科研費 - 瓜谷 章
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任意の応答関数を持たせることが可能な中性子測定器の開発
2007年4月 - 2010年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)(一般),課題番号:19360425
瓜谷 章
担当区分:研究代表者
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熱中性子ビームを利用した中性子線量計の2次元微分校正法の開発
2008年5月 - 2010年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
原野英樹
担当区分:研究分担者
熱中性子ビームを利用して、中性子線量計のエネルギーと時間に関する2次元微分校正法の開発を行う
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複眼式コリメータとイメージングプレートを用いた3次元ガンマカメラの開発
2000年4月 - 2001年3月
科学研究費補助金 萌芽研究
瓜谷章
担当区分:研究代表者
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核融合原型炉同等条件下における先進レーザー計測を用いた乱流駆動輸送研究の新展開
研究課題/研究課題番号:21H04458 2021年4月 - 2026年3月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
田中 謙治, 瓜谷 章, 中西 秀哉, 糟谷 直宏, 吉田 麻衣子, 沼波 政倫, 仲田 資季, 笹尾 一
担当区分:研究分担者 資金種別:競争的資金
配分額:30000円
核融合原型炉との同等条件のプラズマは量研機構のJT-60SAで初めて達成される。本研究は先進的なレーザー計測を開発し、JT-60SAにおいて原型炉と同等条件下で乱流の挙動を計測し、それにより、原型炉における乱流が駆動するプラズマ閉じ込めの物理機構を明らかにすることを目指す。研究は乱流計測の開発とそれを用いたJT-60SAにおける物理実験からなる。乱流計測ではレーザーを用いた二次元位相コントラストイメージングを開発する。物理実験では原型炉と同等条件において、特に重要な電子加熱の実験に取り組む。閉じ込め特性および乱流の空間スペクトル構造の違いを実験から明らかにし、シミュレーションと比較する。
本研究課題で乱流計測を予定しているJT-60SAではR3年に発生したコイルの絶縁破壊トラブルによりJT-60SAの運転スケジュールが大幅に遅れることとなったため、研究計画を立て直した。現在のところ、R7年度の後半に軽水素を用いた実験が行われる予定なので、R6年度までに計測システムの開発を完了し、当初R6年度に予定していた計測システムのJT-60SAへの設置をR7年度前半に行い、R7年度後半に実験データの取得を目指すことにした。
R3年度の研究で、計測に用いるレーザーの光源を当初予定していた波長1.55micronのYAGレーザーから、波長10.6micronのCO2レーザーに変更したため、検出器を冷却する液体窒素製造装置が必要となった。また、検出器はプラズマ計測用に3台、レーザーの光軸のフィードバック調整用に1台用いることにした。その結果、4台の検出器に液体窒素を供給する必要がある。また、実験期間中は実験室に入室できないため、液体窒素の製造供給を遠隔で無人運転し、液体窒素の残量に応じて自動供給する必要がある。R4年度は自動供給用のバルブシステムを開発し、既存の検出器2台を用いて自動供給のテストを行った。検出器デュワー内に滞留した冷たい窒素ガスが、配管内に氷を形成し、液体窒素が充填できなくなることが判明した。よって、冷たい窒素ガスが外部に流れるような流路を形成して対応することにした。
実験室内に検出器、および液体窒素製造装置を設置するため、これらの装置が重水素を用いた実験で発生する中性子、およびガンマ線により、破損、および誤動作を防ぐためのシールドを設置する必要がある。検出器、および液体窒素製造装置を設置する位置におけるJT-60SAが実験を終了するまでの、およそ15年間の中性子、ガンマ線の積算照射量を算出し、シールドの検討を行った。
核融合科学研究所に設置している中性子とガンマ線のシールドを参考にして、1x0.6x0.6mのシールドボックスのモデルにおいて厚さ10cmのボロン添加ポリエチレンと厚さ1cmの鉛を用いたシールドによる中性子、ガンマ線の影響の評価を半導体素子について行った。その結果、実験開始後7年程度で中性子、およびガンマ線による損傷限界を超えることが分かった。JT-60SAで用いるシールドボックスは計算に用いたシールドボックスより体積で8倍程度大きく、使用するシールドの体積も大きくなるため、ここでのモデル計算は中性子、ガンマ線の照射量を過大評価している可能性がある。よって、今後、実際に用いるサイズでの計算を行い、必要であればポリエチレンおよび鉛シールドを厚くする必要があることが分かった。
JT-60SAで行う予定である物理実験の参照データとしてLHDでの実験に参加し、乱流データを取得し解析に取り組んだ。原型炉と同等の実験条件下では核融合反応により生成された高エネルギーヘリウムイオンと乱流の相関が重要である。LHDでは高エネルギーヘリウムイオンの代わりに外部から入射した加熱用の高エネルギー重水素ビームと乱流揺動の相互作用に関する実験データの解析に取り組んだ。その結果、高エネルギーイオンの入射量が大きくなると、ビーム入射直後に乱流揺動が過渡的に減少することを見出した。
乱流揺動の空間構造を高精度で検出する手法をドイツのマックスプランクプラズマ物理研究所のW-7X装置で取り組んだ。位相コントラストイメージングの信号を固定した30chの検出器と、ビームを分岐して時間的にスキャンする1chの検出器で同時計測した。両者の相関を計算することにより、実効的に30x30=900チャンネルに対応する二次元乱流計測のデータの取得に成功した。
液体窒素自動供給装置は1台の連続自動運転は1カ月程度成功したが、JT-60SAで行う4台の検出器の自動運転のテストはまだ行っていない。R5年度は4台の検出器への液体窒素の自動供給運転の試験を行う予定である。3カ月程度の連続運転を目指す。
中性子、ガンマ線シールドについてはJT-60SAに設置するサイズでのシールド内での中性子、ガンマ線の減衰率を計算する。その後、計算結果に基づき中性子減衰用のボロン添加ポリエチレンシールドとガンマ線減衰用の鉛シールドの厚さを決定する。それに基づき、液体窒素製造装置と検出器のシールドボックスを設計製作する。
現在解析に取り組んでいるLHDにおける高エネルギーイオンと乱流揺動の相互作用については、解析を進め論文化することを目指す。
また、JT-60SAにおける物理実験計画策定のために、トカマクでの実験データの取得にも取り組む。英国のJET,およびスイス連邦工科大学のTCV装置での水素同位体効果による乱流駆動輸送の比較、および、電子加熱下での乱流揺動の比較実験解析に取り組む。特にTCVは本課題で計画しているシステムと類似した接線視野の位相コントラストイメージングが稼働する予定であり、同位体効果や、電子加熱下における乱流揺動の実験データの取得に取り組む。
W-7Xで実施した固定30chとスキャン1chの同時計測は、乱流が時間的定常状態において適用可能で、高空間分解な視線積分の二次元乱流揺動のデータを取得できる。二次元視線積分のデータを磁力線構造を利用することにより、局所的な乱流揺動の実験データを取得することが可能である。すでに6x8ch=48chの二次元計測はLHDで行っており、局所乱流の計測に成功している。今回、W-7Xで試した手法が48ch同時二次元計測をしのぐ局所分解能を取得できればJT-60SAに本手法を適用する。 -
熱外領域中性子スペクトル測定用マイクロボナー球検出器の開発
2017年7月 - 2020年3月
科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
瓜谷章
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熱外領域中性子スペクトル測定用マイクロボナー球検出器の開発
研究課題/研究課題番号:17K19088 2017年6月 - 2020年3月
科学研究費補助金 挑戦的研究(萌芽)
瓜谷 章
担当区分:研究代表者
配分額:6370000円 ( 直接経費:4900000円 、 間接経費:1470000円 )
プロトタイプ検出器の応答関数を計算により評価した後、製作、特性評価を行い、当該検出器により、熱外中性子スペクトルの推定が可能であるとの知見を得た。それと同時に、有限個数のボナーボールを用いたスペクトル測定では得られるスペクトルの精度に限界があるとの知見を得た。こそこで、水などの液体減速材中で減速された熱中性子分布を、高空間分解能を有する中性子検出器で測定し、その分布形状からエネルギースペクトルを得る手法についても検討した。実際にBNCTの熱外中性子場において測定を行ったところ、モンテカルロ計算で得られた中性子スペクトルにほぼ一致する推定スペクトルを得ることができた。
がんの放射線治療の一つにホウ素中性子捕捉療法(以下BNCT)がある。BNCTで照射する中性子は数 eV~数十 keVのエネルギーの熱外中性子である。患者への不要な被曝の低減や治療効果を担保するために熱外中性子のスペクトルの測定が必要である。現状行われている金属箔の放射化による方法では中性子をリアルタイムで測定する事ができず、ボナー球スペクトロメータでは熱外領域のスペクトルを測定する事が困難である。そのため、リアルタイムでの測定が可能であり熱外領域の中性子スペクトルを測定できる検出器の開発を行った。 -
機能性コリメーターを用いた新しいガンマカメラの開発
1997年4月 - 1999年3月
科学研究費補助金 奨励研究(A) 09780456
瓜谷 章
担当区分:研究代表者
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デジタル信号波形識別による化合物半導体検出器の特性改善
1996年4月 - 1997年3月
科学研究費補助金 奨励研究(A) 08780472
瓜谷 章
担当区分:研究代表者
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中性子測定用細径長軸位置検出型3He比例計数管の開発
1993年4月 - 1994年3月
科学研究費補助金 奨励研究(A) 05780371
瓜谷 章
担当区分:研究代表者
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壁効果を利用した、中性子位置検出型比例計数管の位置分解能の飛躍的向上に関する研究
1992年4月 - 1993年3月
科学研究費補助金 奨励研究(A) 04780228
瓜谷 章
担当区分:研究代表者
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位置検出型中性子計数管を用いた新しい応用計測
1990年4月 - 1991年3月
科学研究費補助金 奨励研究(A) 02780202
瓜谷 章
担当区分:研究代表者