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報告書

光ファイバ式ひび割れ検知センサの安全確保技術としての適用性に関する研究(平成27年度$$sim$$平成30年度)(共同研究)

河野 勝*; 葉山 和則*; 松井 裕哉; 尾崎 裕介

JAEA-Technology 2019-011, 35 Pages, 2019/07

JAEA-Technology-2019-011.pdf:2.65MB

本共同研究では、東京測器研究所の光ファイバ式ひび割れ検知センサが、数十年間の長期的な安全確保技術として有効に機能しうるかに関する検証を行うことを主目的として、平成22年度(2010年度)から平成26年度(2014年度)まで実施していた東京測器研究所との共同研究を継続し、瑞浪超深地層研究所において、原位置での長期耐久性試験を実施した。この試験の結果、光ファイバ式ひび割れ検知センサシステムに関する地下坑道内での長期計測システムとしての適用性やその維持管理方法を実証的に確認したと同時に、今後の課題も明らかにした。

論文

Support for the development of remote sensing robotic system using a water tank installed in the Naraha Remote Technology Development Center

西村 昭彦; 吉田 稔*; 山田 知典; 荒川 了紀

Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR 2019) (Internet), 3 Pages, 2019/05

原子力機構は楢葉遠隔技術研究開発センターにおいて、遠隔センシングロボット技術の開発を支援している。センターに設置されている水槽を模擬的な原子炉格納容器に見立てた。光ファイバ干渉方式の小型の地震振動計が使用された。特別設計されたロボットシステムが地震計ユニットの設置のために試験された。本試験では地面の振動を利用して、水槽の振動応答関数を明らかにする準備を行った。

報告書

再冠水試験に伴う坑道周辺岩盤の変位計測結果

桑原 和道*; 青柳 芳明; 尾崎 裕介; 松井 裕哉

JAEA-Research 2017-002, 39 Pages, 2017/03

JAEA-Research-2017-002.pdf:3.58MB

深度500m冠水試験抗道における再冠水試験によって生じると予測される、坑道周辺岩盤の地中変位を捉えるため、高精度で耐久性のある光ファイバ式岩盤変位計を開発し、冠水坑道内の岩盤変位観測孔に設置した。冠水・水圧回復試験の第一回目は2015年9月に開始されたが、本計測は試験開始前から行い、大きなトラブルもなくデータ収集を継続している。第一回目の冠水試験および第二回目の試験(2016年1月に開始)で冠水坑道内の水圧が上昇すると、冠水坑道壁面近傍の変位計では、縮み側への変位が観測された。計測された変位量と、岩盤を等方均質弾性的挙動をすると仮定して試算した結果と比較すると、抗壁面ではある程度は一致するが、壁面から離れると測定結果は、試算よりも小さかった。これらの結果は、実際の岩盤では割れ目や不均質性が存在するため冠水坑道壁面に作用している水圧がそのまま内部に作用していないためと考えられる。

論文

Evaluation of three dimensional microstructures on silica glass fabricated by ion microbeam

西川 宏之*; 惣野 崇*; 服部 雅晴*; 大木 義路*; 渡辺 英紀*; 及川 将一*; 荒川 和夫; 神谷 富裕

JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.254 - 256, 2003/11

原研TIARAの軽イオン及び重イオンマイクロビーム装置を用い、マイクロビーム二次元走査によりフォトにクス基盤材料であるシリカガラスに導波、発光、調光機能を持つ微細な三次元構造を形成するための基礎研究を行った。細い短冊状にマイクロビーム照射した試料について顕微PL-ラマン分光及びAFMによるマッピングを行い、誘起される種々の構造変化を調べ、NBOHCによる650nmのPL帯の強度の分布、及び飛程近傍での高密度化による表面での凹部の生成が観測された。高品質なフォルター素子の作成を目指した光ファイバへのH$$^{+}$$マイクロビーム照射実験では、コア部の局所領域に屈折率変化を誘起することができた。

論文

J-PARCリニアック高周波基準信号分配システム

小林 鉄也; 千代 悦司; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 道園 真一郎*

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.366 - 368, 2003/08

J-PARC陽子リニアックでは、RF基準信号12MHzを光伝送によって各クライストロン駆動ステーションへと分配する。加速電場(324MHz,972MHz)の位相,振幅変動はそれぞれ+/-1度,+/- 1%以内が要求され、それゆえ、基準信号に求められる安定度は非常に厳しく、リニアック300m間、約60ヶ所にも及ぶステーション間の位相変動は+/-0.3度(972MHzで約+/-0.9ps)程度以内を目標としている。そのために新たに開発・製作された光コンポーネント(E/O,O/E等)の性能特性評価及び基準信号分配システムの安定性試験の結果ついて報告する。併せてリニアックのタイミング制御信号の分配方法についても述べる。

論文

High counting rate two-dimensional neutron imaging method using rectangular scintillators with WLS fibers

藤 健太郎; 片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 美留町 厚; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1601 - S1603, 2002/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:76.43(Materials Science, Multidisciplinary)

大面積/高計数率な中性子イメージングを目指してLiガラスシンチレータと波長シフトファイバを組み合わせた中性子イメージング検出法を開発した。検出器の構造は、Liガラスシンチレータの4つの側面に波長シフトファイバを配置しアレイ化した構造である。X軸及びY軸の位置はガラスシンチレータのそれぞれ相対する側面に配置されたファイバの同時計数が成立した場合に決定する方法を用いている。5mm$$times$$5mm$$times$$2mmtのLiシンチレータを4$$times$$4のアレイとした検出器を用いた基礎実験により、3Mcpsの中性子が入射してもリニアリティ良く中性子イメージングが可能であることを確認した。

論文

High position-resolution scintillation neutron-imaging detector by crossed-fiber readout with novel centroid finding method

片桐 政樹; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 美留町 厚; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1604 - S1606, 2002/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:72.42(Materials Science, Multidisciplinary)

高位置分解能/高計数率な中性子イメージングを目指して新しい中心位置決定法によるクロスファイバ読み取り法を用いた高位置分解能シンチレーション中性子イメージング検出法を開発した。検出器の構造は、シンチレータの上下の面にクロスした波長シフトファイバを配置した構造である。これまでは、中性子入射位置周辺で蛍光を検出したファイバのなかで最も蛍光の量が多いファイバの位置を入射位置としていた。考案された方法では、複数のファイバの同時計数を行い同時計数したファイバの中心の位置を中性子入射位置としている。この方法により、中心位置決定回路の簡易化を図りコストを削減するとともに高計数率化を可能とした。ZnS:Ag/LiFシンチレータを用いた基礎実験により、0.5mmの位置分解能が得られることを確認した。

論文

ITER計測機器に対する放射線照射効果

西谷 健夫; 四竈 樹男*; Reichle, R.*; 杉江 達夫; 角田 恒巳; 河西 敏; 石塚 悦男; 山本 新

プラズマ・核融合学会誌, 78(5), p.462 - 467, 2002/05

ITER-EDAの工学R&Dの一環として行った、ボロメータ,光ファイバー及び磁気プローブ線照射試験の結果について報告する。ボロメーターは赤外軟X線領域の輻射を測定する素子であり、プラズマのパワーバランスを評価する重要な計測器である。ITERのボロメーターの候補であるマイカ薄膜ボロメータの実時間照射試験をJMTRを用いて行ったところ、マイカ薄膜に蒸着した金の抵抗体の抵抗値の著しい増加が観測され、金から水銀への核変換が原因であることを示した。また0.03dpa(目標0.1dpa)のフルエンスで断線が発生したため、蒸着抵抗体を白金等の核変換断面積が小さい物質に代える必要があることを指摘した。ITER共通試料の光ファイバー(日本製フッ素添加ファイバー2種類,ロシア製3種類)をJMTRで照射した。その結果フッ素添加ファイバー及びロシア製KU-H2G, KS-4Vが優れており、ITERの真空容器近傍でも使用可能なことを示した。無機絶縁ケーブルの照射誘起起電力(RIEMF)については、磁気プローブの両端の中心導体間の作動電圧に与えるRIEMFの影響を、高感度電圧計を用いて直接測定することを試みた結果、ノイズレベル(100nV)以下であり、1000秒間積分しても問題ないことを示した。

報告書

光技術による原子炉計装系の研究, 原子力基礎研究 H10-041(委託研究)

中澤 正治*; 高橋 浩之*; 福田 大治*

JAERI-Tech 2002-019, 30 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-019.pdf:1.6MB

光技術を応用した原子炉計装系の構築を目的に、キイコンポーメントとなる光ファイバの放射線による誘起伝送損失の評価を行うとともに、光ファイバをセンサとして使用した場合の測定精度,時間応答性,放射線下での寿命評価など基礎特性の評価を行った。誘起伝送損失の評価を行ったフッ素ドープ型光ファイバは、照射量に対し$$gamma$$線では飽和傾向を示すが、中性子照射では増加傾向を示した。原子炉環境での利用にはこの点に注意しなければならない。光ファイバセンサの評価は、ラマン散乱型温度分布センサ(RDTS)及びファイバブラッググレーティング(FBG)について行った。RDTSは一年以上にわたり東大弥生炉に設置し評価した結果から、雰囲気温度の測定や異常監視系として十分適用可能であることが確認された。FBGに対しては高速中性子及び$$gamma$$線の照射を行い、基礎特の評価を行った結果、配管領域で十分に利用可能であることが確認された。光ファイバ及び光ファイバセンサは、原子力プラントへの適用が可能であり、計装系の軽量化によって安全性の向上に寄与できるものと期待される。

論文

High-speed readout method using wavelength-shifting fibers for an imaging plate

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 岸本 牧; 中村 龍也; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 477(1-3), p.179 - 183, 2002/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.05

大強度陽子加速器を用いた核破砕中性子源から発生するパルス中性子を用いた中性子散乱研究に用いる中性子イメージング検出法として、イメージングプレートの高速読み出し法の研究を進めている。本検出法は、長方形状の励起光をイメージングプレートに照射し、放出される輝尽性螢光を並列にならべた波長シフトファイバ束により検出する。並列に読み取りを行うため、従来法に比較して数100倍から数1000倍、読み取り速度を改善することができる。イメージングプレート,波長シフト光ファイバ束,光電子増倍管等を用いた基礎実験を行った結果、本検出法により放射線イメージを測定可能であることを確認した。

論文

光ファイバーボイドプローブによる気泡速度計測へのウェーブレットの適用

大津 巌; 近藤 昌也; 与能本 泰介; 安濃田 良成

日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, Vol.1, p.7 - 8, 2001/00

光ファイバープローブを用いたレーザードップラー流速計は、気泡接触前に気泡界面からの反射波を測定する場合、触針式プローブを用いする手法と較べ、プローブ-気泡間の流体的干渉を避けるうえで有利であると考えられる。この計測法の特性を検討するため、垂直管(内径10mm)の水中で上昇する空気プラグを測定し、13500コマ/秒で撮影したVTR画像で校正した。気泡速度7.76及び18.6cm/sの実験で測定したドップラー信号を周波数の時間的変化を捉えられるウェーブレット変換法で周波数解析した結果、気泡がプローブに接触する直前、ドップラー計測で得た速度が、画像から得た速度に対し急速に低下する時間的特性を明確に捉えられた。真の気泡速度を得るためには、この気液界面にプローブ先端が最接近した時間のデータを排除する必要があることがわかった。

論文

Development of solution behavior observation system under criticality accident conditions in TRACY

小川 和彦; 森田 俊夫*; 柳澤 宏司; 會澤 栄寿; 桜庭 耕一; 菅原 進; 大野 秋男

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(12), p.1088 - 1097, 2000/12

臨界事故条件下での硝酸ウラニル溶液と放射線分解ガスボイドの挙動を観察する目的で、TRACY(過渡臨界実験装置)の新たな計装として可視化システムを開発した。本システムは、耐放射線光ファイバースコープ、光源装置、及び耐放射線ビデオカメラから構成される。システムの設計では、TRACYでの非常に強い放射線環境及びTRACYの一次バウンダリとしての安全機能を考慮した。本システムは最近のTRACY実験に使用され、これまで観測できなかった溶液及びボイドの挙動について明瞭な動画を得ることができた。観察結果として、反応度添加条件によって溶液及び放射線分解ガスボイドの挙動が異なることを視覚的に確認することができた。本システムNUCEFより、溶液及びボイド挙動の詳しい情報を得ることができ、動特性解析モデルの開発に貢献できる。

論文

光技術を利用した原子炉計装システム

角田 恒巳; 山岸 秀志; 田畑 広明*; 浦上 正雄*

第7回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集 (00-11), p.254 - 257, 2000/11

光ファイバなどをセンサ媒体とした、新しい原子炉運転監視システムとして、光計装システムの開発研究を行っている。本報は、その全体像と、キイコンポーネントの耐放射線性向上技術、実際に光ファイバセンサによる炉心内での計測試験について述べた。光ファイバの耐放射線強化では、コアにフッ素を拡散することで、E'センタ及びNBOHCを抑制し、原子炉炉心内で使用できるものが得られた。これをセンサとし、炉内の温度や炉出力の計測が可能であることを示した。

論文

Development of scintillation-light-transmission type phoswich detector for simultaneous $$alpha$$- and $$beta$$($$gamma$$)-ray counting

安田 健一郎; 臼田 重和; 軍司 秀穂

IEEE Transactions on Nuclear Science, 47(4), p.1337 - 1340, 2000/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:58.34(Engineering, Electrical & Electronic)

グローブボックスやホットセルのように、狭くてかつ隔離された空間においても利用可能な$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線同時計測用の新しい検出器を考案した。これは、光ファイバーを用いてZnS(Ag)/NE102Aホスウィッチ検出部からの蛍光を光電子増倍管へ伝送し、波形弁別法により同時計測するという考えに基づく。波長シフターを利用して、ホスウィッチからの蛍光を光ファイバーの透過波長領域へ変換することにより、$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の同時計測が可能になった。さらに、アクチノイド溶液に直接接触できる浸漬型インラインモニターへの適用性も検討した。

報告書

Proton irradiation effects on optical attenuation in doped- and pure-silica fibers

坂佐井 馨; H.Bueker*; F.W.Haesing*; F.Pfeiffer*

JAERI-Research 99-038, 18 Pages, 1999/05

JAERI-Research-99-038.pdf:0.77MB

純粋及びドープト石英ファイバーに20MeV陽子を照射し、波長470nm、660nm及び850nmにおける光学損失を測定した。実験ではファイバーに対して一様に陽子線が照射されるようにファイバーを「一層」に配置した。ドープトファイバーの損失は照射の初期に大きく増大するが、純粋ファイバーの増大は緩やかであった。また、純粋ファイバーの前面に厚さの異なる石英の板を置いて陽子線を照射し光学損失を測定した。損失増加曲線の初期の傾きから陽子線による線量が評価可能であることがわかった。さらに陽子線に対するファイバーの感度は、ドープトファイバーが660nmで1.0$$times$$10$$^{-10}$$(dB/m)/(protons/cm$$^{2}$$)、純粋ファイバーが470nmで5.5$$times$$10$$^{-12}$$(dB/m)/(protons/cm$$^{2}$$)であった。

報告書

第109回基礎科学セミナー-量子計測法の研究-論文集; 1998年1月19-20日、東海研究所、東海村

量子計測研究グループ

JAERI-Conf 98-011, 84 Pages, 1998/07

JAERI-Conf-98-011.pdf:4.32MB

21世紀における放射線計測を考えると、量子現象を利用した新しい放射線検出原理を追及することが研究者にとって1つの大きな課題・目標となる。このような状況の中で量子計測研究グループでは、平成5年4月から5年間「量子計測法の研究」テーマのもとで、He-Neレーザー等を用いた中性子検出法の研究、耐放射線性光ファイバーの開発研究及び超伝導トンネル接合放射線検出器の研究の3つの研究を行った。これらの研究を終了するに当たり1998年1月19,20日に「量子計測法の研究」と題する研究会を開催した。本稿は同研究会での講演内容を論文等としてまとめたもので、所内外で精力的に行われている先端的な研究の現状を知ると共に、将来における「量子現象を利用した放射線計測法」の方向と展開を知る上で多くの示唆に富む内容を含むものである。

論文

Application of optical fibers for optical diagnostics in high temperature gas cooled reactor

四竈 樹男*; 角田 恒巳; 成井 実*; 石原 正博; 佐川 勉; 荒井 長利

ECN-R--98-005, p.125 - 143, 1998/00

HTTRを用いた先端的基礎研究の一環として、高温耐放射線光ファイバを用いた高温ガス炉炉心の直接観察の可能性を研究している。本論文はこれまでの研究の現状を概説した。試作開発している光ファイバは直径約1mm、コアのOH含有率が900ppmの溶解シリカ線材である。耐熱性については、炉外の空気中及びヘリウム中加熱試験により、温度800$$^{circ}$$C、300時間までの範囲で、可視光から赤外線(350~1850nm)において透光性の劣化が無いことを確認した。また、高温自己発光(ルミニッセンス)の強度が高温ほど高いことから、光ファイバによる温度測定の可能性を見出した。JMTRでの放射線環境下短時間(1h)特性試験により、700nm以上の赤外線については放射線効果が認められないことを確かめた。更に、サファイアのルミニッセンス強度を分析し、可視光域の強度により炉出力(放射線強度)を、黒体放射強度により温度を測定するなど、光ファイバモニターの可能性も例示した。

論文

Behavior of optical fibers under heavy irradiation

角田 恒巳; 四竃 樹男*; 鳴井 実*; 佐川 勉

Fusion Engineering and Design, 41, p.201 - 205, 1998/00

 被引用回数:31 パーセンタイル:8.23

核融合炉のプラズマ診断等に不可欠な光学的計測要素として、光ファイバの重照射下における振る舞いを調べた。数次にわたる照射試験はJMTRの炉心環境で、照射温度30K~700K,中性子照射量2$$times$$10$$^{24}$$n/m$$^{2}$$,$$gamma$$線ドーズ5$$times$$10$$^{9}$$Gyのもとで行った。この間「その場計測」により、光ファイバの透光性や発光現像を計測した。試験には、$$gamma$$線照射試験などにより得られた向上策により試作した光ファイバを用いた。その結果、中性子を含む重照射下では、$$gamma$$線照射と比較し、より短波長側に吸収を生じるが、蒸気照射量に対し十分な耐性を持つことが確認できた。

論文

光ファイバーを利用した放射線検出法

角田 恒巳

放射線, 24(1), p.41 - 48, 1998/00

種々の技術分野において計測媒体として広く利用されている光ファイバーの放射線計測への利用について述べた。光ファイバーの利用にネックとなっていた耐放射線性の問題も改善され、医療分野から原子炉ドシメトリーにいたる広範な放射線計測への利用研究が進展している。本稿では、まず、光ファイバーの利用に不可欠な耐放射線性の改善について述べ、次いでプラスティックファイバーや石英ファイバーを利用した種々の放射線計測法について、その形態や方法、提案などの実例をあげた。今後、放射線と共に、温度、圧力など他の物理量を同時に測定できるマルチパラメータ計装へと展開が期待される。

論文

Absorption and fluorescence phenomena of optical fibers under heavy neutron irradiation

角田 恒巳; 坂佐井 馨; 四竃 樹男*; 鳴井 実*; 佐川 勉

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.1893 - 1896, 1998/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:18.02

核融合炉計測などの強放射線場での利用を目的に、2種類のアルミ被覆光ファイバを試作し、JMTR炉内での照射試験により、欠陥形式と発光特性を調べた。照射欠陥による光の吸収は700nmより短波長側に集中するが、700nm~1500nmでは2$$times$$10$$^{24}$$n/m$$^{2}$$の高速中性子照射に対しても極めて少なかった。また発光特性については、400nm~1400nmの広範な波長領域において、チェレンコフ光(1/$$lambda$$$$^{3}$$)、SiO$$_{2}$$構造に係わる発光ピーク(450nm,1270nm)を観測した。チェレンコフ光や1270nmの発光ピークは、光ファイバの吸収に対しても影響は少なく、これらの発光を放射線量や温度計測に利用出来ることが判った。

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