスキャンでは電流駆動の位置を制御し、トロイダルスキャンでは駆動電流の方向を制御することができるため、実験の自由度を飛躍的に向上させることができる。真空容器に支持された可動平面鏡と、真空容器外から支持された導波管先端に取り付けた回転式焦点鏡の組合せによって2次元のビームスキャンを可能にした。あえて二つの鏡を分離して支持することで、設計の自由度を確保し、非常に浅いポートの限られた空間(20cm54cm20cm)で、最大限のスキャン角度範囲を実現した。平面鏡は3mの長尺ドライブシャフトを介してサーボモーター駆動し、焦点鏡はエアシリンダーで駆動することで、JT-60Uの強磁場環境下での動作を可能にした。焦点鏡ベアリングに関する小改造を行って以降、3年間実験に使用して、信頼性の高い動作を実証した。電流分布制御をはじめとするECRF加熱・電流駆動実験に貢献している。
桐山 博光; 山川 考一; 影山 進人*; 宮島 博文*; 菅 博文*; 吉田 英次*; 中塚 正大*
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(10), p.7464 - 7471, 2005/10
被引用回数：2 パーセンタイル：9.28(Physics, Applied)高平均出力・高繰り返しチタンサファイアレーザーの小型化,高効率化を目的として半導体レーザー(LD)励起Nd:YAGレーザーMOPA(Master-Oscillator-Power-Amplifier)システムの開発を行った。本システムは、低い入力エネルギーで高いエネルギー抽出効率を達成するため、レーザービームが励起領域を6回通過できる多重パス増幅方式を採用している。高ビーム品質の増幅を行うためにジグザグスラブ型増幅器で、さらにファラデーローテーター及びSBS位相共役鏡を用いて、それぞれ熱複屈折効果と熱レンズ効果を保証できる構成としている。また、高い変換効率で第二高調波光を発生させるために、非線形光学定数の大きいKTP結晶を採用した。本システムの動作試験を1kHzの高繰り返しで行った。平均のLD入力パワー2.6kWにおいて362Wの高平均出力(1064-nm)を達成した。1500の増幅度並びに14%の光-光変換効率を得た。また、波長変換試験において222Wの入力パワーに対して132Wの高平均第二高調波出力光(532-nm)が60%の高い変換効率で得られた。
波多江 仰紀; 近藤 貴; 内藤 磨; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Proceedings of 12th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics (LAPD-12) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/09
JT-60の近年のトムソン散乱計測の開発研究について報告を行う。非協同トムソン散乱計測では、誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のYAGレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化も行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みを効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える368W(7.4J50Hz)に到達した。これを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステムの設計・検討を行った。また、JT-60では核燃焼プラズマのイオン温度や高速粒子の振る舞いを測定する炭酸ガスレーザを用いた協同トムソン散乱計測の開発を行っている。初期実験結果に基づきレーザーの縦モードの質,ヘテロダイン受信機の電気ノイズの低減,光軸調整の改善を進め、2005年冬から始まるJT-60実験では改善された計測装置で測定を行う予定である。
長壁 豊隆; 曽山 和彦
Review of Scientific Instruments, 76(7), p.073102_1 - 073102_5, 2005/07
被引用回数：4 パーセンタイル：25.5(Instruments & Instrumentation)中性子の集光は、試料が非常に小さくなってしまう極端条件下の実験において不可欠な手法となる。この論文では、三軸型中性子散乱装置で使用するための熱中性子集光デバイスの開発について報告する。開発した集光デバイスは全長400mmのコンパクトなもので、三軸分光器の第二コリメーターと試料の間に設置され、焦点距離はデバイス下端から150mmとなる。デバイスは円形状の3m仕様NiC/Ti製スーパーミラーを全18枚持ち、各円形状ミラーの延長は試料位置に一致する。中性子は各ミラーの内面を等角度で連続的に反射され、焦点位置、つまり試料位置に到達する。実際の集光試験の結果から、30.5meV以下の中性子ビームに対して試料位置で2倍以上のゲインがあることがわかった。
高橋 幸司; 小林 則幸*; 春日井 敦; 坂本 慶司
Journal of Physics; Conference Series, 25, p.75 - 83, 2005/00
ITER水平ポートランチャーの構成機器、例えば、可動ミラー,導波管伝送系,ダイヤモンド窓の開発における最近の進展について報告する。可動ミラー開発では設計・解析を中心に、冷却水供給用のスパイラル配管の繰り返し応力試験等も実施し、現実的な可動ミラー系の構造を確立した。ダイヤモンド窓開発では、窓表面あるいは内部において発生する可能性があるクラックと、冷却している窓周辺までの到達を仮定したときに起こり得る冷却水漏洩を防止することを目的として、周辺部に銅コーティングした窓を開発し、1MW級相当の大電力実験を行った。その結果、温度上昇は従来窓と比べて大きな変化は無く、コーティング部には問題となり得る熱応力も発生しないことを実証し、銅コーティングによりダイヤモンド窓の安全性が向上することを明らかにした。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*
プラズマ・核融合学会誌, 80(10), p.870 - 882, 2004/10
高性能の誘導ブリルアン散乱(SBS)位相共役鏡を、初めてJT-60のトムソン散乱計測システムへ応用し測定性能の改善を図った。SBS位相共役鏡は一般の全反射鏡と異なり精密な光学調整を必要とせず、比較的簡単な位置合わせを行うだけで反射光が入射光と全く同じ光路を逆進する。この性質を利用し、プラズマ中でレーザー光を往復させ散乱光量を約2倍にするダブルパストムソン散乱測定法を開発した。初期実験では1.6倍の散乱光を観測し、この測定手法の有効性を確認した。さらに、この手法を発展させ、レーザー光を何度も往復させ散乱光を数倍以上発生させるマルチパストムソン散乱法も新たに提案した。一方、既存のYAGレーザーに組み込むことにより、レーザー増幅器で誘起される波面の乱れを補正しダブルパス増幅を行った結果、YAGレーザーの性能は[エネルギー:1.5J,繰り返し:30Hz,平均出力:45W]から[7.4J, 50Hz, 368W]となり、著しくレーザー性能を向上することができた。将来展望として、このレーザーシステムをITERのトムソン散乱計測へ応用することについて考察した。
杉江 達夫; 河西 敏; 谷口 正樹; 永津 雅章*; 西谷 健夫
Journal of Nuclear Materials, 329-333(2), p.1481 - 1485, 2004/08
被引用回数：30 パーセンタイル：85.88(Materials Science, Multidisciplinary)ITERのダイバータ領域に生成されるプラズマの温度は数十eV程度であり比較的温度が低い。そのダイバータに近接して、計測用ミラーが設置される。低エネルギー粒子の衝突により、反射率などの性能がどの程度劣化するか調べる必要がある。ここでは、SLEIS(Super Low Energy Ion Source with High Ion Flux)装置を使いモリブデンとタングステンミラーに対してエネルギー67eVから80eVの重水素イオンで照射し、反射率等の変化を調べた。焼結法で生成した場合に生じる表面の小さな穴を電子ビームで表面を溶融することにより消滅させたミラーは、照射前はその反射率は焼結のみで生成したものよりも高かったが、照射量に対して反射率が急速に低下した。ブリスタリングによるものと考えられる。それに対して、焼結のみで作ったモリブデン及びタングステンミラーは照射量に対する反射率の低下は少なく、照射量が1.310
m
のところで10%程度の低下であった。講演では、これらのミラーのITERへの適用の可能性について述べる。また、ダイバータ板等のエロージョンの結果生ずる粒子がミラーへ付着する問題と、その防止対策についても議論する。
田村 格良; 鈴木 正年; 羽沢 知也; 盛合 敦; 堀 直彦; 笹島 文雄; 曽山 和彦
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.234 - 237, 2004/08
被引用回数：4 パーセンタイル：30.85(Instruments & Instrumentation)JRR-3熱中性子導管のNiミラーからNi/Tiスーパーミラーへの改良を行った。その際、スーパーミラーに改良した中性子導管により導かれた中性子ビームの特性試験を行った。2003年の3月に中性子導管末端での中性子の強度は金箔を用いた放射化量を測定することにより求めた。その結果、熱中性子導管末端で以前より6倍の強度になっていることを確かめた。また、熱中性子導管の末端での中性子ビームのスペクトルはTOF測定法を用いて測定した。改良に伴い中性子ビームの波長範囲が広がり、特に改良前に中性子導管の曲率による特性で輸送できなかった短波長の中性子ビームが観測されることとなった。熱中性子導管により導かれた中性子ビームの性能評価の目的のために、McStasを用いたモンテカルロシミュレーションを行った。スーパーミラーの特性は使用している中性子導管の測定値を使用することと実際の設置誤差を入力することにより実際の条件に近い計算を行い、熱中性子導管の計算値と実験値の比較を行った。計算によって得られた値は実験値を再現することを明らかにした。このことにより、TOF測定法を用いることができない中性子ビームポートの中性子スペクトル評価を行うことが可能となった。
-Qc supermirror by ion polishing曽山 和彦; 角田 治彦*; 村上 勝彦*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.73 - 77, 2004/08
被引用回数：5 パーセンタイル：36.35(Instruments & Instrumentation)イオンポリッシュ法をNi/Ti多層膜スーパーミラーに適用し、高反射率化に成功した。実験は、イオンポリッシュ条件として、Ar
イオンの照射時間,加速電圧,イオン入射角度を最適化した。これに基づき、3Qcスーパーミラー(407層)についてNi層のみにイオンポリッシュ法を適用したところ、臨界角での中性子反射率を80%から90%に増加させることができた。
三枝 幹雄*; 高橋 幸司; 大石 晋平*; 柏 吉忠*; 星 勇希*; 小林 憂樹*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 今井 剛
Proceedings of IAEA TM on ECRH Physics and Technology for ITER (CD-ROM), 7 Pages, 2003/00
最適な電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を行うためには、プラズマの磁力線に対して斜めにかつ楕円偏波でEC波を入射する必要がある。新たに開発した必要な偏波を作り出すことのできる深溝型偏波器の大電力試験を行い、伝送損失を実験的に評価した。その結果、伝送損失が偏波器の回転角度に対して依存性を持つことがわかり、また、最大で0.8%の損失が生じることが明らかになった。さらに、偏波器の最適設計を行うために開発した計算コードにより評価した損失の回転角度依存性は、実験結果と定性的によく一致した。
滝塚 知典; 北條 仁士*; 羽鳥 尹承*
プラズマ・核融合学会誌, 78(9), p.857 - 912, 2002/09
磁場閉じ込めプラズマ中の磁力線に沿った輸送について概説する。無衝突及び衝突拡散的輸送について比較する。その速い輸送のために、磁力線方向のプラズマの性質は非局所的に振る舞いやすい。トカマク中のスクレイプオフ層とダイバータプラズマの非局所的現象の一つを紹介する。その磁力線方向に形成される非対称性はスクレイプ層の電流に関連する熱電不安定性に起因する。MARFEと呼ばれる局所的な現象は強い放射冷却により作られる。磁力線方向に非局所的で磁力線垂直方向に局所的構造を持つスネークはトカマクの中心プラズマに生じている。ミラープラズマにおけるミラー端からの軸方向損失について紹介する。特にピチ角散乱によるロスコーンへの落下及び磁気モーメント断熱性の破れによる損失が非局所的な軸方向輸送に関連することを述べる。
宇留賀 朋哉*; 谷田 肇*; 米田 安宏; 竹下 邦一*; 後藤 俊治*; 石川 哲也*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 467-468(Part1), p.782 - 784, 2001/07
被引用回数：8 パーセンタイル：52.3(Instruments & Instrumentation)SPring-8は多くの光学素子の標準化をはかっているが、偏向電磁石ビームラインの全反射ミラーもそのひとつである。ミラーの立ち上げビームラインとなったBL01B1における性能チェックの結果、設計どおりの並行性のミラーとなっていた。このミラーは後に、原研ビームライン,Bl14B1にもインストールされることになる。
Bin, C.; 曽山 和彦
JAERI-Conf 2001-002, p.592 - 599, 2001/03
多層膜スーパーミラーからの非鏡面反射の解析を行った。多層膜は、薄膜面内及び多層膜の面間の粗さ成分の相関に伴う散漫散乱を起こす。この成分は、多層膜スーパーミラーを微小領域への集束装置として応用する際の性能劣化の原因となる。本手法は、基本的に単層膜に対してSinhaらが適用したDWBA近似法を使用し、これに多層膜間での干渉を考慮した。この結果、界面粗さ
、粗さの相関距離
、粗さの指数hを元にした相関関数をパラメータとすることにより、界面粗さ、多層膜間の相関を減少させることによって、散漫散乱を低減できることがわかった。
曽山 和彦; 村上 勝彦*
JAERI-Conf 2001-002, p.551 - 556, 2001/03
極短周期(周期長2630
)のNi/Ti及びNi/Mn多層膜の各界面にアルゴンイオンビームを照射し、600層の全膜層にわたって界面粗さを34 rmsに低減することに初めて成功した。本手法はイオンビームスパッタリング法によって成膜した多層膜の各膜ごとに、入射角10度、照射時間69秒(Niの場合)、加速電圧100Vの最適化した条件で照射することにより、表面層の結合力の弱い原子のみを弾き飛ばし、界面粗さを低減するものである。これによって、従来、7程度であった界面粗さを約3Å程度に減少させることができ、中性子多層膜ミラーの中性子反射性能を飛躍的に向上させることができた。本手法で作成した多層膜ミラーは、高性能スーパーミラー及びモノクロメータとして用いられるだけでなく、高強度マイクロビーム集束装置、ドップラーシターに応用した超冷中性子発生装置など、さまざまな応用の可能性を有している。
