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廃炉環境国際共同研究センター; 東京大学*
JAEA-Review 2022-014, 106 Pages, 2022/08
JAEA-Review-2022-014.pdf:10.42MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「レーザー共鳴イオン化を用いた同位体存在度の低いストロンチウム90の迅速分析技術開発」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである(令和3年度まで契約延長)。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の事故で環境中に放出された主要な難測定核種の1つであるストロンチウム90を、半導体レーザーを用いた共鳴イオン化により元素かつ同位体選択的にイオン化する手法に着目し、特に海洋試料等のストロンチウム安定同位体濃度が高い実試料を対象としたストロンチウム90の迅速分析技術を開発する。
廃炉環境国際共同研究センター; 東京大学*
JAEA-Review 2020-024, 75 Pages, 2021/01
JAEA-Review-2020-024.pdf:5.43MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEA に移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「レーザー共鳴イオン化を用いた同位体存在度の低いストロンチウム90の迅速分析技術開発」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の事故で環境中に放出された主要な難測定核種の一つであるストロンチウム90を、半導体レーザーを用いた共鳴イオン化により元素かつ同位体選択的にイオン化する手法に着目し、特に海洋試料等のストロンチウム安定同位体濃度が高い実試料を対象としたストロンチウム90の迅速分析技術を開発する。
廃炉国際共同研究センター; 東京大学*
JAEA-Review 2019-027, 70 Pages, 2020/01
JAEA-Review-2019-027.pdf:5.18MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度「レーザー共鳴イオン化を用いた同位体存在度の低いストロンチウム90の迅速分析技術開発」について取りまとめたものである。本研究は、東京電力福島第一原子力発電所の事故で環境中に放出された主要な難測定核種の一つであるストロンチウム90を、半導体レーザーを用いた共鳴イオン化により元素かつ同位体選択的にイオン化する手法に着目し、特に海洋試料等のストロンチウム安定同位体濃度が高い実試料を対象としたストロンチウム90の迅速分析技術を開発する。
佐藤 雄二*; 塚本 雅裕*; 菖蒲 敬久; 舟田 義則*; 山下 順広*; 原 崇裕*; 仙石 正則*; 左近 祐*; 大久保 友政*; 吉田 実*; et al.
Applied Surface Science, 480, p.861 - 867, 2019/06
被引用回数：42 パーセンタイル：85.22(Chemistry, Physical)A blue direct diode laser metal deposition system, which uses multiple lasers, was developed to realize a high-quality coating layer with a dense, fine structure and high purity. To clarify the formation mechanism of the pure copper layer, the formation process using a blue direct diode laser system was observed using in situ X-ray observations. The stainless steel 304 substrate melts, generating bubbles in the molten pool at a laser power density of 7.2 
10
W/cm
and a scanning speed of 3.0 mm/s. At a laser scanning speed of 9.0 mm/s, the bubbles disappear because only a slightly molten pool is formed on the surface of the substrate. The bubble amount and penetration depth depend on the laser input energy with a blue direct diode laser. By controlling the amount of input energy, a copper coating is produced minutely without a weld penetration.
桐山 博光; 山川 考一; 影山 進人*; 宮島 博文*; 菅 博文*; 吉田 英次*; 中塚 正大*
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(10), p.7464 - 7471, 2005/10
被引用回数：2 パーセンタイル：9.11(Physics, Applied)高平均出力・高繰り返しチタンサファイアレーザーの小型化,高効率化を目的として半導体レーザー(LD)励起Nd:YAGレーザーMOPA(Master-Oscillator-Power-Amplifier)システムの開発を行った。本システムは、低い入力エネルギーで高いエネルギー抽出効率を達成するため、レーザービームが励起領域を6回通過できる多重パス増幅方式を採用している。高ビーム品質の増幅を行うためにジグザグスラブ型増幅器で、さらにファラデーローテーター及びSBS位相共役鏡を用いて、それぞれ熱複屈折効果と熱レンズ効果を保証できる構成としている。また、高い変換効率で第二高調波光を発生させるために、非線形光学定数の大きいKTP結晶を採用した。本システムの動作試験を1kHzの高繰り返しで行った。平均のLD入力パワー2.6kWにおいて362Wの高平均出力(1064-nm)を達成した。
1500の増幅度並びに14%の光-光変換効率を得た。また、波長変換試験において222Wの入力パワーに対して132Wの高平均第二高調波出力光(532-nm)が60%の高い変換効率で得られた。
宮部 昌文; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男
JAERI-Tech 2005-043, 27 Pages, 2005/08
JAERI-Tech-2005-043.pdf:2.51MB
多段階共鳴電離法による難分析核種の分析では、発振波長を同位体の共鳴波長に素早く正確に同調でき、長時間一定に維持することのできるレーザー光源が不可欠である。本研究では、これまでに開発した周波数基準レーザーとエタロン干渉計によるレーザーの波長安定化システムを、デジタル回路とコンピューターを用いて制御する方式に改造し、発振波長を簡単に切り替えられるシステムを開発した。さらに、本システムの波長同調性能や波長安定度を、ヘテロダイン計測法や、カルシウム原子の多段階共鳴蛍光分光法を用いて測定し、分析用光源として十分な性能を有することを確認した。
宮部 昌文; 加藤 政明; 大場 正規; 若井田 育夫; 渡部 和男
JAERI-Tech 2004-065, 19 Pages, 2004/10
JAERI-Tech-2004-065.pdf:0.99MB
原子力施設で発生する放射性廃棄物には、既存の方法では分析が困難な核種や、分析に長時間を要する核種が数多く存在する。こうした難分析核種の分析手法を開発することは、放射性廃棄物のクリアランス制度の運用に向けて、今後重要になると考えられる。われわれは、このような核種を半導体レーザーで多段階共鳴励起し、イオン化して質量分析する方法の開発を行っているが、半導体レーザーは安価で操作が容易な反面、発振波長が時々刻々変動し、そのままでは多段階励起光源として適さない欠点がある。そこで、本研究ではゼーマン効果を利用してルビジウム原子の吸収線に波長をロックさせた半導体レーザーを製作し、さらにこれを標準として、エタロン干渉計の干渉縞を利用して、多段階励起に用いる全半導体レーザーの波長を安定化させる光源システムを開発した。この光源を用いてカルシウム原子の3段階共鳴イオン化を行い、その性能を評価した。
宮部 昌文; 小田 晃一*; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男
JAERI-Tech 2004-064, 33 Pages, 2004/10
JAERI-Tech-2004-064.pdf:1.89MB
多くの難分析核種が含まれる放射性廃棄物の分析方法の開発は、廃棄物のクリアランスの制度化に向けて、今後重要になることが予想される。本研究では、こうした難分析核種の分析に多段階共鳴イオン化質量分析法を適用することを目指して、その光源となる波長可変,外部共振器半導体レーザーを設計,製作した。これに半導体の種類や内部構造が異なる、青紫,赤色,赤外の各半導体レーザー素子を組み込み、発振波長や出力パワーの動作電流や動作温度による変化など、レーザーを動作,制御するための基本的な発振特性を調べた。また、回折格子の回折効率や駆動電流の電流補償量などを調整して、安定した単一縦モード発振を得る方法を確立した。これにより、いずれのレーザー素子でも、約100GHzの範囲で、モードホップの無い連続波長掃引を実現した。また、製作したレーザーを用いてネオンやルビジウム,カルシウム原子のドップラーフリー分光を行い、レーザーの発振幅を評価したほか、同位体シフトや超微細構造分裂幅の測定により、本レーザーが分光分析に必要な性能を有することを確認した。
Dai, S.*; 杉山 僚; Hu, L.*; Liu, Z.*; Huang, G.*; Jiang, Z.*
Journal of Non-Crystalline Solids, 311(2), p.138 - 144, 2002/11
Yb
をドープしたリン酸ガラスを作成し,低温での分光及びレーザー発振特性について評価を行なった。作成したガラスは、モル%でP
O
:60-65,BO
:4-8,AlO:5-10,KO:10-15,BaO:5-10,LaO:0-2,NbO:0-2,YbO:4-87の範囲で調製を行なった。YBイオンの上準位寿命F
からの蛍光寿命について、クライオスタットを用いて温度を変えながら測定を行なった。これと併せて,発振波長940nmのレーザーダイオード励起によるガラスレーザーの発振特性を異なる温度で測定した。この結果,スロープ効率4%,最高出力2mWが温度8K,発振波長1001nmにおいて有益な知見が得られた。
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：5.97(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。
波多江 仰紀; 吉田 英俊; 山内 俊彦; 内藤 磨
プラズマ・核融合学会誌, 76(9), p.868 - 873, 2000/09
非協同トムソン散乱を用いた計測手法は、トカマク装置による核融合研究の黎明期以来、トカマクプラズマの性能評価のための重要な計測手法となっている。そのためトムソン散乱測定装置は、基幹計測装置としてほとんどのトカマク装置に設置され、電子温度と電子密度のデータを提供している。しかしながら測定原理は同じであっても、それぞれのトカマク装置に適用する場合、装置の事情(たとえば、観測ポートとその近傍の装置の構造,必要とされる空間分解能や時間分解能,製作コスト)によって適用される形態は異なる。この論文では、例として大型のトカマク装置である臨界プラズマ試験装置JT-60Uと,中型のトカマクである高性能トカマク開発試験装置JFT-2M、これら2つのトカマク装置のトムソン散乱測定装置について、その開発の流れや考え方について解説した。
吉田 英俊; 内藤 磨; 佐久間 猛*; 北村 繁; 波多江 仰紀; 長島 章
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.747 - 750, 1999/01
被引用回数：4 パーセンタイル：38.18(Instruments & Instrumentation)コンパクトで高い繰返し計測が可能な2次元型検出器をJT-60Uトムソン散乱測定装置用に開発した。機器構成は、短波長で高い量子効率を持つ光電面、指向性を重視した近接型一段加速のマイクロチャンネルプレート、高速応答できる蛍光面、空間分割20でスペクトル分割12の240chフォトダイオードアレイ、1ミリ秒以内にデータ読み込みやA/D変換、メモリーへの転送・書き込みを行うパラレル/シリアルデータ処理ユニットである。上述した短波長で高い分光感度を持つ本検出器の特性を生かし、長波長側で高い透過率を持つように分光光学系で使用するレンズ類の無反射コーティング等の設計に留意した結果、広いスペクトル帯域幅でトムソン散乱光の測定を可能にし、10keVを越す炉心プラズマの超高温電子温度測定にも本検出器は安定かつ高い信頼性で適用できることを、JT-60Uトムソン散乱測定装置で実証した。
吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 佐久間 猛*; 小野瀬 義秋*; 根本 博文*; 浜野 隆*; 波多江 仰紀; 長島 章; et al.
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.751 - 754, 1999/01
被引用回数：16 パーセンタイル：69.57(Instruments & Instrumentation)JT-60Uトムソン散乱測定装置の最新の設計と測定実績について総合報告する。本装置は超高温な電子温度や高精度な電子密度の過渡変化を、定量的であるがゆえに精密なアラインメントの常時監視下で高信頼測定が可能であるという特長を有する。2台のルビーレーザから発せられるビームを光学的に同質かつ同一直線上に伝搬させる、施光子とファラデー回転子から成るビーム合成装置を開発して、2ミリ秒の時間差での過渡事象現象測定を可能にした。プラズマ炉心部から周辺部まで約2mにわたって60空間点のトムソン散乱光を8~22mmの高分解能で2台の集光器で集光する。低電子密度プラズマを小立体角かつ高空間分解能で高精度に測定するため超高感度の光電子増倍管を採用し、また高温高密度の炉心プラズマを対象に高繰返し計測が可能な2次元型検出器を開発・導入した。講演では、最新の測定結果についても言及する。
吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 波多江 仰紀; 長島 章
JAERI-Research 96-061, 20 Pages, 1996/11
JAERI-Research-96-061.pdf:1.1MB
高温なJT-60Uプラズマの電子温度T
と電子密度nをマルチルビーレーザを活用して空間点数60点で測定するトムソン散乱計測システムの1996年現在までの設計と測定実績を記述する。分光器と新開発の2次元検出器の高スペクトル帯域化によって、高精度かつ高い信頼性を確保しつつ負磁気シア放電で炉心内部に形成される高電子温度プラズマの測定を可能にした。また高空間分解能測定によって、Hモード放電でプラズマ周辺部に形成されるTとnの急峻な分布勾配の正確な測定を可能にした。最小時間差2ミリ秒まで可能なマルチレーザの活用は、固体燃料ペレットの入射実験等の過渡現象測定に必要不可欠なものとなった。JT-60UプラズマのTとN分布の最近の測定例から、本システムの設計の妥当性と性能を具体的に記した。
