Design and optimization of a proton source extraction system for the JAEA-ADS linac

Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 田村 潤; 前川 藤夫; 明午 伸一郎

Proceedings of 14th International Particle Accelerator Conference (IPAC 23) (Internet), p.1591 - 1593, 2023/05

https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2023-TUPA121

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、加速器駆動システム(ADS)の開発のため、ビーム出力が30MWとなる連続波(cw)超伝導陽子線形加速器(リニアック)を設計している。JAEA-ADSリニアックのイオン源は、エネルギーが35keV、正規化されたrmsエミッタンスが0.1 mm mrad未満で、20mAを超える陽子ビームを提供する必要がある。イオン源におけるビーム引出し部がビーム特性と品質を決定するため、目標の達成のためAXCEL-INP 2-Dシミュレーションプログラムを使用して、引き出し部の設計における幾何形状に関して最適化した。本報告は、イオン源引き出し部の設計について説明し、JAEA-ADSリニアックの陽子イオン源に関するビームダイナミクスを最初の結果として報告する。

Characteristics of a low energy and high flux compact plasma source and preliminary results in studying surface modification of tungsten irradiated by the source

Luo, G.; 洲 亘; 中村 博文; 大平 茂; 林 巧; 西 正孝

JAERI-Tech 2004-031, 27 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-031.pdf:2.88MB

トカマクのプラズマ-表面相互作用を模擬する小型プラズマ源装置を製作した。この装置は、小型(全長1m)であるにもかかわらず、ITERダイバータの周辺プラズマに相当する低エネルギー(100eV以下)・高フラックス(約10/m/s)のプラズマビームを生成できる特徴を持つ装置である。本報告では、本装置の構成と特性、具体的にはフィラメント,アーク放電,磁場,バイアスなどによるプラズマビームへの影響について説明する。また、タングステンを試料として行った予備的な照射試験の結果についても報告する。焼結後熱圧延したタングステン試料片(0.1mm厚)に重水素イオンフラックス210110/m/s,フルエンス410110/m,エネルギー100eV前後のプラズマビームを照射させ、110/m以上のフルエンスで試料表面にブリスタの発生を観測した。

Localized-impact damage caused by proton bombarding in mercury target

二川 正敏; 粉川 広行; 石倉 修一*; 工藤 久明*; 祖山 均*

Journal de Physique, IV, 110, p.583 - 588, 2003/09

高出力核破砕中性子源として開発が進められている液体水銀ターゲットには、陽子線入射時に生じる圧力波の伝播過程でキャビテーションが発生する。キャビテーションが壁面近傍で発生すれば、容器壁面はマイクロ衝撃による壊食損傷を受ける。損傷低減には、容器壁面の表面硬化処理が期待される。そこで、SHPB衝撃負荷装置により、ターゲット内で生じると予測される圧縮波相当を水銀中に入射し、CrN,TiN被覆処理材及び浸炭処理Kol材について損傷評価実験を行った。その結果、損傷の程度は、局所衝撃荷重に対応した硬度と良い相関を示した。

Water flow experiments and analyses on the cross-flow type mercury target with perforated plates

羽賀 勝洋; 木下 秀孝; 神永 雅紀; 日野 竜太郎; 田川 久人*; 久木田 豊*

Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11) (CD-ROM), 8 Pages, 2003/04

大強度陽子加速器計画で建設される物質・生命科学実験施設の核破砕ターゲットとして、陽子ビームの入射方向に対して直交する方向に水銀が流れるクロスフロー型ターゲット構造を検討してきた。本報告では合理化設計の一環として、内部構造をより簡素化し、製作性の向上と製作コストの低減を目指した多孔板を用いる方式について、その有効性を非加熱の水流動実験及び解析により検討した。多孔板を有するクロスフロー型水銀ターゲットの実規模アクリルモデルを製作し、PIV(Particle Image Velocimetry)法を用いてモデル内の水流速分布を測定するとともに、流動解析を行い実験値と比較した。その結果、多孔板によりクロスフロー型の流れが実現できること、また、解析モデルは冷却に特に重要となる陽子ビーム照射領域での流れパターンを良く再現できることがわかった。

セシウム添加型負イオン源におけるプラズマ電極材質の違いが負イオン生成に与える影響

清水 崇司; 森下 卓俊; 柏木 美恵子; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 和田 元*; 今井 剛

JAERI-Tech 2003-006, 26 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-006.pdf:1.12MB

セシウム添加型負イオン源におけるプラズマ電極の材質の違いが、負イオン生成効率に与える影響について実験的に調べた。本研究においては、金,銀,銅,ニッケル,モリブデンの5種の電極について調べた。実験では、プラズマ電極がフィラメント陰極材によって覆われることを防ぐために、2.45GHzのマイクロ波イオン源を用い、各電極において仕事関数と負イオン電流の相関性を測定した。その結果、得られる負イオン電流量は、その時の電極の仕事関数によって一意的に決まり、電極材質そのものには無関係であることが明らかになった。つまり、電極材質の違いが仕事関数の違いをもたらし、仕事関数の違いによって負イオン生成量が変わることがわかった。用いた材質の中では、金が最も低い仕事関数1.42eVを示し、負イオン生成効率も20.7mA/kWの高い値を示した。この値は、従来から電極として用いられている銅やモリブデンより30%高い値であった。さらに、セシウムとタングステンを同時堆積させた場合には、24.6mA/kWと最も高い効率を得た。

Optimization of plasma grid material in cesium-seeded volume negative-ion sources

柏木 美恵子; 森下 卓俊; 奥村 義和; 谷口 正樹; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; Krylov, A.*

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.964 - 966, 2002/02

https://doi.org/10.1063/1.1428419

中性粒子入射装置の負イオン源において、セシウム(Cs)を添加することで負イオン電流密度が増加する。そのときプラズマ電極表面の仕事関数が下がり、電極表面での負イオン生成が促進されることがわかっている。負イオン生成効率をあげるためには、より低仕事関数電極を用いることが重要である。そこで、フィラメントフリーのマイクロ波水素プラズマ源を用い、Cs添加時における9種類の金属の表面状態を調べた。表面状態の観察にはArレーザー(488nm)を用い、これを電極表面に照射したときの光電子電流を測定した。仕事関数が低いとき、より高い光電子電流が得られる。その結果、金、銀、ニッケルで光電子電流が最も高く、仕事関数が低いことがわかった。フィラメント材料であるタングステンはその67%、従来の電極材料であるモリブデンはその17%となった。この結果から、従来よりもさらに負イオン電流の増加が期待できる低仕事関数の電極の見通しを得た。

表面汚染検査計の校正に使用する線面線源の均一性の評価

木内 伸幸; 大石 哲也; 吉田 真

Radioisotopes, 50(5), p.183 - 189, 2001/05

https://doi.org/10.3769/radioisotopes.50.183

線源作製方法の異なる線面線源の均一性について検討した。面線源として、ポリマー線源、陽極酸化アルミニウム線源、滴下線源及びイオン交換線源の4種類を選択した。均一性の評価において、イメージングプレートと比例計数管を用い表面放出率の変動係数を測定した。その結果、ポリマー線源やイオン交換膜線源が均一性に優れていた。また、均一性を評価するために設定される評価対象領域(ROI)の面積や点数について考察した。

Neutronic studies of bare targets for JAERI 5MW pulsed spallation neutron source

勅使河原 誠*; 渡辺 昇*; 高田 弘; 中島 宏; 永尾 忠司*; 大山 幸夫; 小迫 和明*

JAERI-Research 99-010, 16 Pages, 1999/02

JAERI-Research-99-010.pdf:0.86MB

原研中性子科学研究計画で次世代短パルス核破砕中性子源の建設を目指しており、その第一歩として裸のターゲットから漏洩する中性子に関するニュートロニクス計算(ターゲット形状やターゲット材料等による)を行った。円筒形のターゲットに比べ扁平ターゲットは遙かに高い漏洩中性子束をモデレータに供給することができること、水銀ターゲットは鉛・ビスマスとも融体ターゲットに比べ高い漏洩中性子強度を与えることなどが明らかとなった。また、どの様なターゲットの形状が高い中性子強度を与えるのかなどに関して重要な知見を得た。しかしながら、正確に中性子性能を評価するためにターゲット・モデレータ・反射体系を含めた計算は不可避である。また、冷モデレータにおける核発熱の情報を得るために、ターゲットに近接(ターゲット表面から2cm)して置かれた軽水の核発熱分布を求めた。

原研高崎TIARA-ISOLによる研究の現状

関根 俊明; 小泉 光生; 長 明彦*; 市川 進一

KURRI-TR-377, 0, p.19 - 21, 1993/04

高崎研イオン照射研究施設(TIARA)に設置したオンライン同位体分離器(ISOL)は、安定同位体を用いた調整を経てオンライン実験が可能になっている。これまでにMeVのArビームとMoターゲットとの反応により、質量数126~132のPr,La,Ce等のアイソトープを表面電離型イオン源を用いて同位体分離した。質量数127では、半減期105秒で減衰する新しい線を見出した。この線は新核種Prに帰属する可能性が高く、更に感度を高めた実験により確認する。その他、ISOL用レーザーイオン源の開発、RI注入によるメスバウア分光の状況についても報告する。

Construction of the JAERI AVF cyclotron

荒川 和夫; 中村 義輝; 横田 渉; 福田 光宏; 神谷 富裕; 上松 敬; 奈良 孝幸; 林 義弘*; 石堀 郁夫; 田中 隆一; et al.

Proc. of the 4th China-Japan Joint Symp. on Accelerators for Nuclear Science and Their Applications, p.173 - 175, 1991/00

放射線高度利用研究を推進するための中核となるAVFサイクロトロンの建設が順調に進められている。1987年に製作がスタートしてから、これまでに主電磁石の磁場分布の測定及びRFシステムの特性を調べるための試験が行われた。ECRイオン源についても予備試験において規定のビーム電流の生成が確認された。本報告では、設計性能確認のための予備試験結果とともに、サイクロトロンシステム全体の概要について述べる。