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論文

小型パルス中性子源のための中性子計測法の最近の進展

有川 安信*; 池田 裕二郎; 清水 裕彦*; 花山 良平*; 近藤 治靖*; 黒澤 俊介*

レーザー研究, 46(11), p.634 - 640, 2018/11

小型中性子源は、中性子回折, 中性子共鳴分析, 中性子ラジオグラフィなど様々な診断手法として使われてきた。中性子検出器の開発はこれらの全ての応用に不可欠であるが、その技術は中性子エネルギーと測定の目的に強く依存している。本論文では、小型中性子源の利用促進に関連する中性子測定技術について解説する。低速中性子用の従来型検出器による一般的な中性子検出技術と共に、レーザー駆動小型中性子源に適用できる高時間分解能かつ高感度な高エネルギー中性子用検出器について述べる。

論文

Using LiF crystals for high-performance neutron imaging with micron-scale resolution

Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.

High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:50.14(Optics)

This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 $$mu$$m and a linear response with a dynamic range of at least 10$$^{3}$$. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.

論文

高エネルギー粒子輸送解析のための中性子計測

西谷 健夫; 長壁 正樹*; 篠原 孝司; 石川 正男

プラズマ・核融合学会誌, 80(10), p.860 - 869, 2004/10

DTまたはDD燃焼を行うプラズマにおける高速イオン挙動の研究手段として中性子計測は非常に有効である。これらの燃焼プラズマにおける中性子発生過程と中性子計測法を手短かに説する。さらに中性子計測を利用した高速イオン挙動の研究の例として、JT-60の中性粒子(NB)加熱プラズマにおける中性子発生量測定を用いた中性子発生過程解析,短パルスNB入射後の中性子発生量応答を利用した高速粒子閉じ込め研究,トリトン燃焼による3MeVトリトンの閉じ込め研究,アルフベン固有モード時の高速イオン吐き出し効果研究及び$$alpha$$粒子ノックオン高エネルギーテイル測定による$$alpha$$粒子密度測定について紹介する。

論文

Neutron activation system using water flow for ITER

西谷 健夫; 海老澤 克之*; 河西 敏; Walker, C.*

Review of Scientific Instruments, 74(3), p.1735 - 1738, 2003/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:45.71(Instruments & Instrumentation)

これまで水の放射化を利用したITERの中性子発生量モニターを提案してきた。原研FNSに水ループを設置して行った実験では、時間分解能が水の乱流拡散で決定されることを明らかにした。この実験結果に基づき、流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。照射端は赤道面のフィラーブランケットモジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外のピットに設置し、検出器としてBGOシンチレータを採用した。この配置に基づき、各種特性をMCNP-4bコードを用いて評価した。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms(ITER要求値)以下となった。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。また異なる検出効率の$$gamma$$線検出器を2台用いることによって、50kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。

報告書

Design of ex-vessel neutron monitor for ITER

西谷 健夫; 井口 哲夫*; 海老澤 克之*; 山内 通則*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2002-062, 39 Pages, 2002/07

JAERI-Tech-2002-062.pdf:1.65MB

$$^{235}$$Uフィッションチェンバーを用いたITER用の真空容器外中性子モニターの設計を行った。$$^{235}$$Uフィッションチェンバーの感度が入射中性子のエネルギーに対し一定となるように減速材の設計を行った。ITERの水平ポート内の温度環境下で安定な、ベリリウムと炭素を減速材とし、Be/C比を0.25とした。中性子検出器としては中性子輸送計算に基づき、$$^{235}$$U 200mgのフィッションチェンバーを採用した。3つの検出器をステンレス鋼のケース付きの減速材内に組み込み一つのアセンブリとし、このアセンブリを2セット水平ポートに取付ける設計とした。この内一つはD-D運転と較正用であり、もう一つはD-T運転用である。D-D運転と較正用のアセンブリは水平ポート内のポートプラグのすぐ外側に設置し、D-T運転用アセンブリはポート中間の追加遮蔽体の陰に取付ける。信号処理ではパルス計数方式とキャンベル方式を併用することによって、ITERの要求仕様である7桁のダイナミックレンジと1msの時間分解能を達成できることを示した。また$$gamma$$線と磁場の影響は、無視し得ることがわかった。

報告書

Design of neutron monitor using flowing water activation for ITER

西谷 健夫; 海老澤 克之*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2002-033, 40 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-033.pdf:1.54MB

流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。照射端は赤道面のフィラー遮蔽モジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外の上部ピットに設置し、照射端からの距離は20mとした。真空容器、ブランケットモジュール、フィラー遮蔽モジュール、第1壁を3次元モデル化し、JENDL 3.2核データライブラリーを使用したMCNP-4bコードを用いて各種特性を評価した。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms(ITER要求値)以下であり、100kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。

報告書

Design of in-vessel neutron monitor using micro fission chambers for ITER

西谷 健夫; 海老澤 克之*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2001-066, 57 Pages, 2001/10

JAERI-Tech-2001-066.pdf:1.89MB

マイクロフィッションチェンバーを用いた、コンパクトITER(ITER-FEAT)用中性子モニターの設計を行った。中性子モンテカルロコードMCNP-4bを用いて、マイクロフィッションチェンバーの応答を計算し、マイクロフィッションチェンバーを取付けるための最適な位置を決定した。その結果、外側上部及び下部の遮蔽ブランケットモジュールの裏面にマイクロフィッションチェンバーを取付け、その出力の平均を取ることによって、プラズマ位置や中性子発生分布の変化の影響を受けずに中性子発生量を測定できることを明らかにした。また$$gamma$$線等によるノイズを評価するために、$$^{235}$$Uを含むマイクロフィッションチェンバーと核分裂物質を含まないダミーチェンバーを併せてブランケット裏面に取付けることとした。信号処理ではパルス計数方式とキャンベル方式を併用することによって、ITERの要求仕様である7桁のダイナミックレンジと1msの時間分解能を達成できることを示した。また10$$^{11}$$ n/sの強度中性子発生装置を真空容器内で移動させることにより、マイクロフィッションチェンバーのその場較正試験が可能であることを、MCNP計算により示した。最終的に、この中性子モニターはITERの要求精度10%を満足するものである。

論文

Neutron irradiation tests on diagnostic components at JAERI

西谷 健夫; 四竈 樹男*; 深尾 正之*; Reichle, R.*; 杉江 達夫; 角田 恒巳; 河西 敏; Snider, R.*; 山本 新

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.905 - 909, 2001/10

 被引用回数:20 パーセンタイル:18.67

ITERの計測器開発において計測機器要素の中性子照射試験は最も重要なR&Dの一つである。本講演では、ITER工学R&Dの一環として行った中性子照射試験のうち最近の成果について報告する。(1)ボロメータ; ITER用ボロメータの候補であるマイカ薄膜ボロメータの主要素であるマイカ薄膜をJMTRで照射したところ、スウェリングは0.01dpaで0.2%であり、ITERにおける使用に見通しを得た。(2)石英窓材; 石英窓材をFNS(14MeV中性子)で照射し、UV域の透過特性を実時間で測定した。250nm以下の波長では中性子照射に非常に敏感であり、8$$times$$10$$^{19}$$/m$$^{2}$$のフルエンスで透過率が10%まで減少した。また照射後は照射中に対し、10~20%透過率が回復する。

報告書

Proceedings of the 5th Australia-Japan Workshop on Plasma Diagnostics; December 15-17, 1999, Naka, Japan

炉心プラズマ研究部

JAERI-Conf 2000-007, p.161 - 0, 2000/03

JAERI-Conf-2000-007.pdf:9.11MB

プラズマ診断に関する日豪ワークショップは、日豪科学技術協力協定のもとで、両国におけるプラズマ診断、及び実験に関する最新の研究結果について情報交換を行い両国の研究開発を促進するとともに、相互の理解と交流を深めることを目的として1989年に原研で第1回が開催され、その後、日豪交互にほぼ2年毎に開催されている。第5回プラズマ診断に関する日豪ワークショップは1999年12月15日から17日の3日間、日本原子力研究所那珂研究所で開催され、計37名の参加者があった。このワークショップでは、JT-60U(原研)、LHD(核融合科学研究所)、H-1NF(オーストラリア国立大学)における研究の現状、並びに最新のプラズマ診断技術の進展と研究成果等にかかわる、計28件の発表があり、活発な議論が行われた。本報告書は、このワークショップでの発表論文をまとめたものである。

報告書

The JT-60U 2.45MeV neutron time-of-flight spectrometer

Hoek, M.; 西谷 健夫; 高橋 浩之*; 中澤 正治*; Elevant, T.*; 柴田 泰成

JAERI-Research 99-062, p.28 - 0, 1999/11

JAERI-Research-99-062.pdf:1.51MB

JT-60Uにおける中性子エネルギースペクトル測定を目的として、2.45MeV中性子用の飛行時間スペクトロメータを設計・製作した。2つの高速プラスチックシンチレータ検出器を等飛行時間球面に沿って配置することにより、幾何学的な飛行時間誤差を最小にした。ここでは等飛行時間球面の半径を1mとした。本報告では、スペクトロメータの原理、プラスチックシンチレータ検出器のエネルギー較正法、大面積プラスチックシンチレータ検出器のタイミングテストについて紹介する。また14MeV中性子を用いて本スペクトロメータシステムの試験を行い、応答関数がガウス型であること、及び検出効率とエネルギー分解能がモンテカルロ計算とよく一致することを確認した。

論文

Neutron monitor using microfission chambers for the international thermonuclear experimental reactor

西谷 健夫; L.C.Johnson*; 海老沢 克之*; C.Walker*; 安東 俊郎; 河西 敏

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.1141 - 1144, 1999/01

 被引用回数:14 パーセンタイル:31.8(Instruments & Instrumentation)

小型の核分裂計数管(マイクロフィッションチェンバー)を真空容器内に配置した、ITER用中性子モニターシステムの設計を行った。検出器の取付け位置としては、プラズマにできるだけ近い方が望ましいが、核発熱の冷却を考慮し、隣り合う遮蔽ブランケットの間に埋め込む方式とした。また検出器に用いる核分裂物質としては、高速中性子のみに感度を有する$$^{238}$$Uが望ましいが、$$^{238}$$UはPuを増殖してしまい、ITERの運転寿命中に感度が50%も増加することを明らかにした。$$^{235}$$Uの場合、燃焼による感度低下が問題となるが、高々0.2%程度であることが計算により判明したため、$$^{235}$$Uを採用した。ITERではこのマイクロフィッシェンチェンバーを、プラズマを取り囲むように11本配置することにより、プラズマの位置変動に影響されずに中性子発生率を測定できることを中性子のモンテカルロ計算により示した。

論文

Experiment of D-T neutron induced luminescence on window materials

佐藤 文信*; 大山 幸夫; 飯田 敏行*; 前川 藤夫; 池田 裕二郎

Fusion Engineering and Design, 41, p.207 - 212, 1998/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.18(Nuclear Science & Technology)

D-T中性子による核融合炉のプラズマ診断装置の窓材料の発光は計測の雑音源となるため、発光の定量的な評価が重要である。そこで、ポリクロメータ、光ファイバー等からなる発光測定装置を製作し、D-T中性子照射中の高純度シリカガラス、人工石英、人工サファイア等の発光量を測定した。シリカガラスの発光スペクトルは450nmに大きなピークを持ち、これは酸素空孔での自己トラップ励起からの脱励起過程によるものと考えられる。発光量はD-T中性子束と比例関係にあり、D-T中性子による高純度シリカガラスの可視領域の発光量は、1MeVのエネルギー付与あたり光子5$$pm$$3個であった。コバルト-60$$gamma$$線源による照射では1MeVのエネルギー付与あたり光子135$$pm$$50個であったため、中性子による発光効率は$$gamma$$線のものよりもかなり低いことがわかった。これらの結果は、今後の核融合炉プラズマ診断装置の設計に役立つものである。

論文

Japanese contribution to ITER task of irradiation tests on diagnostics components

西谷 健夫; 石塚 悦男; 角田 恒巳; 佐川 尚司; 大山 幸夫; 飯田 敏行*; 杉江 達夫; 野田 健治; 河村 弘; 河西 敏

Fusion Engineering and Design, 42, p.443 - 448, 1998/00

 被引用回数:22 パーセンタイル:15.1(Nuclear Science & Technology)

日本のホームチームが現在実施しているITER計測機器要素の照射試験において、今までに得られた結果を報告する。セラミックス絶縁材については、14MeVの中性子による放射線誘起伝導(RIC)の変化をFNSで測定した。また窓材の放射線誘起発光の絶対測定をFNSで行うと共に、JMTRにおいて窓材の透過率変化の測定を行った。更にモリブデン製の反射鏡の照射試験をJMTRにおいて実施した。その結果反射率の変化はみられなかった。JT-60タイプのボロメータの照射試験を$$^{60}$$Co照射の下で行ったが、100MGyの照射量まで正常に動作することが確認できた。

論文

インターネットによるリモート・ラボの現状と今後

濱松 清隆; 松田 俊明; 西谷 健夫; 次田 友宣; 大島 貴幸

プラズマ・核融合学会誌, 73(4), p.385 - 389, 1997/04

原研では、国内外から要請されるJT-60との研究協力に応えるため、遠隔実験室(リモート・ラボ)の開発を行い、1996年10月より正式運用を開始している。これはIAEA核融合調整委員会が計算機ネットワークを利用したデータの相互参照および遠隔実験参加を積極的に推進することを提言したことに端を発している。リモート・ラボの主たる構成要素は(1)データ・リンク・システム、(2)テレビ会議システム、(3)遠隔計測システムであり、インターネットおよびISDN回線によって所外との接続が可能である。本報告では、各システムの目的と概要を解説し、昨年7月にJT-60、TFTR、LANLの三局で行われた遠隔実験参加のデモンストレーション及び10月にTFTRの遠隔実験参加の下でQ$$_{DT}$$$$>$$1が達成されたキャンペーンの模様を紹介する。又、リモート・ラボの今後の展望についての考察を行う。

論文

Neutron activation for ITER

Barnes, C. W.*; Loughlin, M. J.*; 西谷 健夫

Review of Scientific Instruments, 68(1), p.577 - 580, 1997/01

 被引用回数:26 パーセンタイル:16.06(Instruments & Instrumentation)

ITERのための中性子放射化システムの概念設計を行った。放射化箔を気送管によりプラズマ近傍に送り込みその放射化量から中性子発生量を測定する、いわゆる中性子放射化法は、広い中性子発生量の範囲(約7桁)で絶対測定を行うことができ、ITERの核融合出力の較正法として最も信頼できる方法である。ITERの3次元モデルを使用した中性子輸送計算を行うことにより全中性子発生量を放射化箔の放射化量を較正すれば、核融合出力を7~10%の誤差で測定することができる。本報告では、使用する放射化箔の種類と重量、プラズマ位置と放射化量の関係についても述べる。

論文

Triton burnup measurements using scintillating fiber detectors on JT-60U

西谷 健夫; 磯部 光孝*; G.A.Wurden*; R.E.Chrien*; 飛田 健次; 草間 義紀; 原野 英樹*

Fusion Engineering and Design, 34-35, p.563 - 566, 1997/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:23.87(Nuclear Science & Technology)

ロスアラモス研との協同研究により、シンチレーションファイバーを利用した14MeV中性子検出器を開発し、JT-60Uの重水素プラズマ中で発生したトリトンの燃料で二次的に放出される14MeV中性子の測定を行った。NBI実験時の14MeV中性子強度の時間変化を、古典的減速理論に基づいて解析することにより、高速トリトンの拡散係数を0.05~0.15m$$^{2}$$/sと評価した。またその値は、トロイダルリップル率に伴って増加することを示した。またICRF加熱時に発生するTAE不安定性では、周辺部の高速トリトンが損失することが観測された。

論文

Neutron spectrometers for ITER

西谷 健夫; 井口 哲夫*; 高田 英二*; 金子 純一; 河西 敏; 的場 徹

Proc., Workshop on Diagnostics for Experimental Thermonuclear Fusion Reactors, 0, p.425 - 434, 1996/00

核融合プラズマから発生する中性子のエネルギースペクトルからイオン温度を測定することは核融合研究の初期から提案されていたが、NBI等の追加熱プラズマでは、中性子のスペクトルが直接イオン温度を反映しないため、現在の大型トカマク実験ではほとんど使用されていない。しかし、自己点火を行うITERでは、現在イオン温度測定の主流となっている荷電交換分光法が、光学部品の放射線損傷等により実現困難なため、中性子スペクトル測定が最も有力なイオン温度測定となっている。講演では、ITERの各極より提案されている中性子スペクトル測定法をレヴューするとともに、日本で設計を進めている、反跳陽子型中性子スペクトル測定装置について紹介する。

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