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論文

Measurement of H$$^{0}$$ particles generated by residual gas stripping in the Japan Proton Accelerator Research Complex linac

田村 潤; 二ツ川 健太*; 近藤 恭弘; Liu, Y.*; 宮尾 智章*; 森下 卓俊; 根本 康雄*; 岡部 晃大; 吉本 政弘

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1049, p.168033_1 - 168033_7, 2023/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

J-PARCリニアックは、ビーム損失が重要な課題となる大強度加速器である。J-PARCリニアックでは、H$$^{-}$$ビームが機能分離型ドリフトチューブリニアック(SDTL)で191MeVまで加速され、その後、環結合構造型加速管(ACS)で400MeVまで加速される。H$$^{-}$$リニアックでは陽子リニアックよりもビーム損失の要因事象が多いため、ビーム損失低減のためにはビーム損失の原因を詳しく調べることが必須である。制御不能なH$$^{0}$$粒子を生成する電子ストリッピング現象は、H$$^{-}$$リニアックに特有なビーム損失要因である。J-PARCリニアックにおけるビーム損失の原因を明らかにするため、SDTLとACSの間のビーム輸送部に新しいビーム診断系を設置した。ここでは、H$$^{0}$$粒子をH$$^{-}$$ビームから分離し、H$$^{0}$$粒子が分布する範囲にグラファイト板を挿入してH$$^{0}$$粒子の強度プロファイルを測定することに成功した。ビームライン真空圧力の違いによるH$$^{0}$$粒子の強度変化を調べることで、SDTLセクションのH$$^{0}$$粒子の半分は、J-PARCリニアックの残留ガスストリッピングによって生成されていることを明らかにした。

論文

J-PARCにおける加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発,5; ADS用超伝導リニアックの研究開発

近藤 恭弘; 武井 早憲; Yee-Rendon, B.; 田村 潤

プラズマ・核融合学会誌, 98(5), p.222 - 226, 2022/05

ADSの要求を満たすドライバリニアックを実現するためには超伝導加速空洞が必須であり、従来常伝導を採用していた低エネルギー部について、近年の特に低エネルギー用の超伝導加速空洞開発の進展を反映した再設計を行った。また、最も使用実績の少ないスポーク型空洞について試作機による開発を行っている。本稿では、これら日本原子力研究開発機構における最新のADS用リニアックの研究開発について報告する。

論文

A Plan of materials irradiation facility at J-PARC for development of ADS and high-power accelerator facilities

前川 藤夫

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011042_1 - 011042_6, 2021/03

加速器駆動核変換システム(ADS)開発にあたり、ビーム窓(BW)材料の開発は主要課題の1つである。BWは高エネルギー陽子及び核破砕中性子に、また約500$$^{circ}$$Cの腐食性のある高温鉛ビスマス共晶(LBE)合金に曝される。また最近では、加速器施設の高出力化にあたり、高出力加速器のみならず高出力標的が放射線損傷や熱除去の点で律速となっている。ADSを含む高出力加速器施設のBW及び標的材料の放射線損傷研究に資するため、J-PARCのLinacにより供給される400MeV 250kWの陽子ビームを利用した材料照射施設の検討を行っている。標的にはADSの標的兼冷却材である流動LBE合金を用いる。標的中で鋼材を1年間照射下場合の放射線損傷は最大で10dpaとなり、これはADSのBWの年間放射線損傷量に相当する。現時点での施設概念では、本施設で効率的に照射後試験を行うためのホットラボを付設する。発表では、本施設の概要について述べる。

論文

Development of embedded Mach-Zehnder optical waveguide structures in polydimethylsiloxane thin films by proton beam writing

加田 渉*; 三浦 健太*; 加藤 聖*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 西川 宏之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.218 - 222, 2015/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:46.42(Instruments & Instrumentation)

The Mach-Zehnder (MZ) optical structures were previously fabricated in a Poly-methyl-methacrylate (PMMA) thin film by Proton Beam Writing (PBW). The enhancement of optical transmittance in the structures is, however, required for industrial use. In this study, the MZ optical waveguides have been fabricated in a poly-dimethyl-siloxane (PDMS) thin film which has the higher optical permeability. The PDMS films were spin-coated on a silicon wafer (40 $$times$$ 20 $$times$$ 0.5 mm$$^3$$) with a thickness of approximately 30 $$mu$$m. The MZ waveguides were drawn by a 750 keV proton microbeam of 1$$mu$$m in diameter having the penetration depth of 18 $$mu$$m with fluence of 40-100 nC/mm$$^2$$. The beam writing was carried out combining an electric scanner and a mechanical sample-stage. The observation of the single-mode light propagation of 1.55 $$mu$$m fiber-laser in the MZ waveguides indicated that the optical transmittance have been successfully enhanced using PDMS.

論文

The Origin of beam non-uniformity in a large Cs-seeded negative ion source

花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之; 井上 多加志; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 谷口 正樹; 渡邊 和弘

Nuclear Fusion, 46(6), p.S318 - S323, 2006/06

 被引用回数:30 パーセンタイル:69.65(Physics, Fluids & Plasmas)

セシウム添加方式体積生成型負イオン源のビーム非一様性の原因について実験的に調べた。ビーム強度分布とプラズマ密度分布の相関を調べた結果、負イオン強度はプラズマが集中している領域において高かった。プラズマが集中している領域においては、負イオンの素となるプロトンばかりでなく、水素原子の密度も局所的に高かったと考えられる。さらに、フィラメントから放出する1次電子の軌道を計算した結果、プラズマの集中は、フィラメントから放出した1次電子が、フィラメント近傍の磁場によって、Bx$$nabla$$Bドリフトするためであることがわかった。ビーム非一様性の原因である高速1次電子のBx$$nabla$$Bドリフトを抑制するために、フィラメントの形状を変更した。その結果、ビーム強度の平均値からの偏差は、変更前の半分に減少しており、ビーム一様性を大幅に改善した。

論文

Improvement of beam uniformity by magnetic filter optimization in a Cs-seeded large negative-ion source

花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之*; 井上 多加志; 戸張 博之; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; et al.

Review of Scientific Instruments, 77(3), p.03A515_1 - 03A515_3, 2006/03

 被引用回数:24 パーセンタイル:71.78(Instruments & Instrumentation)

セシウム添加方式体積生成型負イオン源のビーム非一様性の原因究明を行うために、フィルター磁場と負イオンビームの長手方向の強度分布との相関関係について実験的に調べた。実験では、3種類のフィルター強度(49, 370, 800Gauss$$cdot$$cm)について調べた。それぞれのフィルター強度に対して、イオン源に少量のセシウム(約0.3g)を添加して、負イオン電流値を添加前よりも3$$sim$$4倍に増加させた後、ビーム強度分布を測定した。いずれのフィルター強度に対しても、ビーム強度を長手方向に積分したビーム電流値はほぼ一定であった。しかしながら、ビーム強度分布の偏差は、フィルター強度が800Gauss$$cdot$$cmの時、平均値に対して30%であったが、フィルター強度を49Gauss$$cdot$$cmに下げることにより、17%まで低減した。この結果、フィルター強度を低減することによって、ビーム電流値を下げることなく、大幅にビーム強度分布を改善できることが明らかになった。また、プローブ測定の結果、フィルター強度を下げると、プラズマ電極近傍のプラズマ密度及び電子温度は一様になっていることがわかった。これらの結果から、ビーム強度分布の非一様性の原因は、フィルター磁場によってプラズマ電極近傍のプラズマが偏在するためであることが明らかとなった。

論文

Investigation of photo neutralization efficiency of high intensity H$$^{-}$$ beam with Nd:YAG laser in J-PARC

富澤 哲男; 秋川 藤志; 佐藤 進; 上野 彰; 近藤 恭弘; 大井川 宏之; 佐々 敏信; 長谷川 和男; Lee, S.*; 五十嵐 前衛*; et al.

Proceedings of 7th European Workshop on Beam Diagnostics and Instrumentation for Particle Accelerators (DIPAC 2005), p.275 - 277, 2005/00

負水素イオンにNd:YAGレーザーを当てると電子が一つはがれて水素イオンに変わる。これがレーザー荷電変換であるが、J-PARCにおけるビームプロファイルモニターや核変換実験施設への低出力陽子ビームの取り出しに応用できる技術である。これらの可能性を確認するために、実際に高周波四重極リニアック(RFQ)出力後のビーム輸送系(MEBT1)に実験装置を設置し、レーザーが当たった時の荷電変換効率を計測した。本稿ではこの実験装置の設置状況とレーザーが当たったすべてのビームが荷電変換した結果を報告する。

論文

3-45MeV/u ion beam dosimetry using thin film dosimeters

小嶋 拓治; 須永 博美; 瀧澤 春喜*; 花屋 博秋; 橘 宏行*

Radiation Physics and Chemistry, 68(6), p.975 - 980, 2003/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.06(Chemistry, Physical)

低LET放射線に対する特性が明らかになっている4種のフィルム線量計を3-45MeV/uのイオンビームに応用した。低LET放射線を基準とした線量計の相対応答は、いずれもおよそ1から10MeV/(mg/cm$$^{2}$$)であり、阻止能が高くなるにしたがって徐々に小さくなる。特性を明らかにしたこれらの線量計によるイオンビーム線量測定における不確かさは、フルエンス測定における不確かさを$$pm$$2%含んで$$pm$$5%(1$$sigma$$)より良かった。特性を明らかにしたGaf線量計を用いることにより、それぞれ1及び10$$mu$$mより良い空間分解能で平面及び深度方向の線量分布測定ができることがわかった。

論文

Characterization of neutron beams for boron neutron capture therapy; In-air radiobiological dosimetry

山本 哲哉*; 松村 明*; 山本 和喜; 熊田 博明; 堀 直彦; 鳥居 義也; 柴田 靖*; 能勢 忠男*

Radiation Research, 160(1), p.70 - 76, 2003/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:43.94(Biology)

ホウ素中性子捕捉治療(BNCT)において生成される線量成分に対する生存率曲線及びRBEは、JRR-4の中性子ビームに対して別々に決定された。10Bを添加又は添加しないV79細胞の生存率は、熱外中性子ビーム(ENB),熱-熱外混合中性子ビーム(TNB-1)及び熱中性子ビーム(TNB-2)を利用して得られた。10Bの有無で中性子ビームの殺細胞効果は、使用する中性子ビームに高く依存し、ビーム中の熱外中性子及び高速中性子に依存している。ENB,TNB-1及びTNB-2に対してホウ素捕獲反応のRBEはそれぞれ4.07,2.98及び1.42であり、水素の反跳及び窒素の捕獲反応に基づく、高LET線量成分のRBEはそれぞれ、2.50,2.34及び2.17であった。RBEの実験的決定のアプローチは、中性子ビームの各線量成分に対するRBE-荷重線量を与え、BNCT臨床試験を実施中及び計画している異なる設備間の正確な中性子ビームの相互比較に寄与するものである。

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:58.74(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

Dosimetry for a few hundred keV electron beams

小嶋 拓治; 箱田 照幸; 須永 博美; 瀧澤 春喜; 花屋 博秋

Proceedings of 9th International Conference on Radiation Curing (RadTech Asia '03) (CD-ROM), 4 Pages, 2003/00

300keV電子線について、受感部の厚さが8-$$mu$$mのガフクロミックフィルム線量計により線量率測定を、試作したアルミ製全吸収型カロリメータによりエネルギーフルエンス測定をそれぞれ行うとともに、深部線量分布の半経験的計算をEDMULTコードにより行った。そして、空気中の深さに対する線量率分布及びエネルギーフルエンスに関する3つの方法による予備知見結果を比較した。これらの結果に基づき、300keV電子線の線量測定に対する影響因子について議論した。

論文

The XAFS beamline BL01B1 at SPring-8

宇留賀 朋哉*; 谷田 肇*; 米田 安宏; 竹下 邦和*; 江村 修一*; 高橋 昌男*; 原田 誠*; 西畑 保雄; 久保園 芳博*; 田中 庸裕*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 6(Part3), p.143 - 145, 1999/05

X線吸収スペクトル(XAFS)専用ビームラインBL01B1がSPring-8の偏向電磁石光源に建設され、1997年10月より供用が開始されている。精密ステージや制御プログラムは光学素子を調整するために設計され、さまざまな実験条件下での当初の目的の性能を達成する。一般的なXAFS測定で、4.5から110keVの範囲で質の良いデータを得ることができる。

論文

Fast potential changes at H-mode transition in the JFT-2M tokamak

浜田 泰司*; 井戸 毅*; 神谷 健作*; 西沢 彰*; 川澄 義明*; 三浦 幸俊; JFT-2Mグループ

IAEA-CN-69/PDP/01 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

核融合科学研究所と日本原子力研究所との協力研究のもとに、JFT-2M装置に500keV重イオンビームプローブ計測装置(HIBP)を設置した。HIBPにより、今回初めてHモード遷移時の速い空間電位の変化を観測できた。通常の鋸歯状振動によって引き起こされるL/H遷移において、D$$_{alpha}$$線強度及びプラズマ密度の上昇と同時に速い正方向への空間電位の変化がプラズマ境界付近で観測され、その後D$$_{alpha}$$線強度の減少とともに空間電位は負の方向へ減少した。L/H遷移から約30後の径方向電場の構造は、ポロイダル方向及びトロイダル方向の回転速度と圧力勾配から評価していた結果とほぼ一致した。

論文

High performance and current drive experiments in the JAERI Tokamak-60 Upgrade

近藤 貴; JT-60チーム

Physics of Plasmas, 1(5), p.1489 - 1496, 1994/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:57.36(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて得られた高核融合積、ならびに電流駆動実験について発表する。(1)運転条件の最適化、中性粒子ビームのパワーアップ、第一壁のボロン化等により、閉じ込め改善モードが見いだされ、核融合積1.1$$times$$10$$^{21}$$m$$^{-3}$$・s・keVが達成された。この改善モードは、高$$beta$$pHモードと呼ばれ、プラズマ中心部と端部の両方で閉じ込めを改善した事により得られた,(2)トカマクプラズマの定常化と電流分布制御の目的で、低域混成波電流駆動(LHCD)、中性粒子ビーム電流駆動(NBCD)、ならびにブートストラップ(BS)電流の実験も進展した。LHCDでは48$$times$$4導波管の大面積ランチャーが取付けられ、最大10MWの入射が可能となった。これにより3.6MAの非誘導電流駆動を達成した。また、NBCDおよびBS電流の組み合わせで、0.4MAの非誘導電流駆動を実証した。

報告書

Local transport analysis of L-mode plasmas in JT-60 tokamak

平山 俊雄; 菊池 満; 白井 浩; 清水 勝宏; 矢木 雅敏; 小出 芳彦; 石田 真一; 安積 正史

JAERI-M 91-026, 28 Pages, 1991/03

JAERI-M-91-026.pdf:1.01MB

Lモードプラズマの閉じ込めの劣化の原因を調べる目的で、JT-60の追加熱プラズマについて、局所輸送解析を行った。CXR測定によるイオン温度分布、及び輸送解析に必要な分布計測を、ダイバータ/リミター放電に関して系統的に行い、JT-60の広範なパラメータ領域の輸送特性を明らかにした。パワー則と呼ばれる、加熱パワーの増加に伴う閉じ込め特性の劣化は、主にイオンのエネルギー輸送の増大による。一方、プラズマ電流の増加に比例して改善する閉じ込め時間は、イオン及び電子、両者の輸送特性の改善に帰因する。イオンの熱拡散係数は密度依存性を有する。高ポロイダル・ベータ(≦3.5)プラズマで得られた。高イオン温度モードは、イオンの輸送特性の改善による。

報告書

Characteristics of Pellet and Neutral-Beam Injected Single Null Divertor Discharges of the JFT-2M Tokamak

三浦 幸俊; 河西 敏; 仙石 盛夫; 長谷川 浩一; 鈴木 紀男; 長谷川 満*; 星野 克道; 川島 寿人; 河上 知秀; 的場 徹; et al.

JAERI-M 86-148, 18 Pages, 1986/09

JAERI-M-86-148.pdf:0.57MB

NBI加熱されたシングルヌルダイバータ放電において、高効率閉じ込めモード(Hモード)に遷移する前にペレットを入射した場合、ペレットによる密度上昇の大小によって3種類の特徴を持つ放電に分類する事ができる。その中の1つは、時間的に変化している状態では有るが、非常に良い閉じ込め特性を示し、エネルギ-閉じ込め時間は、ジュ-ル加熱時に得られるこのプラズマ形状での最高値を越え70$$sim$$80msecに達する。この時トロイダルベ-タ値は1.8%になっており $$beta$$-limit近くにあると考えられる。($$<$$$$beta$$t$$>$$~1.8% at Bt~1.2T, a~0.25m, Ip~0.22MA and q$$psi$$~2.5)

論文

Plasma shapes for achieving high heating efficiency during neutral beam injection in doublet III

横溝 英明; 木島 滋; 相川 裕史; 笠井 雅夫*; 二宮 博正; 小林 朋文*; 松田 俊明; 宮 直之; 永見 正幸; 嶋田 道也; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 23(5), p.L316 - L318, 1984/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.3(Physics, Applied)

中性子粒子入射時に改善された加熱効率(H-モード)を得る為に、三つのプラズマ形状を比較検討した。Hモードプラズマは、ダイバータ形状だけでのみ観測された。最も良い加熱効率は高非円形ダイバータ形状の時得られた。Hモードプラズマを得るのに必要となるビームパワーは、プラズマ電流が360KAから740KAに増加するにつれ、~1MWから~4MWに増加する。貯えられたプラズマエネルギーは、プラズマ電流が増加するにつれて上昇し、最高時には悪い加熱状態より50%改善された。

論文

Depth-dose distributions in an aluminum-blue-cellophane stack for a high-intensity pulsed electron beam in an atmosphere of helium

田中 隆一; 須永 博美; 堀田 寛

Radiat.Res., 63(1), p.14 - 23, 1975/01

 被引用回数:10

Febetron706からのパルス電子線のアルミニウム・ブルーセロファン積層中でのdepth-dose曲線を、雰囲気のヘリウム圧や積層線量計の位置を変化させて測定した。その結果わかったことは、ヘリウム中では10Torr付近と600Torr付近で電子線は自己集束し、その間の50Torr付近では著しく発散することである。そこで、0.01,10,50,655Torrで詳しく各種位置でのdepth-dose曲線の変化を測定し、各条件での線質の変化を検討した。

口頭

Development of Mach-Zehnder optical waveguide embedded in PDMS thin films by proton beam writing

加田 渉*; 三浦 健太*; 猿谷 良太*; 加藤 聖*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 西川 宏之*; et al.

no journal, , 

An optical switch with a Mach-Zehnder (MZ) structure was previously fabricated in a Poly-methyl-methacrylate (PMMA) thin film by proton beam writing (PBW). The extinction ratio of the switch, however, needs to be enhanced by higher optical permeability for industrial use. In this study, the MZ optical waveguides have been fabricated in poly-dimethyl-siloxane (PDMS) thin films, which have higher optical permeability than PMMA. A PDMS film of a thickness of approximately 30 $$mu$$m was spin-coated on a silicon wafer (40 $$times$$ 20 $$times$$ 0.5 mm$$^3$$). The MZ waveguides of 8 $$mu$$m in width and total length of 30 mm were drawn in the film by a 750 keV proton microbeam of 1$$mu$$m in diameter having the penetration depth of 18 $$mu$$m with fluence of 40-100 nC/mm$$^2$$. The drawing of the total length was carried out combining an electric scanner and a mechanical sample-stage. A clear spot of 1.55 $$mu$$m single-mode light was observed propagated through the MZ waveguides, which indicated that the enhanced optical transmittance by the use of PDMS leads to their waveguides with higher extinction ratio.

口頭

Fabrication of Mach-Zehnder optical waveguide structures in PDMS thin films using proton beam writing

狩野 圭佑*; 猿谷 良太*; 川端 駿介*; 新木 潤*; 野口 克也*; 加田 渉*; 三浦 健太*; 加藤 聖*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; et al.

no journal, , 

Proton beam writing (PBW) has been applied to fabricate Mach-Zehnder (MZ) optical waveguides which is expected to be an optical switch with small power consumption, because only one processing of PBW enables us to fabricate such waveguides even inside of plastic materials. Such waveguides were fabricated in thin poly-methyl-methacrylate (PMMA) films by PBW. However, they had low transmittance. In order to fabricate MZ optical waveguides with higher transmittance, PBW was applied to poly-dimethyl-siloxane (PDMS) with higher transparency than PMMA. Thirty-micrometer thick PDMS films formed on silicon wafers were irradiated at different beam fluences using a 750-keV proton microbeam which reaches the half depth of the entire film thickness. The single mode propagation of the fabricated optical waveguide was checked by the 1.55-$$mu$$m light. The observation results showed that the single-mode propagation was detected only for the waveguide fabricated with the fluence of 100 nC/mm$$^2$$ and that the propagated light intensity was higher than that of PMMA. The waveguide structure has been successfully fabricated in thin PDMS films by PBW.

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