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論文

Recent progress of a code system DEURACS toward deuteron nuclear data evaluation

中山 梓介; 岩本 修; 渡辺 幸信*

EPJ Web of Conferences, 239, p.03014_1 - 03014_4, 2020/09

重陽子加速器を用いた大強度中性子源が、核融合炉材料の照射試験や医療用放射性同位体の製造といった様々な応用に対して提案されている。さらに近年では、重陽子核破砕反応を用いた核変換システムが長寿命核分裂生成物(LLFP)の核変換に対して提案されてもいる。これらの施設の設計研究には高精度かつ広範な重陽子核データが不可欠である。こうした状況の下、我々は重陽子入射反応用計算コードDEURACSを開発しているところである。本研究では、中性子や質量数4までの軽荷電粒子の放出の二重微分断面積や、核種生成断面積等、入射エネルギー200MeVまでの種々の物理量をDEURACSを用いて解析する。実験値との比較により、DEURACS内の理論モデルの妥当性を検証する。

論文

Experimental validation of tensile properties measured with thick samples taken from MEGAPIE target

斎藤 滋; 鈴木 和博; 畠山 祐一; 鈴木 美穂; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 534, p.152146_1 - 152146_16, 2020/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

流動鉛ビスマス共晶合金(LBE)中で照射されたMEGAPIE(MEGAwatt Pilot Experiment)ターゲットからT91引張試験片を採取し、照射後試験(PIE)を行った。これらの試験片は照射試験における標準的な試験片と比べて2倍以上の厚さがあり、そのゲージ部の厚さと幅の比(t/w)は標準的な照射用試験片とは大きく異なる。PIEの結果、これらは標準的な試験片と比較して1.5-2.0倍大きな全伸び(TE)を示し、これよりt/wとTEは強く相関していることが示唆された。そこで、未照射の試料を用いて、引張り特性に対するt/wの影響を調べた。その結果、強度と均一伸びにはt/w依存性が見られないが、TEはt/wの増加とともに大きくなることが分かった。さらに実験データに基づいて、TEを様々なt/wの試験片と相関させることで、標準試験片を含む適切なTE値を評価できることを示した。

論文

Progress status in fabrication of HBC stripper foil for 3-GeV RCS at J-PARC in Tokai site

吉本 政弘; 山崎 良雄; 仲野谷 孝充; Saha, P. K.; 金正 倫計

EPJ Web of Conferences, 229, p.01001_1 - 01001_7, 2020/02

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、ハイブリッドボロン添加カーボンフォイル(HBCフォイル)を用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。高エネルギー加速器研究機構(KEK)で開発されたHBC荷電変換フォイルはビーム照射に対する寿命を飛躍的に向上させることに成功した。これまで荷電変換フォイルの準備作業は、第1段階としてKEKつくばサイトでフォイルの蒸着作業を実施し、次に原子力機構(JAEA)東海サイトでフォイルの調整作業を実施するという2段階に分けて行ってきた。フォイル準備作業を効率的に進めるためには同一場所での作業が望ましく、そのためにHBCフォイル用の蒸着装置をつくばサイトから東海サイトに移設した。蒸着装置の修理及び再立ち上げを行った後に、製作したHBCフォイルの性能評価試験を高崎量子応用研究所TIARAにおいて実施した。Ar照射試験による寿命評価、RBS法を用いた組成分析、$$mu$$PIXEによる不純物評価の結果、これまでのHBCフォイルと同等の性能を有することを確認した。そして実際にRCSにおけるビーム照射試験を実施し、10日間の利用運転に問題なく使えることを実証した。

論文

Current Status of R&D and PIE Program for ADS Material Development in JAEA

斎藤 滋; 大久保 成彰; 大林 寛生; Wan, T.; 菅原 隆徳; 佐々 敏信; 前川 藤夫

JPS Conference Proceedings (Internet), 28, p.071003_1 - 071003_6, 2020/02

原子力機構は、加速器駆動システム(ADS: Accelerator-Driven Systems)の設計に必要な材料照射データベースを作成し、流動LBE中での照射効果について研究するため、J-PARCに陽子照射施設の建設を計画している。この照射施設では、鉛ビスマス共晶合金(LBE: Lead-Bismuth Eutectic)の核破砕ターゲットに250kWの陽子ビームを入射し、ADSの構造材候補材についてLBE流動下での照射試験を実施する。この照射施設を実現するために、様々な研究開発が行われている。LBEターゲットとターゲット台車の設計検討ついては概念設計を終えた。要素技術開発として大型のLBEループが製作され、本格運転へ向け準備中である。LBEループのための酸素濃度制御システムも開発された。遠隔操作によるターゲット交換試験も進捗している。照射試料の照射後試験フローは完成し、照射後試験技術について検討を進めている。その他、TEF-Tの実現に向けた現在の研究開発状況についても報告する。

論文

Consistent description of light composite particle emission in deuteron-induced reactions

中山 梓介; 岩本 修; 渡辺 幸信*

Physical Review C, 100(4), p.044603_1 - 044603_8, 2019/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

重陽子は弱束縛であるため、他の原子核との相互作用を通じて容易に分解する。この分解過程は重陽子入射反応における様々な観測量に影響を与えると考えられる。本研究では、重陽子入射からの軽複合粒子(LCP)放出における分解過程の影響を調べることを目的とした。この目的を達成するための準備として、前平衡クラスター放出モデルを、分解過程を明示的に取り扱った重陽子用計算コードDEURACSに導入した。また、直接ピックアップ成分は半経験的モデルによって見積もった。改良したDEURACSを質量数$$27 leqslant A leqslant 90$$の標的に対する$$(d,xt)$$, $$(d,xmathrm{^{3}He})$$, $$(d,xalpha)$$反応の解析に適用したところ、標的や反応に依らず一貫して計算値は実験値を良く再現した。この結果から、分解過程はLCP放出にも大きな影響を与えていることが分かった。また、分解過程が適切に考慮されている限りにおいて、重陽子入射からのLCP放出は核子入射からのLCP放出と同様の描像で記述できることを示した。

論文

Enhancement of element production by incomplete fusion reaction with weakly bound deuteron

Wang, H.*; 大津 秀暁*; 千賀 信幸*; 川瀬 頌一郎*; 武内 聡*; 炭竃 聡之*; 小山 俊平*; 櫻井 博儀*; 渡辺 幸信*; 中山 梓介; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.78_1 - 78_6, 2019/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:25.43(Physics, Multidisciplinary)

陽子(あるいは中性子)過剰核の効率的な生成経路を探索することは、原子核反応研究の主な動機のひとつである。本研究では、$$^{107}$$Pdに対する核子当たり50MeVの陽子および重陽子入射による残留核生成断面積を逆運動学法によって測定した。その結果、重陽子入射ではAgやPd同位体の生成断面積が大きくなることを実験的に示した。また、理論計算による解析から、この生成断面積の増大は重陽子の不完全融合反応に起因することを示した。これらの結果は、陽子過剰核の生成において重陽子のような弱束縛核の利用が有効であることを示すものである。

論文

J-PARC RCSビームコミッショニングの進捗報告; 1MW以上のビーム出力の実現に向けた取り組み

發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 金正 倫計; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 山本 風海; 山本 昌亘; et al.

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.574 - 578, 2019/07

J-PARC RCSは、2018年の7月に、設計出力1MWの試験運転に成功したところである。高出力かつ安定な利用運転を実現するためには、さらに高いビーム強度でのビームの振る舞いを調査することが必要となるため、RCSでは、2018年10月と12月に、1.2MW相当の大強度試験を実施した。当初、1$$%$$程度の有意なビーム損失が出現したが、ベアチューンや横方向ペイント範囲を最適化することで、そのビーム損失を10$$^{-3}$$レベルにまで低減することに成功した。本発表では、上述の大強度試験結果、特に、その際に出現したビーム損失の発生メカニズムやその低減のために行った一連の取り組みに焦点を当てて報告する。

論文

J-PARCにおける重イオン加速の検討

原田 寛之; Saha, P. K.; 金正 倫計

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.179 - 182, 2019/07

宇宙最高密度の巨大な原子核である「中性子星」に関して、中性子星同士の合体で発生した重力波の観測に、2017年人類で初めて成功した。その重力波観測によって、人類が未解明である中性子星内部の構造情報の取得が可能になった。そして、ミニ中性子星合体と相似のGeV級の高エネルギー重イオン衝突実験による宇宙最高密度物質やハイパー核の研究が世界中で加熱しており、米国RHIC加速器BES-IIプログラム,ドイツFAIR計画,ロシアNICA計画などの大型研究計画が進められている。大強度陽子加速器施設J-PARCは、MW級の大強度陽子ビームを多くの最先端実験施設に供給している。このJ-PARCを最大限活用するために、重イオンビームの加速に関して検討・設計し、世界最高強度の重イオンを供給可能な加速器施設を提案している。本講演では、J-PARCにおける陽子ビームの現状を報告し、提案している重イオン加速に関して紹介する。

論文

大強度線形加速器における非線形空間電荷力によるビーム損失の抑制手法の評価

地村 幹*; 原田 寛之; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 金正 倫計

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.728 - 732, 2019/07

大強度ビームにおける空間電荷効果の増大は、ビーム損失の増大を引き起こす。そのビーム損失は、装置の放射の観点からビーム強度を制限してしまう。そのため、その空間電荷効果によるビーム広がりを抑制することが非常に重要である。本研究では、その効果が特に顕著になるリニアックの低エネルギー領域に着目した。その効果によるビーム広がりの起源を同定するために、空間電荷力を考慮したシミュレーションを実施した。そして、J-PARCリニアックの低エネルギー部(MEBT1)における空間電荷効果が顕著に影響を及ぼしていることが判明した。その要因が空間電荷力の非線形力であることを突き止め、八極電磁石による非線形磁場にてその効果を緩和する手法を新たに考案した。シミュレーション上でその手法を検証した結果、ビーム広がり抑制が可能であるという結果を得た。本発表では、考案した手法やその検証結果について報告する。

論文

粒子加速器における負イオン源の長時間運転の進展と産業利用

小栗 英知

プラズマ・核融合学会誌, 95(7), p.340 - 344, 2019/07

粒子加速器用の負イオン源は現在、基礎科学分野から医療,産業分野まで幅広く利用されている。負イオンを用いた大型陽子加速器施設のひとつであるJ-PARCでは現在、高周波駆動型のイオン源を使用して約50mAの負水素イオンビームを連続3か月間、加速器に供給している。また、イオン源のビーム電流を一定に保つためのビーム電流フィードバックシステム機能を備え、オペレータを必要としない自動運転を実現している。J-PARC用負水素イオン源は、大強度ビームを生成するとともに実用機として十分な寿命及び安定性を有しており、J-PARCで行われている幅広い最先端研究の進展に大きく貢献している。

論文

Shape coexistence in $$^{178}$$Hg

M$"u$ller-Gatermann, C.*; Dewald, A.*; Fransen, C.*; Auranen, K.*; Badran, H.*; Beckers, M.*; Blazhev, A.*; Braunroth, T.*; Cullen, D. M.*; Fruet, G.*; et al.

Physical Review C, 99(5), p.054325_1 - 054325_7, 2019/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:18.92(Physics, Nuclear)

陽子過剰核$$^{178}$$Hgにおける変形共存を調べることを目的として、ユヴァスキュラ大学の加速器において$$^{103}$$Rh($$^{78}$$Kr, $$p2n$$)反応によって$$^{178}$$Hgを生成し、その原子核の励起状態からの脱励起の寿命を測定した。実験データを理論計算と比較した結果、$$^{178}$$Hgでは$$^{180}$$Hgに比べ、プロレート変形した状態がより高い励起状態へとシフトするとともに、変形度が増大することがわかった。

論文

Role of breakup processes in deuteron-induced spallation reactions at 100-200 MeV/nucleon

中山 梓介; 古立 直也; 岩本 修; 渡辺 幸信*

Physical Review C, 98(4), p.044606_1 - 044606_8, 2018/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:25.66(Physics, Nuclear)

近年、長寿命核分裂生成物(LLFP)の核変換処理に中高エネルギーにおける重陽子入射核破砕反応を利用することが提案されている。重陽子ビームを用いた核変換システムの設計研究のためには、LLFPに対する精度の良い重陽子入射反応断面積のデータが不可欠である。本研究では、核子当たり100-200MeVでの$$^{93}$$Zrおよび$$^{107}$$Pdに対する重陽子入射反応からの残留核生成断面積を、分解過程を明示的に考慮した計算コードDEURACSで計算した。その結果、計算値は実験データを定量的に良く再現した。また、成分に分けた解析から、非弾性分解後の核子吸収過程が残留核生成に大きな寄与を果たしていることがわかった。こうした結果は、重陽子入射反応における残留核生成の精度の良い予測のためには分解過程を考慮することが本質的に重要であることを強く示すものである。

論文

Activation in injection area of J-PARC 3-GeV rapid cycling synchrotron and its countermeasures

山本 風海; 山川 恵美*; 高柳 智弘; 三木 信晴*; 神谷 潤一郎; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 柳橋 亨*; 堀野 光喜*; 仲野谷 孝充; et al.

ANS RPSD 2018; 20th Topical Meeting of the Radiation Protection and Shielding Division of ANS (CD-ROM), 9 Pages, 2018/08

J-PARC 3GeVシンクロトロンは1MWのビーム出力を中性子ターゲットおよび主リングシンクロトロンに供給するためにビーム調整を進めている。現在は最大500kWの出力で運転を行っているが、現状最も放射化し線量が高い箇所はリニアックからのビーム軌道をシンクロトロンに合流させる入射部である。この放射化はビーム入射に使用する荷電変換フォイルとビームの相互作用によるものであるが、フォイルを使う限り必ず発生するため、周辺作業者への被ばくを低減するための遮蔽体を設置できる新しい入射システムの検討を行った。フォイル周辺は入射用電磁石からの漏れ磁場で金属内に渦電流が流れ、発熱することがこれまでの経験から判っているため、その対策として金属の遮蔽体を層状に分け、その間に絶縁体を挟む構造を考案した。遮蔽計算の結果から、9mmのステンレスの間に1mmの絶縁体を挟んでも遮蔽性能は5%程度しか低下しないことがわかった。

論文

レーザー荷電変換入射の原理実証実験に向けたレーザーシステムの開発

原田 寛之; Saha, P. K.; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 井上 峻介*; 佐藤 篤*; 菅沼 和明; 山根 功*; 金正 倫計; 入江 吉郎*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.811 - 815, 2018/08

大強度陽子加速器では、線形加速器で加速された負水素イオンの2つの電子を円形加速器の入射点に設置された荷電変換用炭素膜にて剥ぎ取り、陽子へと変換しながら多周回にわたり入射することで、大強度陽子ビームを形成している。この入射手法は、大強度の陽子ビームを生成できる反面、周回する陽子ビームが膜への衝突を繰り返すことで、ビーム自身が散乱され制御不能なビーム損失が原理的に発生する。加えて、大強度出力ではビームの衝突時の熱や衝撃による膜の破壊が生じる。大強度陽子ビームの出力や運転効率は、このビーム損失による残留線量や膜の寿命による制限が懸念される。そのため、さらなる大強度出力には炭素膜を用いた荷電変換入射に代わる新たな入射手法が必要となる。J-PARC 3GeVシンクロトロンでの設計出力を超える大強度化に向けて、レーザーにて電子剥離を行う「レーザー荷電変換入射」を新たに考案した。その原理実証実験に向けて、レーザーシステムの開発を進めている。本発表では、レーザー荷電変換入射の概要を紹介し、レーザーシステムの開発状況を報告する。

論文

J-PARC LINAC 3MeVビームスクレーパの現状

平野 耕一郎; 杉村 高志*; 栗原 俊一*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.324 - 328, 2018/08

2017年10月からのビーム利用運転において、3MeVビームスクレーパは1MWビーム利用運転のスクレーパ平均ビーム電流と同等または1.3倍の照射を行い、5ケ月間問題なく使用することができた。このときのスクレーパ表面温度は1800$$^{circ}$$Cであった。粒子数3E22個の3MeVビームによる照射損傷は、深さ700$$mu$$mであった。今後、加速器のビーム調整においてほとんど全てのビームがスクレーパに照射される可能性があるため、スクレーパに使われる炭素複合材より高い電流密度に耐えられるスクレーパ材料について検討しており、今回、熱伝導率の高いスクレーパ材料としてグラフェンとタングステンのビーム照射試験を行った。本稿では、3MeVビームスクレーパとスクレーパ材料のビーム照射試験について述べる。

論文

Development of a high-efficiency proton recoil telescope for D-T neutron fluence measurement

谷村 嘉彦; 吉澤 道夫

Radiation Protection Dosimetry, 180(1-4), p.417 - 421, 2018/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

放射線標準施設(FRS)に整備された14.8MeV単色中性子校正場の中性子フルエンスを測定するために、一組のラジエータ、$$Delta$$E検出器及びE検出器からなる高効率反跳陽子テレスコープ(PRT)を開発した。ラジエータには、2mmの厚いプラスチックシンチレーション検出器を採用することにより、検出効率を向上させるとともに、ラジエータ内での反跳陽子のエネルギー損失を補償可能とした。$$Delta$$E及びE検出器には、それぞれ150$$mu$$m及び3mmの有感層を持つシリコン半導体検出器を採用した。ラジエータ-E検出器間の距離を、50mm, 100mm及び150mmに変化させたときの検出効率を14,8MeV校正場での試験結果を基に評価した。検出効率は、距離の減少とともに、最大3.7$$times$$10$$^{-3}$$まで増加した。これは、通常のPRTよりも数桁高く、FRSの14.8MeV校正場での中性子フルエンス測定が数時間で可能な検出効率である。

論文

部会・連絡会セッション,核データ部会「シグマ」特別専門委員会共催; 我が国における核データ計算コード開発の現状と将来ビジョン,3; 重陽子入射断面積計算コードDEURACSの開発

中山 梓介

核データニュース(インターネット), (120), p.19 - 25, 2018/06

高精度の重陽子核データファイルの作成に向け、重陽子入射反応に特化した計算コードDEURACSの開発を行っている。日本原子力学会2018年春の年会での核データ部会・「シグマ」特別専門委員会の合同セッションにおいてDEURACSの現在までの開発状況や今後の展望等について発表したので、その概説を「核データニュース」誌に寄稿した。これまでの研究から、中性子源評価で重要となる軽核に対する$$(d,xn)$$反応やトリチウム発生量評価で重要となる$$(d,xt)$$反応をDEURACSで精度良く予測できるようになったこと、また、今後の展望として、中重核に対する核種生成断面積についても精度の良い予測ができるようDEURACS内の理論モデルを改良していく予定であること、等を述べた。

論文

Systematic shell-model study of $$beta$$-decay properties and Gamow-Teller strength distributions in $$A {approx} 40$$ neutron-rich nuclei

吉田 聡太*; 宇都野 穣; 清水 則孝*; 大塚 孝治*

Physical Review C, 97(5), p.054321_1 - 054321_17, 2018/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:15.06(Physics, Nuclear)

陽子数が13から18まで、中性子数が22から34までの78核種のベータ崩壊半減期及び遅発中性子放出確率を大規模殻模型計算によって求めた。これらは非常に中性子過剰な原子核であるため、実験データが限られており、また、速い元素合成過程の理解に重要な性質である。そのうち実験データがある47核種の半減期を非常によく再現することを示した。これらのベータ崩壊の性質については、核構造の観点からはガモフテラー遷移強度分布が重要となる。ガモフテラー遷移強度分布を詳しく調べた結果、半減期に対して特に重要な低励起状態への強度分布に核子数の偶奇性が強く現れることがわかった。陽子中性子対相関がその性質を支配していることを計算により示した。

論文

Cross section measurement in J-PARC for neutronics of the ADS

明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 大樹

Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerators (AccApp '17) (Internet), p.396 - 402, 2018/05

核変換実験施設の要素技術試験の一環として、加速器とターゲットステーションの隔壁となるアルミ合金製の陽子ビーム窓の寿命評価のためにアルミの放射化断面積を測定した。J-PARCの3GeV陽子シンクロトロンのビームダンプにアルミフォイルを設置し、0.4及び3GeV陽子を入射しAl(p,x)$$^7$$Be, Al(p,x)$$^{22}$$Na及びAl(p,x)$$^{24}$$Na反応の断面積を測定した。J-PARCの加速器施設は、陽子ビームの強度モニタが高精度に校正されていること等により、既存の実験データより高い精度で断面積が測定できた。本実験結果と評価済み核データ(JENDL/HE-2007)の比較の結果、JENDL/HE-2007は最大で30$$%$$程度の違いはあるものの、概ね実験結果をよく再現することがわかった。PHITSコードよる計算との比較を行った結果、最新の核内カスケードモデルは、励起関数の形状は実験を再現するものの40$$%$$程度の過小評価を与えることがわかった。PHITSに用いられている統計崩壊モデル(GEM)の代わりにオリジナルのGEMモデルを用いて計算したところ、実験との一致が改善することがわかった。他の核種の反応断面積測定を今後予定しており、これにより核データや核反応モデルの高度化が期待できる。

論文

Theoretical model analysis of $$(d,xn)$$ reactions on $$^7$$Li at 25, 40, and 102 MeV

定松 大樹*; 中山 梓介; 渡辺 幸信*; 岩本 修; 緒方 一介*

JAEA-Conf 2017-001, p.135 - 140, 2018/01

近年、高レベル放射性廃棄物の核変換や医療用放射性同位体の製造などの様々な応用において大強度中性子源への要望が高まっている。重陽子加速器を用いた中性子源はその有力な候補の一つとみなされている。それゆえ、我々はこれまでに重陽子入射反応用のコードシステムDEURACSを開発してきた。本研究では$$^7$$Li標的に対する重陽子入射による中性子放出に着目した。入射エネルギー25,40,100MeVにおける$$(d,xn)$$反応に対する二重微分断面積の計算値を実測値と比較し、DEURACSの適用性を議論する。

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