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論文

Conceptual design of a single-ended MA cavity for J-PARC RCS upgrade

山本 昌亘; 野村 昌弘; 島田 太平; 田村 文彦; 古澤 将司*; 原 圭吾*; 長谷川 豪志*; 大森 千広*; 杉山 泰之*; 吉井 正人*

Journal of Physics; Conference Series, 1067, p.052014_1 - 052014_6, 2018/10

J-PARC RCSでは金属磁性体を用いた高周波加速空胴において、真空管のプッシュプル励振により高周波電力を供給している。そして、空胴の広帯域インピーダンス特性を生かしてマルチハーモニック励振及びビーム負荷補償を行っているが、プッシュプル励振はマルチハーモニック励振に際して欠点があることが判明した。それは、ビーム強度が上がってきた場合に、陽極電圧振幅のアンバランスが顕著になることである。そのためRCSのビームパワー増強に向けて、シングルエンド励振の金属磁性体空胴を考案した。これにより、陽極電圧振幅のアンバランスが本質的に発生しない空胴を実現できる。

論文

Measurement of thermal deformation of magnetic alloy cores of radio frequency cavities in 3-GeV rapid-cycling synchrotron of Japan Proton Accelerator Research Complex

島田 太平; 野村 昌弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 杉山 泰之*; 大森 千広*; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 吉井 正人*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 875, p.92 - 103, 2017/12

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

Magnetic alloy cores loaded in radio frequency cavities are employed to achieve a high field gradient in the 3-GeV Rapid-Cycling Synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex. We use three core-types, which were manufactured in three different processes. Buckling occurred in some cores of only one of the three core types. In order to find out the mechanism of buckling, we measured thermal deformations of the two core types, which had not buckled and the core types, which had buckled, while changing their temperatures by RF heating in air. Furthermore, we calculated the thermal stress using the results of the experiments. These experiments yielded that there was no remarkable difference in the strength of thermal stress between the core types, which had not buckled, and the core types, which had buckled; however, that there was a clear difference in the behavior of thermal deformations. The local deformations appeared, when a certain temperature was exceeded, and accelerated with temperature rise in the buckled core types. This was not seen with core types that didn't show the buckling problem. We conclude that the repetition of these catastrophic and local deformations, which are accelerated with the temperature rises, lead to the buckling. This result contributes to the stable operation of RCS.

論文

Simulation of electron bunch generation by an ultrashort-pulse high-intensity laser-driven wakefield

山極 満; Bulanov, S. V.*; Esirkepov, T. Z.*; Koga, J. K.; 神門 正城; 上島 豊; 斎藤 寛二; 若林 大輔*

Laser Physics, 16(2), p.252 - 258, 2006/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.7(Optics)

超短パルス高強度レーザーが有限長のアンダーデンスプラズマ層を伝播する際に励起する航跡場による電子加速について、2次元粒子シミュレーションを行う。中強度から高強度のレーザー場に対して、電子のエネルギー分布を解析する。レーザーパルス長がプラズマ波長のほぼ半分程度となる電子密度に対して、レーザー強度の増大は密度構造に劇的な変化をもたらし、キャビティとバンチを生成する。さらに、位相空間において限局した高速電子成分が生じ、そのエネルギー分布の解析的表式についても論議する。

報告書

リモートモニター用高繰り返しNd:YAGレーザー共振器長制御システムの開発(共同研究)

丸山 庸一郎; 久保村 浩之*; 笠松 直史*; 松岡 伸一*; 中野 文彦*; 菅 博文*

JAERI-Tech 2004-056, 14 Pages, 2004/09

JAERI-Tech-2004-056.pdf:3.49MB

リアルタイムモニター用高平均出力波長可変固体レーザーは、単一周波数で発振する高繰り返しNd:YAGレーザー(ポンプレーザー)の第二高調波によって駆動される。ポンプレーザーは単一周波数で発振する発振器とその増幅器より構成され、光の質は発振器の特性によって決定される。発振器を外部から周波数幅の狭いシーダー光を入射させて単一周波数発振させる場合、ポンプレーザー発振器の共振周波数をシーダーの発振周波数と一致させなければならない。このためポンプレーザー発振器の共振器長を長時間一定に維持するための制御システムを試作し、その制御特性を測定した。この結果、開発した制御システムは3時間以上にわたって共振器長を一定に制御でき、共振器長が変化した場合でも1ショットで単一周波数発振にフィードバックできることを確認した。発振器光のパルス時間幅は約36ns,波長1064nmの基本波を波長532nmの光に変換して測定したポンプレーザー発振器の周波数幅は116MHzであった。また、横モードはTEM00であった。さらに、制御時の発振器のパルスエネルギーは3mJで、増幅器への入力エネルギーとしては十分高い値であった。

論文

超塑性3Y-TZPセラミックスの微細構造への中性子照射の影響

柴田 大受; 本橋 嘉信*; 石原 正博; 馬場 信一; 伊藤 勉*; 沢 和弘

日本機械学会関東支部茨城講演会(2004)講演論文集(No.040-3), p.63 - 64, 2004/09

3Y-TZP(3mol%イットリア含有正方晶ジルコニア多結晶体)試験片にJMTRで4.3$$times$$10$$^{20}$$n/cm$$^{2}$$まで高速中性子($$>$$1MeV)照射を行い、その後の超塑性特性を1623K$$sim$$1723Kの温度範囲,初期ひずみ速度5.0$$times$$10$$^{-4}$$(s$$^{-1}$$)の条件で公称ひずみ約100%までの引張試験により取得した。また、試験片の微細構造をSEMにより観察し、以下の結論を得た。(1)中性子照射による超塑性変形応力の変化は、照射によって生じる格子欠陥,構成元素成分の変化,結晶粒界への偏析等の影響であると推測される。(2)この変化は、SEM観察で得られたキャビティの特徴だけでは説明が困難であり、上記の要因が複雑に関与していると考えられる。

論文

ジルコニア系セラミックスの超塑性変形に起因する力学的性質の変化

菊池 誠*; 本橋 嘉信*; 伊藤 勉*; 佐久間 隆昭*; 柴田 大受; 馬場 信一; 石原 正博; 沢 和弘; 北条 智博*; 辻 延昌*

日本機械学会関東支部茨城講演会(2004)講演論文集(No.040-3), p.57 - 58, 2004/09

将来の高温ガス炉への応用が期待されている超塑性3Y-TZP(3mol%イットリア含有正方晶ジルコニア多結晶体)について、その超塑性変形特性を調べ、SEM観察により微細構造の変化による影響を検討した。その結果、高ひずみ速度での超塑性変形では、加工軟化が生じ、その原因として超塑性変形時に生成するフラットキャビティが実断面積を低下させるためであることを明らかにした。また、フラットキャビティは超塑性変形中に荷重を除くことで消滅させることができ、その場合2倍以上の伸びを達成できることがわかった。

論文

An Energy spread minimization system for microbeam generation in the JAERI AVF cyclotron

福田 光宏; 倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 神谷 富裕; 及川 将一*; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.33 - 36, 2003/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.13

数百MeVの重イオンマイクロビームはバイオ研究に必要とされる重要なプローブである。原研AVFサイクロトロンでは、生体機能解明研究に適した260MeV $$^{20}$$Ne$$^{7+}$$マイクロビームのシングルイオンヒット技術の開発を行っている。ビーム径1$$mu$$mのマイクロビームを生成するためには、集束レンズでの色収差の影響を最小限に抑えるようにビームのエネルギー幅を$$Delta$$E/E=0.02%にする必要がある。サイクロトロンビームのエネルギー幅は加速電圧波形と位相アクセプタンスに依存し、正弦波を用いた従来の加速法では0.1%が通例である。第5高調波電圧を基本波電圧に重畳することによりエネルギー利得の均一化に必要なフラットトップ電圧波形を作ることができ、エネルギー幅の最小化が実現される。そこで、既設の基本波共振空洞に連結し、基本波周波数の5倍の周波数帯域(55-110MHz)の第5高調波を発生させるための同軸型共振空洞を設計・製作した。パワー試験において、ディー電極の端部に設置した加速電圧ピックアップ電極からの信号をモニターすることにより、第5高調波電圧が基本波電圧に正常に重畳されていることを確認した。

論文

Flat-top acceleration system for the variable-energy multiparticle AVF cyclotron

福田 光宏; 倉島 俊; 奥村 進; 宮脇 信正; 上松 敬; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 横田 渉; et al.

Review of Scientific Instruments, 74(4), p.2293 - 2299, 2003/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:36.6(Instruments & Instrumentation)

3種類の加速ハーモニクスモード(h=1,2,3)を有するエネルギー可変・加速粒子多種類型AVFサイクロトロンにおけるイオンビームのエネルギー幅最小化に最適なフラットトップ加速システムの検討を行い、基本波加速電圧にその5倍の周波数を持つ高調波電圧を重畳する方法が最適であることを理論的に明らかにした。第5高調波を用いたフラットトップ加速は、高調波電圧発生に必要な増幅器パワーと共振空洞内の消費パワーを最小化し、1ターン当たりのエネルギー利得を増大させるという特長を持っている。そこで、原研AVFサイクロトロンにおいては、ビーム径1$$mu$$mのマイクロビーム形成を実現するため、ビームエネルギー幅を0.02$$%$$以下に最小化するフラットトップ加速システムの仕様検討を行い、加速電圧安定度の許容値が基本波2$$times$$10$$^{-4}$$以下、第5高調波1$$times$$10$$^{-3}$$以下、加速電圧位相安定度許容値が0.2$$^{circ}$$以下、磁場安定度許容値が1.9$$times$$10$$^{-5}$$以下であることを定量的に示した。本仕様を踏まえ、コールドモデル試験及び電磁場解析コードMAFIAを用いた計算により、コンパクトで省パワー性に優れた第5高調波発生用共振空洞を設計した。

論文

Experimental investigation on the effect of superplastic deformation on the specific heat of a zirconia-based ceramic

Wan, C.*; 柴田 大受; 馬場 信一; 石原 正博; 星屋 泰二; 本橋 嘉信*

熱物性, 16(2), p.58 - 63, 2002/06

超塑性変形が3Y-TZP(3モル%イットリアを含む正方晶ジルコニア多結晶体)の比熱に与える影響を実験的に調べた。まず、超塑性変形によるキャビティー含有量の異なる試験片を制作し、超塑性変形させた試験片の比熱をDSC法により制作した。比熱を測定した温度範囲は473Kから1273Kである。なお、キャビティーの含有量は、最大3.4%である。比熱測定の結果、温度の増加とともに3Y-TZPの比熱の上昇が観測された。また、超塑性変形は3Y-TZPセラミック材料の比熱にほとんど影響を与えないことが明らかとなった。

論文

Spectroscopy for high atomic energy levels using external cavity laser diode

大場 正規; 若井田 育夫; 宮部 昌文

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 40(1), p.357 - 358, 2001/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.86(Physics, Applied)

外部共振器型半導体レーザーを用いて、2段階励起による原子の高励起準位の同位体シフトや、超微細構造の測定法を提案した。半導体レーザーの波長を高速で掃引し、原子の1段目のスペクトル全体にわたって励起し、2段目をリングレーザーを用いて測定する。この測定法によってリチウム原子の3D遷移の同位体シフトや、微細構造を測定することができた。

論文

大強度陽子加速器用超伝導空胴の構造解析とシミュレーション

椋木 健*; 大内 伸夫; 千代 悦司*; 草野 譲一; 水本 元治; 築島 千尋*

Proceedings of 23rd Linear Accelerator Meeting in Japan, p.301 - 303, 1998/00

原研中性子科学研究センターでは大強度陽子加速器用超伝導リニアックを開発している。本加速器に使用される超伝導空胴は扁平、多連化するため、真空圧力やローレンツ力による変形を考慮した設計が必要である。今回の報告では、単空胴モデルについてはパルス励振時のローレンツ力による空胴の機械的変形、振動をモデル化し、代表的ケースに対して解析した。また、5連空胴モデルについてはローレンツ力による静的影響を調べるため、電磁場、構造解析を行った。

論文

Performance of compact refrigerators system for SRF cavities in JAERI FEL

菊澤 信宏; 永井 良治; 沢村 勝; 西森 信行; 峰原 英介; 鈴木 康夫*

Proc. of 8th Workshop on RF Superconductivity, 3, p.769 - 773, 1997/00

原研自由電子レーザー用超伝導リニアックの冷却系に小型冷凍機システムを開発した。クライオスタットに組み込んだG-Mモイクル冷凍機により熱シールドを冷却し、4K冷凍機により蒸発したヘリウムガスを液体ヘリウム槽内部で再凝縮している。超伝導空洞の冷却は、液体窒素の予冷などを行わずにこれらの小型冷凍機を用いて行った。この結果、冷却に約1週間を要することがわかった。また、定常運転中は最大で約6Wの余剰冷却能力が得られており、加速器の運転に対して十分な能力を持っていることがわかった。現在ではほぼ1年間の連続運転を行っており、その間の液体ヘリウムの蒸発量をほぼゼロに抑えることができている。

論文

Cyclodextrin addition effect on radiation-induced decomposition of chlorophenols in deoxygenated water

X.Huang*; 新井 英彦; 松橋 信平; 宮田 定次郎

Chemistry Letters, 0(2), p.159 - 160, 1996/00

シクロデキストリン(CD)は、その空洞部にベンゼン等の分子を閉じ込める性質がある。この特性を利用して、o-、m-及びp-クロロフェノールの放射線分解の選択性の向上を検討した。その結果、クロロフェノールの分解及び脱塩素化は、開口部が小さいシクロデキストリンほど強く抑制されることがわかった。OHラジカルの捕捉剤であるt-ブタノールの添加ではほとんど影響を受けないこと及びCDは水和電子とほとんど反応しないことから、CDによるクロロフェノール分解抑制効果は、CDに閉じ込められたことにより水和電子からの攻撃が制約されたことによると結論された。

論文

物性値の温度依存性を考慮した浮力流れの数値解析

坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩市*

Therm. Sci. Eng., 4(3), p.17 - 25, 1996/00

正方形容器内の空気流れを解析対象として、ブシネ近似を用いずに基礎式の全ての項で密度変化を考慮し、かつ物性値の温度依存性も考慮した式(以下NB式と表す)を用いて自然対流の2次元数値解析を行った。その結果、以下の結論を得た。(1)密度のみならず動粘度と熱伝導率に温度依存性を考慮した場合、冷却壁近傍の運動量が増加し、熱流動場が非対称な分布を示す。(2)密度の局所的な変化を考慮することによる熱伝達への影響は少ない。これに対して動粘度、熱伝導率の温度依存性はNuを加熱壁で減少、冷却壁で増加させ、熱伝達に大きな影響を及ぼす。(3)ブシネ近似を用いても、物性値の温度依存性を考慮すると、NB式に近い結果が得られる。(4)NB式から求まるNuと、物性値の温度依存性を考慮せずにブシネ近似を用いた場合のNuを比較し、その差を定量的に明らかにした。

論文

Orientation effects on ESR analysis of alanine-polymer dosimeters

小嶋 拓治; 柏崎 茂*; 橘 宏行; 田中 隆一; M.F.Desrosiers*; W.L.Mclaughlin*

Applied Radiation and Isotopes, 46(12), p.1407 - 1411, 1995/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:18.37

異なった成形方法(プレス及び押出し)で製造した異なる形状(異なる長さのロッド及びフィルム状)のアラニン-ポリマー線量計の電子スピン共鳴(ESR)測定における素子の方向依存性を明らかにした。ESR空洞共振器内の磁場に直角な垂直軸を中心に線量計素子を回転し、異なる方向におけるESR信号強度を22$$^{circ}$$Cで測定した。ロッド状素子では、プレス及び押出しのいずれの成形方法についても、また長さが異なっても方向依存性は無視できた。円盤状に切り出した押出し成形で製造したフィルム状素子をESR空洞共振器内で水平(磁場に平行)に置いた測定では、アラニン結晶の配向性によると考えられる顕著な方向依存性がみられた。しかしながら、垂直(共振器中心軸に平行)に置く方法により、フィルム状素子の方向依存性を解消できることを明らかにした。

論文

Performance of the optical cavity control system for the JAERI FEL project

加藤 龍好; 杉本 昌義; 永井 良治; 沢村 勝; 高雄 勝*; 菊澤 信宏; 大久保 牧夫; 峰原 英介; 鈴木 康夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 358, p.ABS77 - ABS78, 1995/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:75.17

原研自由電子レーザー用の光共振器制御系を開発した。この制御系は、現在超電導加速器の制御に用いられているFELOWSシステムの一部として動作し、グラフィカルなユーザー・インターフェイスをそなえている。この光共振器制御系の性能について報告する。

論文

Computer simulation of two-dimensional continuum flows by the direct simulation Monte Carlo method

蕪木 英雄; 横川 三津夫

Molecular Simulation, 12(3-6), p.441 - 444, 1994/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:71.88(Chemistry, Physical)

希薄気体の数値シミュレーション手法のひとつである直接シミュレーション・モンテカルロ法(DSMC法)について、連続領域の流れへの適用可能性について検討した。クヌーセン数2.96$$times$$10$$^{-3}$$、レイノルズ数100の2次元キャビティ内の連続領域の流れに対し、DSMC法と有限差分法とを比較した結果、DSMC法は連続領域の流れの数値シミュレーションに、十分適用可能であることを見い出した。

報告書

溶融層内のマランゴニ対流の数値シミュレーション

横川 三津夫

JAERI-M 92-038, 69 Pages, 1992/03

JAERI-M-92-038.pdf:1.48MB

本報告書では、ナビエ-ストークス方程式とエネルギー方程式を用いて数値シミュレーションを行うことによって、電子ビームによる金属溶融過程の非定常特性を明らかにした。また、固液境界面の時間発展を融解熱モデルを用いて予測した。この融解熱モデルは2相ステファン問題を用いて詳細に検討した。一方、格子数やクーラン数を変化させて、非線形項に対する1次風上差分法と高次精度差分法の適用可能限界について議論した。高次精度差分法を用いた数値シミュレーションによる溶融層形状は実験結果と一致することが分った。さらに、溶融層内の流れをモデル化したマランゴニ対流のレイノルズ数依存性について検討した。この結果、溶融層の周辺部に生じる2つの渦は、溶融層を形成する上で重要な要因となっていることが分かった。

論文

First results of beam generation test for JAERI AVF cyclotron

立川 敏樹*; 林 義弘*; 石井 宏一*; 佐藤 岳実*; 中村 義輝; 横田 渉; 福田 光宏; 神谷 富裕; 上松 敬; 奈良 孝幸; et al.

Proceedings of International Conference on Evolution in Beam Applications, p.270 - 274, 1992/00

モデル930AVFサイクロトロンのビーム生成試験は、1991年3月より開始した。これまでH$$^{+}$$(10,45及び90MeV),D$$^{+}$$(10,35及び50MeV),$$^{4}$$He$$^{2+}$$(20,50及び100MeV),Ar$$^{8+}$$(175MeV),Ar$$^{13+}$$(460MeV)及びKr$$^{20+}$$(520MeV)の各イオンについて加速試験を行い、いずれも目標の引出し電流値を達成した。各加速モードにおいてバンチャー効率2.5倍、P型チョッパーとS型チョッパーの組合せにより1.4$$mu$$s~1msのパルス間隔でシングルパルスを引出すことができた。ビームスキャナーにより20$$times$$20mm~100$$times$$100mmの面積が均一に照射されることが確認された。

報告書

酸化物超電導体の高周波表面抵抗測定装置

永井 良治*; 峰原 英介; 竹内 学*

JAERI-M 91-074, 28 Pages, 1991/05

JAERI-M-91-074.pdf:0.91MB

酸化物超電導体の高周波表面抵抗を測定するための装置を作製した。この装置は任意の温度(30~300K)に設定できる冷却装置、高周波特性測定装置、被測定用空洞共振器からなる。被測定用空洞共振器を冷却装置で所望の温度に冷却し、高周波特性測定装置でQ値を測定することにより高周波表面抵抗を求める。また、この装置での評価は他の方法に比べて高感度であり、試料表面の僅かな低温相を検出可能である。測定装置の詳細とその特徴的性能について述べ、Bi系超電導体の測定結果を示す。

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