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2022年度)麻生 智一; 有吉 玄; 武藤 秀生*; 田中 茂人*
JAEA-Technology 2025-005, 51 Pages, 2025/10
JAEA-Technology-2025-005.pdf:2.47MB
J-PARCセンターの低温水素システムは、国内外からの多くのユーザーが利用する物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源において、発生した高エネルギー中性子を中性子散乱実験に適した冷中性子に減速(冷却)するために必要な冷凍設備で、非常に重要な設備の一つである。2008年に初めて中性子利用のためのMLF施設を稼動して以来、低温水素システムも運転と保守を継続的に続けているとともに、関連する技術開発を行っている。本報告書は、近年5年間のこれらの活動をまとめたものである。
Hf(n,
)
Hf reaction measurement河村 しほり*; 遠藤 駿典; 岩本 修; 岩本 信之; 木村 敦; 北口 雅暁*; 中村 詔司; 奥平 琢也*; Rovira Leveroni, G.; 清水 裕彦*; et al.
EPJ Web of Conferences, 329, p.05002_1 - 05002_3, 2025/06
共鳴の全角運動量は低エネルギー核反応において重要なパラメータの一つである。実験から共鳴のJを推定する方法はいくつか提案されているが、本研究ではWetzelとThomasによって提案された、共鳴のガンマ線スペクトルにおいて、適切に選ばれた2つの低エネルギーガンマ線の強度比を比較する方法に着目した。この方法は、HuizengaとVandenboschによって提案されたスピンメモリー効果(SME)に基づいている。SMEとは、カスケード遷移において多くの中間励起準位が存在しても、初期の共鳴状態のスピン情報が残ることを意味する。強度比に現れるSMEの強さは、強度比の差から定量的に評価することができる。過去の測定結果から、原子番号Zがマジックナンバー(Z=50)付近でSMEが大きくなることが示唆されている。本研究ではZ=50から離れた元素である天然のHf(Z=72)を用いて、J-PARC・MLF・ANNRIにおいて中性子捕獲反応測定を行った。SMEの強さは、共鳴からの低エネルギー線の強度比から決定された。その結果、Hf(Z=72)で観測されたSMEはTa(Z=73)よりも非常に大きいことがわかった。
武井 早憲
Journal of Nuclear Science and Technology, 45 Pages, 2025/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00日本原子力研究開発機構では、マイナーアクチニドを効率的に核変換する加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発を行っている。このシステムは、未臨界炉と大強度超伝導陽子線形加速器(ADS用陽子加速器)の組み合わせである。ADS用陽子加速器の開発を困難にしている要因の一つは、熱サイクル疲労を誘因するビームトリップ事象であり、この事象によって未臨界炉の機器が損傷するからである。ADS用陽子加速器は大強度陽子加速器の一つであるJ-PARCリニアックと比べて電流比で32倍の差がある。従って、開発段階に応じてADS用陽子加速器のビームトリップ頻度と許容ビームトリップ頻度を比較することが必要になる。今回、J-PARCリニアックの運転データに基づく信頼度関数を使ったモンテカルロ法のプログラムを作成し、ADS用陽子加速器のビームトリップ頻度を推測した。モンテカルロ法のプログラムにより、従来の解析手法では得られなかったビームトリップ事象の時間分布が得られた。その結果、許容ビームトリップ頻度を満足するには、ビームトリップ時間が5分以上のビームトリップ頻度を現状の27%に低減しなければならないことがわかった。
羽賀 勝洋; 直江 崇; 粉川 広行; 涌井 隆; 木下 秀孝; 原田 正英
Proceedings of 16th International Particle Accelerator Conference (IPAC25) (Internet), p.3245 - 3249, 2025/06
物質・生命科学実験施設(MLF)では2024年4月、MLFでの陽子ビーム利用出力が長期の利用運転としてはこれまでで最高値である950kWを達成し、また3GeVシンクロトロン(RCS)出口のビーム出力は1MWとなった。この成果は施設建設当初の目標である中性子源の1MW定常運転がほぼ達成されたこと、および中性子源の研究開発が新しい段階に入ったことを表す。水銀ターゲット開発の次の目標は、より高いビーム出力で、より長期間の運転を実現することである。ターゲット容器の寿命は強いパルス陽子ビームの入射で容器内面に生ずるキャビテーション損傷が決定要因であり、これまでは容器を毎年交換して損傷の程度を確認していたが、1MWの高出力運転で得られた損傷データから2年以上の長期運転に耐えうると判断されたため、2024年に新たに交換したターゲット容器を用いて2027年までの長期使用を初めて実施する予定である。また今後、RCSのパルス強度を増強する計画もあるため、より強い陽子ビームパルスに耐えるために、より効果的なピッティング損傷の抑制技術とターゲット容器の開発も進める必要が有る。本発表では、MFLの中性子源の現状と将来計画について紹介する。
明午 伸一郎; 岩元 大樹; 杉原 健太*; 平野 幸則*; 堤 和昌*; 斎藤 滋; 前川 藤夫
JAEA-Technology 2024-026, 123 Pages, 2025/03
JAEA-Technology-2024-026.pdf:14.22MB
J-PARC核変換実験施設ADSターゲット試験施設(TEF-T)の設計をベースとし、J-PARC陽子ビーム照射施設の概念検討を行った。これは、文部科学省の分離変換技術評価タスクフォースの提言「ADSの工学的課題解決に加え、多様なニーズへの対応の可能性を含め、既存のJ-PARCの陽子加速器を利用可能な利点を最大限活用する施設仕様を検討することが望ましい。」を受けたものである。TEF-T設計で不要となった設備を削減する一方、多様なニーズに対応可能な設備の具体化を行った。多様なニーズとして、諸外国の大強度加速器施設の利用法の調査を行った。その結果、1)材料照射試験、2)核破砕中性子を用いた半導体機器のソフトエラー試験、3)医療用RI製造および4)陽子ビーム利用を主な利用目的と特定し、これらの利用に必要な施設の検討を行った。施設概念の検討にあたっては、2022年に施設のユーザーコミュニティを立ち上げ、ユーザーの意見を広く取り入れて施設設計に反映した。本報告書は、陽子ビーム照射施設の概念検討結果、多様なニーズとその対応、施設建設に向けたロードマップおよび今後の課題についてまとめたものである。
明午 伸一郎
加速器, 21(4), p.333 - 344, 2025/01
加速器駆動核変換システム(ADS)のビーム照射環境下における材料損傷の研究のため、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、J-PARCリニアック400MeV陽子ビームとLBE核破砕ターゲットを用いた核変換実験施設ターゲット施設(TEF-T)の建設を計画していた。文部科学省の分離変換技術評価タスクフォースでは、リニアックを利用するメリットを最大限に生かし、ユーザーの多様なニーズに応える施設として検討するよう提言していた。TEF-Tの後継となる陽子線照射施設は、1)材料照射試験、2)核破砕中性子を用いた半導体ソフトエラー試験、3)医療用RI製造、4)宇宙用陽子線利用を目的として建設が計画されている。より魅力的な施設としてユーザーの意見を取り入れるため、2022年にユーザーコミュニティが設立された。本論文では、施設の現在の設計状況について述べる。
小栗 英知
加速器, 21(4), p.279 - 287, 2025/01
The J-PARC accelerator has been in operation for 18 years, starting with the linac beam commissioning in 2006. Currently, the MLF is in continuous operation with a beam power of 1 MW, and the linac and RCS have achieved the nominal performance. R&D for 1.5 MW operation for future plans has also been started. The MR has increased its beam power through a major upgrade works in 2021, currently achieving 80 kW for HD and 800 kW for NU. In addition, MR is aiming to achieve 100 kW for HD and 1.3 MW for NU in 2026 and 2028, respectively.
下村 浩一郎*; 幸田 章宏*; Pant, A. D.*; 砂川 光*; 藤森 寛*; 梅垣 いづみ*; 中村 惇平*; 藤原 理賀; 反保 元伸*; 河村 成肇*; et al.
Interactions (Internet), 245(1), p.31_1 - 31_6, 2024/12
J-PARC Muon Facility: MUSE (Muon Science Establishment) is responsible for the inter-university user program and the operation, maintenance, and construction of the muon beamlines, namely D-line, S-line, U-line, and H-line, along with the muon source at J-PARC Materials and Life Science Facility (MLF). In this paper, recent developments are briefly presented.
勅使河原 誠; Lee, Y.*; 達本 衡輝*; Hartl, M.*; 麻生 智一; Iverson, E. B.*; 有吉 玄; 池田 裕二郎*; 長谷川 巧*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 557, p.165534_1 - 165534_10, 2024/12
被引用回数：1 パーセンタイル：36.86(Instruments & Instrumentation)J-PARCの核破砕中性子源において、水酸化第二鉄触媒の機能性を評価するため、1MW運転時の積算ビーム出力9.4MW
hの条件で、ラマン分光法を用いてパラ水素割合をその場測定した。その結果、1MW運転におけて触媒が十分に機能していることが分かった。また、触媒を通さないバイパスラインを用いて、中性子照射によるパラからオルソ水素への逆変換率を調べることを試みた。測定されたオルソ水素割合の増加は、500kW運転で積算ビーム出力2.4MWhの場合に0.44%であった。しかしながら、この結果は、冷中性子モデレータ内で引き起こされた逆変換と、バイパスされた触媒容器中の温度上昇によって発生した準静的オルソ水素のメインループへの受動的滲出との合算であることが示された。
C and 500C高木 穂乃香*; 薮塚 武史*; 林田 洋寿*; Song, F.; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 栗田 圭輔; 飯倉 寛; 山本 典央*; 中島 稔*; et al.
Solid State Ionics, 417, p.116716_1 - 116716_7, 2024/12
被引用回数：3 パーセンタイル：43.46(Chemistry, Physical)Tracer diffusion coefficients of lithium-ions in the sintered samples of Li
Al
Ge(PO
)
(LAGP) have been measured through the neutron radiography (NR) technique in the wide temperature range from 25C to 500C. The diffusion data above and below 300C were collected using pulsed and reactor-generated neutrons, respectively, which coincide with each other at 300C exhibiting a single curve in the Arrhenius plot. The room-temperature diffusion coefficient and the activation energy below 300C are obtained as 1.47
10
cm
s
and 0.37 eV, respectively. The activation energy of the conductivity diffusion coefficient almost agrees with the tracer one, and the deduced Haven ratio of 0.40 is consistent with the concerted migration model of the lithium-ions.
meson mass through 
decays佐甲 博之; 市川 真也; 成木 恵; 坂口 貴男; 佐藤 進; 他12名*
Journal of Subatomic Particles and Cosmology (Internet), 1-2, p.100012_1 - 100012_7, 2024/11
Experimental evidence for the mass and the chiral condensate of hadrons is still poor. To challenge this situation we aim to measure meson mass inside the nucleus through decays in proton-nucleus collisions at J-PARC. In this presentation we will show the experimental proposal (E88), and the status of preparation.
山本 風海; 中野 秀仁; 松本 哲郎*
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.741 - 745, 2024/10
J-PARC 3GeVシンクロトロンでは、大強度ビームを達成するために入射点に炭素薄膜を配置し、リニアックで加速した負水素イオンを薄膜を通すことで電子を二個はぎ取り陽子に変換して加速している。この過程で一部入射ビームは陽子に変換されず残るため、それらを廃棄するダンプが入射点下流に置かれている。この廃棄ビームが生成する中性子、ガンマ線を照射試験等に用いることができれば、J-PARCの定常運転に寄生する形で照射試験を行うことができ効率的であることから、ダンプ内の二次粒子による放射化の評価を行った。ビスマスサンプルを実際に置き放射化させ、そのガンマ線スペクトルと計算コードPHITSの結果と比較したところ、主要な生成放射性核種の相対量はファクター2以下で一致した。
楡井 真実; 古府 麻衣子; 中島 健次; 菊地 龍弥*; 河村 聖子; 村井 直樹; 原田 正英; 稲村 泰弘
Journal of Neutron Research, 26(2-3), p.75 - 82, 2024/09
We investigated neutron flux at a sample position and energy resolution of a direct-geometry disk-chopper spectrometer AMATERAS under various chopper conditions and compared them with simulations and calculations. The measured flux was comparable to other similar spectrometers with high flux. The resolution when using a pulse-shaping chopper was in close agreement with the analytical calculations, including the thickness of the disk chopper, the sample size, and the penetration depth into the detector. It is found that the chopper, placed at the intermediate distance of the primary spectrometer, works as a pulse shaper that optimizes the flux and resolution below the incident energy of 10 meV.
長谷美 宏幸; 甲斐 哲也
JAEA-Testing 2024-001, 39 Pages, 2024/08
JAEA-Testing-2024-001.pdf:1.4MB
RAIM (Resonance Analysis code for neutron IMaging)は大強度陽子加速器施設J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)などのパルス中性子源で測定した共鳴吸収スペクトルを解析し、試料の原子核の密度や温度などの情報を求める解析コードである。RAIMは中性子のパルス関数と断面積データをもとにした共鳴吸収関数の畳み込み計算によりパルス中性子源で測定される共鳴吸収スペクトルを再現し、測定で得られた共鳴吸収スペクトルデータに対してフィッティングを行うことで、試料に含まれる特定の元素の密度や温度を求めることができる。また、RAIMは計算設定のパラメータを極力少なくすることや、2次元検出器で測定した数多くのスペクトルを一括で処理するスクリプトを用意するなど、共鳴イメージングデータを容易に解析することを念頭に開発されている。本書はRAIMの計算機へのインストール方法および共鳴吸収スペクトルのシミュレーションと測定データへのフィッティング方法について説明するマニュアルである。
遠藤 駿典; 安部 亮太*; 藤岡 宏之*; 猪野 隆*; 岩本 修; 岩本 信之; 河村 しほり*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 小林 龍珠*; et al.
European Physical Journal A, 60(8), p.166_1 - 166_10, 2024/08
被引用回数：3 パーセンタイル：71.61(Physics, Nuclear)Measurements of -ray circular polarization emitted from neutron capture reactions provide valuable information for nuclear physics studies. The spin and parity of excited states can be determined by measuring the circular polarization from polarized neutron capture reactions. Furthermore, the -ray circular polarization in a neutron capture resonance is crucial for studying the enhancement effect of parity nonconservation in compound nuclei. The -ray circular polarization can be measured using a polarimeter based on magnetic Compton scattering. A polarimeter was constructed, and its performance indicators were evaluated using a circularly polarized -ray beam. Furthermore, as a demonstration, the -ray circular polarization was measured in 
S(n,)
S reactions with polarized neutrons.
井上 倫太郎*; 長田 裕也*; 富永 大輝*; 佐藤 宗太*; 川北 至信; 山脇 大昇*; 守島 健*; 杉野目 道紀*; 杉山 正明*
Journal of Chemical Physics, 161(5), p.054905_1 - 054905_8, 2024/08
The side chain dynamics of poly(quinoxaline-2,3-diyl)s (PQXs) are expected to influence their conformation. To investigate these dynamics experimentally, quasielastic neutron scattering (QENS) was performed for PQXs in deuterated tetrahydrofuran (THF-
) and deuterated 1,1,2-trichloroethane/THF (1,1,2-TCE-
/THF-), in which they formed right-handed and left-handed helical structures, respectively. The mean-square displacement of the PQX side chains in 1,1,2-TCE-/THF- was lower than that in THF-. Furthermore, QENS complementary studies and molecular dynamics simulations unraveled a coupling between the main-chain and side chain dynamics of PQXs, suggesting the possibility of controlling the main-chain helical chirality through the dynamics of chiral side chains. These insights present a novel strategy for the design of synthetic helical macromolecules with precise chirality control.
武井 早憲
Journal of Nuclear Science and Technology, 61(8), p.1075 - 1088, 2024/08
被引用回数：1 パーセンタイル：35.03(Nuclear Science & Technology)陽子線形加速器では、機器の故障、高周波による放電などにより、陽子ビームが不意に供給できないことが知られている。このビームトリップ事象はランダムに発生しているのだろうか?従来、ビームトリップ事象はランダムに発生していると暗黙的に仮定していた。今回、加速器駆動核変換システムにおける超伝導線型加速器で生じるビームトリップ頻度を推測するため、J-PARCリニアックにおけるビームトリップ事象がランダムに発生しているかどうかを検討した。すなわち、まずJ-PARCリニアックを5つのサブシステムに分類した。そして、信頼性工学の一つの方法であるカプラン・マイヤー推定法を用いて、各サブシステムにおける運転時間の信頼度関数を求めた。この信頼度関数より、ビームトリップ事象のランダムさを調べた。5つのサブシステムにおける5年間の運転データを解析したところ、いくつかのサブシステムではビームトリップ事象がランダムに発生していることを示していた。しかし、陽子リニアックの主要なサブシステムであるイオン源と加速空洞を含む、多くのサブシステムでビームトリップ事象がランダムに発生していなかった。
小林 史憲; 神谷 潤一郎; 高橋 博樹; 鈴木 康夫*; 田崎 竜太*
JAEA-Technology 2024-007, 28 Pages, 2024/07
JAEA-Technology-2024-007.pdf:2.52MB
J-PARC LINACにおいて、LINACと3GeVシンクロトロン(3GeV Rapid Cycling Synchrotron: RCS)をつなぐビーム輸送ライン(LINAC to 3GeV RCS Beam Transportation Line: L3BT)を超高真空に保つために、真空システムが整備されている。真空システムはLINAC棟及びL3BT棟に設置されており、真空ポンプ、真空計、ビームラインゲートバルブ(Beam Line Gate Valve: BLGV)等の真空機器により構成され、BLGVにてエリア分けされた区域ごとに管理される。既存真空システムでは、それぞれのエリアごとに真空機器が独立に制御され、隣接するエリアの状態に関わらず真空機器が操作できる。このため、ヒューマンエラーによる誤操作の排除が不可能となっている。また、ビーム輸送ラインの真空悪化が生じた場合、その真空悪化ILK信号がMPS伝送信号経由でBLGVリレーユニットに伝送されることにより、BLGVが強制閉鎖される仕組みとなっている。しかしILK信号伝送範囲がL3BTのすべてのBLGVに及ぶ系になっているため、真空悪化の影響を受けないエリアのBLGVも強制閉鎖される。このことは、不必要な開閉動作がBLGVのメンテナンスの頻度を高くしてしまうといった問題を引き起こす可能性がある。また、BLGVの動作はMPS信号経路を利用して動作させていることから、真空悪化ILK信号での開閉信号がすべてのBLGVに一律に送信することしかできず、各個別制御ができない。さらには、真空制御システムのメンテナンスにおいても、MPS信号経路を絡めた作業が必要になり、真空制御システム単独でメンテナンスすることが難しく作業が煩雑であるという問題もある。このような各種課題を解決するためには、まずエリア相互間の機器の情報や真空圧力を監視可能とすることでヒューマンエラーを排除し、安全性を高くする必要がある。さらに、MPS信号経路を真空システムと分離し、各々のBLGVを個別に自動制御をすることで保守性を改善させる必要がある。そのため、L3BT真空システムの安全かつ効率的な保守と運転維持を考慮した制御を実現することを目的とし、真空システム制御系の再構築を実施した。本報告書は、L3BT真空システム制御系の再構築の詳細とその使用方法について取りまとめたものである。
Holm-Janas, S.*; 赤木 暢*; Fogh, E.*; 木原 工*; Le, M. D.*; Forino, P. C.*; Nikitin, S. E.*; Fennell, T.*; Painganoor, A.*; Vaknin, D.*; et al.
Physical Review B, 109(17), p.174413_1 - 174413_11, 2024/05
被引用回数：5 パーセンタイル：69.82(Materials Science, Multidisciplinary)We investigate the magnetic structure and magnetoelectric (ME) effect in the high-field phase of the antiferromagnet LiFePO above the critical field of 31 T. A neutron diffraction study in pulsed magnetic fields reveals the propagation vector to be q = 0 for the high-field magnetic structure. In addition, neutron diffraction measurements in low magnetic fields show no observable field-induced spin canting, which indicates negligible Dzyaloshinskii-Moriya interaction. The observed spin-flop field supports the Hamiltonian recently deduced from inelastic neutron studies and indicates that the system is less frustrated and with a larger single-ion anisotropy than originally thought. Our results demonstrate the effectiveness of combining pulsed-field neutron diffraction and electric polarization measurements to elucidate the magnetic structures and symmetries at the highest attainable field strengths.
Mg, Si, Fe, Cu, and Zn杉原 健太*; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 前川 藤夫
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 549, p.165299_1 - 165299_12, 2024/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)Nuclide production cross sections for proton-induced reactions on Mg, Si, Fe, Cu and Zn at several GeV were measured using an activation technique at Japan Proton Accelerator Research Complex. The aggregate results of 250 cross sections were successfully acquired. The data obtained in this study were compared with the results from nuclear reaction models in PHITS and the data retrieved from Japanese Evaluated Nuclear Data Library High Energy file 2007 (JENDL/HE-2007). Among all of the models, INCL/GEM, JENDL/HE-2007, and JAM/GEM generally showed the good agreement.
