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高柳 智弘*; 池畑 隆*; 真瀬 寛*; 大場 弘則; 柴田 猛順
JAERI-Research 2005-024, 14 Pages, 2005/09
JAERI-Research-2005-024.pdf:1.71MB
電子ビーム加熱蒸発時に発生する弱電離ガドリニウムプラズマ流を、鉄芯間の0
1.5kGの磁場に導き、プラズマの磁場中での挙動を調べた。磁場を強くしていくとプラズマは乱れが生じるとともに磁場を横切って流れる量が減少し、やがて検出されなくなった。プラズマが流れなくなる磁場の強さはプラズマ密度に依存せず、プラズマ流が磁場中を横切ることができるのはイオンのラーモア半径がプラズマ幅の2倍程度より大きいときであることがわかった。また、電子ビーム蒸発生成プラズマはその密度によらず一定強度の磁場を横切っては進めないことがわかったので、原子ビーム中のプラズマ除去はこれまでの除去電極への負電圧印加だけでなく、磁場によってもできると考えられる。
大場 弘則; 小倉 浩一; 西村 昭彦; 田村 浩司; 柴田 猛順
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 39(9A), p.5347 - 5351, 2000/09
被引用回数：5 パーセンタイル：27.48(Physics, Applied)電子ビーム加熱で生成したウラン電子ビームの速度をレーザードップラー法で測定した。原子ビームの生成には、磁場偏向型電子銃あるいは斜入射直進型電子銃を用い、加熱方式の違いによる原子ビーム速度への影響を比較した。磁場偏向型電子銃で生成した原子ビームは、斜入射直進型電子銃加熱で生成したそれよりも200m/sも加速されることがわかった。これは蒸発部近傍での入射電子ビームエネルギーが蒸発原子の励起やイオン化により損失し、イオン化のエネルギーが原子間衝突時にビームの並進エネルギーに転換されるとして説明できた。
大場 弘則; 柴田 猛順
JAERI-Research 2000-032, 17 Pages, 2000/08
JAERI-Research-2000-032.pdf:2.65MB
電子ビーム加熱で生成した原子ビームは変動する。原子法レーザー同位体分離や原子衝突実験に原子ビームを用いる時、原子ビーム密度はできるだけ安定していることが望ましい。原子ビーム変動の要因を調べるため、CCDカメラを用いた三角測量法で、ガドリニウム,セリウム及び銅蒸発面のくぼみ深さを測定した。蒸気圧と液面の静水圧との釣り合いから推定したくぼみ深さは測定値と一致した。また、3~4mmのくぼみが形成されると、原子ビームの周期的な変動が始まることがわかった。
大場 弘則; 小倉 浩一; 西村 昭彦; 田村 浩司; 柴田 猛順
JAERI-Research 99-043, 17 Pages, 1999/07
JAERI-Research-99-043.pdf:0.84MB
原子法レーザーウラン濃縮における装置設計上、重要なパラメータである、電子ビーム加熱生成ウラン原子ビームの速度をレーザードップラーシフト法で測定した。ウラン原子ビームの生成には磁場偏向型電子銃あるいは斜入射直進型電子銃を用い、加熱方式の違いによる原子ビーム速度への影響を比較した。磁場偏向型電子銃で生成した原子ビームは、斜入射直進型電子銃加熱で生成したそれよりも加速されることがわかった。これは蒸発部近傍での入射電子ビームエネルギーが蒸発原子の励起やイオン化により損失し、損失エネルギーが原子間衝突時に原子ビームの並進エネルギーに転換されるとして説明できた。
大場 弘則; 小倉 浩一; 西村 昭彦; 柴田 猛順
JAERI-Tech 99-047, 40 Pages, 1999/06
ウラン内にタングステン粒、タングステン円筒、多孔質タングステン円柱を入れて、電子ビーム加熱によりウラン金属を効率良く蒸発させることを試みた。タングステンを入れない液体ウランからの蒸発に比べ、いずれの場合でも蒸発効率が向上することを確認した。また、蒸発試料の断面観察を行った結果、るつぼ内に入れた粒、円筒、多孔質円柱のタングステンは、ともに液体ウラン腐食により原型からは大きく変形又は減肉しており、液体ウランに取り込まれたタングステン粒又は溶解タングステンの析出が見られた。これらのタングステン粒が液体ウランの対流熱伝導を抑制して、蒸発効率を向上させているものと考えられる。
大場 弘則; 柴田 猛順
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 38(7A), p.4258 - 4259, 1999/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)水冷銅るつぼを用いた電子ビーム蒸発では、熱損失が大きく蒸発の熱効率が低いこと、液体金属対流による不安定現象で原子ビームが変動することが知られている。安定な原子ビームを生成させるため、多孔質タングステン製円柱をるつぼ内に置いてハースライナーと組合せて蒸発を試みた。ガドリニウムまたはセリウムを多孔質体に含浸させて蒸発させた。多孔質体を用いると、加熱面形状が変化しないので蒸発面が一定である。また、液体金属は毛管現象によって加熱面に吸い上げられるだけなので対流の影響がほとんどない。これらのことから、少ない投入電力で多くの原子ビームが生成できるだけでなく、安定な原子ビームが生成できた。また、多孔質体材料に汚染されないことも確認した。
大場 弘則; 雨川 和博; 柴田 猛順
JAERI-Tech 97-020, 30 Pages, 1997/03
原子法レーザー同位体分離では、電子ビーム加熱により分離対象金属の蒸気流を生成させる。このため、蒸気流利用効率を向上させる技術開発のための基礎データとして、蒸発角度分布特性を知ることが極めて重要である。ここでは、電子銃蒸発源により生成した蒸気流の角度分布を、アルミニウム、銅、ガドリニウム、セリウムについて秤量法で測定した。また多孔質体から生成させた蒸気流についても分布を測定した。測定分布はcos
(nは分布指数,は法線からの角度)で表すことができ、nは1から3または4に蒸発量増加に伴い変化した。多くの試料についてnは蒸着速度の0.25乗に比例することを確認した。多孔質体からの蒸発で極端に高い密度では余弦則では表現できないことがわかった。蒸発のクヌーセン数K
を用いると、各試料の指数nは共通の定数
を用いてn=K
で表せた。
大場 弘則; 柴田 猛順
真空, 40(3), p.296 - 299, 1997/00
電子ビーム加熱による金属蒸気生成において、熱効率向上のために多孔質ダングステンに銅を含浸させ、その蒸発特性を調べた。液体銅からの蒸発と比較するために、蒸発面温度分布を測定した。多孔質体に電子ビームを照射すると、多孔質表面には周囲の液体銅が多孔質体空隙を通して供給され、そこから銅が蒸発する。表面温度は単色フィルタとCCDカメラを用いて画像処理を施して求めた。多孔質体を用いた場合、液体金属対流の影響はほとんど無く熱損失は非常に小さい。このため多孔質体は高温に保たれ少ない投入電力にも関わらず最高温度は液体銅のそれよりも数100Kも高くなり、大量の蒸気生成を可能にした。
大場 弘則; 柴田 猛順
Japanese Journal of Applied Physics, 34(8A), p.4253 - 4257, 1995/08
被引用回数：5 パーセンタイル：32.05(Physics, Applied)電子ビーム加熱で銅を蒸発させたときの表面温度分布をCCDカメラを用いて測定した。蒸発面を狭帯域フィルター、ミラーを通してCCDカメラで撮像し、画像処理を行って表面からの分光放射輝度を求めた。温度分布は放射輝度分布からプランクの式を用いて算出した。電子ビーム入力4.5kWの時、最高温度は204020Kに達していた。最高温度の電子ビーム入力依存性では、入力増加にともなって表面温度が飽和する傾向を示した。水晶振動子膜厚計で測定した蒸着速度と銅の飽和蒸気圧データを用いて表面温度を推定したところ、測定値とほぼ一致することがわかった。
小倉 浩一; 柴田 猛順
Review of Scientific Instruments, 65(11), p.3455 - 3457, 1994/11
被引用回数：6 パーセンタイル：57.17(Instruments & Instrumentation)電子ビーム加熱によって生成される原子ビームの速度を知ることは原子ビームを利用するうえで重要である。原子ビームをレーザー共鳴イオン化して生成したプラズマのドリフト速度は原子ビーム速度と等しい。プラズマドリフト速度を2つのラングミュアプローブを用いて測定することによってガドリニウムの原子ビームの速度を求めた。得られた原子ビーム速度は電子天びんを用いて測定した原子ビーム速度とほぼ一致した。
大場 弘則; 西村 昭彦; 小倉 浩一; 柴田 猛順
Review of Scientific Instruments, 65(3), p.657 - 660, 1994/03
被引用回数：16 パーセンタイル：78.08(Instruments & Instrumentation)原子法レーザー同位体分離では電子ビーム加熱で生成した原子ビームにレーザー光を照射して目的同位体のみをイオン化して電極に回収する。原子ビームは蒸発部で発生したプラズマを含んでいるので、このプラズマが回収部に流れ込まないようにする必要がある。ここではガドリニウム原子ビームに含まれるプラズマの除去を、原子ビームに沿って設けた一対の平行平板電極に正あるいは負電圧を印加して行った。高密度蒸発時に除去電極に正電圧を印加するとプラズマは除去できなかった。一方、高い負電圧を印加すると高密度蒸発時でもプラズマは除去できた。プラズマを除去するのに必要な電位を、アース電位のプラズマが電子ビームとともに上方に流れる、プラズマから負電位の除去電極にイオンが引出される、というモデルをたてて推定したところ実験結果と良く一致した。
大場 弘則; 荒木 政則; 柴田 猛順
Japanese Journal of Applied Physics, 33(5A), p.L693 - L695, 1994/00
被引用回数：2 パーセンタイル：17.88(Physics, Applied)電子銃るつぼで発生させた原子ビームを原子法レーザー同位体分離の研究に用いているが、原子ビーム密度が100Hzで変動していることを経験している。このため銅の蒸発表面温度の時間変化測定を試み、原子ビーム密度の時間変化との関係を調べた。表面温度は高速度赤外温度計で、原子ビーム密度は四重極型質量分析計で測定した。その結果、蒸発面温度は周期的に変動しており、原子ビーム密度の変動周期と一致していた。さらに両者の変動の割合も一致していた。これは表面温度の時間変化が原子ビーム密度の時間変化を引起こしていることを示している。表面温度の時間変化は電子銃電源の50Hzの変動により、電子ビームスポット径、スポット位置がわずかに変化するために生じると考えられる。
大場 弘則; 柴田 猛順
JAERI-M 93-243, 17 Pages, 1993/12
電子ビーム加熱で銅を蒸発させた時の蒸発面温度分布測定をCCD(電荷結合素子)カメラを用いて試みた。蒸発面を5625nmの単色フィルターを通してCCDカメラで撮影録画し、画像処理を行って表面からの放射強度分布を測定した。温度分布を放射強度分布からプランクの式を用いて算出した。電子ビーム入力が4.5kWの時、最高温度は2040Kに達し、中心からるつぼ半径方向に向かうにしたがって急激に低下し、るつぼ壁面付近では融点に近くなっていることがわかった。また、温度分布から飽和蒸気圧のデータを用いて蒸発速度分布を算出し、水晶振動子膜厚計位置での蒸着速度を推定したところ実測値とほぼ一致した。
大場 弘則; 小倉 浩一; 柴田 猛順
JAERI-M 93-229, 19 Pages, 1993/12
電子ビーム加熱で生成した原子蒸気には蒸発部で発生したプラズマが含まれており、これが原子蒸気とともに上昇する。ガドリニウム蒸気を生成させたときに蒸発部で発生するガドリニウムプラズマの上昇速度を飛行時間法で測定した。上昇する蒸発部生成プラズマ内においた平行平板電極にパルス負電圧を印加すると、平行平板間のプラズマ密度が低下し、この部分がプラズマの流れとともに上昇する。電極の上部に設けた三個のラングミュアプローブに入る飽和イオン電流はパルス電圧印加後、一定時間して減少する。この時間遅れからプラズマの上昇速度を求めた。プラズマは1200~1300m/sで上昇し、原子蒸気の上昇速度の1.2~1.4倍であった。測定値は蒸発部生成プラズマの空間電位差でプラズマ内イオンが加速されるとして計算した値と良く一致した。
西村 昭彦; 大場 弘則; 柴田 猛順
JAERI-M 93-102, 15 Pages, 1993/05
電子ビーム加熱により発生させたガドリニウム原子ビーム中から散乱した原子フラックスを水晶振動子膜厚計により測定した。蒸発るつぼ上部に設置したスリットにより原子蒸気の中心部を取りだして原子ビームとした。スリットの形状は平行平板型と円筒型のそれぞれの場合を試みた。スリット出口での原子密度は原子法レーザー同位体分離において必要とされる10
個/cm
オーダーまで増加させた。実験の結果、原子密度の増加に伴い原子ビーム中から散乱してくる原子が増加することがわかった。散乱した原子ビームの分布からイオン回収電極に付着する中性原子の量の評価を行った。ここでの評価法は原子法レーザー同位体分離装置を設計する上で有用である。
小倉 浩一; 柴田 猛順
JAERI-M 93-098, 23 Pages, 1993/03
電子ビームの加熱蒸発により生成したガドリニウム原子ビーム中の準安定準位占有率分布をレーザー共鳴イオン化を用いて測定できた。準安定準位占有率分布はボルツマン分布をしており原子励起温度を決めることができた。原子励起温度は蒸発面温度よりもはるかに低く、原子ビームの並進温度と非常に近かった。これは、蒸発面近傍で蒸発原子が真空中へ膨張冷却するとき原子の運動エネルギーと励起エネルギーのエネルギー交換速度が速いことを示していると考えられる。
鈴木 哲; 秋場 真人; 荒木 政則; J.Linke*; R.Duwe*; E.Wallura*
JAERI-M 93-048, 22 Pages, 1993/03
1992年に日欧共同実験の一環としてKFAユーリッヒ研究所にて実施したダイバータ模擬試験体の電子ビーム加熱実験について報告する。ITER用に試作したサドル型ダイバータ模擬試験体に対して、ユーリッヒ研究所のホットセル内に設置された電子ビーム装置JUDITHにて加熱実験を実施した。この装置は中性子照射後試料等の放射化した材料の加熱実験を行うことのできる装置である。本実験ではITERのダイバータ板を模擬して熱負荷10MW/m
(定常)で1000サイクルの熱サイクル実験を実施した。さらに、試験体のロウ付け接合部が健全性を失う熱流束を求めるスクリーニング実験及びディスラプション模擬実験を行った。その結果、熱サイクル実験では試験体は1000サイクルの熱サイクルに耐えることを確認した。また、スクリーニング実験においても、試験体は熱負荷16MW/mに対して健全性を維持することが確認された。
大場 弘則; 西村 昭彦; 柴田 猛順
JAERI-M 92-216, 13 Pages, 1993/01
電子銃蒸発源で金属蒸気を生成させると蒸発部でプラズマが発生する。原子法レーザー同位体分離ではこれらプラズマを取除く必要がある。ここでは直進型電子銃蒸発源でガドリニウム原子を大量に蒸発させて、原子ビーム中の蒸発部近傍生成プラズマの除去試験を行った。原子ビームの流れに沿って設けた平行平板の除去電極に正または負の電圧を印加した。除去電極に正電圧を印加すると電極に数Aの電流が流れ、プラズマの除去ができなかった。これに対して、除去電極に負電圧を印加すると、原子ビーム中のプラズマが除去できた。プラズマが除去電極を通過する間にプラズマを完全に消滅させるのに必要な除去電極電位を蒸発部生成プラズマの特性値を用いて推定した。推定値は実験値と一致した。
小倉 浩一; 柴田 猛順
真空, 36(3), p.207 - 210, 1993/00
電子ビーム加熱によって生成される原子ビームの速度を知ることは原子ビームを利用する上で重要である。原子ビーム飛行時間法、原子ビームから作ったプラズマの流れをプローブで測定する方法および電子天びんを用いる方法の三つの方法でガドリニウム原子ビームの速度を測定し、斜入射ドップラー分光で求めた原子ビーム速度と比較した。斜入射ドップラー分光を含め4つの方法で測定した原子ビーム速度はほぼ一致することがわかった。また、原子ビーム速度の蒸着速度依存性では蒸発量が少ないときは蒸発面温度から推定される原子速度に近いが蒸発量が増加すると蒸発面近くでの蒸気の膨張により原子ビーム速度が速くなるこれまでの結果が確認された。
小倉 浩一; 柴田 猛順
Atomic Collision Research in Japan, No.18, 0, 77 Pages, 1992/00
原子ビームの利用では、原子の準安定準位密度分布を知ることが不可欠である。電子ビーム加熱蒸発で生成したGd原子ビームの準安定準位分布を求めた。共通の中間準位を用いて、準安定準位にある原子を2波長2段階共鳴イオン化した。1段目のレーザー光強度を十分強くし、中間準位密度を飽和させて、生成するイオン量から準安定準位分布を求めた。準安定準位密度分布を決めるとき準安定準位と中間準位の縮退度を考慮した。求めた準安定準位密度分布から決めた原子励起温度は、蒸発量が少ない時は蒸発面温度に近いが、蒸発量が増大すると蒸発面近傍でのGd蒸気の膨張冷却により原子励起温度も蒸発面温度よりはるかに低くなっていることがわかった。
大場 弘則; 有澤 孝; 西村 昭彦; 小倉 浩一; 柴田 猛順
真空, 35(3), p.286 - 289, 1992/00
電子ビームにより原子ビームを生成させると、蒸発部でプラズマが発生する。このプラズマが原子ビームとともに上昇し、イオンや電子の荷電粒子計測部に流入すると、原子ビームを用いた原子衝突実験等の粒子計測が困難となる。このため、計測部の下方で蒸発部生成プラズマを除去する必要がある。ここでは一対の平行平板電極を設け、ガドリニウム蒸気中荷電粒子の除去を試みた。この結果、蒸気密度の低いところでは、数Vの正電位を除去電極の片側または両方に印加することで荷電粒子が除去できたが、蒸気密度を高くするとイオン除去が困難になりしかも電極に0.2~0.5A程のアーク電流が流れる。これに対し両電極に負電圧を印加する方法では高い蒸気密度でも数10Vで除去できることがわかった。また、プラズマの電子温度、電離度がわかれば、必要除去電圧を計算することが出来るので、これにより除去電極の設計が可能となる。
