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論文

Effect of defocusing on laser ablation plume observed by laser-induced fluorescence imaging spectroscopy

大場 正規; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 若井田 育夫

Japanese Journal of Applied Physics, 55(2), p.022401_1 - 022401_4, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.25(Physics, Applied)

燃料デブリ遠隔分析としてレーザーブレークダウン発光分光法やアブレーション共鳴吸収分光法の開発を行っているが、最適な測定条件を得るためにはアブレーションプルームの挙動を知ることが重要である。アブレーション共鳴吸収分光条件の最適化を目的に、アブレーションレーザービームをデフォーカスさせたときのプルーム中の中性原子およびイオンの空間分布を測定した。試料として金属および酸化ガドリニウムを用い、アブレーションレーザーの焦点位置を試料表面に垂直な方向に変化させた時のアブレーションプルームの画像を中性原子およびイオンの基底状態から励起したレーザー誘起蛍法により観測した。その結果、デフォーカスが大きいとプルームは縦に広がり、一方、焦点が試料に合っているときには半球状に広がることが分かった。また、最も蛍光強度が高くなる条件は、中性原子では3-4mm、イオンでは2mmデフォーカスしたところにあることが分かった。これは、基底状態にある中性原子やイオンの密度がこのデフォーカス条件で最も高くなることを示している。したがって、最適な共鳴吸収条件は焦点位置が試料表面にあるときではなく、ある程度デフォーカスしたところにある。

論文

Focused microbeam formation for heavy ion beam from AVF cyclotron

横田 渉; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 酒井 卓郎; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 福田 光宏

JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.291 - 292, 2006/01

高崎研究所のTIARAでは、高LET重イオンを用いた生体機能の解明や、宇宙用半導体のシングルイベント発生機構の解明等に利用するため、サイクロトロンで加速した数百MeVの重イオンビームを、4連四重極磁気レンズにより1$$mu$$m以下の直径に集束するマイクロビーム形成装置の開発を進めている。ビームのエネルギーの広がり($$Delta$$E/E)を1$$mu$$mの達成に必要な0.02%以下にするために、サイクロトロンにおいてフラットトップ加速を導入するとともに、主要ビームラインの再アラインメント及びビーム径計測方法の改良を行った。この結果、260MeV-Neビームを用いて、最小で2$$mu$$m以下のマイクロビームが形成されたことを確認した。

論文

Development of a thermal neutron focusing device using neutron supermirrors

長壁 豊隆; 曽山 和彦

Review of Scientific Instruments, 76(7), p.073102_1 - 073102_5, 2005/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.87(Instruments & Instrumentation)

中性子の集光は、試料が非常に小さくなってしまう極端条件下の実験において不可欠な手法となる。この論文では、三軸型中性子散乱装置で使用するための熱中性子集光デバイスの開発について報告する。開発した集光デバイスは全長400mmのコンパクトなもので、三軸分光器の第二コリメーターと試料の間に設置され、焦点距離はデバイス下端から150mmとなる。デバイスは円形状の3m仕様NiC/Ti製スーパーミラーを全18枚持ち、各円形状ミラーの延長は試料位置に一致する。中性子は各ミラーの内面を等角度で連続的に反射され、焦点位置、つまり試料位置に到達する。実際の集光試験の結果から、30.5meV以下の中性子ビームに対して試料位置で2倍以上のゲインがあることがわかった。

論文

Sub-millimeter synchrotron X-ray focusing by crystal bender

米田 安宏; 松本 徳真; 古川 行人*; 石川 哲也*

Physica Scripta, T115, p.995 - 997, 2005/00

サジタルフォーカスは放射光X線の集光技術の中でも最も効率的な方法の一つで、サンプル位置におけるX線強度を増大させるために用いられる。この結晶ベンダーとして、シリコン(311)結晶を用いた場合についての結果を報告する。ベンダーはSPring-8標準2結晶分光器の第2結晶としてインストールされるもので、4ポイントメカニズムにより、定位置出射を実現している。このベンダーにリブなし結晶を用いたところ、35-60keVのエネルギー領域において0.5mmの集光サイズを達成した。このようなエネルギー領域においては、全反射ミラーなどはまだ使うことができないため、多くの実験に結晶ベンダーが用いられることになる。

報告書

ステンレス鋼における表面酸化皮膜の微細構造観察に関する検討

根本 義之; 三輪 幸夫; 塚田 隆; 菊地 正彦; 辻 宏和

JAERI-Tech 2001-079, 25 Pages, 2001/12

JAERI-Tech-2001-079.pdf:6.76MB

現在、軽水炉の高経年化との関連において重要な検討課題とされているオーステナイト・ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)の基礎的な研究のため、表面酸化皮膜の解析技術の検討及び解析を行った。酸化皮膜の微細構造観察用の薄膜試料の作製を集束イオンビーム加工法(FIB: Focused Ion Beam)によって行い、加工の際の表面酸化皮膜の保護方法などについて検討した。断面観察用試料作製時の酸化皮膜の保護方法として、Ni(ニッケル)メッキとCu(銅)メッキの比較を行った。その結果、表面酸化皮膜が合金から剥離せず、破壊されない状態で観察可能な薄膜試料にまで仕上げる方法を得た。またその方法によって試料を作製し、SUS304及びSUS304Si(シリコン)添加材の表面に288$$^{circ}C$$,飽和溶存酸素濃度の高温高圧水中で生成させた酸化皮膜の断面の微細構造観察及び化学組成分析を行った。酸化皮膜は厚いところで約1$$mu$$mの厚さで、酸化スケールは直径約100nm程度の微細なFe(鉄)酸化物の析出物で構成されていた。また合金素地との境界には厚さ10nm程度のCr(クロム)酸化物の不動態皮膜が生成していた。

論文

Design studies of the K900 JAERI superconducting AVF cyclotron for the research in biotechnology and materials science

福田 光宏; 荒川 和夫; 横田 渉; 奥村 進; 上松 敬; 神谷 富裕; 水橋 清; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 石井 保行; et al.

AIP Conference Proceedings 600, p.189 - 191, 2001/00

原研高崎では、GeV級重イオンビーム利用によるバイオ技術・材料科学の新展開を目指し、新たな加速器建設整備計画を提案している。核子当たり100MeVを越えるエネルギーを持った重イオンビームの利用は、植物育種や生体機能解明研究、新機能性材料の創製等に飛躍的な進展をもたらすことが期待されており、GeV級加速器の有力な候補として、偏向リミット900、集束リミット300を持つ新型の超伝導AVFサイクロトロンの設計を開始した。これまでに、陽子を280MeV程度まで、電荷数/質量数(Q/M)=1/2の重イオンを150MeV/nまで加速可能な本体電磁石の磁極形状の解を見つけるとともに、既設のK110AVFサイクロトロン入射器とした連結運転では、エネルギーの増幅率が数倍程度にしかならないことを明らかにした。

報告書

Steering of H$$^{-}$$ ion beamlet by aperture displacement

井上 多加志; 鈴木 靖生*; 宮本 賢治; 奥村 義和

JAERI-Tech 2000-051, 16 Pages, 2000/09

JAERI-Tech-2000-051.pdf:2.27MB

核融合実験炉用中性粒子入射装置(NBI)では、大面積から発生する負イオンビームを集束するとともに、引き出し部での電子抑制磁場によるビーム偏向を補正することが必要となる。本報告は、上記ビーム集束と磁場偏向の補正を孔変位によるビーム偏向で行うための基礎研究結果をまとめたものである。4枚の電極からなる引き出し部・加速器内の電極孔を意図的に変位させることにより、エネルギー50keVまでのH$$^{-}$$イオンビームを偏向した。電子抑制電極及び設置電極に孔変位を設けることにより良好な偏向特性が得られ、多孔大面積加速器から発生する負イオンビームの集束に適することが判明した。さらに孔変位によるビーム偏向が引き出し部内の磁場の方向に依存しないことを確認し、磁場によって偏向されたビームの軌道補正にも孔変位によるビーム偏向が適用可能であることを明らかにした。

報告書

Steering of high energy negative ion beam and design of beam focusing/deflection compensation for JT-60U large negative ion source

井上 多加志; 宮本 賢治; 永瀬 昭仁*; 奥村 義和; 渡邊 和弘

JAERI-Tech 2000-023, p.27 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-023.pdf:1.18MB

JT-60U大型負イオン源は45cm$$times$$110cmという大面積電極から大電流負イオンビームを生成する。一方、JT-60UのN-NBI入射ポート断面積は約60cm$$times$$50cmと狭小であり、ビーム損失を抑え高い効率で中性粒子ビームを入射するためには、加速管内での不整なビーム偏向を補正し、かつビームを集束する必要がある。本報告は電極孔変位(孔ズレ)によるビーム偏向について行った実験と設計検討の結果をまとめたものである。実験には3段階加速構造をもつ400keV負イオン源を用い、JT-60U N-NBIのフルパワー運転と同じパービアンスを保ってビーム偏向を行った。この結果電子抑制磁場によるビーム偏向の補正には電子抑制電極を、またビーム集束のために接地電極を変位させる、JT-60U大型負イオン源の電極孔パターンの設計を確定した。

論文

中性子レンズ、ベンダーの開発

曽山 和彦; 鈴木 正年; 市川 博喜; 川端 祐司*

原子力工業, 43(10), p.36 - 41, 1997/10

最近原研及び京大炉外で開発された中性子光学応用機器の中から中性子レンズ、スーパーミラー中性子ベンター、極冷中性子ベンダー、スーパーミラー集束機器について紹介する。中性子光学応用機器は、低速中性子が全反射やブラッグ反射等の波動性を示すことを利用して、中性子を効率良く輸送、分岐、集束化等を行う装置である。中でも中性子レンズは、多数本のマルチキャピラリー(多重毛細管)ファイバー(チャネル内径10$$mu$$m)を1点に集束させるように配置したもので、これにより冷中性子の強度を1mm$$^{2}$$当たりで10倍増加させることが可能である。本稿では、この中性子レンズの特性及び応用と、スーパーミラー等を応用した中性子ベンダー等について述べる。

論文

Merging preaccelerator for high current H$$^{-}$$ ion beams

井上 多加志; 宮本 賢治; 水野 誠*; 奥村 義和; 小原 祥裕; G.D.Ackerman*; C.F.Chan*; W.S.Cooper*; J.W.Kwan*; M.C.Vella*

Review of Scientific Instruments, 66(7), p.3859 - 3863, 1995/07

 被引用回数:31 パーセンタイル:10.63(Instruments & Instrumentation)

次世代熱核融合炉で用いられる高パワーイオンビームは、高効率な高エネルギー・大電流負イオンビームである。これらの要件を満たす1つの方法は、低電流密度のマルチ負イオンビームを集束して1本の大電流ビームを得る方法である。本論文は日米協力の下に行われたビーム集束実験の結果をまとめたものである。0.13Pa(1mTorr)、70V$$times$$250Aという低いガス圧、低アークパワー条件下で原研製負イオン源から10mA/cm$$^{2}$$以上のH$$^{-}$$イオンを効率良く生成した。この負イオンを球面極率をもつ直径80mmの引出し領域から19本のビームとして引出し、ビーム集束加速器中で1本のビームに集束して加速し、100keV、100mAの大電流シングルビームを得た。集束ビーム径は23mm、外縁での集束角は30mradであった。これはLBLの既設ESQ加速器の入射条件を満たすものであり、大電流ビーム集束加速器の適用可能性を実証した。

論文

Acceleration of 100mA of H$$^{-}$$ in a single channel electrostatic quadrupole accelerator

J.W.Kwan*; G.D.Ackerman*; C.F.Chan*; W.S.Cooper*; G.J.de-Vries*; W.F.Steele*; M.E.Stuart*; M.C.Vella*; Wells, R. P.*; 井上 多加志; et al.

Review of Scientific Instruments, 66(7), p.3864 - 3868, 1995/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:39.21(Instruments & Instrumentation)

次世代トカマク型核融合炉用中性粒子入射装置では、マルチアンペアでビームエネルギー1.0MeV程度、パルス幅約1000sの負イオンビームが要求される。この協力DC負イオンビームを得るために各所で静電加速器の開発が推進されている。LBLでは負イオンを200keVまで加速する静電四重極(ESQ)加速器2モジュールが製作されている。本論文は日米協力の下に行われた集束ビームのESQ加速実験の結果をまとめたものである。原研製負イオン源から100mAの水素負イオンを19本のビームとして引出し、ビーム集束加速器内で1本の大電流ビームに集束した後ESQ加速器に入射してさらに加速することを試みた。この結果100mAの集束ビームはESQ加速器内で損失・エミッタンス成長することなく200keVまで加速することに成功した。

論文

Merging beam experiment of intense negative ions for advanced compact neutral beam injectors

井上 多加志; 宮本 賢治; 水野 誠; 奥村 義和; 小原 祥裕; G.D.Ackerman*; C.F.Chan*; W.S.Cooper*; J.W.Kwan*; M.C.Vella*

15th IEEE/NPSS Symp. on Fusion Engineering,Vol. 1, 0, p.474 - 477, 1994/00

強力負イオンビームを集束するイオン引出し系の開発を行っている。この引出し系は、球面状に湾曲した電極からマルチビームレットを生成し、加速しつつ集束して1本のビームを形成してさらに高エネルギーまで加速するものである。この集束技術を中性粒子入射装置に適用すると、1)コンパクトなビームライン,2)高効率加速,3)ビームエネルギーを上げ、高い電流駆動性能、が得られる可能性がある。原研における最近の実験では、7個の引出し孔から発生したマルチビームレットを集束し、100keV、60mAのシングルビームを生成、ビーム外縁径$$<$$20mm、ビーム発散角$$<$$$$pm$$30mradとすることに成功した。このビーム条件は静電四重極(ESQ)加速器の入射条件をほぼ満たしており、原研の負イオン源と集束引出し系を米国ローレンスバークレー研究所(LBL)に持ち込み、ESQ加速器との組合せ試験を行う予定である。

報告書

高エネルギーX線領域でのサジタルフォーカシング・モノクロメータの特性

柏原 泰治*

JAERI-M 91-008, 48 Pages, 1991/02

JAERI-M-91-008.pdf:0.86MB

8GeV級ストレージリングから放射される高エネルギーの光を単色化し、試料位置に集光するのに、サジタルフォーカシング・モノクロメータが利用される。この論文では、入射X線と結晶表面とのなす角、およびX線動力学理論から導かれるダーウィン幅を10~100keVのエネルギー範囲で、Si(111)、Si(311)、Si(333)、Ge(111)、Ge(311)、Ge(333)についてそれぞれ求めた。サジタルフォーカシング・モノクロメータを用いた集光配置では、発散した入射ビームの入射角は、ブラッグ角からはずれる。それゆえ、発散したビームの入射角とブラッグ角のずれを種々の幾何学配置で求めた後、発散ビームがモノクロメータから散乱される条件とダーウィン幅の数値結果を用いて検討した。

報告書

JFT-2 M用結晶分光計

小川 宏明; 河西 敏

JAERI-M 86-015, 33 Pages, 1986/03

JAERI-M-86-015.pdf:0.9MB

JFT-2Mの高温プラズマにおいて、中心付近のイオン温度を測定する目的でヨハン型結晶分光計(ロ-ランド円直径;2453mm,結晶;石英(SiO$$_{2}$$)(2243)面)を製作し、X線管(ホルミウムタ-ゲット)を使用して焦点調整を行い、性能に関して以下の結果を得た。1)本分光計の波長分解能($$lambda$$/$$Delta$$$$lambda$$)は、2$$times$$10$$^{4}$$以上である。2)本分光計の焦点深度は、約$$pm$$5mmである。今後、追加熱(高周波加熱、高速中性粒子$$lambda$$射加熱)によって得られる高温プラズマ(Teo≧1.5-keV)において、He-様鉄イオン線(FeXXV,$$lambda$$=0.1850nm)のドップラ-プロファイルおよびLi-様鉄イオンから放射されるサテライト線の測定を行う予定である。

論文

A New high-resolution small-angle X-ray scattering apparatus using a fine-focus rotating anode,point-focusing collimation and a position-sensitive proportional counter

依田 修

Journal of Applied Crystallography, 17, p.337 - 343, 1984/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:35.78(Chemistry, Multidisciplinary)

全反射ガラスミラーと水晶モノクロメータを組み合わせて、X線を検出器位置に点状に収束させ、散乱強度を一次元位置敏感型検出器(PSPC)によって測定する高分解能小角散乱装置を試作した。この装置の設計、性能を詳述した。

報告書

Self-focusing of a pulsed electron beam in gases and their ionization; A novel approach to discharge chemistry

堀田 寛; 新井 英彦; 田中 隆一; 須永 博美

JAERI 1278, 75 Pages, 1982/06

JAERI-1278.pdf:3.57MB

気相放射線化学および気体レーザー発振の研究等で興味のもたれているFebetronのパルス電子線(480keV、8kAピーク、FWHM 3ns)の各種気体中のビーム挙動を主に、気体圧の関数として、照射セル中のビーム軸上に置いたアルミニウムーブルーセロハン積層線量系で測定した。観測された深部線分布曲線およびイオン化の数値計算から、びーむ挙動の支配因子を解明するとともに、ビームエネルギースペクトルの気体圧依存性および各種気体のイオン化過程について考慮した。その結果、(1)5Torr以下で見られたビームの自己集束性は生成正イオンのビーム電荷中和作用によること、(2)数Torr付近の発散はビームの誘導電場により気体が絶縁破壊され、セル中を流れる正味の電流が減少したためであること、(3)10Torr以上での自己集束性は気体圧増により気体の絶縁破壊が抑えられたこと、および(4)100Torr以上だの発散は、気体分子との多重衝突によるビームの発散であること等を明らかにした。

論文

Self-focusing of a pulsed high-intensity electron beam in a low-pressure gas

新井 英彦; 堀田 寛*

Radiat.Res., 77(3), p.405 - 416, 1979/00

 被引用回数:1

パルス電子線の集束度をビーム軸上に置いた線量計で測定すると、大体1Torr以下の低圧気体中では線量が気体圧に比例して増加する。この関係を、時間依存性をもつ空間電荷の中和因子を導入してシミレートした。この解析から、ある一定の線量を与える条件下では、P$$delta$$ion(E$$_{b}$$)(P:気体圧、$$delta$$ion(E$$_{b}$$):エネルギーE$$_{b}$$のビーム電子に対する気体の全イオン化断面積)は気体の種類に無関係に同一の値をとることを理論的に示した。この関係から求めた全イオン化断面積は文献値とよい一致をみせた。さらに、低圧で測定された深部線量分布曲線では表面線量が内部線量より高い場合が一般的であった。これは、ビーム電子が480keVの主成分の他に、低エネルギー成分をもつことを示している。

論文

Decline of the self-focusing of a pulsed high intensity electron beam owing to gas breakdown

堀田 寛; 新井 英彦

Journal of Chemical Physics, 67(8), p.3608 - 3615, 1977/08

 被引用回数:9

Febetron706からのパルス電子線の自己集束は、気体によって異なるが、2~100Torrの中間圧域で崩壊する。これは二次電子の急激な倍増による気体の絶縁破壊によるものである。気体の各種性質の文献値から絶縁破壊時間を計算し、それとパルスの立上り時間との比較によって、自己集束崩壊を定量的に解析できることを示す

論文

Effect of additives on self-focusing of a pulsed electron beam in Ar, He and O$$_{2}$$

新井 英彦; 堀田 寛

Radiation Physics and Chemistry, 10(1), p.7 - 15, 1977/01

パルス電子線が自己集束するための媒体気体の最適圧が10Torr以下と100Torr以上の二つあることを既に発表したが、今回はHe、Ar、O$$_{2}$$中に第二気体を添加し第二高圧領域(10~300Torr)で現象がどのようになるかを調べた。第二気体は単に二次電子の冷却効果だけでなく、第二気体と第一気体との間の反応(主に電荷移動)、第二気体への二次電子の付着反応、両者の反応のエネルギー依存性など、いくつかの興味ある反応がこの現象に関与していることを明らかにした。

論文

The Dependence of self-focusing of a high-intensity pulsed electron beam on gaseous media as studied by depth-dose distributions, 3; Hydrocarbons and halogenomethanes

新井 英彦; 堀田 寛

Radiat.Res., 64(3), p.407 - 415, 1975/03

 被引用回数:3

Febetron706からのパルス電子線の自己集束性をガス圧の関数として測定した。10Torr以下での低圧でのピンチから求めた全イオン化断面積はガスのモル電子分極に対応している。10~40Torrでのピンチの立上りより、二次電子とガスとの相互作用は次の順であると考えられる。CH$$_{4}$$$$<$$$$<$$C$$_{2}$$H$$_{6}$$$$<$$C$$_{3}$$H$$_{8}$$$$<$$C$$_{4}$$H$$_{1}$$$$_{0}$$$$<$$C$$_{5}$$H$$_{1}$$$$_{2}$$$$<$$C$$_{2}$$H$$_{6}$$$$<$$C$$_{2}$$H$$_{4}$$$$<$$C$$_{2}$$H$$_{2}$$、そしてCH$$_{4}$$$$<$$CH$$_{3}$$F$$<$$CHClF$$_{2}$$$$<$$CCl$$_{2}$$F$$_{2}$$

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