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論文

「波紋」から先人に学ぶ

武田 全康

波紋, 30(1), p.7 - 8, 2020/02

JRR-3は2018年11月7日付けで原子炉設置変更許可を取得し、原子炉建屋の屋根などの耐震工事を経て、2021年の早期に運転再開を果たす。研究用原子炉を使った中性子科学の将来は、JRR-3の運転再開後にいかに社会的インパクトのある成果を創出できるかにかかっている。この状況において、我々は、波紋に掲載された過去の記事から多くのことを学ぶことができる。

報告書

Deuterated Materials Enhancing Neutron Science for Structure Function Applications; 2017年10月19$$sim$$20日,いばらき量子ビーム研究センター

阿久津 和宏*; 安達 基泰*; 川北 至信

JAEA-Review 2018-002, 36 Pages, 2018/03

JAEA-Review-2018-002.pdf:4.67MB

J-PARC MLFでは安定した大強度パルス中性子の供給が実施されており、現在までに数多くの中性子線を用いた先導的な研究、特に化学・生命の中性子研究においては中性子線が水素に敏感である性質を活用した研究が展開されている。特定の位置の水素又は有機分子の水素をその同位体である重水素でラベル化する手法は、部分選択的構造解析、水素の非干渉性散乱に由来するバックグラウンドの低減、従来では見えない構造を可視化するなど多くの利点があり、中性子研究を更に高度なものへと昇華する手法として重要な役割を担っている。そこで、わが国の中性子科学の発展に寄与することを目指して、2017年10月19日-20日に 国際ワークショップ「Deuterated Materials Enhancing Neutron Science for Structure Function Applications」がJ-PARC Workshopとして開催された。このワークショップでは、重水素ラベル化技術及びそれらを中性子科学研究に利用している国内外の研究者が一堂に会し、重水素化実験手法、最新の中性子科学研究成果及びその動向について多方面より議論した。本レポートは、オーガナイザーによるワークショップの報告である。

論文

日本原子力研究所における研究開発のあゆみ

数土 幸夫; 芳野 隆治

電気評論, 86(2), p.41 - 49, 2001/02

日本原子力研究所は、昭和31年6月に設立されて以来、国の計画に従い、科学技術の総合発展に貢献する「先端的な原子力科学技術の研究開発」と原子力のかかわる科学技術の可能性を開拓する「先導的な原子力研究開発」を世界最先端の研究施設を活用して進めている。先端的な原子力科学技術の研究開発では、中性子科学,光量子・放射光科学,放射線利用,物質科学,環境科学,先端基礎,高度計算科学等の研究を推進し、原子力の総合科学としての多様な可能性を追求している。先導的な原子力科学技術では、エネルギー源の安定確保と地球環境と調和のとれたエネルギーシステムの開発を目指し、核融合炉の研究開発,将来型エネルギーシステム研究,高温工学試験研究,安全性研究,保健物理研究等を進めている。本報告では、原研における最近1年間の研究開発の主要な成果を中心に、研究の現状と動向を紹介する。

論文

ニオブ/ステンレス異種材接合における機械的強度の問題

椋木 健*; 村井 隆*; 来島 裕子*; 大内 伸夫; 草野 譲一; 水本 元治

KEK Proceedings 2000-23, p.55 - 56, 2001/02

原研とKEKは大強度陽子加速器を核とした、基礎科学研究や原子力工学研究を行うための統合計画を推進している。加速器として超伝導リニアックを第1のオプションとして検討しており、この場合の超伝導空胴と液体ヘリウムジャケットとの接合はHIP(熱間静水圧プレス法)を検討している。本報告では、上記のHIPにより継手を製作した場合の極低温冷却時熱応力について構造解析を行い、検討した結果を報告する。

論文

大強度陽子線加速器用972MHz超伝導空胴の機械的特性

椋木 健*; 大内 伸夫; 吉川 博; 長谷川 和男; 草野 譲一; 水本 元治; 加古 永治*; 斎藤 健二*; 野口 修一*

Proceedings of 25th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.314 - 316, 2000/07

原研とKEKは大強度陽子加速器を核とした、基礎科学研究や原子力工学研究を行うための統合計画を推進している。本加速器に使用される超伝導空胴は扁平形状をしており、真空負荷に対して十分な強度を要求されること、及びパルス化した電磁力により超伝導空胴は加振されるため、空胴の機械的特性が重要な検討項目となる。今回の報告では、972MHz超伝導空胴の形状と機械的特性の関係について解析・検討した。この結果、空胴壁角度を大きくする程構造的に強くなるが、電磁力デチューニングは逆に厳しい状況となり、トレードオフ的最適化が要求されること、多連セル空胴については固有振動数がビームのパルス運転周波数の50Hzの高次モードと非常に接近しており、対策が必要なことがわかった。

報告書

冷減速材内流動特性の研究,3; 扁平モデルの流動パターン測定と解析

麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 2000-018, p.49 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-018.pdf:3.24MB

原研で開発を進めているMW規模の核破砕ターゲットシステムにおいて、超臨界水素を用いる冷減速材は中性子強度やパルス性能などに直接影響する重要な機器である。特に冷減速材容器内における水素温度の上昇が中性子収率に影響するため、設計ではホットスポットの発生要因となる再循環流や停滞流の発生などを抑制して円滑な流動を実現する必要がある。冷減速材容器の概念設計に反映するため、容器を模擬した扁平モデル試験体を用いて、容器内の流動パターンを水流動条件下で測定した。その結果、衝突噴流に随伴する再循環流や流れの停滞域などの流動パターンを明らかにし、併行して実施したSTAR-CDコードによる流動解析は測定した流動パターンをよく再現した。この結果をもとに実機用冷減速材の熱流動解析を行い、液体水素の温度上昇を3K以内に抑制できることを確認した。

報告書

Structural study of the cold moderator

麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 石倉 修一*; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 2000-011, p.23 - 0, 2000/02

JAERI-Tech-2000-011.pdf:1.79MB

超臨界水素を用いる冷減速材は中性子強度やパルス性能などの中性子性能に直接影響する重要な機器である。冷減速材容器内における水素温度の上昇が中性子収率に影響するため、冷減速材容器の設計では再循環流や停滞流の発生などホットスポットの発生要因を抑制して円滑な流動を実現する必要がある。また、1.5MPa,20Kの超臨界水素条件の下で減速材容器の構造強度を維持する必要がある。冷減速材容器の簡易モデル試験体を用いて、入口噴流管による衝突噴流とその随伴流の流動パターンを水流動条件下で測定した結果、STAR-CDコードによる流動解析結果の流動パターンとよく一致した。また、冷減速材容器の薄肉構造における技術的な課題を明らかにするため、予備的な構造強度解析を行った結果、容器には112MPaの最大応力が生じることがわかった。

論文

日本原子力研究所における研究開発のあゆみ

数土 幸夫; 長岡 鋭

電気評論, 85(2), p.60 - 68, 2000/02

原研は昭和31年の創立以来、原子力分野における我が国の中核的総合研究開発機関として幅広い研究開発活動を進めてきた。本稿では、原研における最近1年間の研究開発の成果を中心に、研究開発の現状と動向を紹介する。

論文

Development of a H$$^{-}$$ ion source for the high intensity proton linac at Japan Atomic Energy Research Institute

小栗 英知; 富澤 哲男; 金正 倫計; 奥村 義和; 水本 元治

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.975 - 977, 2000/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.01(Instruments & Instrumentation)

原研では現在、大強度陽子加速器を用いた中性子科学研究計画を提案しており、また本計画とKEK-JHF計画の統合計画も議論されている。これらの計画で使用する負水素イオン源は、ピークビーム電流60mA、デューティー2.5%のビーム引き出しが要求されている。そこで原研では、この要求性能を達成するために必要なイオン源の基礎データ収集を目的とした体積生成型負水素イオン源を製作した。本イオン源のプラズマ生成室は、内径150mm、高さ200mmの円筒型である。ビーム引き出し系は4枚の電極で構成されており、ビーム引き出し孔の直径は8mmである。イオン源下流でのビームの中性化損失を防ぐために、本イオン源に差動真空排気ポートを設け、イオン源下流の真空容器を高真空状態に保つ。差動排気の結果、ビーム電流値は1.7倍増加し、現在、セシウム添加なしの状態で、負水素イオンビーム電流11mAを得ている。

論文

超伝導加速空胴の室温時及び極低温冷却時における強度

椋木 健*; 村井 隆*; 大内 伸夫; 草野 譲一; 水本 元治; 斎藤 健治*

日本機械学会関東支部茨城講演会(2000)講演論文集, 2 Pages, 2000/00

原研と高エネ研は大強度陽子加速器を核とした、基礎科学研究や原子力工学研究を行うための統合計画を推進している。本報告では、空胴形状パラメータ(壁角度、アイリス半径)を変化させて構造解析を行い、空胴形状を最適化するとともに、極低温冷却時の異材接合(Nb-SUS)部熱応力による脆性破壊について破壊力学的手法により検討した結果をまとめた。

報告書

固体ターゲットの設計及び二次元流動解析による冷却水流量配分特性に関する研究

羽賀 勝洋; 須々木 晃*; 寺田 敦彦*; 石倉 修一*; 勅使河原 誠; 木下 秀孝; 小林 薫*; 神永 雅紀; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 99-081, p.43 - 0, 1999/11

JAERI-Tech-99-081.pdf:2.53MB

中性子科学研究計画の下で現在検討中の重水冷却方式固体ターゲットについて、タングステンをターゲット材とし、その冷却性、冷却水の体積割合、及び熱応力を主な設計条件として一次元の概略評価を行いターゲット板の厚さ配分を決定した。さらに二次元の熱応力解析を行い、厚さ配分の妥当性を確認した結果から、40枚のターゲット板を6つの冷却流路に分割し、それぞれをワンスルーで冷却する構造を提案した。次に、汎用流動解析コードを用いて流動解析を行った結果、ターゲット板間流速で1m/sから10m/sの広い範囲にわたって均一な流量配分を実現できる見通しを得た。また、圧力損失は1.5MW及び2.5MW規模の固体ターゲットを冷却するために必要な板間流速である5m/s,7m/sで、それぞれ0.09MPa,0.17MPa程度であることがわかった。

報告書

ブレードタイプクロスフロー型水銀ターゲットの開発, 第1報; 流動特性解析と検証モデルの製作

寺田 敦彦*; 神永 雅紀; 木下 秀孝; 日野 竜太郎; 内田 博幸*; 安保 則明*

JAERI-Tech 99-073, p.42 - 0, 1999/11

JAERI-Tech-99-073.pdf:1.67MB

原研では、中性子科学研究計画の下で、大強度陽子加速器(ビーム出力5MW)による中性子散乱施設の建設を計画している。本施設の核破砕中性子源となる水銀ターゲットについては、ターゲット材となる水銀による構造材のエロージョン低減と局所的な高温領域の抑制等の工学的課題が懸案となっている。そこで、これらの課題を改善するための構造概念として案内羽根を用いるクロスフロー方式のターゲット構造を提案し、内部流動特性の解析評価を行った。その結果、ターゲット先端部のビーム窓方向に対して案内羽根を延長し、また、補助羽根を設置することなどの方策で、発熱密度に応じた水銀の流量配分を実現できる目処を得た。この成果をもとにして、水流動条件下で解析結果を検証し、ブレード構造の有効性を確認するため、アクリル製の水銀ターゲットモデルを製作した。

論文

Laser and undulator charge exhange (LUCE) injection

鈴木 康夫

Proceedings of 6th ICFA Beam Dynamics Mini-workshop on Injection and Extraction in High Intensity Proton Machines, 31 Pages, 1999/09

大強度陽子蓄積リング用に研究された、LUCE荷電変換入射法について報告する。このコンセプトは、レーザーとアンジュレーター併用によりH$$^{-}$$ビームを効率よく荷電変換するものであり、全く新しい方法である。アンジュレーターNでH$$^{-}$$をH$$^{0}$$に荷電変換し、つづいてH$$^{0}$$をレーザーによりH$$^{0}$$(n=3)に励起する。これをアンジュレーターIに入れてH$$^{+}$$に変える。この方法は従来行われてきたフォイル法と違い、まったく物質を使わないため、放射化させることもなく耐久性にも優れている。レーザー及びアンジュレーターは実用化されているレベルの技術で可能であり、5MWクラスの大強度陽子蓄積リングに有効である。

論文

原研「中性子科学研究計画」とKEK「大型ハドロン計画」の統合

向山 武彦

RIST News, (28), p.3 - 11, 1999/09

日本原子力研究所と文部省高エネルギー加速器研究機構は、大強度陽子加速器を用いた科学技術の総合的展開を図るため、各々の「中性子科学研究計画」と「大型ハドロン計画」を統合することで施設の最適化を図り、計画の早期実現を目指すことで合意し、建設に向けての作業を進めている。以下に、統合への経緯、各々の計画の概要、統合計画の内容、統合の意義、展開される研究などについて、原研の「中性子科学研究計画」を中心に述べる。

報告書

中性子科学研究計画/大型ハドロン計画の施設統合計画にかかわる国際レビュー専門部会評価結果報告書

研究評価委員会

JAERI-Review 99-020, p.77 - 0, 1999/08

JAERI-Review-99-020.pdf:3.99MB

研究評価委員会の下に設置された「中性子科学研究計画/大型ハドロン計画の施設統合計画にかかわる国際レビュー専門部会」は平成11年4月26日及び27日に日本原子力研究所本部において開催された。12名の国内外の専門家から構成される同専門部会は、日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構がそれぞれ進めてきた中性子科学研究計画と大型ハドロン計画を統合して一つの施設を建設する統合計画について評価を実施した。評価は当日提出された評価用資料及び被評価者の説明に基づき、あらかじめ定められた評価項目に従って行われた。同専門部会が取りまとめた評価結果は研究評価委員会で審議された。本報告書はその評価結果である。

報告書

冷減速材内流動特性の研究,2; 流動パターン測定・解析と冷減速材容器内熱流動解析

麻生 智一; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*; 日野 竜太郎

JAERI-Tech 99-049, 45 Pages, 1999/06

JAERI-Tech-99-049.pdf:2.62MB

原研で開発中のMW規模の核破砕ターゲットシステムにおいて、超臨界水素を用いる冷減速材は中性子性能に直接影響する重要な機器である。冷減速材容器内における水素温度の上昇が中性子収率に影響するため、再循環流や停滞流などホットスポットの発生要因を抑制して円滑な流動を実現する必要がある。冷減速材容器の概念設計に反映するため、簡易モデル試験体を用いて入口噴流管による衝突噴流とその随伴流の流動パターンを水流動条件下で測定した。入口噴流管の位置が底面より10mm以上で噴流速度が1m/s以上では再循環流領域の高さは約50mmであり、STAR-CDによる流動解析結果はこの流動パターンをよく再現した。この結果をもとに実機用冷減速材容器内の予備的な熱流動解析を行い、水素の局所的な温度上昇を3K以内に抑制するための流動条件を明らかにした。

報告書

2段階励起荷電変換法(DoLUCE); 陽子ビームエネルギーの1-0.8GeVへの低減化に向けて

鈴木 康夫*

JAERI-Research 99-042, 16 Pages, 1999/06

JAERI-Research-99-042.pdf:0.94MB

原研中性子科学研究計画のための陽子蓄積リング入射に用いる新しい荷電変換法DoLUCEについて報告する。これは、さきに提唱しているLUCE法を、新しい計画に沿って入射エネルギー0.8-1.0GeVに対応させるためのものである。2台のレーザー光を用いるLUCE(Laser and Undulator Charge Exchange)法であることからDouble Lasers and Undulator Charge Exchangeの頭文字をとってDoLUCEと名づける。DoLUCEでは、遠赤外光と可視光の実績のある2つのレーザー光で2段階2波長励起を行う。しかも、アンジュレーター磁場中でH$$_{0}$$ビームをイオン化するものである。H$$_{0}$$ビームを磁場中で励起することによって励起される量子状態を限定し、イオン化の際のビームエミッタンスの増大を抑えることに成功した。しかも、それぞれのレーザー出力を大幅に軽減することが可能となった。この方式によって、市販のレーザーによって実用化できる見通しであり、装置の規模もかなり小型化できる。

論文

はじめに

向山 武彦

中性子科学; NSAコメンタリーシリーズ, No.7, p.1 - 2, 1999/06

NSAでは毎年コメンタリーを刊行している。今年度NSAコメンタリーの主題は「中性子科学」であり、NSAからの依頼により企画を担当した。刊行に当たり、本書の「はじめに」を執筆した。内容は各章の概要、中性子科学の位置付け等である。

報告書

大強度陽子蓄積リングのラティス検討

金正 倫計; 野田 文章*; 石 禎浩*; 中山 光一*

JAERI-Research 99-037, 75 Pages, 1999/05

JAERI-Research-99-037.pdf:2.69MB

中性子科学研究計画では、短パルスで大強度の中性子を用いた中性子散乱実験が大きな柱の一つである。線形加速器のみで短パルスで最大5MWもの大強度中性子ビームを発生させることは不可能であるので、線形加速器で加速されたいくつもの短パルスビームを大強度になるまで蓄積するための蓄積リングが必要となる。今回は、この大強度陽子蓄積リングの電磁石配置すなわちラティスの検討を行ったので、その検討結果を報告する。

論文

System design of a proton linac for the neutron science project at Japan Atomic Energy Research Institute

長谷川 和男; 水本 元治; 大内 伸夫; 本田 陽一郎*; 伊野 浩史*

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(5), p.451 - 458, 1999/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

原研では中性子科学研究計画を提案している。この計画はエネルギー1.5GeV、平均ビームパワーで8MWまでのパルスと連続(CW)の陽子ビームを必要とする。本論文では、この計画に用いるリニアック設計の考え方とパラメータについて述べる。初段加速部は常伝導加速構造であるRFQ,DTL,SDTLから構成され、高エネルギー加速部には超伝導構造を採用した。リニアックはパルス用とCW用の2本の入射ラインを持ち、これらは7MeVで合流する。全長は約900mでほとんど(75%以上)は超伝導部分である。エミッタンス増加の低減をねらう新しい考え方であるEquipartitioningの手法を、DTL,SDTL並びに超伝導加速部の設計に適用した。従来の定位相進みに基づく設計と比較し、縦方向エミッタンス増加を抑えることに特に有効であることを示した。

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