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報告書

J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)及び関連設備の現状と高度化戦略

勅使河原 誠; 中村 充孝; 金正 倫計; 曽山 和彦

JAEA-Technology 2021-022, 208 Pages, 2022/02

JAEA-Technology-2021-022.pdf:14.28MB

J-PARCの定格出力1MWの物質・生命科学実験施設において、今後の具体的かつ現実的な高度化戦略を展開するため、線源性能に大きく影響する加速器技術(リニアックおよびRCS)、線源技術、中性子・ミュオン輸送技術、検出技術、そしてそれらが結実する中性子・ミュオン ビーム利用装置等の現状(所期設計値に対する到達度)について整理した。さらに、現状分析に基づき出力増強に向けた改良点等について報告する。

論文

Electronic structure of hydrogen donors in semiconductors and insulators probed by muon spin rotation

下村 浩一郎*; 伊藤 孝

Journal of the Physical Society of Japan, 85(9), p.091013_1 - 091013_5, 2016/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:24.48(Physics, Multidisciplinary)

Hydrogen in semiconductors and insulators plays a crucial role in their electric conductivity. Substantial experimental and theoretical efforts have been made to establish this hypothesis in the last decade, and the muon spin rotation technique has played a pioneering role. Positive muons implanted into such low-carrier systems often form a muonium (a hydrogen analogue). Although its dynamical aspect may be different from the heavier hydrogen, the electronic structure of the muonium is expected to be identical to that of hydrogen after a small correction of the reduced mass. Since the discovery of a shallow muonium in CdS, its properties have been intensively studied in many semiconductors and insulators, and then it was interpreted as a possible origin of $$n$$-type conductivity under the context of a classical shallow donor model. In this article, we will describe the principle of muonium experiments and survey recent achievements in this field.

論文

高温工学試験研究炉(HTTR)の内部構造を可視化する; ミューオンを利用した非接触・非破壊検査技術の提案

高松 邦吉

放計協ニュース, (56), p.2 - 4, 2015/10

特願 2010-166333   開放特許情報データベース   公報

福島第一原子力発電所の事故前、宇宙線ミューオンを使って原子番号の違いを検出できないか検討した結果、散乱法を用いた宇宙線ミューオンの可視化技術は、黒鉛ブロック, 原子炉圧力容器, ウラン(燃料体), 空気を識別することができた。また、福島第一原子力発電所の事故後、燃料デブリの状況を把握するため、透過法を用いた宇宙線ミューオンの可視化技術を提案した結果、原子力機構のHTTRの原子炉圧力容器(RPV)および原子炉格納容器(CV)の外側から、炉心および炉内構造物を可視化することができた。

論文

Measurement system of the background proton in DeeMe experiment at J-PARC

山本 風海; Saha, P. K.; 青木 正治*; 三原 智*; 中津川 洋平*; 清水 宏祐*; 金正 倫計

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.012004_1 - 012004_5, 2015/09

ミュオン電子転換過程は、標準理論を超えた多くの理論ではその存在が自然と考えられているが、発生確率は非常に小さく、未だ発見されていない。DeeME実験では、このミュオン電子転換過程を探索するが、信号とノイズの識別のためには10$$^{-14}$$のバックグラウンドプロトンを検出する必要がある。そこで、このような微小の陽子がターゲットに入射しているかどうか検出する測定システムの検討を行い、評価した結果測定可能であることを確認した。

論文

ミューオンを利用して高温工学試験研究炉(HTTR)の内部構造を可視化する; 非接触・非破壊で原子炉の内部構造を検査する

高松 邦吉

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 57(6), p.389 - 393, 2015/06

特願 2010-166333   開放特許情報データベース   公報

福島第一原子力発電所の事故前、宇宙線ミューオンを使って原子番号の違いを検出できないか検討した結果、散乱法を用いた宇宙線ミューオンの可視化技術は、黒鉛ブロック、原子炉圧力容器、ウラン(燃料体)、空気を識別することができた。また、福島第一原子力発電所の事故後、燃料デブリの状況を把握するため、透過法を用いた宇宙線ミューオンの可視化技術を提案した結果、原子力機構のHTTRの原子炉圧力容器(RPV)および原子炉格納容器(CV)の外側から、炉心および炉内構造物を可視化することができた。

論文

Cosmic-ray muon radiography for reactor core observation

高松 邦吉; 竹上 弘彰; 伊藤 主税; 鈴木 敬一*; 大沼 寛*; 日野 竜太郎; 奥村 忠彦*

Annals of Nuclear Energy, 78, p.166 - 175, 2015/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:60.95(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所の燃料デブリの状況把握に向けた炉内可視化の技術開発として、原子炉内可視化に宇宙線ミューオンの適用性を検証するため、原子力機構のHTTRを対象とした炉内可視化予備試験を実施した。その結果、原子炉圧力容器(RPV)および原子炉格納容器(CV)の外側から、同時計数法を用いた宇宙線ミューオン可視化技術により、炉心および炉内構造物を可視化できた。

論文

J-PARC and new era of science

大山 幸夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.548 - 552, 2006/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:59.81(Instruments & Instrumentation)

日本原子力研究所(原研)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)が共同で進めている大強度陽子加速器計画(J-PARC)が2001年4月に着手された。計画は原研の中性子科学計画とKEKの大型ハドロン計画を統合したものである。J-PARC加速器は400MeVリニアック, 3GeVの速い繰り返しのシンクロトロンと50GeVのシンクロトロンからなり、実験研究施設は物質生命科学実験施設, ハドロン実験施設, ニュートリノ施設及び核変換実験施設から構成される。第I期では核変換実験施設を除いて建設が進められている。加速器は2007年に200MeVのリニアックで運転を開始し、2008-2010の間に400MeVまで建設する。

報告書

J-PARC 物質・生命科学実験施設実験装置設置マニュアル,1

中性子施設開発グループ

JAERI-Tech 2004-059, 106 Pages, 2004/10

JAERI-Tech-2004-059.pdf:6.82MB

原研-KEKの大強度陽子加速器計画(J-PARC)の主要施設の1つとして、物質・生命科学実験施設の建設が進められている。施設建家の東西に配置される第1,第2実験ホールにはさまざまな実験装置が設置され、施設から供給される中性子及びミュオンビームを利用して実験的研究が行われる予定である。本マニュアルは、2004年6月時点において、実験装置の設計及び設置にあたり必要な施設側の情報を提供するとともに、施設側と実験装置設置者側との取合い点をまとめたものである。

報告書

大強度陽子加速器プロジェクト物質・生命科学実験施設機器技術設計書

物質・生命科学実験施設建設チーム

JAERI-Tech 2004-001, 1171 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-001-Part1.pdf:80.84MB
JAERI-Tech-2004-001-Part2.pdf:43.14MB

本報告書は、大強度陽子加速器計画(J-PARC)の物質生命科学実験施設(MLF)の機器製作の概念及び基本設計にかかわる平成14年度までの検討成果を技術設計書としてまとめたものである。第1章は、計画書に当たる建設の目的,目標,スケジュール,予算,体制についてまとめた。第2章以下に技術設計書に当たる、個々の機器の基本設計方針と検討内容を記述した。プロジェクトは日々新たな展開を見せ、本設計書段階からは相当詳細化され、あるいは、部分は変更されて製作設計として既に最終的な形として収束している機器もある。それらは、詳細技術設計書として近い将来、続報として報告する。

論文

大強度陽子加速器計画の現状と研究構想

大山 幸夫

日本原子力学会モンテカルロ法による粒子シミュレーションの現状と課題, p.183 - 191, 2001/01

原研及び高エネルギー加速器研究機構(KEK)は共同して大強度陽子加速器計画施設の建設を進めている。本計画は、600MeV陽子リニアック,3GeV及び50GeV陽子シンクロトロン加速器群により作り出される陽子ビームを用いて、核変換実験施設,物質・生命科学実験施設(ミュオン実験施設,中性子散乱実験施設),原子核素粒子実験施設,ニュートリノ実験施設の建設を目指している。物質・生命科学実験施設における中性子利用では、減速した熱・冷中性子を用いた飛行時間法による広いQ-W領域における中性子散乱による物性研究・構造生物学研究、また、ミュオン実験では、mSR等ミュオンをプローブとして用いた物性研究等が計画されている。原子核・素粒子実験施設では、K中間子,$$pi$$中間子等の2次ビームを用いて極限状態の原子核やストレンジネスを持つ原子核の研究が行われる。ニュートリノ実験では、現在つくばで行われているK2K実験より百倍強度の高いニュートリノを用いてニュートリノ振動や混合状態の精密測定が期待されている。核変換実験施設では、物理実験施設を用いて未臨界炉心の炉特性実験や制御実験を行うとともに、工学実験施設でターゲット・構造材料に関する照射実験や液体ターゲットシステムの実証試験を行う。

報告書

Proceedings of the 3rd Workshop on Neutron Science Project; Science and Technology in the 21st Century opened by Intense Spallation Neutron Source, March 17 and 18, 1998, JAERI, Tokai, Japan

中性子科学計画室

JAERI-Conf 99-003, 215 Pages, 1999/03

JAERI-Conf-99-003.pdf:14.79MB

平成10年3月17,18日に東海研において、「中性子科学研究計画」の進捗状況についての報告と本計画に関連して研究所内外の専門家との議論を行うために、第3回「中性子科学研究計画」に関するワークショップを開催した。本論文集は、ワークショップ後に投稿された論文等を編集したものである。

論文

He accumulation effect in solid and liquid D-T mixture

河村 成肇*; 永嶺 謙忠*; 松崎 禎市郎*; 石田 勝彦*; 中村 哲*; 坂元 眞一*; 岩崎 雅彦*; 棚瀬 正和; 加藤 岑生; 黒沢 清行; et al.

Hyperfine Interactions, 118(1-4), p.213 - 215, 1999/00

英国Rutherford Appleton Laboratory,ISIS内のRIKEN-RALミュオン施設において現在D-T反応によるミュオン触媒核融合($$mu$$CF)実験中である。RIKEN-RALミュオン施設でトリチウムの$$beta$$崩壊で生成したHe-3がD-Tの混合固体中に蓄積し、液体では蓄積しないことを見いだした。実際、D-T濃度比が3:7の時の液体では、ニュートロンの放出減少率はターゲットを液化した直後から変化しないが、固体では、固化直後から増加する。このことから、すべてのHe-3が固体の中に残ることを示していると考えられる。これらの実験結果について報告する。

論文

Muon catalyzed fusion and muon to $$^{3}$$He transfer in solid T$$_{2}$$ studied by X-ray and neutron detection

松崎 禎市郎*; 永嶺 謙忠*; 石田 勝彦*; 中村 哲*; 河村 成肇*; 棚瀬 正和; 加藤 岑生; 黒沢 清行; 橋本 雅史; 須貝 宏行; et al.

Hyperfine Interactions, 118(1-4), p.229 - 234, 1999/00

英国Rutherford Appleton Laboratory,ISIS内のRIKEN-RALミュオン施設において、現在D-T反応によるミュオン触媒核融合($$mu$$CF)実験中である。トリチウム取り扱いシステムを使用して、高純度トリチウムの1500Ciを用いて、実験の直前にHe-3を除いた液体及び固体におけるtt$$mu$$反応を観測した。実際tt$$mu$$反応は、dt$$mu$$反応のバックデータとしてだけでなく、tt$$mu$$反応に関連した新しい物理現象として重要である。この実験結果について報告する。

論文

Tritium gas handling system for muon catalyzed fusion research at RIKEN-RAL muon facility

松崎 禎市郎*; 永嶺 謙忠*; 棚瀬 正和; 加藤 岑生; 黒沢 清行; 石田 勝彦*; 中村 哲*; 渡邊 功雄*; G.H.Eaton*

Hyperfine Interactions, 119(1-4), p.361 - 363, 1999/00

英国Rutherford Appleton Laboratory,ISIS内のRIKEN-RALミュオン施設において、現在D-T反応によるミュオン触媒核融合($$mu$$CF)実験中である。この実験に使用しているトリチウム取り扱いシステムについて報告する。特に重水素とトリチウム混合ガス中のHe-3(トリチウムの崩壊によって生成する)の除去システム、そのほかの性能及び実際に1500Ciのトリチウムを充填し、安全取り扱い上問題なく実施できた結果について報告する。

論文

Measurement of X-rays from muon to $$alpha$$ sticking and fusion neutrons in solid/liquid D-T mixtures of high tritium concentration

石田 勝彦*; 永嶺 謙忠*; 松崎 禎市郎*; 中村 哲*; 河村 成肇*; 坂元 眞一*; 岩崎 雅彦*; 棚瀬 正和; 加藤 岑生; 黒沢 清行; et al.

Hyperfine Interactions, 118(1-4), p.203 - 208, 1999/00

英国Rutherford Appleton Laboratory,ISIS内のRIKEN-RALミュオン施設において、現在D-T反応によるミュオン触媒核融合($$mu$$CF)実験中である。ここではターゲットの重水素とトリチウムの混合比を0.1,0.2,0.28,0.4,0.5,0.6と0.7に変化させ、液体、固体それぞれについて、$$mu$$CFサイクルにおけるミュオンの損失を測定するため、$$mu$$$$alpha$$ X-rayの放出確率を測定した。実験では、トリチウムの崩壊で生成するHe-3が反応に影響するため実験直前に除いて行った。14MeVの核融合ニュートロンとX-rayの測定から、ミュオンサイクル数、ミュオン損失確率、$$mu$$$$alpha$$ X-rayの放出確率を求めることができた。dt$$mu$$の損失確率は、ミュオンの損失確率からtt$$mu$$とdd$$mu$$の影響を差引いて求めた。この結果を理論的な計算値と比較した結果について報告する。

論文

Measurement of the K$$_{beta}$$/K$$_{alpha}$$ ratio of muon to $$alpha$$ sticking X-rays in muon catalyzed d-t fusion at RIKEN-RAL muon facility

中村 哲*; 永嶺 謙忠*; 松崎 禎市郎*; 石田 勝彦*; 河村 成肇*; 坂元 眞一*; 岩崎 雅彦*; 棚瀬 正和; 加藤 岑生; 黒沢 清行; et al.

Hyperfine Interactions, 118(1-4), p.209 - 212, 1998/00

英国Rutherford Appleton Laboratory,ISIS内のRIKEN-RALミュオン施設において、現在D-T反応によるミュオン触媒核融合($$mu$$CF)実験中である。ミュオン触媒核融合では、生成する$$alpha$$粒子にミュオンが付着し、X-rayが放出される。この時に$$mu$$$$alpha$$の運動エネルギーに依存したドップラー拡がりをもったK$$_{beta}$$X-rayとK$$_{alpha}$$X-rayの放出を観測することができた。この強度比の情報はdt$$mu$$のミュオン損失確率を理論的に計算するうえで重要である。観測結果と理論計算について考察した結果を報告する。

報告書

第1回「中性子科学研究計画」に関するワークショップ論文集; 1996年3月12日~3月13日,東海研究所,東海村

安田 秀志; 東稔 達三; 水本 元治

JAERI-Conf 96-014, 234 Pages, 1996/09

JAERI-Conf-96-014.pdf:9.7MB

原研では、陽子ビームから生成される強力な中性子源を利用して広範囲の基礎研究と消滅処理等の原子力技術開発の展開を図るために、大強度陽子加速器の開発を進めており、さらに、ビーム利用の各種研究施設についても構想の検討を始めている。この検討の現状について原研内外の専門家を交えた議論を行うため、標記のワークショップを平成8年3月に東海研究所で開催した。プログラムは8分野のセッションで、1)加速器、2)中性子散乱、3)ターゲット、4)材料照射、5)ミューオン・中間子、7)中性子核物理、8)消滅処理に分かれ、26件の講演から構成され、昨年以降の検討結果を中心に議論が持たれた。本論文集は、このワークショップでの発表内容に沿って提出された論文を編集したものである。

論文

Proposal of neutron science research program

鈴木 康夫*; 安田 秀志; 東稔 達三; 水本 元治

10th Pacific Basin Nuclear Conf. (10-PBNC), 2, p.1425 - 1431, 1996/00

原研の中性子科学研究計画では、基礎科学と原子力研究を加速エネルギー1.5GeV、平均電流10mAの大強度陽子加速器を利用して実施する。研究施設としては、中性子散乱研究のための熱・冷中性子施設、材料科学のための中性子照射施設、核データ測定のための中性子核物理施設、消滅処理等のためのオメガ・核エネルギー施設、核物理研究のための核破砕RIビーム施設、加速器技術開発や医療応用研究のための中間エネルギービーム施設及び中間子・ミューオン施設である。線形陽子加速器の研究開発はすでにイオン源、RFQ加速部及びDTL加速部の一部について実施している。中性子科学研究計画に係る概念設計と研究開発は1996年に開始した。建設は2期に分けて行う。第1期の完成は2003年であり、基本的には現状技術を活用して1.5GeV、1mAの陽子ビームを発生させる。

論文

Muon transfer and elastic acattering in t+d$$mu$$ collisions at low energies

五十嵐 明則*; 戸嶋 信幸*; 白井 稔三

Physical Review A, 50(6), p.4951 - 4955, 1994/12

 被引用回数:30 パーセンタイル:82.29(Optics)

t+d$$mu$$の低エネルギー衝突におけるミューオン移行と弾性散乱を超球座標結合チャネル法により研究した。断面積の収束値を求めるために多くの閉チャネル間の結合を考慮した。多数のavoided-crossingsでの特異的ふるまいを示す結合による連立微分方程式を解く方式としてdiabatic-by-sector法と通常の断熱基底展開法を組み合わせた方式を新しく考案した。独立原子極限でn=2の励起状態に帰属する断熱状態がミューオン移行にかなり寄与することが分った。Fukuda等による計算[Phys.Rev.,A41,145(1990)]と他の計算との間の二倍のズレは、これらの励起状態との結合を考慮することにより解決された。

論文

ミュオン科学の進展

竹田 辰興; 永嶺 謙忠*; 山崎 泰規*; 門野 良典*; 石田 勝彦*; 上村 正康*; 山崎 良成*; 水本 元治

日本原子力学会誌, 34(12), p.1098 - 1107, 1992/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

ミュオンを用いた種々の科学研究が盛んになってきた。これらは、多くの場合、正負のミュオンが、それぞれ、「軽い陽子」及び「重い電子」として振る舞う、特質を十分に生かしたものである。その対象は、$$mu$$SR法による物性・材料研究、ミュオン触媒核融合研究、ミュオン原子X線による非破壊元素分析、基礎物理学研究等に及ぶ。本解説では、これらについて、最近の興味ある話題について概観し、また、ミュオン科学の進展に大きな寄与が期待される低速ミュオン生成の研究、及び大強度加速器の開発についても触れる。

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