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論文

Degassing behavior of noble gases from groundwater during groundwater sampling

中田 弘太郎*; 長谷川 琢磨*; Solomon, D. K.*; 宮川 和也; 富岡 祐一*; 太田 朋子*; 松本 拓也*; 濱 克宏; 岩月 輝希; 小野 昌彦*; et al.

Applied Geochemistry, 104, p.60 - 70, 2019/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Geochemistry & Geophysics)

地下水に溶存している希ガス(He, Ne, Ar, Kr, Xe)は、地下水の起源や滞留時間、涵養温度などの推定に使われる。地下水に溶存しているガスを全て定量することが望ましいが、一方で、地下水の採取に伴う溶存ガスの脱ガスを避けることは難しい。本研究は、地下水の採取に伴う溶存希ガスの脱ガス挙動について調べ、その補正方法を提案するものである。地下施設及び深層ボーリングから地下水試料を採取し、原位置の圧力を維持した状態で採取した試料と、圧力を低下させて脱ガスさせた試料との比較を行った。その結果、溶存ガス圧が低い試料(約4.6気圧以下)については、大気圧下で脱ガスさせた場合、気液平衡が成り立つことが分かった。一方で、溶存ガス圧が高い試料(約32気圧)については、気液平衡が成り立たないことが分かった。気液平衡が成り立つ試料については、脱ガスの影響を補正することが可能であるが、気液平衡が成り立たない試料については、補正が困難であり、さらなる検討が必要である。

論文

原子力機構高崎放射性核種観測所における希ガス観測; CTBTOによる認証

山本 洋一

Isotope News, (736), p.31 - 33, 2015/08

包括的核実験禁止条約(CTBT)に係る高崎放射性核種観測所は、日本原子力研究開発機構の高崎量子応用研究所内にあり、認証前の試験運用を2007年から開始し、放射性希ガス(キセノン)の観測を行ってきた。高崎観測所の希ガスシステムはCTBT機関によって2014年12月19日に認証された。放射性キセノンの監視は特に地下核実験の探知に重要な役割を果たすことが期待されている。高崎観測所は2013年4月に通常の濃度変動範囲を超える複数の放射性キセノン同位体を同時検出した。この異常事象は同年2月に北朝鮮により宣言された核実験に由来するものと同定された。高崎観測所はアジア地域の東端に位置するため、偏西風によって運ばれてくる放射性核種の観測において国際的に重要な拠点となっている。

論文

Vibrational dissipation and dephasing of I$$_{2}$$(v = 1-19) in solid Kr

Karavitis, M.*; 熊田 高之; Goldschleger, I. U.*; Apkarian, V. A.*

Physical Chemistry Chemical Physics, 7(5), p.791 - 796, 2005/02

 被引用回数:28 パーセンタイル:29.47(Chemistry, Physical)

7-45Kの固体クリプトン中に捕捉されたヨウ素分子の振動量子状態のエネルギー及び位相緩和をフェムト秒レーザーによる時間分解型コヒーレント反ストークスラマン分光法(CARS)を用いて調べた。振動のエネルギー緩和速度は温度に依存せず、振動量子数vに比例することがわかった。位相緩和速度は指数関数的な温度依存性を示し、vの2乗に比例することがわかった。前者はヨウ素分子振動のエネルギー緩和に伴いそのエネルギー差に相当するフォノン4つを生成していること、後者は熱的に生成した固体中に既存のフォノンとの弾性散乱により引き起こされていることが示された。シュミレーションにより振動の位相緩和を誘発しているのは、ヨウ素分子の秤動運動を伴うモードのフォノンであることが明らかになった。

論文

Many-electron dynamics of a Xe atom in strong and superstrong laser fields

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 内海 隆行*

Physical Review Letters, 92(12), p.123001_1 - 123001_4, 2004/03

 被引用回数:62 パーセンタイル:11.72(Physics, Multidisciplinary)

波長800nm, パルス幅20fsのレーザー光を集光強度10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$から10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$の範囲でキセノン原子に照射し、そのイオン化過程におけるダイナミクスについて研究を行った。レーザー照射強度に対するキセノン1価から20価イオンまでのイオン化収率を測定し、トンネルイオン化モデルとの比較を行った結果、(1)低価数イオンにおける予想外なイオン化収率の向上、(2)遮蔽効果による外殻と内殻電子群の非相互作用、(3)相対論レーザー強度及び数サイクルパルスによる多電子同時イオン化の抑制、等が明らかとなった。これらの新しい発見は、このような高強度場において多電子原子がどのように振る舞うかを知るうえで、新しい知見を与えるものである。

報告書

Ionization dynamics of a xenon atom in super-strong laser fields

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 内海 隆行*

JAERI-Research 2003-030, 14 Pages, 2003/12

JAERI-Research-2003-030.pdf:0.75MB

波長800nm,パルス幅20fsのレーザー光を集光強度10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$から10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$の範囲でキセノン原子に照射し、そのイオン化過程におけるダイナミクスについて研究を行った。レーザー照射強度に対するキセノン1価から20価イオンまでのイオン化収率を測定し、トンネルイオン化モデルとの比較を行った結果、(1)低価数イオンにおける予想外なイオン化収率の向上,(2)遮蔽効果による外殻と内殻電子群の非相互作用,(3)相対論レーザー強度及び数サイクルパルスによる多電子同時イオン化の抑制、等が明らかとなった。これらの新しい発見は、このような高強度場において多電子原子がどのように振る舞うかを知るうえで、新しい知見を与えるものである。

論文

Ionization of many-electron atoms by ultrafast laser pulses with peak intensities greater than 10$$^{19}$$ W/cm$$^{2}$$

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹

Physical Review A, 68(6), p.065403_1 - 065403_4, 2003/12

 被引用回数:35 パーセンタイル:19.83(Optics)

光量子科学研究センターでは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めてきた。われわれは、既に開発に成功したピーク出力100TW,パルス幅20fsのチタンサファイアレーザー光を希ガス原子に集光し、トンネルイオン化過程により生成する多価イオンを飛行時間分解型質量分析器によって計測することにより、相対論効果が顕著となる集光照射強度2.6x10$$^{19}$$W/cm$$^{2}$$において、アルゴンの16価,クリプトンの19価,キセノンの26価を観測した。こうして生成したイオンは、これまで光電界のみでイオン化した場合の最高価数である。また、得られた実験結果を従来のトンネルイオン化モデルと比較し、相対論的レーザー場が初期段階のトンネルイオン化確率にほとんど影響を与えないことを初めて明らかにした。

論文

Super strong field ionization of atoms by 10$$^{19}$$ Wcm$$^{-2}$$, 10 Hz laser pulses

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; Ma, J.; 井上 典洋*; 上田 英樹; 桐山 博光

Journal of Modern Optics, 50(15-17), p.2515 - 2522, 2003/10

光量子科学研究センターでは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めてきた。われわれは、既に開発に成功したピーク出力100TW、パルス幅20fsのチタンサファイアレーザー光を希ガス原子に集光し、トンネルイオン化過程により生成する多価イオンを飛行時間分解型質量分析器によって計測することにより、相対論効果が顕著となる集光照射強度2.6$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^{-2}$$において、アルゴンの16価、クリプトンの19価、キセノンの26価を観測した。こうして生成したイオンは、これまで光電界のみでイオン化した場合の最高価数である。また、さらなるピーク出力の向上によるペタワット級レーザー開発研究の現状について述べる。

論文

高電圧端子内ECRイオン源設置計画,2

松田 誠; 藤井 義雄*; 竹内 末広; 吉田 忠

第15回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.62 - 64, 2003/03

原研タンデム加速器では得られるビームのエネルギー,強度,イオン種の拡大を目的に高電圧端子内にECRイオン源を設置する計画を進めてきた。第1段階では基本的な技術の取得及び機器の開発のため、加速器本体に大きく手を加えることなく設置が可能な小型の永久磁石型ECRイオン源(RF周波数10GHz、出力200W)を搭載した。主に水素,酸素及び希ガスイオンの加速に利用され、利用実績も上がってきている。しかし現在のイオン源は性能的にはまだ十分ではないので、計画の第2段階として、より高性能なイオン源を設置する計画を進めている。イオン源には14.5GHz,200Wの永久磁石型ECRイオン源(SUPERNANOGAN)を採用する。このイオン源はかなり大きなものであるため、現在のイオン源位置には設置せず、ガスストリッパー装置を撤去しそこにTECRIS用の入射90度電磁石を配置しイオン源を接続する。この配置だと180度電磁石をビームの分析電磁石として使用することができるため、現在より広範な電荷領域にわたってイオンを選択することが可能となる。これによりSUPERNANOGANからの加速が実現すれば現在の加速器の性能を凌駕し、高質量のイオンについては引き出されるイオンの電荷が倍増、つまりエネルギーの倍増が期待できる。

論文

原研タンデム加速器とRNB計画

吉田 忠; 神田 将; 竹内 末広; 堀江 活三; 大内 勲; 月橋 芳廣; 花島 進; 阿部 信市; 石崎 暢洋; 田山 豪一; et al.

第15回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.51 - 53, 2003/03

原研タンデム加速器は1982年実験利用が開始された。当初は高エネルギーの放電に対し加速器内部の機器健全性が保ちきれず、度重なる整備をしてきた。その結果、現在では非常に安定した運転を継続しており、年間5000時間の運転を継続している。一昨年から高電圧端子にはECRイオン源を設置し、タンデム加速器では初めての希ガスイオン加速を果たし、多くの実験研究に利用されてきた。現在の加速器は、約40核種の安定核イオンを発生,加速できるが、平成13年度から不安定核及び負イオンでは発生不可能なあるいは電流値の低さから利用されてこなかったイオン種の加速を可能にするRNB(放射性核種ビーム)加速計画が実施されており、平成15年度には設置完了する見込みである。この計画は原研とKEK(高エネルギー加速器研究機構)との共同研究であり、近い将来不安定核を利用した研究を開始する予定である。本報告はこれらの研究環境整備の報告を交え最近行った加速器開発を報告する。

論文

CTBT検証体制における放射性核種監視観測所

熊田 政弘; 小田 哲三; 宮本 ユタカ; 打越 貴子*; 中原 嘉則; 山本 洋一; 伯耆田 貴憲; 広田 直樹*; 井上 洋司; 篠原 伸夫

第23回核物質管理学会日本支部年次大会論文集, p.39 - 44, 2002/12

CTBT検証体制では、大気中,水中、及び地中における核爆発の有無を監視するため、世界中に321カ所の観測所を設け、国際監視網を構築することとしている。監視網では、地震,微気圧変動,水中音響及び放射性核種の4つの監視技術が用いられる。このうち、放射性核種監視観測所は世界中に80カ所設けられ、大気粒子をフィルター上に捕集して試料の$$gamma$$線計測を行う。観測所は、一定の技術基準を満たすことによりCTBT機関により認証を受けた後、機関との契約に基づいて、観測網の一部を担うことになっている。また、80カ所の観測所のうち、半数の40カ所には大気放射性希ガス自動計測装置が設置される。原研では、日本に設置される2つの放射性核種監視観測所(群馬県高崎市,沖縄県国頭郡)の設置を進めており、本発表では、観測所設置の現状、及び放射性核種監視観測所の性能等について報告する。

論文

Optical field ionization of rare gas atoms by $$>$$10$$^{19}$$ W/cm$$^{2}$$, 10-Hz laser pulses

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹

レーザー研究, 30(12), p.749 - 750, 2002/12

光量子科学研究センターでは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めてきた。われわれは、既に開発に成功したピーク出力100TW,パルス幅20fsのチタンサファイアレーザー光を希ガス原子に集光し、トンネルイオン化過程により生成する多価イオンを飛行時間分解型質量分析器によって計測することにより、相対論効果が顕著となる集光照射強度2.6$$times$$1019W/cm$$^{2}$$において、アルゴンの16価,クリプトンの19価,キセノンの26価を観測した。こうして生成したイオンは、これまで光電界のみでイオン化した場合の最高価数である。

論文

Outline of simulation code fact for analysis of ventilation system on criticality accident

津幡 靖宏; 田代 信介; 小池 忠雄; 阿部 仁*; 渡邊 浩二; 内山 軍蔵

Transactions of the American Nuclear Society, 87, p.60 - 61, 2002/11

原研では、再処理施設の臨界事故で発生する揮発性核分裂生成物のベント系内移行挙動を解析する目的でシミュレーションコードFACTの整備を進めている。本コードではノードジャンクション法が採用されており、種々の流体機器が配置されたベント系ネットワークを模擬することができる。解析ではユーザが与えた臨界発生箇所での質量放出速度,エネルギー放出速度,揮発性物質放出係数を用いて一次元圧縮性熱流動に関する基礎方程式及び一次元移行解析式を解くことでベント系内各観測点での圧力,温度,流速,移行物質濃度等を推定する。本発表では、FACTの基本解析機能及び簡易プラントを想定した機能確認計算について報告する。

論文

ターミナルECRイオン源の現状

松田 誠; 藤井 義雄*; 田山 豪一; 石崎 暢洋; 阿部 信市; 花島 進; 月橋 芳廣; 堀江 活三; 大内 勲; 神田 将; et al.

JNC TN7200 2001-001, p.166 - 168, 2002/01

原研タンデムから得られるイオンビームの電流・エネルギーの増強及び加速イオン種の拡大のため、1998年にECRイオン源をタンデム加速器の高電圧端子に搭載した。その後、定期整備のたびに改良を加え、現在は安定動作を実現している。主な改良点はターボ分子ポンプを排気系に追加したことと、搭載ガスを8ボンベまで可能にしたことである。これまでに水素,窒素,酸素及び希ガスの加速を行い、ビーム電流は約1桁、エネルギーはXeで300MeVに達している。イオン源の動作もきわめて安定しており、最長4日間の連続運転にわたってイオン源を再調整する必要はなかった。本件では現在の運転状況と装置の現状について報告する。

論文

Source term on release behavior of radioactive materials from fuel solution under simulated nuclear criticality accident

阿部 仁; 田代 信介; 小池 忠雄; 岡川 誠吾; 内山 軍蔵

Proceedings of the 2001 Topical Meeting on Practical Implementation of Nuclear Criticality Safety (CD-ROM), 8 Pages, 2001/11

核燃料施設での溶液燃料臨界事故時の放射性物質の施設内への閉じ込め効果を定量的に評価するため、NUCEF-TRACYを用いて、同事故時の放射性分解ガスや放射性物質の溶液燃料から気相への放出挙動に関する定量的データを取得してきた。これまで得られてきたこれら物質の放出挙動評価結果について報告する。放射性分解ガスの一つである水素について、核分裂エネルギーと放出分子数間の相関性を観察することで放出G値として0.8(分子数/100eV)を得た。放射性物質の放出機構モデルを仮定し試験データに適用することで放射性物質の放出率を評価した。ヨウ素($$^{131}$$I及び$$^{133}$$I)の放出率は、臨界状態を継続させた状態下(添加反応度1.5$)で約0.9%(過渡臨界4.5時間後)となった。また逆炉周期が約100(1/s)以上の試験条件では、希ガス($$^{141}$$Xe)の放出率は約90%以上となった。

報告書

溶液燃料過渡臨界事故時における放射性希ガスの放出挙動の検討(受託研究)

阿部 仁; 田代 信介; 小池 忠雄; 岡川 誠吾; 内山 軍蔵

JAERI-Research 2001-027, 20 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-027.pdf:1.0MB

溶液燃料過渡臨界事故時における放射性物質の施設内への閉じ込め効果を検討するため、NUCEFのTRACYを用いて、溶液燃料臨界事故時放射性物質閉じ込め試験を実施している。放射性希ガス核種は高い揮発性を有するため、ほかの非揮発性核種と比べると施設外へ放出されやすく、公衆の被曝線量評価の観点からは放射性希ガス核種の放出挙動に関する定量的なデータが重要となる。そこで放射性希ガスとして$$^{140}$$Xeに着目し、気相への放出係数を考慮した評価モデルを用いることで、気相への放出割合を評価した。また、逆炉周期と放出係数との間に相関関係を見いだすことができ相関式を導出した。さらに、二重境膜説をもとに放出係数と放射線分解ガス気泡径の関係を検討し、その結果を用いて、逆炉周期と気液接触面積との定性的な相関関係を示すことができた。

報告書

希ガス-酸素系の低温プラズマ励起反応に関する研究

小河 浩晃; 木内 清; 佐分利 禎; 深谷 清

JAERI-Research 2001-023, 21 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-023.pdf:1.98MB

発電炉の酸化物燃料では、燃焼度とともに放射性元素のXeやKr等の希ガスが多量に生成し、燃料と被覆管のギャップ内に放出して、伝熱阻害を促進し、被覆管の健全性を低下させることが重要な課題となっている。また、それらのオフガス中の回収技術の開発も急務となっている。本研究では、重元素の放射性希ガスであるXeやKr等の燃料中の振る舞いや、廃棄物としての回収・固定化のための新技術の基礎検討として、これらのガスの重照射場における化学的反応性を量子線による励起効果の新しい観点から基礎検討した。重照射場において当該ガスが低温プラズマ化して化学反応性が活性化することを想定して、これまでに未解明で、実用的にも重要な希ガス-酸素系の反応性を解析した。試験装置として、RF励起型の低温プラズマ反応試験装置を整備して、重元素希ガス自身及び実用環境で想定される酸素との混合ガス系について、プラズマ励起反応の起こりやすさを評価して、重照射場における当該ガスの存在状態や反応性を検討した。

論文

タンデム加速器へのECRイオン源の利用

松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*

KEK Proceedings 99-22, p.17 - 27, 2000/01

タンデム加速器の高電圧端子に永久磁石で構成される小型のECRイオン源を設置し、それから得られる大電流の正多価イオンを直接加速することでビームのエネルギー、強度を増強することに成功した。これまでにH,N,O,Ne,Ar,Kr,Xeイオンの加速に成功しビーム電流はいずれも従来の加速方式に比べ1桁あまり増強することができた。エネルギーについてはXeビームにおいて270MeVを達成している。ECRイオン源の設置場所は高圧絶縁ガス中の放電にさらされる過酷な環境であるのでイオン源、入射系を簡略化し複雑な制御は行わない方針をとった。特にガス流量が重要であるがこれをバルブの開閉操作のみとした。それによって性能はある程度抑えられているが、それでもなお十分な性能を発揮できている。今後はガス流量の調整やMIVOC法による金属イオンの加速を試みる予定である。

報告書

溶液燃料の過渡臨界事象に伴う放射性ヨウ素及び希ガス等の放出挙動の検討(受託研究)

阿部 仁; 田代 信介; 永井 斉; 小池 忠雄; 岡川 誠吾; 村田 幹生

JAERI-Tech 99-067, p.23 - 0, 1999/09

JAERI-Tech-99-067.pdf:1.37MB

核燃料再処理工程では溶液状燃料を取り扱うために、異常な過渡変化を越える事象の一つとして想定されている溶解槽の臨界事故時には、放射性物質が気相中へ放出され、さらに槽ベント系へと移行していくことが予想される。このような事故の下での槽ベント系の安全性能を実証するために原研ではNUCEFのTRACYを用いて臨界事故時放射性物質閉じ込め機能試験を実施している。本報告書は、平成10年度における同試験で得られた研究成果をまとめたものである。

論文

ターミナルECRイオン源からのビーム加速実験

松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*

第12回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.113 - 116, 1999/00

1998年2月の定期整備にあわせ小型のECRイオン源が原研東海の20MV折り返し型タンデム加速器の高電圧端子に設置された。イオン源を設置してから放電による電源類の故障や高圧ガスによる真空トラブルが発生した。一方で実験ユーザーへのビームの供給も始まり、長時間の連続運転を行ったことからいくつかの問題点も判明した。また装着できるガスボンベの数を3つに増やし現在H,N,O,Ar,$$^{129}$$Xe,$$^{136}$$Xeが加速可能である。H$$^{+}$$,O$$^{3+}$$ビームについては加速器の限界である3$$mu$$A、0.5p$$mu$$Aをそれぞれ出すことができた。Xeビームにおいては15,16,18荷の有数のイオンをそれぞれ73,48,9.4p$$mu$$A加速することに成功した。これは近い質量数であるIビームの負イオン源からの入射と比較すると、エネルギー、ビーム電源ともに上回る結果となり当初の目的が達せられた。

論文

In-terminal ECR ion source of the tandem accelerator at JAERI

松田 誠; 小林 千明*; 竹内 末広

Proc. of 14th Int. Workshop on ECR Sources (ECRIS99), p.176 - 179, 1999/00

タンデム加速器では負のイオンを高電圧端子に向けて加速してから炭素薄膜を通過させ電子を剥ぎ取り正の高多価イオンに変換し再び地上電位に向けて加速することで高いエネルギーを得ている。しかしイオンが重いと炭素薄膜の寿命が短くなり、またビーム強度も小さくなる問題を持っている。ECRイオン源はこれよりも高い電荷数のイオンを直接発生できることから静電加速器の高電圧端子に設置することでエネルギー、ビーム強度を増強することが可能である。超小型のイオン源(NANOGAN)が入手できるようになり、これを原研タンデム加速器に設置した。加速テストではH$$^{+}$$,O$$^{3+}$$,Ar$$^{6+,8+,9+}$$,$$^{132}$$Xe$$^{12+,13+}$$のイオンの加速に成功し、ECRイオン源のタンデム加速器への利用はこれが世界で初めてである。ECRイオン源の新たな利用法としてこれまでの経過と開発成果を報告する。

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