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報告書

第34回「タンデム加速器及びその周辺技術の研究会」報告集

株本 裕史; 中川 創平; 松田 誠

JAEA-Conf 2022-002, 146 Pages, 2023/03

JAEA-Conf-2022-002.pdf:9.89MB

第34回「タンデム加速器及びその周辺技術の研究会」は、令和4(2022)年7月21日(木)$$sim$$22日(金)の2日間に亘り日本原子力研究開発機構原子力科学研究所により開催された。新型コロナウイルスの感染拡大防止の対応からオンライン形式とした。本研究会は、タンデム加速器を中心とした静電加速器施設を運営あるいは利用する研究者・技術者の現場レベルからの話題提供を通じて、参加者相互の情報交換を図り、関連研究の発展や施設管理に資することを目的として行われている。本研究会へは26の大学、研究機関および産業界から約100名の関係者が参加した。発表件数は25件で、各施設の現状報告や加速器の技術開発、応用研究等について報告が行われた。また、今回はオンライン開催のためにポスター発表は行わず、口頭発表のみとした。本報告集は、これらの発表内容をまとめたものである。

論文

Prolongation of a filament lifetime by using SF$$_{6}$$ plasma method

大越 清紀; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 酒井 卓郎; 田島 訓

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.1174 - 1176, 2000/02

https://doi.org/10.1063/1.1150419
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Instruments & Instrumentation)

フリーマンイオン源は、フィラメントがプラズマ中に設置されているため消耗が激しく、寿命が短いという問題があった。われわれは高融点物質のイオン化のためのSF$$_{6}$$プラズマ法を応用して、フィラメントの長寿命化技術を開発した。SF$$_{6}$$ガスでプラズマを生成するとフィラメントが太くなる現象が起きるため、この付着物を分析したところプラズマ室構造材のモリブデンであることがわかった。このことからプラズマ生成用ガスにSF$$_{6}$$とArの混合ガスを使用し、SF$$_{6}$$プラズマによる付着量とArプラズマによる消耗量をバランスさせることで、フィラメントの寿命を飛躍的に延ばすことに成功した。これまで行っていた従来法(Arプラズマ)でNbイオンを5$$mu$$A発生されると寿命は約6時間であったが、今回開発した方法ではNbイオンを10$$mu$$A発生させて約86時間運転しても、ほとんどフィラメントの消耗はなかった。

論文

10GHz MINI-ECRの開発と12GHz MINI-ECR IIの設計

齋藤 勇一; 横田 渉; 大越 清紀

KEK Proceedings 99-22, p.1 - 16, 2000/01

TIARAでは1994年より、静電加速器用の小型で低消費電力のECRイオン源の開発を進めている。MINI-ECRではすべての磁石に永久磁石を採用したECRイオン源で、トランジスタアンプで発生した10GHzのマイクロ波で動作する。独自な形状の電極を用いたバイアスプローブ法で価数の向上とビーム電流の増大に成功し、1$$mu$$A近いAr$$^{9+}$$を得ている。さらに、ECRイオン源でSF$$_{6}$$プラズマ法を使用した高融点金属イオンの生成技術も確立した。現在、400kVイオン注入器に搭載され、MeVイオン注入の実現に向けてビーム加速テストが行われている。MINI-ECR IIは12GHzで動作するため、磁場をさらに強くするように永久磁石の配置に新たな工夫をした。現在は、試験運転の準備を進めているところである。講演では、静電加速器用小型ECRイオン源に特有な技術、MINI-ECRの特徴と到達性能及びMINI-ECR IIの設計磁場の特徴を報告する。

報告書

Experimental study on the influence of radiation on high-voltage insulation gases

藤原 幸雄; 井上 多加志; 宮本 賢治; 宮本 直樹*; 小原 祥裕; 奥村 義和; 渡邊 和弘

JAERI-Research 99-071, p.33 - 0, 1999/12

JAERI-Research-99-071.pdf:1.18MB

国際熱核融合実験炉(ITER)用中性子入射装置(NBI)の工学設計を行うため、$$^{60}$$Co$$gamma$$線を用いた各種絶縁ガス(空気,SF$$_{6}$$,C$$_{2}$$F$$_{6}$$,CO$$_{2}$$,空気とSF$$_{6}$$の混合ガス)に対する照射実験を行った。実験から、飽和電流はギャップ長、ガス圧、吸収線量率ならびにガス分子量に比例することが明らかとなった。耐電圧性能は、$$gamma$$線照射により10%程度低下するものの、その程度は吸収線量率に依存しなかった。質量分析器を用いてSF$$_{6}$$ガスの分解生成物を調べたところ、未照射の場合には存在しなかったピークが、m/e=48,64,67,83,86,102,105のところに確認された。また、分解生成物量は吸収線量が高くなるにつれて飽和する傾向があることがわかった。

論文

SF$$_{6}$$プラズマを用いた新しいイオン生成法

大越 清紀; 齋藤 勇一; 田島 訓

化学と工業, 52(11), p.1409 - 1412, 1999/11

フリーマンイオン源で高融点物質のニオブ(Nb)、ボロン(B)及びシリコン(Si)等を容易にイオン化するために、化学的に安定なSF$$_{6}$$ガスと固体試料を用いた新しいイオン生成法を開発した。高融点物質の多くはフッ化物になると蒸気圧が上昇する。例えばBの蒸気圧は常温ではほとんどゼロであるが、BF$$_{3}$$になると10$$^{5}$$Pa以上になる。SF$$_{6}$$プラズマ法はプラズマ生成室内に固体試料を置き、SF$$_{6}$$プラズマにより固体試料のフッ化物を生成し、そのプラズマを得るものである。これにより得られたNb,B及びSiのイオンビーム強度は、従来法(Arプラズマ)と比較するとそれぞれ200倍、13倍及び7倍であった。このようにSF$$_{6}$$プラズマ法は高融点物質を効率良くイオン化し、大強度のビームを提供することを可能にした。

報告書

狭域野外拡散試験データ(筑波90)

林 隆; 茅野 政道; 山澤 弘実; 森内 茂; 石川 裕彦*; 安達 隆史*; 小島 啓美*

JAERI-Data/Code 99-037, 318 Pages, 1999/08

JAERI-Data-Code-99-037.pdf:13.89MB

このデータは特別会計受託事業「環境放射能拡散評価安全性実証試験」のうち、1990年11月8日~15日までの8日間にわたり筑波山周辺において実施された狭域野外拡散試験での取得データである。データ内容はトレーサガス濃度、その放出量、実験時の気象データである。

報告書

狭域野外拡散試験データ(筑波89)

林 隆; 茅野 政道; 山澤 弘実; 森内 茂*; 石川 裕彦*; 安達 隆史*; 小島 啓美*

JAERI-Data/Code 99-036, 322 Pages, 1999/08

JAERI-Data-Code-99-036.pdf:14.37MB

このデータは特別会計受託事業「環境放射能拡散評価安全性実証試験」のうち、1989年11月13日~20日までの8日間にわたり筑波山周辺において実施された狭域野外拡散試験での取得データである。データ内容はトレーサガス濃度、その放出量、実験時の気象データである。

論文

Production of multiply charged metallic ions by compact electron cyclotron resonance ion source with SF$$_{6}$$ plasma

齋藤 勇一; 大越 清紀; 横田 渉

Review of Scientific Instruments, 69(2), p.703 - 705, 1998/02

https://doi.org/10.1063/1.1148569
 被引用回数：6 パーセンタイル：49.2(Instruments & Instrumentation)

多価用ECRイオン源でSF$$_{6}$$プラズマを用い高融点物質をイオン化する新しい方法を開発した。これにより、B,Nb,Mo,Ta,Wの各多価イオンを$$mu$$Aのオーダーで得ることに成功した。この方法は、SF$$_{6}$$プラズマ中のフッ素イオンと上記試料との反応により、試料のフッ化物を生成し蒸気圧を高めさせることにより、気化させ試料イオンを得るものである。安定なSF$$_{6}$$ガスを用いることにより、フッ素ガスがイオン源構造物を浸食するのを防ぎ、長時間の安定運転を可能にした。

論文

Radiation analysis of the ITER neutral beam system

井上 多加志; 柴田 圭一郎*; E.DiPietro*; 藤原 幸雄; R.S.Hemsworth*; E.Hodgson*; 飯田 浩正; A.Krylov*; P.L.Mondino*; 奥村 義和; et al.

Fusion Technology 1998, 1, p.411 - 414, 1998/00

ITER EDA開始当初から中性粒子ビーム(NB)システムの放射線解析を行い、適当な遮蔽を組み込んで設計を行ってきた。その結果、(1)超伝導コイルに与える熱負荷は設計許容値以下、(2)クライオスタット内の炉停止後線量は300$$mu$$Sv/h程度であり、緊急時には人のアクセスも可能、(3)絶縁材・永久磁石等機能材料の機械・電気・磁気特性劣化はITERの寿命中には起こらない、ことが判明した。現ITER NBシステム設計の問題点の1つは、高電位(1MV)上におかれるイオン源と加速器を絶縁するガス中に流れる放射線誘導電流(RIC)である。放射線解析の結果、イオン源・加速器周囲の絶縁ガス中で約100kW、高電位給電管中で10kW程度のパワーロスがあることが明らかになった。この結果から、イオン源・加速器周囲の電気絶縁を真空絶縁方式とすること、また給電管中のガスを循環冷却することを提案する。

論文

小型ECRイオン源によるSF$$_{6}$$プラズマを用いた金属イオン生成

齋藤 勇一; 大越 清紀; 横田 渉

第8回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム, p.27 - 30, 1997/00

イオン源において、高融点金属をフッ化し蒸気圧を上げることにより、その金属を含む蒸気をプラズマ中に導入する方法を開発した。試料をフッ化及びイオン化させるためのプラズマをSF$$_{6}$$で生成することにより長時間安定な運転に成功した。本方法はプラズマからイオンを引き出すタイプのイオン源に広く応用することができ、これにより容易に金属イオンが得られる。

論文

Mechanism of soft X-ray stimulated etching reaction in the SF$$_{6}$$/SiO$$_{2}$$ system

関口-池浦 広美*; 関口 哲弘; 田中 健一郎*

Atomic Collision Research in Japan Progress Report,Vol. 21, 0, p.104 - 105, 1996/00

液体窒素温度に冷却したSiO$$_{2}$$基板表面上にSF$$_{6}$$を吸着した系において、Si$$_{2p}$$近傍の放射光を照射し、生ずる反応生成物の検出から、F原子だけではなくS原子をも含む活性種もエッチング反応に対して重要な役割を持つことが見い出された。又、表面反応層についての知見を得るため、光電分光法(XPS)を用いてSi$$_{2p}$$ピークのシフトの照射時間依存性を測定した。その結果、反応の初期段階において、SiO$$_{2}$$層が段階的にフッ素化されていることが見出された。以上の結果から、内殻励起エッチング反応機構について考察した。

論文

Secondary reaction of Ps in the positron spur

平出 哲也; O.E.Mogensen*

Hyperfine Interactions, 84(1), p.491 - 498, 1994/00

https://doi.org/10.1007/BF02060699
 被引用回数：7 パーセンタイル：48.81(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

ポジトロンの寿命スペクトルは主に液相において3つの寿命成分によって解析が行われている。しかし、ヘキサンやベンゼン中の寿命は3成分での解析が困難である。そのため第4の成分を導入し解析した例がいくつかある。我々は今回初めてこの第4の成分におよぼす種々の電子捕捉剤の影響を調べ、この第4の成分の形成メカニズム、スパー内における反応等において新しいモデルを提唱した。

論文

Positron reactions with SF$$_{6}$$ in hexane studied by measurements of the Doppler broadening of the annihilation line

O.E.Mogensen*; 平出 哲也

J. Phys. IV, 3(C4), p.17 - 27, 1993/09

ポジトロンとSF$$_{6}$$の反応を消滅$$gamma$$線のドップラー広がりの新しい解析法により研究を行った。この反応に関する定量的な研究は今までSF$$_{6}$$の高い蒸気圧のため行うことが出来なかったが、ドップラー広がりに今でま角度相関法で行われていたような定量的解析法を導入することによって初めて明らかになった。

論文

SF$$_{6}$$凝縮層のHeガス排気特性とJT-60NBI用クライオソープションポンプへの応用

柴沼 清; 大楽 正幸

核融合研究, 66(6), p.682 - 699, 1991/12

https://doi.org/10.1585/jspf1958.66.682

水素ガス排気用JT-60NBIクライオポンプを改造し、ヘリウムガス排気用大容量クライオソープションポンプを開発するために、まず、ヘリウムガスの吸着媒としてSF$$_{6}$$ガス凝縮層を使用した小型クライオソープションポンプを用いて、ヘリウムガス排気に関する基礎特性の取得を行った。次に、これらの実験結果を基に、NBIクライオソープションポンプを構成する6個のモジュール各々について、各モジュール前面の圧力を考慮して各排気面のヘリウムガスに対する有効吸着係数を決定し、モンテカルロ法にてNBI真空容器内の圧力を求めるための計算を行った。その結果、解析結果は実験結果と比較的良い一致を示した。これにより、ヘリウム排気用大容量クライオソープションポンプを開発するためのヘリウムガスに対する排気特性評価手法を確立することができた。

報告書

SF$$_{6}$$凝縮層を用いたJT-60NBIクライオポンプでのヘリウム排気試験

菊地 勝美*; 秋野 昇; 飯田 一広*; 大内 章寿*; 大内 豊; 小原 祥裕; 国枝 俊介; 栗山 正明; 柴沼 清; 関 昌弘; et al.

JAERI-M 90-056, 19 Pages, 1990/03

JAERI-M-90-056.pdf:0.72MB

JT-60NBI加熱装置において長パルスヘリウムビーム実験を行う際、大容量のヘリウムガス排気ポンプが必要となった。この大容量のヘリウム排気ポンプとして、原研で独自に開発を行っているSF$$_{6}$$凝縮層を吸着媒とするクライオソープションポンプを採用し、既存の水素排気用JT-60NBIクライオポンプを小改造することによりJT-60への長パルスヘリウムビーム入射を可能とした。ヘリウムガスに対する排気速度は約800m$$^{3}$$/secに達した。また本クライオソープションポンプはビーム入射中でも正常に作動することが確認された。

論文

SF$$_{6}$$ガス凝縮層を用いたJT-60NBI用大容量クライオソープションポンプによるHe排気

柴沼 清; 秋野 昇; 大楽 正幸; 蛭田 和治; 飯田 一広*; 菊池 勝美*; 国枝 俊介; 栗山 正明; 松岡 守; 野本 弘樹*; et al.

真空, 33(3), p.308 - 310, 1990/00

https://doi.org/10.3131/jvsj.33.307

核融合実験炉のD-T燃焼時に発生するHe灰の輸送、排気をより、現実的に模擬するためには、粒子入射加熱装置(NBI)を用いてプラズマ中心へ長パルスHeビームを入射することが最も有効である。そのためには、Heガス排気用大容量真空排気ポンプの開発が必要となり、既存のH$$_{2}$$ガス排気用JT-60NBIクライオポンプ1基を改造し、Heガスの吸着媒にSF$$_{6}$$ガス凝縮層を用いたHeガス排気用クライオソープションポンプとした。Heガスに対する排気速度の試験を行なった結果、世界最大値である800m$$^{3}$$/sを達成した。さらに、JT-60プラズマへのHeビーム入射試験において、Heガスの安定な排気が行われ、JT-60の実験目的であるHe灰の挙動を調べるための実験が正常に行われた。

論文

A Compact high voltage isolation transformer for the 350kV injector of the JAERI tandem accelerator

峰原 英介

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 249, p.137 - 140, 1986/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(86)90661-3
 被引用回数：1 パーセンタイル：41.14(Instruments & Instrumentation)

原研タンデム加速器入射器の電力を供給する為、大きな振動を発生する事等で問題が多かった従来のMG方式をやめ、新開発の小型高電圧絶縁変圧器を導入した。これはエポキシとSF$$_{6}$$ガスの組み合せで高電圧に耐えられる様に設計されている。電力の供給はポリエチレン同軸ケーブルを用いている。変圧器の絶縁レベルは500kV、供給電力は58A/200V、3相である。この新しい電力供給方式はMG方式と異なり、振動等を全く発生せず、作業者及び入射器周辺の機器にとって理想的な環境を実現させた。

報告書

原研タンデム加速器のSF$$_{6}$$ガス中に含まれる不純物

峰原 英介; 田島 訓; 荒川 和夫

JAERI-M 84-004, 18 Pages, 1984/02

JAERI-M-84-004.pdf:0.64MB

原研タンデム加速器で4年間使用されたSF$$_{6}$$ガスをガスクロマトグラフ法、生物学的毒性試験法、質量分析法を用いて分析した。又、ガス中の油分、酸分、水分を測定した。このガスはガスクロマトグラフ法の分析から約99.8%のSF$$_{6}$$と約0.2%の空気から成ることが判明した。この空気はガス回収時に貯蔵タンクに蓄積されたものと考えられる。このガスの質量分析からS$$_{2}$$F$$_{1}$$$$_{0}$$の濃度の上限値は8ppmであり、SF$$_{5}$$が、この分子式で存在するとしてもイオン化効率曲線の分析から極めて微量であることがわかった。ニ十日ネズミを使った毒性試験の結果から毒性物質の上限値はS$$_{2}$$F$$_{1}$$$$_{0}$$換算で1.3ppmでしかない。従ってこのガス中にはS$$_{2}$$F$$_{1}$$$$_{0}$$はほとんど存在しないと考えられる。

論文

Laser-induced thermal diffusion

有澤 孝; 加藤 政明; 成瀬 雄二

Chemical Physics Letters, 86(1), p.91 - 94, 1982/00

https://doi.org/10.1016/0009-2614(82)83123-0
 被引用回数：1 パーセンタイル：8.36(Chemistry, Physical)

レーザーにより単色性を有する高出力密度エネルギーを同位体混合ガスに照射することにより、特定の同位体のみを励起することが可能である。同位体が分子であり振動準位を励起する場合には緩和過程により並進運動が誘起され、これにより、特定同位体の運動エネルギー(従って温度)を選択的に増大して拡散を選択的に起すことが考えられる。この原理を利用してSF$$_{6}$$同位体の分離実験を行った結果、レーザー光によるSF$$_{6}$$加熱に基く熱拡散様の分離特性が得られ、低出力照射において$$^{3}$$$$^{2}$$SF$$_{6}$$と$$^{3}$$$$^{4}$$SF$$_{6}$$との分離が確認された。

論文

Reactions of $$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I activated by $$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Xe(EC)$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I process with methane

佐伯 正克; 立川 圓造

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 50(7), p.1762 - 1766, 1977/07

https://doi.org/10.1246/bcsj.50.1762
 被引用回数：1

$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Xe(EC)$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I反応で生ずる$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iのメタンとの反応を調べた。CH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iの生成にはI$$_{2}$$、O$$_{2}$$あるいはSF$$_{6}$$のような電子捕捉剤が重要な役割を果すことが明らかとなった。CH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iの収率は反応系に添加するXeの濃度に著しく依存し、Xeの濃度の増加に従って減少した。Kr、Ar、N$$_{2}$$およびO$$_{2}$$などを添加することにより、微量のI$$_{2}$$存在下でのCH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iの収率は、8.7$$pm$$6.7%がホットアトム反応に、35.8$$pm$$8.0%が$$^{1}$$D$$_{2}$$状態の$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I$$^{+}$$イオンに、31.5I2.0%が$$^{3}$$P状態の$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I$$^{+}$$イオンによって生じていることが分った。この結果を異なった励起過程で生じたI$$^{+}$$イオンとメタンの反応について報告されている結果と比較し、CH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iの生成機構を提案した。

論文

$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Xe(EC)$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iで生ずるヨウ素イオンとメタンの反応に及ぼす$$gamma$$線照射の効果; 有機ヨウ素の生成と分解

佐伯 正克; 立川 圓造

日本原子力学会誌, 19(5), p.332 - 339, 1977/05

https://doi.org/10.3327/jaesj.19.332
 被引用回数：2

線量率5.3$$times$$10$$^{4}$$~1.9$$times$$10$$^{6}$$R/hの$$gamma$$線照射下で、$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Xeの電子捕獲反応で生ずる$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I$$^{+}$$イオンとメタンの反応を調べた。線量率の異なる位置で一定時間反応させた場合、見掛けのCH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iの収率は高線量率下における方が低くなる。しかし照射時間を変えて実験した結果から、$$gamma$$線照射下でのCH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iの収率は照射線量にのみ依存することが明らかとなった。$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Xeが完全に壊変するまで$$gamma$$線照射を続けると、生成物収率は平衡値に達する。外部$$gamma$$線を照射せずに反応を終了させた後、$$gamma$$線照射を行っても6$$times$$10$$^{6}$$R以上の照射線量で主成物収率はほぼ同じ平衡値に達する。この平衡値は反応系に依存し、O$$_{2}$$添加系ではCH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iが約2%であった。SF$$_{6}$$添加系ではCH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$Iの他に、メタンの放出線分解生成物とのラジカル反応によりC$$_{2}$$H$$_{5}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I等を生ずる。平衡収率はCH$$_{3}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$IおよびC$$_{2}$$H$$_{5}$$$$^{1}$$$$^{2}$$$$^{5}$$I共に約10%であった。

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