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2020 年度 実績報告書

超高エネルギー領域に対応したはじき出し損傷モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 19H02652
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

岩元 洋介  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (10391327)

研究分担者 吉田 誠  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, 研究機関講師 (70379303)
松田 洋樹  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J-PARCセンター, 任期付研究員 (70782960)
明午 伸一郎  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J-PARCセンター, 研究主席 (80354728)
薮内 敦  京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (90551367)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード弾き出し損傷 / DPA / 加速器 / 高エネルギー / PHITS
研究実績の概要

加速器施設において、構造材の照射損傷量の指標である、標的原子1個当たりの原子弾き出し数(DPA)は構造材の交換頻度や健全性評価において重要である。陽子ビームのエネルギーが約20 MeVを超えると核反応生成物に対するDPAの計算精度の検証が必要である。粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの独自の原子弾き出し損傷モデルを検証するため、これまで国内において、陽子を用いた金属の弾き出し断面積測定とモデル改良を実施した。しかし、国内で実験不可能な、米国フェルミ国立加速器研究所(FNAL)、欧州原子核研究所(CERN)等における100 GeVを超える弾き出し断面積の測定は皆無である。
本年度は新型コロナ感染拡大の影響により、FNALにおける実験が許可されなかった。そこで、FNALと同様の測定系を構築し、J-PARCの30 GeV陽子ビームを用いた、照射欠陥に伴う銅の電気抵抗増加の測定を実施した。その結果、4Kの銅の照射欠陥に伴うナノΩオーダーの電気抵抗増加を測定できることを確認した。また、京都大学複合原子力科学研究所の電気炉を用いて、照射前の欠陥数を減らすため、FNALで使用予定の銅、アルミニウム、及びタングステンワイヤーサンプルのアニールを実施した。これらサンプルを冷凍機に接続するための、熱伝導に優れたサンプルアセンブリの設計及び製作を実施した。信号ケーブルの製作、チェンバー内の真空系の確認、冷凍機を用いたサンプルの冷却テスト等を実施し、実験準備を着実に進めた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

米国フェルミ国立加速器研究所におけるビームを用いた実験の準備、装置類の国外輸送に関する手続き、及び国際共同研究契約の手続きを計画通りに進めた。しかし、新型コロナ感染拡大の影響を受け、日本の研究者が渡米することができず、フェルミ研における実験を次年度に延期することになったため、当初の計画どおりに実験データを得ることができなかった。

今後の研究の推進方策

フェルミ研で着実に実験を遂行するため、フェルミ研の研究者とzoomを用いて密に連絡をとり、次年度における加速器施設でのビーム実験のスケジュールを検討する。フェルミ研のウェブシステムにおいて、放射線・酸素欠乏・電気などに関する教育を受講する。また、フェルミ研の研究者が、ビームモニタの整備、ビームトンネル内の環境構築などを行い、直ぐにビームを用いた実験ができる環境を整える。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件)

  • [国際共同研究] フェルミ国立加速器研究所(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      フェルミ国立加速器研究所
  • [雑誌論文] Calculation of athermal recombination corrected dpa cross sections for proton, deuteron and heavy-ion irradiations using the PHITS code2020

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto Yosuke、Meigo Shin-ichiro
    • 雑誌名

      EPJ Web of Conferences

      巻: 239 ページ: 20011~20011

    • DOI

      10.1051/epjconf/202023920011

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Estimation of reliable displacements-per-atom based on athermal-recombination-corrected model in radiation environments at nuclear fission, fusion, and accelerator facilities2020

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto Yosuke、Meigo Shin-ichiro、Hashimoto Shintaro
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 538 ページ: 152261~152261

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2020.152261

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 8GeVおよび30GeV陽子における弾き出し断面積測定2020

    • 著者名/発表者名
      明午伸一郎, 松田洋樹, 岩元洋介, 吉田誠, 長谷川勝一, 中本建志, 牧村俊助, 前川藤夫, 岩元大樹, 石田卓
    • 学会等名
      日本原子力学会秋の大会
  • [学会発表] 様々な放射線環境下における最新の非熱的再結合補正モデルを考慮した材料のDPA計算2020

    • 著者名/発表者名
      岩元洋介, 明午伸一郎, 橋本慎太郎
    • 学会等名
      日本原子力学会秋の大会
  • [学会発表] 最新の欠陥再結合補正モデルを用いたイオン照射による原子炉構造材のはじき出し損傷計算2020

    • 著者名/発表者名
      岩元洋介
    • 学会等名
      日本原子力学会春の年会

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公開日: 2023-12-25  

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