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論文

Establishment of a novel detection system for measuring primary knock-on atoms

Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐藤 大樹; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

一次はじき出し原子(PKA)のエネルギースペクトルは、モンテカロル放射線輸送コードを用いた加速器施設設計の放射線損傷評価において重要である。しかし、計算コードに組み込まれている物理モデルは、PKAスペクトル について実験値の不足から十分に検証されていない。これまで、従来の固体検出器を用いた原子核物理実験の測定体系において、劣った質量分解能や核子あたり数MeV以上と高い測定下限エネルギーのため、実験値は限られていた。そこで本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、PKAスペクトルを測定するための2つの時間検出器と1つのdE-Eガス検出器からなる新しい測定体系を設計した。その結果、本測定体系は、質量数20から30のPKAにおいて、核子当たり0.3MeV以上のエネルギーを持つPKA同位体を区別できる。一方で、質量数20以下のPKAにおいては、PKAの質量数を識別できる下限エネルギーは核子当たり0.1MeV以下に減少する。今後、原子力機構のタンデム施設、及び東北大学のサイクロトロン・ラジオアイソトープセンターにおいて、設計した測定体系の動作テストを行う予定である。

論文

Ion desorption from bulk cesium chloride at moderate temperature ($$<$$500$$^{circ}$$C) under electric field

馬場 祐治; 下山 巖

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 16, p.53 - 59, 2018/03

固体を真空中で加熱すると吸着物質の一部がイオンとして脱離する現象は「表面電離」として知られているが、化合物など複雑な系では、その機構はわかっていない。本研究では、塩化セシウムおよび他のアルカリ金属塩化物の表面電離について調べた。塩化セシウムの場合、中性Csは塩化セシウムの融点に近い摂氏645度で脱離するが、Cs$$^{+}$$イオンの脱離は、摂氏400度から観測された。脱離するイオンと中性粒子の比(Cs$$^{+}$$/Cs $$^{0}$$)は、410度で最大となった。Cs$$^{+}$$/Cs $$^{0}$$比の温度依存性を、Saha-Langmuirの式で解析した結果、この現象は、塩化セシウムの構造変化に伴う表面の仕事関数変化によるものであることがわかった。

論文

Application of automated particle screening for effective analysis of individual uranium particles by thermal ionization mass spectrometry

江坂 文孝; 鈴木 大輔; 蓬田 匠; 間柄 正明

Analytical Methods, 8(7), p.1543 - 1548, 2016/02

AA2015-0572.pdf:0.66MB

 被引用回数:6 パーセンタイル:28.35(Chemistry, Analytical)

原子力施設で採取された環境試料中の個々のウラン粒子の同位体比分析は、施設での未申告原子力活動を検知する上で重要である。本研究では、効率的な分析法の開発を目的として、自動粒子スクリーニングを利用して測定する粒子を選別し、表面電離質量分析法(TIMS)により同位体比分析を行う方法の開発を行った。本法により実際の査察試料を分析した結果、従来法に比べて分子イオンの影響を低減化して個々のウラン粒子の同位体比を決定することが可能なことが示され、本法の有効性が確かめられた。

論文

Investigation of the fragmentation of core-ionised deoxyribose; A Study as a function of the tautomeric form

Herv$'e$ du Penhoat, M.-A.*; Kamol Ghose, K.*; Gaigeot, M.-P.*; Vuilleumier, R.*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; Politis, M.-F.*

Physical Chemistry Chemical Physics, 17(48), p.32375 - 32383, 2015/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:70.81(Chemistry, Physical)

We have investigated the gas phase fragmentation dynamics following the core ionisation of 2-deoxy-D-ribose (dR), a major component in the DNA chain. To that aim, we use state-of-the-art ab initio Density Functional Theory-based Molecular Dynamics simulations. The ultrafast dissociation dynamics of the core-ionised biomolecule, prior Auger decay, is first modelled for 10 fs to generate initial configurations (atomic positions and velocities) for the subsequent dynamics of the doubly ionised biomolecule in the ground state. The furanose, linear and pyranose conformations of dR were investigated. We show that fragmentation is relatively independent of the atom struck or of the duration of the core vacancy, but depends rather critically on the molecular orbital removed following Auger decay.

論文

Analytic cross sections for electron impact collisions with nitrogen molecules

多幡 達夫*; 白井 稔三*; 左高 正雄; 久保 博孝

Atomic Data and Nuclear Data Tables, 92(3), p.375 - 406, 2006/05

 被引用回数:47 パーセンタイル:7.16(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

窒素分子と窒素分子1価イオンの電子衝突断面積は、低温プラズマの研究分野では重要とされている。例えば、核融合研究では、窒素ガスをダイバータプラズマに入射し放射冷却を増大することにより低温ダイバータプラズマを生成しダイバータ板の熱負荷を低減する実験が行われているが、この低温ダイバータプラズマをモデル化及び診断するためには窒素分子と窒素分子1価イオンの電子衝突断面積が必要である。ここでは、2003年までに実験的に測定された窒素分子と窒素分子1価イオンの電子衝突断面積を収集した。対象にした衝突過程は、弾性散乱,運動量移動,回転励起,振動励起,電子励起,電離,解離,発光の74過程である。収集した断面積は、図にまとめ、評価し、推奨値として解析的表式を当てはめた。解析的表式としては、Green and McNealの経験式を変形したものを用いた。

論文

Development of RIMS apparatus for isotope analysis of Calcium nuclear waste materials

宮部 昌文; 大場 正規; 加藤 政明; 若井田 育夫; 渡部 和男

Journal of Nuclear Science and Technology, 43(4), p.305 - 310, 2006/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:32.09(Nuclear Science & Technology)

放射性廃棄物中の長寿命難分析核種である$$^{41}$$Caを共鳴イオン化法で分析するために、光源装置の開発を行った。ルビジウム同位体のドップラーフリー吸収線に波長を固定した周波数基準レーザーと、干渉縞の相対位置からコンピューターで複数のレーザーの相対周波数を制御する機構を用いて、共鳴イオン化用レーザーの周波数制御を行う装置を開発した。ヘテロダイン分光法やカルシウムの共鳴蛍光分光法を用いて装置の周波数安定度や周波数同調精度を評価し、開発した光源が共鳴イオン化分析に十分な性能を有することを確認した。

論文

Structure and dynamics of cluster plasmas created by ultrashort intense laser fields

福田 祐仁; 岸本 泰明; 正木 知宏*; 山川 考一

Physical Review A, 73(3), p.031201_1 - 031201_4, 2006/03

 被引用回数:27 パーセンタイル:22.03(Optics)

プラズマの緩和過程、及び、イオン化過程を考慮した粒子コードを用いて、高強度レーザーとクラスターとの相互作用並びに構造形成プロセスの詳細を調べた。これまでに指摘されていたレーザー誘起電場の発生に加え、印加レーザー強度を超える2極性電場の生成、及び、外部/内部シースの形成が、クラスターの爆発崩壊過程に深く関与していることを明らかにした。すなわち、電子エネルギー分布には、衝突緩和,シース電場の影響によるディップ構造が観測され、イオンエネルギー分布と密度分布には2極性電場の影響による二重構造が観測された。

論文

Generation and evaluation of a 10$$^{20}$$ W/cm$$^{2}$$ intensity by focusing wavefront corrected 100 TW, 10 Hz laser pulses

赤羽 温; Ma, J.; 福田 祐仁; 青山 誠; 桐山 博光; 井上 典洋*; 辻 公一*; 中井 善基*; 山本 洋一*; Sheldakova, J. V.*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(8), p.6087 - 6089, 2005/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:94.35(Physics, Applied)

フィードバック制御波面補償光学系により日本原子力研究所100TWチタンサファイアレーザーシステムにおいてレーザー集光強度の向上が達成された。レーザーパルスの光学パラメータ計測結果及び観測された希ガス原子のトンネルイオン化レートのレーザーエネルギースケーリング性により10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$を越える超相対論的強度が10Hzの繰り返し動作で発生することを実験的に確認した。

報告書

電離計数管の電極に誘導される誘導電荷

坂佐井 馨

JAERI-Research 2004-017, 29 Pages, 2004/11

JAERI-Research-2004-017.pdf:3.61MB

グリーンの相反定理に基づき、電離計数管の電極間に点電荷がある場合、それによって電極に誘導される誘導電荷を解析的に導出した。電極の形状は平行平板及び円筒型を仮定した。平行平板型の場合、電荷分布はベッセル関数を含んだ積分で表され、円筒型は変形ベッセル関数を含んだ積分で表される。計数管の電流信号はその誘導電荷の時間微分で求められるため、これらの表式は計数管の電流信号を評価するのに有用である。

報告書

難分析長寿命核種分析のための波長安定化レーザーの開発,2; ゼーマン効果と干渉縞による4台の半導体レーザーの同時ロックシステム

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。

報告書

難分析長寿命核種分析のための波長安定化レーザーの開発,1; リトロー型外部共振器半導体レーザーの製作

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。

論文

New applications of ion beams to material, space, and biological science and engineering

福田 光宏; 伊藤 久義; 大島 武; 西堂 雅博; 田中 淳

Charged Particle and Photon Interactions with Matter, p.813 - 859, 2003/11

近年、イオンビームは、医学・医療をはじめ、材料科学・バイオ技術などの原子核物理学以外の分野において広範に応用されるようになり、従来のX線・$$gamma$$線・電子線などの利用では得られなかった研究成果が続々と生み出されてきている。イオンビームは、物質中でその飛跡に沿って局所的にエネルギーを付与し、高密度に物質をイオン化したり、励起したりすることができるだけでなく、優れた直進性,異種元素の注入,打ち込み深度及び個数の自在制御,物質表面原子のたたき出しや電子・X線・中性子等の二次粒子放出,RI生成など、多面的な特質を持っている。物質の種類や形状・構造などに合わせてこれらのイオンビームの特徴を上手に活かすことにより、新しいものを創り出したり、物質の中を微細に調べたりすることが可能となる。原研高崎研究所では、材料・宇宙・バイオ科学分野などにおける高度なイオンビーム利用を推進するため、軽イオンから重イオンにわたる多種類のイオンをkeVオーダーから数百MeV級まで加速できるイオン照射施設TIARAを建設し、最先端のイオンビーム利用研究を先導するビーム技術を開発してきた。本稿では、TIARAで得られた材料・宇宙・バイオ科学分野におけるイオンビーム利用の研究成果と今後の展望について解説している。

論文

飛行時間型質量分析計への画像検出法導入による同位体比測定におけるダイナミックレンジの向上

片山 淳; 古川 勝敏; 渡部 和男

分析化学, 52(6), p.461 - 467, 2003/06

 パーセンタイル:100(Chemistry, Analytical)

飛行時間形質量分析計(TOFMS)を用いた元素の同位体比測定におけるダイナミックレンジの拡大を目指し、イオンの画像検出法の導入を検討した。TOFMSのイオン検出器として位置検出型の蛍光板つきマイクロチャンネルプレート(MCP)を使用し、イオンを光としてカメラで計測した。レーザー共鳴イオン化したイオンビームが質量弁別された後、時間依存の電場へ入射させてMCP上に掃引した。CCDカメラで記録した光点群を解析し質量スペクトルを得た。開発した方法をカルシウムの同位体比測定に適用し、5桁以上のダイナミックレンジが得られた。

論文

A Laser ion source with a thin ohmic-heating ionizer for the TIARA-ISOL

小泉 光生; 長 明彦; 大島 真澄; 関根 俊明; 涌井 崇志*; Jin, W.*; 桂川 秀嗣*; 宮武 宇也*; 石田 佳久*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 204(1-4), p.359 - 362, 2003/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:49.34

原研高崎オンライン同位体分離器(TIARA-ISOL)用に抵抗加熱型レーザーイオン源を製作した。本イオン源では、30$$mu$$mの金属膜でできたイオン化室を用いた。その結果、イオン化室に抵抗加熱で生成される電場勾配を4-5V/cmまで増やすことができた。オフライン実験において、イオン源から引き出される$$^{27}$$Al(安定核)パルスイオンビームの時間広がりを調べた結果、半値幅が4$$mu$$mまで狭くなったことを確認した。オンライン実験において、$$^{25}$$Al(半減期7.2秒)を$$^{16}$$O($$^{12}$$C, p 2n)反応で生成し、イオン化効率を調べた結果、約0.1%を得た。

論文

Energetic particle experiments in JT-60U and their implications for a fusion reactor

飛田 健次; 草間 義紀; 篠原 孝司; 西谷 健夫; 木村 晴行; Kramer, G. J.*; 根本 正博*; 近藤 貴; 及川 聡洋; 森岡 篤彦; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.315 - 326, 2002/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.13(Nuclear Science & Technology)

リップル損失とアルフヴェン固有モード(AEモード)を中心にJT-60Uにおける高エネルギー粒子実験の成果をまとめ、これらに基づいて核融合炉への展望を考察した。プラズマ表面でのリップル率が増加するにつれ、中性粒子入射(NBI)イオン,及び核融合生成トリトンの著しい損失を観測し、その損失は負磁気シアで顕著になることを明らかにした。リップル損失による第一壁への熱負荷は軌道追跡モンテカルロコードの予測と良く一致することを示した。イオンサイクロトロン(ICRF)少数イオン加熱及び負イオン源NBI(N-NBI)加熱時に多くのAEモードを観測した。観測した大部分のモードはギャップモードであり、これらからTAE,EAE,NAEモードを同定した。N-NBI加熱時にはバースト状のAEモードが発生することがあることを見出した。このとき不安定周波数の掃引現象が観測され、ビームイオン損失は25%に達することもある。リップル損失や高エネルギー粒子の加熱に関するこれらの研究では、高エネルギー粒子の振る舞いが古典理論または新古典理論で説明できることを明らかにし、核融合炉における高エネルギー粒子の特性を既存理論で定量的に予測できることを示した。AEモードに関しては、実験により核融合炉で起こりうるAEモードの定性的評価を可能にした。

論文

${it S}$$$_{e}$$-scaling of lattice parameter change in high ion-velocity region (${it v}$ $$geq$$ 2.6$$times$$10$$^{9}$$ cm/s) in ion-irradiated EuBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{y}$$

石川 法人; 岩瀬 彰宏; 知見 康弘; 道上 修*; 若菜 裕紀*; 橋本 健男*; 神原 正*; M$"u$ller, C.*; Neumann, R.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 193(1-4), p.278 - 282, 2002/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.1

広い範囲のエネルギー(80MeV-3.84GeV)の重イオンを酸化物超伝導体EuBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{y}$$に照射し、電子励起効果による格子定数変化を測定した。その結果、高速イオン速度のときにのみ、照射による格子定数変化は、電子的阻止能の4乗則に従い、低速になると、その法則からずれてくることがわかった。さらに、初期イオン化率を用いて解析すると、そのずれが解消され、全てのイオン速度において初期イオン化率のみに依存する、いわゆるクーロン爆発モデルを示唆する振る舞いが観測された。

論文

Structure and energetics of Li$$_{n}$$(OH)$$_{n-1}$$(n=2-5) clusters deduced from photoionization efficiency curves

田中 宏昌; 横山 啓一; 工藤 博司*

Journal of Chemical Physics, 114(1), p.152 - 159, 2001/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:85.74(Chemistry, Physical)

レーザーアブレーションした金属リチウムと水蒸気との反応により生成した過剰なリチウムを有するLi$$_{n}$$(OH)$$_{n-1}$$(n=2-5)クラスターについて、光イオン化効率曲線(IEC)を測定した。実測したIECはイオン化におけるフランク-コンドン因子をもとにしたシミュレーションでよく再現できた。両IECの比較から、測定にかかったLi$$_{n}$$(OH)$$_{n-1}$$クラスターの構造が密度汎関数法を用いた理論計算から得られた最安定構造と一致することがわかった。

論文

Ionization energies of hyperlithiated and electronically segregated isomers of Li$$_{n}$$(OH)$$_{n-1}$$(n=2-5) clusters

田中 宏昌*; 横山 啓一; 工藤 博司*

Journal of Chemical Physics, 113(5), p.1821 - 1830, 2000/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:57.92(Chemistry, Physical)

レーザーアブレーション実験で見いだした過剰なリチウムをもつLi$$_{n}$$(OH)$$_{n-1}$$(n=2-5)について、理論計算により安定構造とイオン化エネルギーを調べた。n=2及び3では過剰電子がすべてのリチウム原子に非局在化した超リチウム化結合的な電子構造が、n=4及び5では過剰電子が特定部位に局在化した分離型の電子構造が最安定となる。イオン化エネルギーは構造に強く依存し、1個の酸素原子とのみ結合した末端リチウム原子の数により異性体を3種類に分類することができる。この依存性は過剰電子1個を有する最高被占軌道(SOMO)の特徴を強く反映する。

論文

Origin of structures in the low-energy single-electron continuum in calculations for ion collisions from argon

Guly$'a$s, L.; Kirchner, T.*; 白井 稔三; Horbatsch, M.*

Physical Review A, 62(6), p.022702_1 - 022702_5, 2000/08

3.6MeV/amu Au$$^{53+}$$+Ar衝突における電子放出に対する二重微分断面積をcontinuum distorted wave with eikonal initial state近似で計算した。最近低エネルギー電子放出スペクトルで観測された構造[Moshammer et al., Phys. Rev. Lett. 83, 4721 (1999)]は、解析に用いられた標的原子アルゴンのHartree-Fock-Slaterポテンシャルの欠陥に起因することがわかった。電子交換相互作用をより厳密に取り込んだ最適化ポテンシャル法によりアルゴンを取り扱えば、そのような構造は現れない。

報告書

Solution exploration of plasma initiation and current ramp-up scenario in A-SSTR

Polevoi, A. R.; 西尾 敏; 牛草 健吉

JAERI-Tech 2000-001, p.16 - 0, 2000/01

JAERI-Tech-2000-001.pdf:0.85MB

中心ソレノイドコイルを排除した非誘導電流駆動方式による定常炉、改良型A-SSTRを対象に立ち上げシナリオの検討を実施した。主要な課題は初期プラズマの生成から500kA~1MA(定常プラズマ電流の5~10%)程度までプラズマ電流を立ち上げることの可否である。ソレノイドコイルを排除しても1Vsに満たない僅少の磁束供給は期待できることから、完全非誘導方式による場合と僅少の磁束供給が期待できる場合の両ケースについて立ち上げシナリオの検討を実施した。磁束供給を考慮する場合は4Vを0.1秒間プラズマに与え、3MWのECH予備電離・加熱の条件の下に10ms程度で放射損失バリヤーを乗り越えることが示された。一方、磁束供給がない場合でも初期プラズマの生成が可能であることが示された。この場合、外部から操作できるパラメータは加熱入力パワーのみであるため、立ち上げシナリオの構築は容易ではないが、輸送方程式と条件$$beta_{p}varepsilon<$$1の両方を満足する温度、密度及び電流を刻一刻設定することで初期プラズマの生成シナリオを構築した。この場合もECH予備電離・加熱のパワーは3MWである。双方とも、初期プラズマの生成からプラズマ電流2.0MA程度までECHによって立ち上げる場合の必要となる時間は約2000秒となった。中心ソレノイドコイルがなくてもプラズマの立ち上げは可能であることが示された。

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