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論文

Beam optics design of the superconducting region of the JAEA ADS

Yee-Rendon, B.; 近藤 恭弘; 前川 藤夫; 明午 伸一郎; 田村 潤

Journal of Physics; Conference Series, 1350(1), p.012120_1 - 012120_5, 2019/12

The Japan Atomic Energy Agency (JAEA) is proposing an Accelerator Driver Subcritical System (ADS) for the transmutation of the nuclear waste. ADS will consist in a superconducting CW proton linear accelerator with a final energy of 1.5 GeV and beam current of 20 mA. The main part of the acceleration, from 2 MeV to 1.5 GeV, will take part in the superconducting region using five types of radio frequency cavities. The ADS operation demands a high intensity, and reliability of the beam therefore, the beam optics design plays a fundamental role to avoid the emittance growth and reduce the beam losses and halo.

論文

J-PARC RCSにおけるビームコミッショニングの進捗報告; 大強度・低エミッタンスビームの実現へ向けた取り組み

發知 英明; 原田 寛之; 加藤 新一; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 谷 教夫; 渡辺 泰広; 吉本 政弘

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.95 - 99, 2017/12

この一年、J-PARC RCSでは、大強度かつ低エミッタンスのビームを実現するためのビーム調整を精力的に展開してきた。RCSの動作点は、2Qx-2Qy=0共鳴の近傍に設定されている。この共鳴はエミッタンス交換を引き起こすため、ビームの電荷密度分布を大きく変調してしまう。RCSでは、ペイント入射と呼ばれる手法でビーム粒子の分布をコントロールして入射中のエミッタンス増大の抑制を図っているが、エミッタンス交換の影響を考慮してその手法を最適化した結果、電荷密度分布の一様化に成功し、入射中のエミッタンス増大を最小化することができた。本発表では、ペイント入射中の特徴的なビーム粒子の挙動やエミッタンス増大の発生機構を議論すると共に、エミッタンス低減のために行った一連の取り組みを紹介する。

論文

Achievement of a low-loss 1-MW beam operation in the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex

發知 英明; 原田 寛之; 林 直樹; 加藤 新一; 金正 倫計; 岡部 晃大; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 田村 文彦; 谷 教夫; et al.

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 20(6), p.060402_1 - 060402_25, 2017/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:11.71(Physics, Nuclear)

RCSは、1MWのビーム出力を目指す世界最高クラスの大強度陽子加速器である。こうした加速器では、ビーム損失により生じる機器の放射化がビーム出力を制限する最大の要因となる。ビーム損失の原因(誤差磁場、空間電荷効果、像電荷効果等)は多様で、複数の効果が絡み合った複雑な機構でビーム損失が生じるため、その解決を果たすには、高度なビームの運動学的研究が必要となる。RCSでは、実際のビーム試験と共に、計算機上での数値シミュレーションを精力的に行ってきた。実験と計算の一致は良好で、観測されたビーム損失の発生機構の解明、また、その解決策を議論するうえで、数値シミュレーションが重大な役割を果たしている。ハードウェア系の改良と共に、こうしたビーム試験と数値シミュレーションを反復的に行うアプローチにより、RCSでは、10$$^{-3}$$という極めて少ないビーム損失で1MW相当のビーム加速を達成したところである。本論文では、RCSのビーム増強過程で顕在化したビーム損失の発生機構やその低減に向けた取り組みなど、大強度加速器におけるビーム物理に関する話題を中心に、RCSビームコミッショニングにおけるここ数年の成果を時系列的に紹介する。

論文

Deflector design for spin rotator in muon linear accelerator

Artikova, S.; 近藤 恭弘; 三部 勉*; 大谷 将士*

Proceedings of 28th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2016) (Internet), p.830 - 832, 2017/05

A muon g-2/EDM experiment based on muon linear accelerator was proposed for the J-PARC muon facility. In this experiment, the ultra-slow muons created in muonium target region will be accelerated to 210 MeV kinetic energy then will be injected into the muon storage magnet to measure the decay products depending on the muon spin. Therefore, a spin rotator (device) is a key component of the muon linac. Spin rotator consists of a pair of combined electrostatic and magnetic deflectors and a pair of solenoids which will be placed in between these two deflectors. In this paper, we report the design of these two dispersionless deflectors and the simulation results of the device performance will be discussed.

論文

The Status of optics design and beam dynamics study in J-PARC RCS

野田 文章*; 發知 英明; Saha, P. K.; 菖蒲田 義博; 山本 風海; 林 直樹; 木代 純逸; 町田 慎二*; Molodojentsev, A. Y.*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.2759 - 2761, 2005/00

現在RCSでは、目標の1MW出力を達成するため、種々のエラーの影響評価を行っており、その評価をもとに、補正システムの検討・検証や運転パターンの検討を進めている。また空間電荷効果によるビーム挙動評価も進めており、各種エラーを取り込んだ多粒子トラッキングが可能な段階にきている。一方でRCSの最終目標は出力だけでなくユーザーに適したビームプロファイルを作ることにもあり、その検討も進めている。今回の発表ではRCSの基本的な光学設計のまとめと、上記の観点から見た最近のビームダイナミクス検討の進展について概要を報告する。

論文

Photoemission study of the translational energy induced oxidation processes on Cu(111)

盛谷 浩右; 岡田 美智雄*; 佐藤 誠一*; 後藤 征士郎*; 笠井 俊夫*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿

Journal of Vacuum Science and Technology A, 22(4), p.1625 - 1630, 2004/08

 被引用回数:18 パーセンタイル:40.99(Materials Science, Coatings & Films)

超熱酸素分子線によるCu{111}表面の酸化過程を放射光を光源とするX線光電子分光により調べた。酸化の効率は被服率0.5ML以下では0.6eV酸素分子線のほうが2.3eV酸素分子線よりも高い。反対に、被服率0.5ML以上では酸化はゆっくり進み2.3eV酸素分子線の方が酸化の効率が高くなる。われわれはこの遅い酸化の反応過程について運動エネルギーの直接的な移行により酸化が進行するモデルを提案した。この結果は酸素分子線のエネルギーを変えることでCu表面における酸化過程を制御できることを示している。

論文

SiO mass spectrometry and Si-2p photoemission spectroscopy for the study of oxidation reaction dynamics of Si(001) surface by supersonic O$$_{2}$$ molecular beams under 1000 K

寺岡 有殿; 吉越 章隆; 盛谷 浩右

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 42(7B), p.4671 - 4675, 2003/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:78.68(Physics, Applied)

Si(001)のO$$_{2}$$分子による酸化反応を860Kから1300Kの温度範囲で、かつ、O$$_{2}$$分子の運動エネルギーが0.6eVから3.0eVの範囲で研究した。表面分析には放射光光電子分光法を用いた。Si-2p光電子スペクトルを分子線を照射しながら実時間測定し、その温度依存性と運動エネルギー依存性を測定した。また、酸素同位体(質量数18の酸素)からなるO$$_{2}$$分子を用いて脱離するSiO分子を質量分析器で検出して脱離収率の温度依存性と運動エネルギー依存性を測定した。その結果、1000K以下では酸化膜形成とエッチングが共存し、同じ温度でもエッチング,酸化膜形成,両者共存の反応様式が運動エネルギーによって決まることが明らかとなった。

論文

Bubble dynamics in the thermal shock problem of the liquid metal target

石倉 修一*; 粉川 広行; 二川 正敏; 菊地 賢司; 日野 竜太郎; 荒川 忠一

Journal of Nuclear Materials, 318, p.113 - 121, 2003/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:35.03

出力1MW,パルス幅1$$mu$$sの陽子ビームが入射した時に水銀ターゲット容器に発生する熱衝撃応力を解析した。初期圧52MPaが水銀中を伝播することにより61MPaの最大負圧を生じる。この負圧の発生によりキャビテーションの生成が予想される。そこで、キャビテーションの挙動を調べるために、単一バブルに対してバブル動力学から導かれる運動方程式のシミュレーションを行い、パラメータ解析を実施した結果、ターゲット容器ウィンドウ部の圧力が変化することによりバブルが1000倍以上に膨張することがわかった。その結果、波動伝播に影響を与えることになるが、バブル液体の状態方程式は多項式近似が可能である。また、静的・動的試験により液体の臨界圧力,音速,共振周波数を測定することにより、水銀中に内在するバブルの半径や体積率の判定が可能となることが示唆された。

論文

超音速O$$_{2}$$分子ビームで誘起されるSi(001)室温酸化の反応ダイナミクス

寺岡 有殿; 吉越 章隆

表面科学, 23(9), p.553 - 561, 2002/09

超音速O$$_{2}$$分子ビームと放射光光電子分光法を用いて、清浄及び水吸着Si(001)表面で起こるO$$_{2}$$分子の解離吸着に対するポテンシャルエネルギー障壁を調べた。両Si(001)表面の酸素飽和吸着量をO$$_{2}$$分子の並進運動エネルギーの関数として計測した。飽和量は両表面ともに入射エネルギーに依存して増加した。特に水吸着面の酸化では2つのエネルギーしきい値が観測された。清浄表面を第一のしきい値以下のエネルギーを持つO$$_{2}$$ガスで酸化して得た飽和吸着面のSi-2p光電子スペクトルからシリコンダイマーのバックボンドに酸素が侵入するが、水吸着面では1.0eV以上の入射エネルギーでO$$_{2}$$分子が攻撃しなければダイマーはそのバックボンドが酸化されないということがわかった。このことから清浄表面ではダングリングボンド経由の吸着反応経路が開けるが、水吸着面ではHとOH終端のために酸化が抑制され1.0eVを越えるエネルギーが必要である。

論文

Longitudinal beam dynamincs on 3 GeV PS in JAERI-KEK joint project

山本 昌亘; 田村 文彦; 絵面 栄二*; 橋本 義徳*; 森 義治*; 大森 千広*; Schnase, A.*; 高木 昭*; 上杉 智教*; 吉井 正人*

Proceedings of 8th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2002), p.1073 - 1075, 2002/00

JAERI-KEK統合計画大強度陽子加速器施設の3GeV陽子シンクロトロンにおいては、大強度養子ビームを加速するため、ビーム損失を押さえる方策が必要となる。縦方向ビーム運動については、空間電荷効果を提言するため高周波加速電圧に2倍高調波を重畳し、なおかつ運動量オフセットを持たせた入射ペインティング方式を採用することで、バンチングファクターを0.4まで改善できることを粒子追跡計算コードによって確認した。また、高周波加速システムに与えるビーム負荷の影響が強く、特に入射と取りだしの付近ではその影響が非常に大きくなるため、ビーム負荷補償システムを高周波加速システムに導入することを考えており、ビーム負荷補償が効果的に働くことを粒子追跡計算コードによって確認した。

論文

Photoemission study on the surface reaction dynamics of Si(001) oxidation by supersonic O$$_{2}$$ molecular beams

寺岡 有殿; 吉越 章隆

SPring-8 Research Frontiers 2000/2001, p.48 - 50, 2001/00

原研軟X線ビームラインBL23SUに設置した表面反応分析装置を用いてSi(001)面とO$$_{2}$$分子の反応を研究している。特にO$$_{2}$$分子の持つ並進運動エネルギーが初期酸化反応に与える影響を調べている。清浄Si(001)面が真空中の残留H$$_{2}$$O分子と反応して、H$$_{2}$$OがHとOHに解離して吸着した表面に対してO$$_{2}$$分子を解離吸着させ、その飽和吸着量とO$$_{2}$$分子の運動エネルギーとの関係を測定した結果、2つのしきい値を得た。一方はダイマーのバックボンドでの直接的な酸化,他方は第二層Siのバックボンドでの直接的な吸着と解釈された。しきい値で区別される3つの運動エネルギー領域でSi-2p光電子スペクトルを計測した結果、スペクトル形状が運動エネルギーに依存することがわかり、上記解釈の正当性が実証された。

論文

Molecular dynamics simulation of atomic beam bombardment in solid surface

江里 幸一郎*; 功刀 資彰

Microscale Thermophys. Eng., 1(2), p.137 - 142, 1997/00

異なる粒子(モノマー(3keV)、クラスター(32原子,100eV/atom))照射時の標的材料原子層の動的挙動を分子動力学法を用いて解析した。モノマー照射では標的原子層内に入射粒子が進入し、内部に高温域が形成された。2体相関関数の変化より入射粒子近傍の原子層は溶融し液体に近い構造になっているものと考えられる。また、クラスター照射では標的内原子表面にクレーターが形成され、その際、生じた高温高圧領域が原子層内部に伝播していく様子が観察された。その伝播速度は材料の内部の音速に近いことを示した。

論文

Molecular beam study on infrared multiphoton dissociation of octafluorocyclobutane

横山 淳; 横山 啓一; 藤沢 銀治

Chemical Physics Letters, 237, p.106 - 110, 1995/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:55.11

オクタフルオロシクロブタンの赤外多光子解離反応ダイナミックスを光分解片並進分光法を用いて研究した。分解反応(cyclo-C$$_{4}$$F$$_{8}$$$$rightarrow$$2C$$_{2}$$F$$_{4}$$)で放出される生成物の相対運動エネルギーは、31kJ/molにピークを持つ分布を示し、出口障壁(逆反応の活性化エネルギー)の約30%が運動エネルギーへ変換されることがわかった。ab initio分子軌道法計算により得られた遷移状態構造をもとに、切れていくCF$$_{2}$$基とCF$$_{2}$$基の間に反発力が働き、生成物であるC$$_{2}$$F$$_{4}$$が回転励起するというモデルを用いて出口障壁の運動エネルギーへの変換割合を求めた。その結果は、実験値とよく一致し、cyclo-C$$_{4}$$F$$_{8}$$の分解反応は、二つのC-C結合が段階的に切れるメカニズムで進むことを明らかにした。

論文

レーザ加熱によるモリブデン層の溶融・蒸発挙動解析

功刀 資彰; 江里 幸一郎*

日本機械学会論文集,B, 61(585), p.1826 - 1833, 1995/05

核融合炉のプラズマ対向材料の候補材の一つであるモリブデンを対象として、レーザーによる強加熱時の急激な相変化における界面付近での原子挙動を分子動力学法を用いて解析した。レーザー照射については、レーザーを質量のないエネルギー束という概念でモデル化し、このエネルギー束が原子表面で散乱、吸収されることによってレーザーとモリブデン原子との相互作用を考慮した。なお、このエネルギー束の挙動はモンテカルロ法によって追跡した。さらに、気液相と固相の区別が可能な平均界面モデルを提案して、強加熱時の材料損耗過程を検討するとともに、蒸発によって生じる蒸気雲によるレーザー遮へい効果も検討した。また、強い非平衡性を有する本系の気液相/固体相界面領域における原子速度分布がマクスウェル分布に従うことを見出した。

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