Numerical and experimental study of H beam dynamics in J-PARC LEBT

柴田 崇統*; 池上 清*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 内藤 富士雄*; 南茂 今朝雄*; 小栗 英知; 大越 清紀; 大谷 将士*; 神藤 勝啓; et al.

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.519 - 521, 2019/01

https://doi.org/10.18429/JACoW-LINAC2018-TUPO079

実験結果と数値計算結果の比較によって低エネルギービーム輸送系(LEBT)での負水素イオン(H)ビームの輸送過程を調査している。これまで、(i)J-PARCのLEBTの2つのソレノイド電磁石による軸方向磁場と、(ii)空間電荷効果による径方向電場の2つを考慮するために、3次元のParticle-In-Cell(PIC)粒子輸送モデルを開発してきた。2つのソレノイド電磁石電流が変化したときの高周波四重極リニアック(RFQ)入口での全Hビーム粒子数に対するRFQのアクセプタンス内のHビーム粒子数の比を計算した。この計算結果をJ-PARCリニアックのコミッショニングで得たRFQの透過率測定の実験結果と比較したところ、実験で見られたソレノイド電磁石への印加電流に対するRFQの透過率の2つのピークが現れることが、計算結果からも確認できた。計算結果では、LEBT内で作動排気のために設置しているオリフィスがRFQ入口のエミッタンスを削ってしまうコリメータのような役割をしていることが示された。

Charge-collection efficiency of single-crystal CVD diamond detector for low-energy charged particles with energies ranging from 100 keV to 2 MeV

佐藤 優樹; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 834, p.218 - 222, 2016/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.08.020

The performance of a diamond detector created from a single-crystal diamond grown by chemical vapor deposition was studied for application in detecting charged particles having energies ranging from 100 keV to 2 MeV. Energy peaks of these low-energy ions were clearly observed. However, we observed that the pulse height for individual incident ions decreases with increasing atomic number of the ions. We estimated the charge collection efficiency of the generated charge carriers by the incident charged particles. While charge collection efficiency above 95% is achieved for helium (He) at energies above 1.5 MeV, over the same incident energy range, the efficiencies are lower for heavy-ions: 70% for silicon (Si) and 30% for gold (Au). We also found that the charge collection efficiency decreases as the generated charge density inside the diamond crystal increases.

Proceedings of the FNCA 2003 Workshop on Application of Electron Accelerator; Radiation system for thin film, 18-22 August 2003, Kuala Lumpur, Malaysia

吉井 文男; 久米 民和

JAERI-Conf 2004-007, 216 Pages, 2004/06

JAERI-Conf-2004-007.pdf:16.15MB

「アジア原子力フォーラム(FNCA 2003)電子加速器利用ワークショップ; フィルム照射システム」が、文部科学省の主催、マレーシア原子力庁,日本原子力研究所及び日本原子力産業会議の協賛により、2003年8月18日(月)22日(金)にクアラルンプール、マレーシアで開催された。本ワークショップには、中国,インドネシア,韓国,フィリピン,タイ,ベトナムから各2名、開催国マレーシアからは11名、日本からは5名の電子加速器利用の専門家など合計28名が参加した。本ワークショップの初日には、「電子加速器利用に関する上級者管理セミナー」として一般公開され、総計87名の参加者があった。セミナー講演,フィルム照射についての招待講演を含め、電子線照射システムに関する19の報告が行われた。FNCA参加国から興味が示された低エネルギー電子加速器の応用分野は、液体,フィルム及び粒体であり、さらにガス及び廃水処理を加えることとなった。また、各国の要望に基づき3年間の活動計画の見直しを行い、2004年度は中国で排煙処理に関するワークショップを行うことが合意された。本論文集は、これら各発表者からの投稿原稿を収録したものである。

Low-energy - and X-ray measurements by means of Compton suppression technique for safeguards environmental samples

安田 健一郎; 森 賢仁*; 宮本 ユタカ; 間柄 正明; 桜井 聡; 臼田 重和

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.576 - 578, 2002/11

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00223131.2002.10875534

保障措置環境試料中における核物質の極微量分析のため、原研はクリーンルーム施設を整備している。本施設に持ち込まれる試料のうち放射性物質量が過剰なものを仕分け(スクリーニング)するには、非破壊測定による半定量分析が必要となる。アクチノイドから放出される線は一般に放出率が小さく低エネルギーであるため、核分裂生成物などから放出される、より高いエネルギーの線に起因するコンプトン散乱の影響を受ける。よって、高純度ゲルマニウム(HPGe)検出器による精密測定は困難である。今回、数100 keV以下のコンプトン散乱を抑制するため、HPGe-LEPS, LO-AXを主検出器、NaI(Tl)をガード検出器としたアンチコンプトンシステムを設計・製作した。予備試験としてCs-137の線を測定し、50~400 keVにおけるバックグラウンドが約50%減少した。発表では、実試料の測定例も報告する。

Electron spectrra from singlet and triplet states of Ne produced by low energy Ne+He, Ne and Ar collisions

北澤 真一; 井田 勇人*; 松井 靖幸*; 高柳 俊暢*; 脇谷 一義*; 家村 一彰*; 大谷 俊介*; 鈴木 洋*; 金井 保之*; Safronova, U. I.*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 34(16), p.3205 - 3220, 2001/08

https://doi.org/10.1088/0953-4075/34/16/301

80keV Ne(1s)+He,Ne,Ar衝突によって生成された2電子励起状態Ne(1s2pnl),(1s3l3l'),(1s3l4l')の1重項及び3重項からの放出電子スペクトルを、0度分光法によって観測した。He標的の場合には1重項状態のみ、Ne標的の場合はおもに3重項状態からの寄与がスペクトルに観測された。しかし、Ar標的の場合は、1s3lnl'のエネルギー領域では、有為なスペクトルのピークは得られなかった。2つの理論的な方法、摂動理論(MZコード)及びmulti-configurational Hartree-Fock(Cowanコード)を用いて、放出電子スペクトルのエネルギー準位決定を行った。さらに、Niehausのエンハンスド・オーバー・バリア・モデルでの(j)ストリング分析によって、多価イオンと多電子標的原子によって、2電子移行過程において最外殻よりも内側の電子の寄与の可能性を議論した。

Neutron inelastic scattering study of densified GeO glass

鈴谷 賢太郎; 柴田 薫*; 梅咲 則正*; 北村 直之*; 小原 真司*

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.256 - 258, 2001/05

ガラス・非晶質物質の(結晶と比しての)特異性は、その動的構造・ダイナミックスにあると言われる。しかし、周期構造を有していない非晶質物質のダイナミックスの構造的起源を解明することは難しい。そこで、われわれは、配化物ガラスに高圧力を加えて圧縮し高密度ガラスを作製し、高密度化することによって中性子非弾性散乱スペクトルが、ノーマルなガラスからどのように変化したかを知ることによって、ダイナミクスの構造的起源を探った。その結果、E20MeVの領域の低エネルギー励起の強度が低下し、ピークが高エネルギー側にシフトすること、E20MeVの領域のGe-O-Geに対応する光学振動モードが、その角度(=LGe-O-Ge)が小さくなる方向にそれぞれシフトすることを見いだした。これらは、GeO四面体間の角度の減少によって圧縮がおこっており、同時に構造的な局所ゆらぎ(中距離構造)が小さくなったことを示している。

水冷却型増殖炉の核特性に関する検討結果

庄野 彰; 佐藤 若英*; 栗原 国寿

JNC TN9400 2000-037, 87 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-037.pdf:3.48MB

水冷却型増殖炉の核特性の特徴を把握するために、公開文献に基づいて沸騰軽水を冷却材とした炉心、それをベースに冷却材を非沸騰重水及び非沸騰軽水に置換した炉心、ならびに高速炉の代表炉心として大型Na冷却MOX燃料炉心の仕様を設定し、基本的な核特性の比較検討を実施した。高速炉用非均質セル計算コードSLAROMと軽水炉解析に汎用的に用いられているSRACの解析結果を比較し、転換比・中性子スペクトル・エネルギー領域別反応割合・1群断面積等について、両コード間の差は小さく、高速炉核特性評価システムが水冷却型増殖炉の基本的核特性の検討に適用可能であることを確認した。SLAROMコードを用いて上記4種類の炉心の核的パラメータ及び増殖性に見られる相違を考察した。冷却材の変更によって、中性子スペクトル・値・主要エネルギー領域等が変化する傾向を把握した。水冷却型増殖炉では、冷却材中に存在する水素(または重水素)の影響で低エネルギー成分の中性子束が高速炉に比べて増大し、その結果、主要エネルギー領域が低エネルギー側に移行し、核分裂性核種の値が低下するが、MOX燃料を稠密に配置して増殖性を担保する設計であることが理解できた。Pu同位体組成が増殖特性に及ぼす影響をSRACコードの燃焼解析機能を用いて検討し、Pu-240含有率が大きい組成のPuを装荷した場合には転換比が大きく算定される傾向にあることを定量的に評価した。臨界性及び反応率比に対する感度解析により、沸騰軽水冷却増殖炉では、高速炉に比べて、1KeV以下のエネルギー領域における感度が増加することがわかった。断面積不確かさに起因する核設計予測精度評価については、現在核データセンターで共分散データの見直し中であるため、現状の共分散データを用いて暫定解析結果を得た。見直し後の最新共分散データを用いた内部転換比予測精度評価が今後の課題である。

Temperature and angular dependences of sputtering yield of BC-carbon fiber composite irradiated with low energy deuterium ions

神保 龍太郎*; 中村 和幸; Bandourko, V.*; 大楽 正幸; 奥村 義和; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 266-269, p.1103 - 1107, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00630-8

次世代核融合実験炉におけるダイバータ表面の化学的スパッター状況をシミュレートする目的で、超低エネルギーイオン源(SLEIS)を用いた。200~700CにおけるBC-炭素繊維複合材料のスパッター率はSiC添加CFC材とほぼ等しく、2次元CFC材より明らかに小さいこと、化学的スパッター率は入射角度に依存しないことを明らかにした。

Temperature dependence of sputtering yield of carbon fiber-reinforced carbon composites with low energy and high flux deuterium ions

神保 龍太郎*; 中村 和幸; Bandourko, V.*; 奥村 義和; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.724 - 728, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00252-9

次世代核融合実験炉のダイバータにおけるスパッター条件を模擬する目的で、超低エネルギーイオン源(SLEIS)を用いて、200~800C(化学的スパッター域)における1次元、2次元及び3次元CFC材と等方性黒鉛材及びBC添加1次元CFC材の重水素イオンによるスパッター率の温度及び照射角度依存性を調べた。その結果、1~3次元CFC材は、等方性黒鉛と同様な温度依存性を示したが、BC添加CFC材は、これらよりやや低い値を示した。BC添加CFC材では、照射角度の増加とともにスパッター率が減少したが、1次元CFC材では、照射角度依存性は見られなかった。

放射能強度絶対測定法に基づくガスモニタ校正技術に関する研究(II)

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PNC TJ1603 97-003, 80 Pages, 1997/03

PNC-TJ1603-97-003.pdf:3.22MB

表記の研究は、原子力関連施設などで用いられている放射性ガスモニタ(以下「ガスモニタ」という。)の校正を容易にかつ高精度で行えるような方法・装置を開発し、測定精度などを検討・評価し、実用化を図ることを目的として昨年度から継続している委託研究である。ガスモニタの校正には、放射能強度を絶対測定する基準系と、ガスモニタを校正する校正系の二つのガスループを、サンプリング容器で介して結合した装置を用いる。校正系内の試料ガスの一部をサンプリング容器で基準系に分取し、基準系において長軸比例計数管内拡散法(DLPC法)を用いて測定した放射能強度を基準にしてガスモニタの校正を行う。本年度は、対数増幅器のような波高の抑制効果を持ち、分解時間が短く、かつ非常にシンプルな時定数変化型前置増幅器を開発して壁効果や低エネルギー損失を評価し、DLPC法を実用化できるようにした。またこれに基づいて、比例計数管を含む基準系に空気が入り込まない方法、被校正のガスモニタを含む校正系から基準系への試料の移行に伴う誤差を消去する方法を用いて通気型電離箱の校正を行い、その結果、得られた濃度換算係数の値は他の結果と極めてよい一致を示し、不確かさも99.7%の信頼率で1.5%以内に収まった。これにより本委託研究で検討したガスモニタの校正方法は、十分に小さい測定誤差でしかも簡便にガスモニタの校正が行うことができる非常に有効な方法であると言うことができる。