| 研究課題/領域番号 |
21K03609
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
渡辺 丈晃 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (00415043)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | ２次粒子生成標的 / 純タングステン / 金属3Dプリンタ / 積層造形 / 金属３Dプリンタ / 金属３Dプリンター / 金属積層造形法 / タングステン / 2次粒子生成標的 / J-PARC / ハドロン実験施設 / 金属3Dプリンター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
J-PARCハドロン実験施設においては基礎物理実験（素粒子・原子核実験）で使用されるK中間子やπ中間子を生成するための２次粒子生成標的（以下、標的）を運用している。標的素材としては、高密度・高熱伝導の金属が適しており、次期標的の候補の1つとしてタングステン製の回転円盤型標的の開発を進めている。本研究では、その一環として、最近実用化されたタングステンの金属3Dプリンターを活用することで、通常の切削加工では困難な複雑なフィン形状をもつ円盤が実現可能か試作・検証を行うものである。その結果として回転円盤型標的の冷却能力を向上させ、より大強度の粒子生成が可能な標的の実現を目的としている。
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| 研究成果の概要 |
金属３Dプリンタ(金属積層造形法）による純タングステン製2次粒子生成標的の実現可能性の検証のため、現状最も普及しているパウダーベッド型レーザー溶融方式の金属積層造形法により純タングステン素材の造形試験・評価を実施した。具体的には、標的設計に必要な機械強度および熱物性の測定を実施した。結果は、通常製法の素材と比較すると、今回の造形条件では、密度・強度・熱伝導率はいずれも低く、現状では標的への適用は困難であると考えられる。一方、実機標的を想定した造形能力の評価を行ったところ、３次元的なフィン形状が正確に造形できることを確認し、純タングステンにおいても優れた造形能力があることを確認した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
純タングステン材は、高融点であることから耐熱素材の１つとして広く使用されているが、機械加工は極めて難しい素材であり、形状・サイズともに大きな制約がある。金属3Dプリンタ(積層造形)により複雑な形状が一体で造形可能となれば、加速器施設における粒子生成標的の大強度化へつながるだけでなく、コリメータや遮蔽材など多くの有用な応用に結び付くものと考えられる。本研究では、最も普及している方式の金属3Dプリンタで、造形能力の評価をするとともに、これまで十分に明らかでなかった機械強度や熱物性データなどを示すことができた点は特に重要な成果であったと考えている。
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