2007年, プラズマ・核融合学会賞 貢献賞　　　　　　　　　　　　　　　
日本国

2007年, JSPF Award for Notable Contribution to our communitiy　　　　　　　　　　　　　　　

Deuterium and helium desorption/retention properties of low-activation vanadium alloys possible for reuse in a short time in fusion reactors
Yuji Yamauchi, Yusuke Tanoue, Kazuki Keta, Takuya Nagasaka, Jingjie Shen, Satoshi Tomioka, Yutaka Matsumoto
Nuclear Materials and Energy, 2024年06月
研究論文（学術雑誌）

Wavefront restoration from lateral shearing data using spectral interpolation
Satoshi Tomioka, Naoki Miyamoto, Yuji Yamauchi, Yutaka Matsumoto, Samia Heshmat
Applied Optics, 2023年10月10日
研究論文（学術雑誌）

Localized compensator phase unwrapping algorithm based on flux conservable solver
Samia Heshmat, Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama, Arata Hirokami
Journal of Computational Science, 2022年07月
研究論文（学術雑誌）

Accurate numerical method to solve flux distribution of Poisson’s equation
Arata Hirokami, Samia Heshmat, Satoshi Tomioka
Mathematics and Computers in Simulation, 190, 329, 342, Elsevier BV, 2021年12月, ［査読有り］, ［責任著者］
研究論文（学術雑誌）, 11047291

Technical Note: Range verification of pulsed proton beams from fixed-field alternating gradient accelerator by means of time-of-flight measurement of ionoacoustic waves.
Yuta Nakamura, Taisuke Takayanagi, Tomoki Uesaka, Mehmet Burcin Unlu, Yasutoshi Kuriyama, Yoshihiro Ishi, Tomonori Uesugi, Masanori Kobayashi, Nobuki Kudo, Sodai Tanaka, Kikuo Umegaki, Satoshi Tomioka, Taeko Matsuura
Medical physics, 48, 9, 5490, 5500, 2021年09月, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, PURPOSE: Ionoacoustics is one of the promising approaches to verify the beam range in proton therapy. However, the weakness of the wave signal remains a main hindrance to its application in clinics. Here we studied the potential use of a fixed-field alternating gradient accelerator (FFA), one of the accelerator candidates for future proton therapy. For such end, magnitude of the pressure wave and range accuracy achieved by the short-pulsed beam of FFA were assessed, using both simulation and experimental procedure. METHODS: A 100 MeV proton beam from the FFA was applied on a water phantom, through the acrylic wall. The beam range measured by the Bragg peak (BP)-ionization chamber (BPC) was 77.6 mm, while the maximum dose at BP was estimated to be 0.35 Gy/pulse. A hydrophone was placed 20 mm downstream of the BP, and signals were amplified and stored by a digital oscilloscope, averaged, and low-pass filtered. Time-of-flight (TOF) and two relative TOF values were analyzed in order to determine the beam range. Furthermore, an acoustic wave transport simulation was conducted to estimate the amplitude of the pressure waves. RESULTS: The range calculated when using two relative TOF was 78.16 ± 0.01 and 78.14 ± 0.01 mm, respectively, both values being coherent with the range measured by the BPC (the difference was 0.5-0.6 mm). In contrast, utilizing the direct TOF resulted in a range error of 1.8 mm. Fivefold and 50-fold averaging were required to suppress the range variation to below 1 mm for TOF and relative TOF measures, respectively. The simulation suggested the magnitude of pressure wave at the detector exceeded 7 Pascal. CONCLUSION: A submillimeter range accuracy was attained with a pulsed beam of about 21 ns from an FFA, at a clinical energy using relative TOF. To precisely quantify the range with a single TOF measurement, subsequent improvement in the measuring system is required.

On-line range verification for proton beam therapy using spherical ionoacoustic waves with resonant frequency
Taisuke Takayanagi, Tomoki Uesaka, Yuta Nakamura, Mehmet Burcin Unlu, Yasutoshi Kuriyama, Tomonori Uesugi, Yoshihiro Ishi, Nobuki Kudo, Masanori Kobayashi, Kikuo Umegaki, Satoshi Tomioka, Taeko Matsuura
Scientific Reports, 10, 20385, Springer Science and Business Media LLC, 2020年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, In contrast to conventional X-ray therapy, proton beam therapy (PBT) can confine radiation doses to tumours because of the presence of the Bragg peak. However, the precision of the treatment is currently limited by the uncertainty in the beam range. Recently, a unique range verification methodology has been proposed based on simulation studies that exploit spherical ionoacoustic waves with resonant frequency (SPIREs). SPIREs are emitted from spherical gold markers in tumours initially introduced for accurate patient positioning when the proton beam is injected. These waves have a remarkable property: their amplitude is linearly correlated with the residual beam range at the marker position. Here, we present proof-of-principle experiments using short-pulsed proton beams at the clinical dose to demonstrate the feasibility of using SPIREs for beam-range verification with submillimetre accuracy. These results should substantially contribute to reducing the range uncertainty in future PBT applications.

Desingularization of matrix equations employing hypersingular integrals in boundary element methods using double nodes
Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama, Yutaka Matsumoto, Naoki Miyamoto
Engineering Analysis with Boundary Elements, 106, 493, 504, 2019年09月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 11047291

Phase Extraction from Single Interferogram Including Closed-Fringe Using Deep Learning
Daichi Kando, Satoshi Tomioka, Naoki Miyamoto, Ryosuke Ueda
Applied Sciences, 9, 17, 3529, 3529, {MDPI} {AG}, 2019年08月28日, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, In an optical measurement system using an interferometer, a phase extracting technique from interferogram is the key issue. When the object is varying in time, the Fourier-transform method is commonly used since this method can extract a phase image from a single interferogram. However, there is a limitation, that an interferogram including closed-fringes cannot be applied. The closed-fringes appear when intervals of the background fringes are long. In some experimental setups, which need to change the alignments of optical components such as a 3-D optical tomographic system, the interval of the fringes cannot be controlled. To extract the phase from the interferogram including the closed-fringes we propose the use of deep learning. A large amount of the pairs of the interferograms and phase-shift images are prepared, and the trained network, the input for which is an interferogram and the output a corresponding phase-shift image, is obtained using supervised learning. From comparisons of the extracted phase, we can demonstrate that the accuracy of the trained network is superior to that of the Fourier-transform method. Furthermore, the trained network can be applicable to the interferogram including the closed-fringes, which is impossible with the Fourier transform method., 11047291

Phase extraction from interferogram using machine learning
Daichi Kando, Satoshi Tomioka
Electronic Imaging, Image Processing: Algorithms and Systems XVII, 2019, 11, 259-1, 259-5, 2019年02月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, 11047291

Direct Flux Method to Solve Flux Distribution of Two-dimensional Poisson's Equation
Arata Hirokami, Satoshi Tomioka
The 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology, 109, 112, 2018年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, 11047291

二次元ポアソン方程式のフラックスの高精度数値解析法
広上新, 富岡智
電磁界理論研究会, 118, 67, 17, 22, 2018年05月, ［最終著者, 責任著者］
日本語, 11047291

Effects of broken solenoidal condition of magnetic field in MHD simulation for large helical device plasmas
W. Takado, Y. Matsumoto, K. Y. Watanabe, S. Tomioka, S. Oikawa
PHYSICS OF PLASMAS, 24, 9, 092506:1, 7, AMER INST PHYSICS, 2017年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We studied the effects of the broken solenoidal condition of a magnetic field in linear magnetohydrodynamics (MHD) simulations based on a real coordinate system for Large Helical Device plasmas. Artificial errors of various orders in this condition were introduced into linear MHD simulations and compared. Spurious Fourier modes were observed to be dominant because of the error in the condition. We suggested a criterion, which is expressed as the condition that the ratio of the error force to the Lorentz force is much smaller than 100%, for estimating an acceptable limit of the solenoidal condition error through the simulation results. The effects of a large error in the condition of the analysis of a specified single-mode instability were investigated in addition. Adding a large error in the condition resulted in certain undesirable modes becoming dominant, whereas the desirable mode did not dominate. Thus, a large error in the condition can be harmful to analysis with a focus on specified modes. Published by AIP Publishing.

Weighted reconstruction of three-dimensional refractive index in interferometric tomography
Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama, Naoki Miyamoto, Daichi Kando, Samia Heshmat
APPLIED OPTICS, 56, 24, 6755, 6764, OPTICAL SOC AMER, 2017年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Interferometric tomography can reconstruct 3D refractive-index distributions through phase-shift measurements for different beam angles. To reconstruct a complex refractive-index distribution, many projections along different directions are required. For the purpose of increasing the number of the projections, we earlier proposed a beam-angle-controllable interferometer with mechanical stages; however, the quality of reconstructed distribution by conventional algorithms was poor because the background fringes cannot be precisely controlled. To improve the quality, we propose a weighted reconstruction algorithm that can consider projection errors. We demonstrate the validity of the weighted reconstruction through simulations and a reconstruction from experimental data for three candle flames. (C) 2017 Optical Society of America, 11047292

摂動磁場のソレノイダル条件の破綻がLHDのMHDシミュレーションに与える影響
高堂 渉, 松本 裕, 渡邊 清政, 富岡 智, 及川 俊一
日本物理学会講演概要集, 72.2, 132, 132, 一般社団法人 日本物理学会, 2017年
日本語

Introduction of the vector potential to a linear MHD simulation code based on a real coordinate system
W. Takado, Y. Matsumoto, K. Y. Watanabe, S. Tomioka, S. Oikawa
PHYSICS OF PLASMAS, 23, 10, 102509:1, 5, AMER INST PHYSICS, 2016年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Here, the vector potential was introduced to a linear magnetohydrodynamics (MHD) simulation code, and the modified and original simulation results were compared. The effects of the broken solenoidal condition on the perturbed magnetic field in linear MHD simulations based on real coordinates were investigated. The results showed that the modified code can successfully remove the error in this condition, and the modified code was confirmed to work appropriately. Incorrect results can be yielded by an error in the condition, especially in analyses of the mode structure. Published by AIP Publishing.

Influence of mirror size on ringdown frequency in cavity-ringdown spectroscopy of slender premixed burner flame
Kazunori Zaima, Satoshi Tomioka, Koichi Sasaki
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 54, 8, 088005:1, 3, IOP PUBLISHING LTD, 2015年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We applied near-infrared cavity-ringdown absorption spectroscopy to a slender premixed burner flame with the intention of measuring the density of OH radicals. We found that the ringdown frequency was increased by the flame even when the laser wavelength was detuned from absorption lines. The additional ringdown frequency was dependent on the diameter of cavity mirrors, even though the expected spot size of the laser beam inside the cavity was much smaller than the mirror diameter. (C) 2015 The Japan Society of Applied Physics

Three-dimensional gas temperature measurements by computed tomography with incident angle variable interferometer
Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama, Samia Heshmat, Yasuhiro Hashimoto, Kodai Kurita
COMPUTATIONAL IMAGING XIII, 9401, 0J01, 0J10, SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2015年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, This paper presents a method to measure three-dimensional gas temperature distribution without inserting a probe into the gas using techniques of computed tomography and optical interferometry. The temperature distribution can be reconstructed from a set of two-dimensional optical difference images for which the incident angle of each distribution differs. The each optical difference is measured by an interferometer with four mirrors which are movable and rotatable to control the incident angle. The temperature measurement system has two kinds of errors. The first is the error in the reconstruction caused by the limited angle of projection; the direction of the incident angle is limited in a certain region because of the limited arrangements of mirrors. The second is the errors in an evaluation of the projection data, which is the two-dimensional optical difference distribution, which are included in steps to evaluate the optical difference; a carrier frequency detection of background fringe, a carrier component filtering, phase unwrapping and so on. This paper shows improvements of accuracy of the reconstruction by adding a certain projection data to the original data set, and also the improvements of the evaluation of the optical difference using newly developed algorithms to evluate the optical differences., 11047293

Performance Evaluation of Phase Unwrapping Algorithms for Noisy Phase Measurements
Samia Heshmat, Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
INTERNATIONAL JOURNAL OF OPTOMECHATRONICS, 8, 4, 260, 274, TAYLOR & FRANCIS INC, 2014年10月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Phase unwrapping still plays an important role in the optical metrology field. The phase unwrapping process has direct influence on the accuracy of final results. The aim of this article is to evaluate the performance of several well-known phase unwrapping algorithms for noisy phase measurement. The results of the examined algorithms on simulated and real phase data are presented, and the conclusions regarding the performances of each studied algorithm are given., 11047293

Weighted denoising for phase unwrapping
Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
IMAGE PROCESSING: ALGORITHMS AND SYSTEMS XII, 9019, 0M1, 0M10, SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2014年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, In order to measure the optical distance of the object that changes rapidly over time, Fourier transform method is appropriate because it requires only a single interferogram. In the measurements of such fast phenomena, the thermal noise by the camera to record the interferogram results in a significant error and the signal becomes weak owing to the short exposure time of the camera. When the noise level is high, a process to denoise wrapped phase should be added before phase unwrapping in order to obtain an optical distance distribution. The thermal noise has a uniform spatial distribution; however, the signal depends on a profile of the incident wave to the interferometer. This means that the signal to noise ratio has a spatial distribution. This paper proposes the denoising method that can take account of the weight of the data that depends on the signal intensity distribution. In order to determine the denoised phase, two cost functions are examined. One is a complex-valued cost function that can ensure convergence of iterative method to obtain the stationary point; however, it is not proved that both the real part and the imaginary part are minimized at the stationary point. The other is a real-valued cost function that cannot ensure the convergence but it minimizes the cost function at the stationary point. The numerical simulation demonstrates the validity of the weighted denoising and the applicability of the cost functions., 11047293

Carrier peak isolation from single interferogram using spectrum shift technique
Tomioka, Satoshi, Nishiyama, Shusuke, Heshmat, Samia
Applied Optics, 53, 25, 5620, 5631, OPTICAL SOC AMER, 2014年09月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, This paper presents a new method to obtain a wrapped phase distribution from a single interferogram with a spatial carrier modulation. The Fourier transform of the interferogram has three peaks: one is a dc peak around the origin in the Fourier domain, and the other two are carrier peaks that have information of phase modulation by an object placed in the interferometer. Since the wrapped phase can be evaluated by one of the two carrier peaks, the dc peak and the adjoint peak that is the other peak of two carrier peaks should be removed by filters. The proposed filtering process consists of two stages: dc peak filtering and adjoint peak filtering. A spectrum shift filter based on symmetrical characteristics of the spectrum is applied in both stages as a basic filter that can remove most of the undesired spectrum. An additional two filters are applied to remove the remaining spectrum. The new method can automatically isolate the carrier peak, even when the boundary of peaks is not very clear. Numerical evaluations of simulation data and experimental data demonstrate that the proposed method can successfully isolate the carrier peak. (C) 2014 Optical Society of America, 11047293

Phase extraction and unwrapping using rotational and direct compensators for digital hologram
Heshmat, Samia, Tomioka, Satoshi, Nishiyama, Shusuke
Optical Engineering, 52, 10, 101910-1, 8, SPIE-SOC PHOTO-OPTICAL INSTRUMENTATION ENGINEERS, 2013年10月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The growing interest in the applications of digital holography interferometry has led to an increasing demand for reliable phase unwrapping techniques. In digital holography, the phase carries three-dimensional surface information about the object. However, phase mapping is ambiguous as the extracted phase is returned in a form that suffers from 2 pi phase jumps. Furthermore, the presence of noise in the measured data, in which many singular points (SP) are found, often makes general phase unwrapping algorithms fail to produce accurate unwrapped results. Therefore, it is necessary to use a powerful phase unwrapping method to recover the desired smooth phase surface. For this reason, we developed a phase unwrapping algorithm that is applicable to digital hologram maps. The developed algorithm solves the singularity problem caused by SPs as a result of compensating its effect by using rotational and direct compensators. We show a difference in performance between our developed phase unwrapping algorithm and other well known phase unwrapping methods for digital holographic data. In addition, the methods to extract phase information of the object from hologram maps are also investigated. Results show that the developed algorithm gives satisfactory unwrapped results with low computational time cost. (C) The Authors. Published by SPIE under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License., 11047293

Performance Evaluation of Phase Unwrapping Algorithms for Noisy Measurements
Samia Heshmat, Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
FRINGE 2013 - 7th International Workshop on Advanced Optical Imaging and Metrology, 155, 160, 2013年, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, 11047293

Rotational and direct compensation for digital hologram phase unwrapping
Samia Heshmat, Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
Speckle 2012: V International Conference on Speckle Metrology, SPIE, 2012年09月11日, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, 11047293

Nondestructive three-dimensional measurement of gas temperature distribution by phase tomography
Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
COMPUTATIONAL IMAGING X, 8296, 17_1, 9, SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2012年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, This study presents a nondestructive three-dimensional (3D) measurement of gas temperature distribution around a heater. The distribution is obtained by a coupling method of optical interferometry and computed tomography (CT). Since the gas temperature is related to refractive index, once a series of two-dimensional (2D) phase modulation that is an integral of refractive index along an optical path is obtained, the 3D gas temperature distribution can be ideally determined in the same way as the widely-used CT to determine a distribution of attenuation factor. However, the series of 2D phase images is not complete; phase images from certain directions cannot be obtained because of limitations of the measurement system. Furthermore, the 2D images of phase modulation are not observed directly, since the interferometer can only detect a 2D image of intensity distribution called fringe pattern. To retrieve the phase modulation from the fringe pattern, both digital holography and phase unwrapping algorithm are applied. To obtain 3D gas temperature distributions with such incomplete data sets, we apply a method using localized compensator for phase unwrapping algorithm to obtain 2D modulation maps, and a maximum-likelihood tomography for a 3D reconstruction. Accuracy of each method is compared with that of conventional methods., 11047293

Phase unwrapping for noisy phase map using localized compensator
Tomioka, S., Nishiyama, S.
Applied Optics, 51, 21, 4984, 4994, OPTICAL SOC AMER, 2012年07月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Phase unwrapping for a noisy image suffers from many singular points. Singularity-spreading methods are useful for the noisy image to regularize the singularity. However, the methods have a drawback of distorting phase distribution in a regular area that contains no singular points. When the singular points are confined in some local areas, the regular region is not distorted. This paper proposes a new phase unwrapping algorithm that uses a localized compensator obtained by clustering and by solving Poisson's equation for the localized areas. The numerical results demonstrate that the proposed method can improve the accuracy compared with other singularity-spreading methods. (C) 2012 Optical Society of America, 11047293

Phase unwrapping algorithm based on singularity compensation for three-dimensional shape measurement
Heshmat, S., Tomioka, S., Nishiyama, S.
Optical Review, 19, 6, 444, 450, OPTICAL SOC JAPAN, 2012年11月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Three-dimensional (3D) imaging continues to attract much research interest for its wide applications. In 3D shape measurement, the phase carries information about the object. However, phase mapping is ambiguous as the extracted phase is returned in a form that suffers from 2 pi phase jumps. In this case, the phase data must be unwrapped to be fit for use. Furthermore, sometimes the presence of noise in the measured data, in which many singular points (SPs) are found, makes general phase unwrapping algorithms fail to produce accurate unwrapped results. For this reason, we propose a new phase unwrapping method for dynamic 3D shape measurement. The new algorithm is based on compensating the singularity of discontinuity sources. It uses direct compensators for adjoining SP pairs and uses rotational compensators for other SP pairs. The proposed algorithm has been evaluated and compared with past phase unwrapping methods. Results show that the proposed method gives satisfactory unwrapped results with a low computation time., 11047293

Reliable phase unwrapping algorithm based on rotational and direct compensators
Heshmat, S., Tomioka, S., Nishiyama, S.
Applied Optics, 50, 33, 6225, 6233, OPTICAL SOC AMER, 2011年11月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Phase unwrapping still plays an important role in many data-processing chains based on phase information. Here, we introduce a new phase unwrapping approach for noisy wrapped phase maps of continuous objects to improve the accuracy and computational time requirements of phase unwrapping using a rotational compensator (RC) method. The proposed algorithm is based on compensating the singularity of discontinuity sources. It uses direct compensation for adjoining singular point (SP) pairs and uses RC for other SP pairs. The performance of the proposed method is tested through both simulated and real wrapped phase data. The proposed algorithm is faster than the original algorithm with the RC and has proved efficiency compared to other phase unwrapping methods. (C) 2011 Optical Society of America

Analysis of microstructural images of dry and water-saturated compacted bentonite samples observed with X-ray micro CT
Tomioka, Satoshi, Kozaki, Tamotsu, Takamatsu, Hidenori, Noda, Natsuko, Nisiyama, Shusuke, Kozai, Naofumi, Suzuki, Satoru, Sato, Seichi
Applied Clay Science, 47, 1-2, 65, 71, ELSEVIER SCIENCE BV, 2010年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Compacted bentonite, of which the major clay mineral is montmorillonite, is a candidate buffer material for geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a microfocus X-ray computed tomography (micro-CT, X-ray microscope), which enables non-destructive, three-dimensional observation of the interior microstructure of a sample with high resolution (several microns), examined compacted montmorillonite samples under dry and water-saturated states. The images thus obtained were analyzed by a computer code developed for this study to obtain the information on the size and shape of montmorillonite grains in the samples before and after the water saturation. From the results of the image analysis, it can be supposed that the outer montmorillonite sheets of grains swelled and formed a gel, whereas the inner montmorillonite sheets did not change significantly in the water-saturation process. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Phase unwrapping for noisy phase maps using rotational compensator with virtual singular points
Tomioka, Satoshi, Heshmat, Samia, Miyamoto, Naoki, Nishiyama, Shusuke
Applied Optics, 49, 25, 4735, 4745, OPTICAL SOC AMER, 2010年09月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, In the process of phase unwrapping for an image obtained by an interferometer or in-line holography, noisy image data may pose difficulties. Traditional phase unwrapping algorithms used to estimate a two-dimensional phase distribution include much estimation error, due to the effect of singular points. This paper introduces an accurate phase-unwrapping algorithm based on three techniques: a rotational compensator, unconstrained singular point positioning, and virtual singular points. The new algorithm can confine the effect of singularities to the local region around each singular point. The phase-unwrapped result demonstrates that accuracy is improved, compared with past methods based on the least-squares approach. (c) 2010 Optical Society of America

Analytical regularization of hypersingular integral for Helmholtz equation in boundary element method
Tomioka, Satoshi, Nishiyama, Shusuke
Engineering Analysis With Boundary Elements, 34, 4, 393, 404, ELSEVIER SCI LTD, 2010年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, This paper presents a gradient field representation using an analytical regularization of a hypersingular boundary integral equation for a two-dimensional time harmonic wave equation called the Helmholtz equation. The regularization is based on cancelation of the hypersingularity by considering properties of hypersingular elements that are adjacent to a singular node. Advantages to this regularization include applicability to evaluate cornet nodes, no limitation for element size, and reduced computational cost compared to other methods. To demonstrate capability and accuracy, regularization is estimated for a problem about plane wave propagation As a result. it is found that even at a corner node the most. significant error in the proposed method is due to truncation error of non-singular elements in discretization, and error from hypersingular elements is negligibly small. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Epithermal neutron tomography using compact electron linear accelerator
Kamiyama, T., Miyamoto, N., Tomioka, S., Kozaki, T.
Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment, 605, 1-2, 91, 94, ELSEVIER SCIENCE BV, 2009年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Neutron resonance absorption spectroscopy (N-RAS) with a pulsed neutron source can distinguish the dynamics of individual nuclides having resonance peaks on epithermal neutron region. The analyzed internal information of nuclide presence and its effective temperature can be reconstructed as distributions over the object cross-section using computed tomography (CT). Because some of the resonance absorption cross-sections have very large values, N-RAS could match the small neutron pulsed source by its high sensitivity. In this study, we have constructed a new instrument of N-RAS on a compact electron linac neutron source. Resonance absorption measurements and CT imaging with the instrument have succeeded for some kinds of nuclide. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Three-Dimensional Wake Field Computations Based on Scattered-Field Time Domain Boundary Element Method
Fujita, Kazuhiro, Kawaguchi, Hideki, Weil, , Thomas, Tomioka, Satoshi
Ieee Transactions on Nuclear Science, 56, 4, 2341, 2350, IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2009年08月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We present time domain 3-D wake field calculations based on Scattered-field Time Domain Boundary Element Method (S-TDBEM), which is retarded Kirchhoff's boundary integral equations of scattered electromagnetic fields formulated on interior region problem and has no numerical dispersion in all spatial direction. We propose two main types of S-TDBEM schemes: full 3-D scheme for general 3-D geometries and a so-called 2.5-D scheme for transverse wake field calculation in axis-symmetric structures. Several numerical examples are demonstrated for typical accelerator structures: elliptical pillbox and the TESLA 9-cell cavities. The developed 3-D/2.5-D S-TDBEM codes are verified by comparison with the modal analysis and the finite integration technique (FIT) in the numerical examples. Finally, as one of the most meaningful applications of the S-TDBEM, we demonstrate wake field simulations of a curved trajectory bunch with the developed 3-D S-TDBEM code.

Quantitative epithermal neutron tomography with compact pulsed neutron source
Takashi Kamiyama, Naoki Miyamoto, Satoshi Tomioka, Tamotsu Kozaki
IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 1266, 1270, 2009年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, Neutron resonance absorption spectroscopy (N-RAS) with a pulsed neutron source can distinguish the dynamics of individual nuclides which have neutron resonance peaks on epithermal neutron region. Because some of the resonance absorption cross sections have very large values, N-RAS could match the small neutron pulse source by its high sensitivity. The analyzed spectra information of nuclide presence and its effective temperature can be reconstructed as distributions over the object cross-section using computer tomography (CT). In this study the projected nuclide densities were obtained from the resonance absorption equation fitting with the series of obtained spectra. Then, we reconstructed the quantitative nuclide density tomogram using the CT technique about them. ©2009 IEEE.

Quantitative Epithermal Neutron Tomography with Compact Pulsed Neutron Source
T. Kamiyama, N. Miyamoto, S. Tomioka, T. Kozaki
2009 IEEE NUCLEAR SCIENCE SYMPOSIUM CONFERENCE RECORD, VOLS 1-5, 1266, +, IEEE, 2009年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, Neutron resonance absorption spectroscopy (N-RAS) with a pulsed neutron source can distinguish the dynamics of individual nuclides which have neutron resonance peaks on epithermal neutron region. Because some of the resonance absorption cross sections hale very large values, N-RAS could match the small neutron pulse source by its high sensitivity. The analyzed spectra information of nuclide presence and its effective temperature can he reconstructed as distributions over the object cross-section using computer tomography (CT). In this study the projected nuclide densities were obtained from the resonance absorption equation fitting with the series of obtained spectra. Then, we reconstructed the quantitative nuclide density tomogram using the CT technique about them.

Imaging and texture observation of materials by using a pulsed neutron spectroscopic transmission method
Kiyanagi, Yoshiaki, Kamiyama, Takashi, Takada, Osamu, Morita, Keigo, Iwase, Kenji, Suzuki, Shun, Furusaka, Michihiro, Hiraga, Fujio, Tomioka, Satoshi, Mishima, Kaichiro, Takenaka, Nobuyuki, Ino, Takashi
Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment, 600, 1, 167, 169, Elsevier BV, 2009年02月21日, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）

Time Domain Boundary Element Analysis of Wake Fields in Long Accelerator Structures
Fujita, Kazuhiro, Kawaguchi, Hideki, Hampel, Robert, Mueller, Wolfgang F. O., Weil, , Thomas, Tomioka, Satoshi
Ieee Transactions on Nuclear Science, 55, 5, 2584, 2591, IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2008年10月, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We present an explicit Time Domain Boundary Element Method (TDBEM) scheme with moving window technique for short-range wake field simulations of long accelerator structures. The proposed scheme is formulated by Kirchhoff's boundary integral equation of the scattered electromagnetic field in interior region problems. Implementation of a moving window technique in the framework of TDBEM is achieved by taking into account the causality and the retardation properties of the boundary integral equation. A parallelization algorithm for this moving window implementation is also proposed. The proposed TDBEM code with the moving window technique is applied to several practical examples of long accelerator structures. Numerical results obtained with the TDBEM code are compared with those of several finite integration codes.

Moving Window技術を用いた時間領域境界要素法による粒子加速器航跡場の大規模並列計算　　　　　　　　　　　　　　　
藤田和広, 川口秀樹, 富岡智
信学技報, 107, 1, EMT2007-2, 7, 12, 2007年08月
日本語

Numerical reconstruction of an infrared wavefront utilizing an optical phase modulation device
Miyamoto, Naoki, Nisiyama, Shusuke, Tomioka, Satoshi, Enoto, Takeaki
Optics Communications, 272, 1, 67, 72, ELSEVIER SCIENCE BV, 2007年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We utilize nitroanisole, that absorbs infrared (IR) radiation as heat, as an optical modulation device based on a thermal process. The nitroanisole exhibits a thermal lens effect, i.e. a temperature dependent refractive index. Hence, the nitroanisole can induce phase modulation to visible light, in direct response to intensity of the incident IR radiation. The proposed method can be used to obtain the phase modulation distribution that corresponds to the IR intensity distribution, i.e. the IR hologram itself, on the nitroanisole by examining the phase map of visible light that is modulated upon passing through the nitroanisole. The IR wavefront can be reconstructed by calculating extracted IR holograms through the Fresnel transform. It is verified that both the amplitude and the phase of the IR wavefront can be reconstructed accurately by proposed method. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Explicit time domain boundary element scheme for dispersion-free wake field calculation of long accelerator structures
K. Fujita, R. Hampel, W. F. O. Mueller, T. Weiland, H. Kawaguchi, S. Tomioka, T. Enoto
2007 IEEE PARTICLE ACCELERATOR CONFERENCE, VOLS 1-11, 1549, +, IEEE, 2007年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, This paper introduces a new explicit scheme with a moving window option for wake field calculation of long accelerator structures. This scheme is based on a time domain boundary element method (TDBEM) which uses a retarded Kirchhoff boundary integral equation for interior region problems. As a corollary of this boundary integral equation, our approach allows a conformal modeling of a structure and time domain wake field simulation without numerical grid dispersion errors in all spatial directions. The implementation of a moving window technique in the framework of TDBEM is presented and it is shown that this moving window technique allows to significantly reduce memory requirement of the TDBEM scheme in the short range wake field calculation. Several numerical examples are demonstrated for the TESLA 9-cell cavity and tapered collimators. The results of the new TDBEM scheme are compared with those of finite difference codes.

Scattered-field time domain boundary element method and its application to transient electromagnetic field simulation in particle accelerator physics
Fujita, Kazuhiro, Kawaguchi, Hideki, Nishiyama, Shusuke, Tomioka, Satoshi, Enoto, Takeaki, Zagorodnov, Igor, Weil, , Thomas
Ieice Transactions on Electronics, E90C, 2, 265, 274, IEICE-INST ELECTRONICS INFORMATION COMMUNICATIONS ENG, 2007年02月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Authors have been working in particle accelerator wake field analysis by using the Time Domain Boundary Element Method (TDBEM). A stable TDBEM scheme was presented and good agreements with conventional wake field analysis of the FDTD method were obtained. On the other hand, the TDBEM scheme still contains difficulty of initial value setting on interior region problems for infinitely long accelerator beam pipe. To avoid this initial value setting, we adopted a numerical model of beam pipes with finite length and wall thickness on open scattering problems. But the use of such finite beam pipe models causes another problem of unwanted scattering fields at the beam pipe edge, and leads to the involvement of interior resonant solutions. This paper presents a modified TDBEM scheme, Scattered-field Time Domain Boundary Element Method (S-TDBEM) to treat the infinitely long beam pipe on interior region problems. It is shown that the S-TDBEM is able to avoid the excitation of the edge scattering fields and the involvement of numerical instabilities caused by interior resonance, which occur in the conventional TDBEM.

Nonlinear least square regression by adaptive domain method with multiple genetic algorithms
Tomioka, Satoshi, Nisiyama, Shusuke, Enoto, Takeaki
Ieee Transactions on Evolutionary Computation, 11, 1, 1, 16, IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2007年02月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, In conventional least square (LS) regressions for nonlinear problems, it is not easy to obtain analytical derivatives with respect to target parameters that comprise a set of normal equations. Even if the derivatives can be obtained analytically or numerically, one must take care to choose the correct initial values for the iterative procedure of solving an equation, because some undesired, locally optimized solutions may also satisfy the normal equation. In the application of genetic algorithms (GAs) for nonlinear LS, it is not necessary to use normal equations, and a GA is also capable of avoiding localized optima. However, convergence of population and reliability of solutions depends on the initial domain of parameters, similarly to the choice of initial values in the abovementioned method using the normal equation. To overcome this disadvantage of applying GAs for nonlinear LS, we propose to use an adaptive domain method (ADM) in which the parameter domain can change dynamically by using several real-coded GAs with short lifetimes.
Through an example problem, we demonstrate improvements in terms of both the convergence and the reliability by ADM. A further merit in the proposed method is that it does not require any specialized knowledge about GAs or their tuning. Therefore, the nonlinear LS by ADM with GAs are accessible to general scientists for various applications in many fields.

Application of the nitroanisole as an infrared detector used in middle infrared interferometer
N Miyamoto, S Nisiyama, S Tomioka, T Enoto
OPTICS COMMUNICATIONS, 260, 1, 25, 29, ELSEVIER SCIENCE BV, 2006年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We propose the application of nitroanisole as a detector for middle infrared (mid-IR) interferometry or holography. The present experiment utilizes the liquid form of nitroanisole, which has a thermal lens effect. i.e. a temperature dependent refractive index. Since the nitroanisole absorbs IR radiation as heat, it is possible to estimate the IR intensity distribution on the nitroanisole from the diffraction pattern made by visible laser light that is transmitted through the nitroanisole. In this study, the time resolution and the diffraction efficiency of the nitroanisole was measured under various conditions. The experimental results show that the nitroanisole has a time resolution as high as that of a standard video camera, as well as a high diffraction efficiency and the spatial resolution equivalent to that of a conventional IR camera. Furthermore, we confirmed that the phase shift in mid-IR region can be estimated by analyzing the change in the visible diffraction pattern. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Photoconductive properties of a new polyacetylene having a carbazole substituent　　　　　　　　　　　　　　　
Toshihiro Inoue, Taro Makigaki, Yasuteru Mawatari, Munehiro Kozuka, Takeaki Enoto, Satoshi Tomioka, Masayosi Tabata
Polymer Preprints, Japan, 54, 2, 4020, 2005年
日本語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, We have prepared various substituted polyacetylenes using a Rh complex catalyst, [Rh(norbornadiene)Cl] 2. In this report we show photoconductive properties of the new polyacetylene having a carbazole substituent. The new polyacetylene which was doped by using iodine showed fairly high photo conductivity compared to the undoped polymer.

Infrared phase-shifting interferometry using the nitroanisole as a two-dimensional detector
Naoki Miyamoto, Shusuke Nisiyama, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto
Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 6049, 0O.01, 0O.10, 2005年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, We propose the application of nitroanisole as a two-dimensional detector for infrared (IR) phase-shifting interferometry. The nitroanisole that is utilized in our experiment is liquid at room temperature and it has significant thermal lens effect, i.e. the refractive index for visible light is dependent on temperature. In addition, we verified by infrared absorption spectroscopy that the nitroanisole has an absorption band around 10.6μm in the IR region. Therefore, the interference fringe pattern that is generated on the nitroanisole by the IR beams may be treated as a phase grating for visible light. A Fresnel diffraction pattern made by visible laser light that is transmitted through the phase grating, i.e. the nitroanisole, can be observed as a superposition of the intensities corresponding to the profile of the phase grating and its harmonic components. Additionally, in response to a shift of the interference fringe on the nitroanisole, the Fresnel diffraction pattern on the observation plane also shifts by an equal amount. Utilizing this characteristic of nitroanisole, we attempted to estimate the IR phase map by applying the phase-shifting method to the diffraction patterns. We conducted an experiment aimed to measure the angle of a wedge of ZnSe, which is an IR transmitting material, and we confirmed the feasibility of obtaining phase measurements in the IR region by this procedure.

Identification of Electromagnetic Mode Excited by Electron Beam in Waveguide using Genetic Algorithm　　　　　　　　　　　　　　　
S. Tomioka, S. Nisiyama, T. Enoto
Computational Engineering I, --- Advances in Continuum Mechanics and Electro Magnetics ---, Japan Society for Computational Methods in Engineering, 251, 260, 2004年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

An improvement method of the simultaneity of image on ultra high-speed X-ray framing camera with the gated microchannel plate detector
Y Ito, Y Katoh, M Kagata, S Nisiyama, S Tomioka, T Enoto
25TH INTERNATIONAL CONGRESS ON HIGH-SPEED PHOTOGRAPHY AND PHOTONICS, 4948, 739, 744, SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2003年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, Ultra high-speed X-ray framing cameras have improved considerably in recent years. Frames with temporal resolution of less than 100 ps are achievable, due to application of the non-linear amplification properties a microchannel plate (MCP). However, in the case of frame resolution under 100 ps, the propagation delay of the shuttering pulse on the MCP poses a significant problem to the maintenance of simultaneity of gated images. In the present research, a method to augment the simultaneity of images is presented. In previous designs, the photocathode was coated onto the MCP input surface. The improved design presented here separates the photocathode from the MCP detector. The transit time of the photoelectrons is varied at each point on the gated electrode is with respect to the MCP detector. Results show that the simultaneity of images is improved with this new design.

A use of BEM and NN system to estimate density distribution of plasma
Atsushi Ota, Satoshi Tomioka, Shusuke Nisiyama, Takeaki Enoto
Inverse Problems in Engineering Mechanics IV, 389, 398, Elsevier Ltd., 2003年, ［査読有り］
英語, 論文集(書籍)内論文, This chapter discusses an inverse analysis for the sake of a non-destructive estimation system for a measurement of an inhomogeneous distribution of plasma by scattering field. The inverse analysis is based on two techniques: (1) multi-layered Neural networks (NN) to solve inverse problem, and (2) a boundary element method to solve a direct problem to generate learning data for the NN. In the case of an analysis using simple technique, the learning procedure in NN did not have a good convergence. Hence, two techniques to improve the convergence are proposed: (1) the normalization technique for the input data with consideration of the distribution of amplitude of the input data, and (2) the dividing section technique. It is clarified that combination of these techniques provides a rapid convergence, and leads to the availability of the estimation system. © 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

相対論的電子ビーム断面形状推定のための並列遺伝的アルゴリズムによる逆問題解析　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 西山 修輔, 榎戸 武揚
計算数理工学論文集, 1, 33, 38, 2001年07月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

The study of the spatial resolution improvement of the scanning detector
Y Katoh, Y Ito, N Tomonura, S Tomioka, T Enoto
24TH INTERNATIONAL CONGRESS ON HIGH-SPEED PHOTOGRAPHY AND PHOTONICS, 4183, 209, 216, SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2001年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, In the scanning detector we propose the new system for improving spatial resolution by making sensitivity distribution of a detecting element vary. This can be simply done by only adding the filter with sensitivity distribution in front of a detecting element without requiring the higher density of equipment. In our laboratory, the plasma electron density distribution measurement by the holographic interferometry in far-infrared region has been proceeded. As one of the infrared detection material, we chose HgCdTe, and it was used as a scanning detecting element. As a. verification of this system, we added the infrared filter in the front of HgCdTe, and measured the spatial resolution using a knife edge. For the method for calculating Modulation Transfer Function (MTF) from Edge Response Function (ERF), we also propose the new technique that we name the virtual test chart method. In this technique, we simulates the response corresponded to periodic bar patterns from ERF, and calculates the contrast ratio from this response. From the result of measurement that added the infrared ray filter, the validity of this system was shown. By the simulation and the experiment, the optimum sensitivity distribution was obtained in this system.

Scattered field FD-TD analysis for wake-fields computation
S Nisiyama, S Tomioka, T Enoto
INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ELECTROMAGNETICS AND MECHANICS, 14, 1-4, 243, 247, IOS PRESS, 2001年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, In this paper, a scattered field Finite-Difference Time-Domain (FD-TD) method is applied to wake-fields computation. In the ordinary FD-TD method or other methods based on the finite difference scheme, the trajectory of a traveling charged particle beam should be along the spatial grid. In the presented method, an arbitrary beam trajectory can be treated since the beam current is not placed on the spatial grid but is considered as an incident field source. Wake potentials of a simple system with a slightly angled beam trajectory are calculated for a demonstration.

The evaluation of an improvement method of the simultaneity of an ultra high-speed framing camera
Y Ito, Y Katoh, M Kagata, S Tomioka, T Enoto
24TH INTERNATIONAL CONGRESS ON HIGH-SPEED PHOTOGRAPHY AND PHOTONICS, 4183, 193, 200, SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING, 2001年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, We propose a method to improve the shuttering characteristics of an ultra high-speed camera that consists of a proximity focused image intensifier (PFII) with an external transparent electrode (ETE). When the shuttering time of several tens of picoseconds is considered, the time delay by the propagation of the shuttering pulse can not be disregarded, and this time delay causes the problems in the system's simultaneity. First, the time of which the image was recorded is different by the place. Second, the time in which the photoelectron reaches the micro channel plate (MCP) input surface is different. For our research, the second problem mentioned above poses an obstacle. To utilize the nonlinear operation of the MCP for smaller gating time, it is necessary that each electron reaches the MCP in same time. Our proposal is to compensate for this second problem by controlling the electric field between the photocathode and the MCP. This is achieved by optimizing the shape of the electrode of the ETE. We show that the variance of arrival time is reduce from 30ps to 5ps using numerical analysis by FDTD method.

Simulation in applying genetic algorithm for non-destructive measurement of electron beam transverse profile
S Tomioka, S Nisiyama, T Enoto
INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ELECTROMAGNETICS AND MECHANICS, 14, 1-4, 215, 219, IOS PRESS, 2001年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, For the purpose of non-destructive measurement of the cross-sectional shape of an electron beam, we have studied a detection system that is composed of both a number of antennas and a current monitor. The antenna detects an electric field, and the current monitor detects an integral of beam currents.
The signals acquired from these detectors are applied as the input of an inverse problem. We adopt the genetic algorithm to simulate the profile measurement as an inverse problem analysis.
The results showed that this detection system is partially effective, even though this system is an "ill-posed problem" (i.e. the number of input data parameters is less than the number of parameters to be estimated). We also found that the current monitor, which cannot acquire position-dependent information, is nevertheless useful to accelerate the convergence of sub-optimal beam profiles.

FD-TD analysis of scattered fields excited by a high energy pulsed beam of charged particles using point charge responses
S Nisiyama, S Tomioka, T Enoto
IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, 36, 4, 888, 891, IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2000年07月
英語, 研究論文（学術雑誌）, In this paper, me show a finite-difference time-domain (FD-TD) analysis of scattered fields excited by a pulsed beam using point charge responses and convolution. The advantages of this approach are easy handling of arbitrary beam trajectories and waveforms; efficient absorption for excited fields on open boundaries; and small amount of incident field calculation, In addition, we describe the relation between the temporal resolution and the allowable aliasing error since the point charge held as an incident field has very high frequency spectrum.

Dual Holographic Interferometry using Nitrobenzene as FIR Phase Detector　　　　　　　　　　　　　　　
Yoshinori Tsuji, Takeshi Harayama, Keiichi Nomura, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto
Proc. for Symposium on Advanced Research of Energy Technology 2000, 251, 258, 2000年03月
日本語

Analysis for Improvement of Simultaneity of Shuttering in an Ultra High-Speed Framing Camera
Y. Ito, Y. Katoh, M. Kagata, S. Tomioka, T. Enoto
IEEE Transactions on Magnetics, 36, 4, 1769, 1773, 2000年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We suggest a method to improve the shuttering characteristics of an ultra high-speed camera that consists of a proximity focused image intensifier with a micro channel plate (MCP) and an external transparent electrode (ETE). Over a range of the gating times of the several tens of picoseconds, using this apparatus, there are two obstacles to the system's simultaneity, i.e., accuracy of photographing phenomena. First, the time required for the shuttering pulse to propagate on the electrode creates a time delay between different areas of the image photons passing through the ETE. Second, the photoelectrons do not reach the MCP simultaneously. If we attempt to speed-up the gating time using nonlinear operation of the MCP, the latter problem has an undesirable effect on the resulting image. Our proposal is to compensate for the latter problem and improve the simultaneity of the arrival time of photoelectrons at the MCP input surface by controlling the electric field between the photocathode and the MCP. This is achieved by optimizing the shape of the electrode. Further analysis by FDTD and an electron trajectory tracking method verified that the variance of arrival time is reduced from 30 ps to 5 ps with the altered electrode shape. © 2000 IEEE.

Improvement of Temporal Characteristics of Ultra High Speed Framing Camera for Measurement of LINAC Electron Beam　　　　　　　　　　　　　　　
Yoshihiro Ito, Nobuhisa Tonomura, Yasuto Katoh, Makoto Kagata, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto
Proc. of the 24th Linear Accelerator Meeting in Japan, 401, 403, 1999年07月
日本語

A novel boundary element method for nonuniform neutron diffusion problems
M Itagaki, S Nisiyama, S Tomioka, T Enoto
JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY, 36, 3, 273, 281, TAYLOR & FRANCIS LTD, 1999年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, An advanced boundary element formulation has been proposed to solve the neutron diffusion equation (NDE) for a 'nonuniform' system. The continuous spatial distribution of a nuclear constant is assumed to he described using a polynomial function, Part of the constant term in the polynomial is left on the left-hand-side of the NDE, while the remainding is added to the fission source term on the right,hand-side to create a fictitious source. When the neutron flux is also expanded using a polynomial, the boundary integral equation corresponding to the NDE contains a domain integral related to the polynomial source. This domain integral is transformed into an infinite series of boundary integrals, by repeated application of the particular solution for a Poisson-type equation with the polynomial source. In two-dimensional, one-group test calculations for rectangular domains, the orthogonality of Legendre polynomials was used to determine the polynomial expansion coefficients. The results show good agreement with those obtained from finite difference computations in which the nonuniformity was approximated by a large number of material regions.

ニトロベンゼンを赤外線の位相情報検出材料として用いた２段ホログラフィー干渉法　　　　　　　　　　　　　　　
榎戸 武揚, 富岡 智, 原山 武志, 森部 英征
機能材料, 19, 3, 39, 47, 1999年02月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

Internal Field Error Reduction in Boundary Element Analysis for Helmholtz Equation
Satoshi Tomioka, Shusuke Nisiyama, Masafumi Itagaki, Takeaki Enoto
Engineering Analysis with Boundary Elements, 23, 3, 211, 222, 1999年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A Harmonics Selective Slot Antenna for Beam Position Monitor　　　　　　　　　　　　　　　
Shusuke Nisiyama, Kenta Itoh, Hiroyasu Itoh, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto
Proc. of the 23rd Linear Accelerator Meeting in Japan, 181, 183, 1998年09月
日本語

定在波測定を用いる電子ビーム微細構造パルス幅の計測　　　　　　　　　　　　　　　
伊藤 裕康, 加賀田 誠, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
プラズマ・核融合学会誌, 74, 1, 29, 37, 1998年01月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

A New Estimate Method of Micro-pulse Width Using Standing Wave Measurement.　　　　　　　　　　　　　　　
H. Itoh, S. Nisiyama, N. Ishii, S. Tomioka, T. Enoto
Proc. 11th Symp. on Accelerator Science and Technology, 415, 417, 1997年10月
英語

Power iterative multiple reciprocity boundary element method for solving three-dimensional Helmholtz eigenvalue problems
M Itagaki, S Nishiyama, S Tomioka, T Enoto, N Sahashi
ENGINEERING ANALYSIS WITH BOUNDARY ELEMENTS, 20, 2, 113, 121, ELSEVIER SCI LTD, 1997年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The multiple reciprocity boundary element method (MRBEM) has been employed to solve the three-dimensional Helmholtz equation, del(2) phi + k(2) phi = 0. In the present technique, the Helmholtz equation is arranged as del(2) phi + k(0)(2) phi + phi/lambda = 0, where k(0) is an estimate of k and lambda is equal to (k(2) - k(0)(2))(-1). As the term phi/lambda is treated as a source, the power iteration technique with Wielandt's spectral shift is used to find the value of X. The boundary integral equation is formulated with the fundamental solution to del(2) phi + k(0)(2) phi + delta(i) = 0. The domain integral related to the above source is transformed into a series of boundary integrals, with the aid of the higher order fundamental solutions based on the spherical Bessel functions. The eigenvalue k(2) can also be described using only boundary integrals. Test calculations demonstrate that the present technique is efficient for finding k(2) and easier to handle than the conventional determinant search scheme. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

Matrix-type higher order fundamental solutions to three-dimensional two-group neutron diffusion equations
M Itagaki, S Tomioka, S Nisiyama, T Enoto
ENGINEERING ANALYSIS WITH BOUNDARY ELEMENTS, 20, 1, 63, 71, ELSEVIER SCI LTD, 1997年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The zero-order and the higher-order fundamental solutions for the 3-D two-group neutron diffusion equations have been derived in such a way that these solutions satisfy the first and the second group equations simultaneously. Each degree of the solutions has a 2 x 2 matrix form based on two types of function, r(p) exp(-iBr) and r(p) exp(-kr). Singularities of type (1/r) are only found at the diagonal components of the zero-order solutions; however, no singularities are found at any components of the higher-order solutions. These solutions can be used for applying the multiple reciprocity boundary element method to 3-D two-group neutron diffusion problems. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

FD-TD法による超高速カメラのシャッタリング特性の解析
加賀田 誠, 富岡 智, 榎戸 武揚
電気学会論文誌, 117-A, 1, 22, 28, 1997年01月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

電子ビームによって形成される電磁界のスペクトル解析(II)　　　　　　　　　　　　　　　
伊藤 裕康, 西山 修輔, 石田 崇, 富岡 智, 榎戸 武揚
Proc. of the 21st Linear Accelerator Meeting in Japan, 340, 342, 1996年09月
日本語

A new formulation of boundary element method for a thin metal plate in the electrostatic potential problem
S Nisiyama, S Tomioka, M Kagata, H Itoh, T Enoto
BOUNDARY ELEMENT METHODS, 319, 326, ELSEVIER SCIENCE PUBL B V, 1996年
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）

電磁界問題の境界要素法における薄い金属板に関する一考察　　　　　　　　　　　　　　　
西山 修輔, 富岡 智, 加賀田 誠, 伊藤 裕康, 榎戸 武揚
境界要素法論文集, 12, 23, 26, 1995年12月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

不均質媒質中のヘルムホルツ波動方程式への境界要素法の適用
富岡 智, 加賀田 誠, 伊藤 裕康, 西山 修輔, 榎戸 武揚
電気学会論文誌A, 115, 11, 1098, 1104, 1995年11月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

ビーム近傍におけるスロットアンテナの数値解析　　　　　　　　　　　　　　　
西山 修輔, 伊藤 裕康, 富岡 智, 榎戸 武揚
Proceedings of the 20th Linear Accelerator Meeting in Japan, 248, 250, 1995年09月
日本語

境界要素法における二次元波動方程式の解の安定性について　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 西山 修輔, 加賀田 誠, 伊藤 裕康, 榎戸 武揚
境界要素法研究会 第45回例会, 1, 23, 1995年03月
日本語

二次元過渡応答境界要素法における解の安定性
富岡 智, 加賀田 誠, 伊藤 裕康, 榎戸 武揚
電気学会論文誌A, 115, 1, 9, 16, 1995年01月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

境界要素法による不均質な波数を有するヘルムホルツ方程式の近似解法　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 加賀田 誠, 伊藤 裕康, 榎戸 武揚
境界要素法論文集, 11, 83, 88, 1994年12月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（研究会，シンポジウム資料等）

二次元過渡応答境界要素法における解の安定性
富岡 智, 加賀田 誠, 伊藤 裕康, 榎戸 武揚
電気学会論文誌. A, 基礎・材料・共通部門誌 = The transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan. A, A publication of Fundamentals and Materials Society, 115, 1, 9, 16, 電気学会, 1994年12月, ［査読有り］
日本語

Spectrum Analysis of an Electromagnetic Field Generated by LINAC Electron Beams　　　　　　　　　　　　　　　
Hiroyasu Itoh, Shusuke Nisiyama, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto
Proceedings of the 1994 International Linac Conference, 860, 862, 1994年08月
英語

スロットアンテナを用いた電子ライナックのビーム位置モニタ　　　　　　　　　　　　　　　
西山 修輔, 伊藤 裕康, 富岡 智, 榎戸 武揚
Proceedings of the 19th Linear Accelerator Meeting in Japan(JAERI-Conf 94-03), 254, 256, 1994年07月
日本語

An experimental and analytical study of high speed shuttering characteristics of proximity focused image intensifiers　　　　　　　　　　　　　　　
B. D. Landberg, M. Kagata, S.Tomioka, T. Enoto, I. Fukai
Int. J. of Applied Electromagnetics in Materials, 5, 377, 380, 1994年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Numerical analysis of ultra high-speed shuttering characteristics using finite-difference time-domain method　　　　　　　　　　　　　　　
M. Kagata, B. D. Landberg, S.Tomioka, T. Enoto, I. Fukai
Int. J. of Applied Electromagnetics in Materials, 5, 381, 384, 1994年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Removing spurious solutions in boundary elemental method for multimedia problems using virtual boundary dividing method　　　　　　　　　　　　　　　
S.Tomioka, T. Enoto, I. Fukai
Int. J. of Applied Electromagnetics in Materials, 5, 357, 360, 1994年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

異なる媒質を含むファブリ・ペロー共振器の境界要素法におけるスプリアス解除去
富岡 智, 榎戸 武揚
電気学会論文誌A, 113, 8, 572, 579, 電気学会, 1993年08月, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

電子ビームにより円筒導波管内に形成される電磁界の周波数解析　　　　　　　　　　　　　　　
伊藤裕康, 富岡智, 榎戸武揚
Proceedings of the 18th Linear Accelerator Meeting in Japan, 288, 291, 1993年07月
日本語

スロットアンテナによる電子ビーム測定とその過渡解析　　　　　　　　　　　　　　　
伊藤 裕康, 富岡 智, 榎戸 武揚
Proc. on 17th Linear Accelerator Meeting in Japan, 207, 209, 1992年09月
日本語

スロットアンテナを用いた電子ビーム周囲電界の測定　　　　　　　　　　　　　　　
伊藤裕康, 三浦広土, 富岡智, 榎戸武揚
電気関係学会北海道支部連合大会, 426, 427, 1991年10月
日本語

スロットアレイアンテナを用いた電子ビーム周囲電界測定　　　　　　　　　　　　　　　
三浦 広土, 富岡 智, 伊藤 裕康, 榎戸 武揚
Proc. of the 16th Linear Accelerator Meeting in Japan, 263, 265, 1991年09月
日本語

プラズマを含むファブリ・ペロー共振器の領域分割型境界要素法による解析　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 榎戸 武揚, 深井 一郎
電気学会 電磁気理論研究会, EMT-87-12, 43, 52, 1987年04月
日本語

三次元屈折率計測用位相抽出における実測データによる畳み込みニューラルネットワークの学習
貫洞大地, 柳瀬佳亮, 富岡智, 宮本直樹, 上田亮介, HESHMAT Samia, Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM), 2019, 2019年

3P4-11 パンチングメタル援用定在化音響キャビテーション発生装置におけるソノルミネッセンス(ポスターセッション)
佐々木 浩一, 岩田 悠史, 西山 修輔, 富岡 智, 高田 昇治, 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集, 35, 477, 478, 2014年12月03日
超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会, 英語

3P4-25 パンチングメタル板を用いた定在化音響キャビテーション発生のメカニズム(ポスターセッション)
佐々木 浩一, 岩田 悠史, 西山 修輔, 富岡 智, 高田 昇治, 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集, 34, 479, 480, 2013年11月20日
超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会, 英語

3Pa4-4 定在化したキャビテーションバブルの効率的生成法の開発(ポスターセッション)
佐々木 浩一, 岩田 悠史, 西山 修輔, 富岡 智, 高田 昇治, 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集, 33, 361, 362, 2012年11月13日
超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会, 英語

金属メッシュの挿入によるソノプラズマの効率的生成
岩田悠史, 西山修輔, 富岡智, 高田昇治, 佐々木浩一, 応用物理学会学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 73rd, ROMBUNNO.12A-E3-7, 2012年08月27日
日本語

Angular distribution measurement of OTR on uneven metal surface　　　　　　　　　　　　　　　
Shusuke Nishiyama, Nobuyuki Miyamoto, Satoshi Tomioka, Tomoaki Hino, Proc. of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan, 806, 808, 2008年08月
日本語, 研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）

小型加速器中性子源を用いた中性子共鳴吸収断層撮像
加美山隆, 宮本直樹, 富岡智, 小崎完, 日本原子力学会秋の大会予稿集(CD-ROM), 2008, 2008年

高レベル放射性廃棄物地層処分バリア材料のＸ線マイクロＣＴ観察
小池 隆太郎, 小崎 完, 高松 英則, 野田 菜摘子, 北市 雅敏, 富岡 智, 西山 修輔, 佐藤 正知, 可視化情報学会誌, 28, 2, 1125, 1125, 2008年
社団法人 可視化情報学会, 日本語

圧縮ベントナイトに対して得られたＸ線マイクロＣＴ画像の解析
富岡 智, 西山 修輔, 小崎 完, 佐藤 正知, 可視化情報学会誌, 28, 2, 1127, 1127, 2008年
社団法人 可視化情報学会, 日本語

小型加速器を利用した中性子共鳴吸収CTによる核種分布の非破壊分析
宮本直樹, 小崎完, 富岡智, 加美山隆, 日本非破壊検査協会大会講演概要集, 2007, 335, 338, 2007年10月18日
日本語

P20 圧縮ベントナイト内部微細構造観察へのX線マイクロCT法の適用およびその最適化
高松 英則, 野田 菜摘子, 小崎 完, 北市 雅敏, 富岡 智, 佐藤 正知, 粘土科学討論会講演要旨集, 51, 186, 187, 2007年09月12日
日本粘土学会, 日本語

中性子共鳴吸収分光法と計算機断層撮像法を利用した核種分布の非破壊分析
宮本直樹, 小崎完, 富岡智, 加美山隆, 日本原子力学会秋の大会予稿集(CD-ROM), 2007, 0, C51, 171, 2007年09月07日
中性子共鳴吸収分光法と計算機断層撮像法を組み合わせることにより、非破壊で核種分布を断層撮影することが可能な分析法の開発を目的としている。複数の核種の存在分布、およびその密度分布を再構成できることを示した。, 一般社団法人 日本原子力学会, 日本語

Moving Window 技術を用いた時間領域境界要素法による粒子加速器航跡場の大規模並列計算(電磁界理論,光・電波ワークショップ,マイクロ波フォトニクス技術,一般)
藤田 和広, 川口 秀樹, 富岡 智, 電子情報通信学会技術研究報告. OPE, 光エレクトロニクス, 107, 173, 7, 12, 2007年07月26日
著者らはこれまで荷電粒子ビームが粒子加速器内を通過するときに発生する過渡電磁場(航跡場)を対象とした時間領域境界要素法を開発してきた。とりわけ、次世代粒子加速器で要求されるような大規模な航跡場解析に対応すべく、Moving Windowと呼ばれる技術を適用し、大幅な所要メモリ削減などを行ってきた。本稿では、同コードをさらに大規模・高速計算できるように並列化し、実用的な多セル構造の加速空洞など大規模航跡場解析に適用したので報告する。, 一般社団法人電子情報通信学会, 日本語

小型加速器中性子源への中性子共鳴吸収分光器の設置
加美山隆, 富岡智, 小崎完, 日本原子力学会春の年会要旨集(CD-ROM), 2007, 2007年

コンピュータシミュレーションで最適化したX線マイクロCT法による圧縮ベントナイト内部微細構造の観察
?松 英則, 小崎 完, 北市 雅敏, 富岡 智, 佐藤 正知, 日本原子力学会 年会・大会予稿集, 2006, 0, 750, 750, 2006年
高レベル放射性廃棄物の地層処分において緩衝材として用いられる圧縮ベントナイトの内部微細構造は、そこでの放射性核種の移行と密接な関係があるとされる。本研究では、X線マイクロCT法により、ベントナイト内部微細構造の非破壊観察を行った。その際、予め3次元モンテカルロ計算コード（EGS4）を用いてX線透過シミュレーションを行い、その結果得られた観察の最適条件をCT実験に利用した。, 一般社団法人 日本原子力学会

散乱場表示時間領域境界要素法と粒子加速器航跡場解析への応用について
藤田 和広, 川口 秀樹, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚, 電気学会研究会資料. : The Papers of Technical Meeting on Electromagnetic Theory, IEE Japan. EMT, 電磁界理論研究会, 2005, 61, 25, 30, 2005年11月17日
日本語

10 初年度学生に対する簡単な実験を通した知的好奇心の啓発(教育システムA(講義・演習)III,第3セッション)
富岡 智, 西山 修輔, 北川 広貴, 榎戸 武揚, 工学・工業教育研究講演会講演論文集, 15, 0, 29, 30, 2003年09月04日
公益社団法人日本工学教育協会, 日本語

スロットアンテナを用いた平面状ビーム位置モニタ　　　　　　　　　　　　　　　
西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚, Proc. of the 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, 425, 427, 2003年07月
日本語, 研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）

X線マイクロCTによる圧縮ベントナイト内部微細構造の観察
小崎完, 富岡智, LIU J, 榎戸武揚, 佐藤正知, 香西直文, 鈴木覚, 日本原子力学会秋の大会予稿集, 2002, 2002年

スロットアンテナとラットレースリングを用いた電子ビーム測定技術の研究　　　　　　　　　　　　　　　
株本 裕史, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚, Proc. of the 26th Linear Accelerator Meeting in Japan, 264, 266, 2001年08月
日本語, 研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）

Estimation of the Waveform of fine strucure pulse with Resonator　　　　　　　　　　　　　　　
Takashi Miyashita, Yoshiki Goto, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto, Proc. of the 25th Linear Accelerator Meeting in Japan, 377, 379, 2000年07月
日本語, 研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）

30pA11P 赤外線実時間二段ホログラフィ干渉法の研究(プラズマ計測)
逵 由典, 野村 啓一, 村上 純一, 富岡 智, 榎戸 武揚, プラズマ・核融合学会年会予稿集, 17, 214, 214, 2000年
プラズマ・核融合学会, 日本語

エッセンス電気・電子回路　　　　　　　　　　　　　　　
佐々木 浩一, 富岡 智
共立出版, 2013年11月, ［共著］

屈折率の三次元分布計測法　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智
先進電磁波イメージング研究会, 2019年02月, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国内会議］

Phase extraction from interferogram using machine learning　　　　　　　　　　　　　　　
Daichi Kando, Satoshi Tomioka
2019 IS&T International Symposium on Electronic Imaging, 2019年01月, 英語, 口頭発表（一般）
［国際会議］

Direct Flux Method to Solve Flux Distribution of Two-dimensional Poisson's Equation　　　　　　　　　　　　　　　
Arata Hirokami, Satoshi Tomioka
The 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology, 2018年09月, 英語, 口頭発表（一般）
［国際会議］

Real-time volumetric image generation with CT image deformation driven by displacement of internal fiducial markers　　　　　　　　　　　　　　　
Naoki Miyamoto, Naoki Matsumoto, Ryusuke Suzuki, Seishin Takao, Taeko Matsuura, Takaaki Fujii, Shusuke Hirayama, Satoshi Tomioka, Shinichi Shimizu, Kikuo Umegaki, Hiroki Shirato
2018 AAPM Annual Meeting, 2018年, 英語, 口頭発表（一般）
［国際会議］

重みつきコンピュータトモグラフィーの過渡現象への応用　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智
画像計測研究会２０１７, 2017年09月21日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

磁場のソレノイダル条件を満たす実座標線形MHDシミュレーション　　　　　　　　　　　　　　　
高堂渉, 松本裕, 渡邊清政, 富岡智, 及川俊一
日本原子力学会年会, 2017年09月13日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

摂動磁場のソレノイダル条件の破綻がLHDのMHDシミュレーションに与える影響　　　　　　　　　　　　　　　
高堂渉, 松本裕, 渡邊清政, 富岡智, 及川俊一
日本物理学会秋期大会, 2017年09月12日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

Resonance Mode Analysis of Cavity-ringdown Spectroscopy Including Inhomogeneous Medium Using Modified Fundamental Solution　　　　　　　　　　　　　　　
Kazutoshi Matsubara, Satoshi Tomioka, Koichi Sasaki
プラズマプロセッシング研究会・プラズマ材料科学シンポジウム, 2017年01月16日, 日本語, ポスター発表
［国内会議］

キャリア成分を含む干渉縞の位相変調部判別法, 応用物理学会秋期学術講演会　　　　　　　　　　　　　　　
貫洞大地, 富岡智
応用物理学会秋期学術講演会, 2016年09月16日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

体内マーカ3次元軌跡の解析による呼吸位相評価を利用した動体追跡放射線治療の患者位置決め/ゲート照射の効率化　　　　　　　　　　　　　　　
宮本直樹, 鈴木隆介, 高尾聖心, 松浦妙子, 松崎有華, 藤井孝明, 富岡智, 清水伸一, 梅垣菊男, 白土博樹
日本医学物理学会学術大会, 2016年09月10日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

時間的変化を伴う測定対象に対する重みつき計算機トモグラフィー再構成アルゴリズム　　　　　　　　　　　　　　　
富岡智, 内藤大基, 西山修輔, 宮本直樹, 梅垣菊男
日本医学物理学会学術大会, 2016年09月09日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

逐次近似型コンピュータトモグラフィー再構成法における雑音の影響　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智
画像計測研究会２０１５, 2016年01月08日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

ヘリオトロンJのNBI加熱に対する再突入粒子の影響　　　　　　　　　　　　　　　
岩淵征, 松本裕, 小林進二, 關良輔, 及川俊一, 富岡智
プラズマ・核融合学会年会, 2015年11月24日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

LHD における三次元中性粒子分布モデルを導入した. NBI 加熱および高速イオン速度分布の解析　　　　　　　　　　　　　　　
青木慎一郎, 松本裕, 關良輔, 河村学思, 横山雅之, 神尾修治, 長壁正樹, 及川俊一, 富岡智
プラズマ・核融合学会年会, 2015年11月24日, 日本語, 口頭発表（一般）
［国内会議］

キャリア成分を含む干渉縞からの2次元位相変調分布の抽出
橋本康弘, 富岡智, 西山修輔, 佐々木浩一
応用物理学会北海道支部・日本光学会北海道地区合同学術講演会講演予稿集, 2015年01月09日, 日本語

Electron Density Measurement of Argon Containing Plasmas by Saturation Spectroscopy　　　　　　　　　　　　　　　
S. Nishiyama, H. Wang, S. Tomioka, K. Sasaki
67th Annual Gaseous Electronics Conference, 2014年11月, 英語, 口頭発表（一般）
［国際会議］

Mechanism of efficient generation of cavitation bubbles in a sonoplasma production system assisted by a punching metal plate: effect of power deposition　　　　　　　　　　　　　　　
Y. Iwata, S. Nishiyama, S. Tomioka, N. Takada, K. Sasaki
8th International Conference on Reactive Plasmas, 2014年, 英語, 口頭発表（一般）

3P4-25 パンチングメタル板を用いた定在化音響キャビテーション発生のメカニズム(ポスターセッション)
佐々木 浩一, 岩田 悠史, 西山 修輔, 富岡 智, 高田 昇治
超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集, 2013年11月20日, 英語

Performance Evaluation of Phase Unwrapping Algorithms for Noisy Measurements
Samia Heshmat, Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
FRINGE 2013 - 7th International Workshop on Advanced Optical Imaging and Metrology, 2013年09月, 英語, 口頭発表（一般）

不完全データによる光音響イメージングにおける音源分布推定の精度評価　　　　　　　　　　　　　　　
及川 裕, 富岡 智
第62回理論応用力学講演会, 2013年03月, 口頭発表（一般）

Effect of mirror size in the measurement of OH density by cavity-ringdown absorption spectroscopy in plasma-enhanced premixed burner flame　　　　　　　　　　　　　　　
K. Zaima, S. Tomioka, K. Sasaki
16th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics, 2013年, 英語, 口頭発表（一般）

Mechanism of efficient production of standing sonoplasmas with the help of a punching metal plate　　　　　　　　　　　　　　　
K. Sasaki, Y. Iwata, S. Tomioka, S. Nishiyama, N. Takada
66th Annual Gaseous Electronics Conference, 2013年, 口頭発表（一般）

レーザー照射を利用した材料表面周期パターン創製　　　　　　　　　　　　　　　
細川雄亮, 赤松義哲, 石岡準也, 谷津茂男, 渡辺精一, 富岡智
プラズマ・核融合学会第30回年会, 2013年, 口頭発表（一般）

拡張ウィンドウを用いたバックグラウンドフリンジを含む干渉縞のキャリア 周波数評価　　　　　　　　　　　　　　　
橋本康弘, 富岡智, 西山修輔, 佐々木浩一
2013年応用物理学会秋季学術講演会, 2013年, 口頭発表（一般）

パンチングメタルを有するソノプラズマ生成装置におけるシャドウグラフイメージング　　　　　　　　　　　　　　　
岩田 悠史, 西山 修輔, 富岡 智, 高田 昇治, 佐々木 浩一
第30回プラズマプロセシング研究会, 2013年, 口頭発表（一般）

光音響CTにおける音源分布推定の精度評価　　　　　　　　　　　　　　　
及川 裕, 富岡 智
画像計測研究会２０１３, 2013年, 口頭発表（一般）

3Pa4-4 定在化したキャビテーションバブルの効率的生成法の開発(ポスターセッション)
佐々木 浩一, 岩田 悠史, 西山 修輔, 富岡 智, 高田 昇治
超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集, 2012年11月13日, 英語

Investigation of phase unwrapping process for laser induced plasma interferometry　　　　　　　　　　　　　　　
Samia Heshmat, Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
7th International Conference on Laser Induced Breakdown Spectroscopy, 2012年09月, 英語, 口頭発表（一般）

Phase Unwrapping Algorithm Based on Compensation for 3D Shape Measurement　　　　　　　　　　　　　　　
Samia Heshmat, Satoshi Tomioka, Shusuke Nishiyama
The 1st International Laser Display Conference, 2012年04月, 英語, 口頭発表（一般）

位相トモグラフィーによる非接触三次元気体温度分布計測　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智
核融合科学研究所画像計測研究会, 2011年09月, 日本語, 口頭発表（一般）

放射化二次元摩耗分布計測におけるソース領域パターンニング法と特異値分解法による空間分解能　　　　　　　　　　　　　　　
長沢 裕樹, 西山 修輔, 富岡 智, 佐々木 浩一, 加納 豊広, 金子 卓
第72回応用物理学会学術講演会, 2011年08月, 日本語, 口頭発表（一般）

ナノ時空間ダイナミクスのその場観察法による物質変換過程の解明　　　　　　　　　　　　　　　
柴山 環樹, 谷津 茂男, 渡辺 精一, 伊藤 芳浩, 富岡 智, 西山 修輔
日本顕微鏡学会, 2011年05月, 日本語, 口頭発表（一般）

単結晶シンチレータ中における三次元発光位置特定法　　　　　　　　　　　　　　　
西山 修輔, 富岡 智
第58回応用物理学関係連合講演会, 2011年03月, 日本語, 口頭発表（一般）

外部透明電極と光増幅素子を用いた ナノ秒多チャンネルフレーミングカメラ　　　　　　　　　　　　　　　
田坂 陽季, 富岡 智, 佐々木 浩一
プラズマ・核融合学会第27回年会, 2010年11月, 日本語, 口頭発表（一般）

Copmarison of OTR from rough screen with He-Ne laser　　　　　　　　　　　　　　　
Hayato Aki, Shusuke Nishiyama, Satoshi Tomioka
Proc. of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan, 2010年08月, 日本語, 口頭発表（一般）

仮想特異点を用いた二次元位相アンラッピング　　　　　　　　　　　　　　　
Samia Heshmat, Shusuke Nishiyama, Satoshi Tomioka
第57回 応用物理学関係連合講演会, 2010年03月, 英語, 口頭発表（一般）

プラズマ振動周波数測定によるプラズマ密度計測　　　　　　　　　　　　　　　
高橋 俊文, 西山 修輔, 富岡 智, 日野 友明
第26回プラズマ・核融合学会年会, 2009年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

分光法を用いたアルゴン励起原子温度測定　　　　　　　　　　　　　　　
本家 翼, 西山 修輔, 富岡 智, 日野 友明
第50回真空に関する連合講演会, 2009年10月, 日本語, 口頭発表（一般）

分光法を用いたアルゴン励起原子温度測定　　　　　　　　　　　　　　　
本家 翼, 西山 修輔, 富岡 智, 日野 友明
第25回プラズマ・核融合学会年会, 2008年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

圧縮ベントナイトに対して得られた X線マイクロCT画像の解析　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 西山 修輔, 小崎 完, 佐藤 正知
可視化情報学会論文集, 2008年10月, 日本語, 口頭発表（一般）

圧縮ベントナイトに対して得られたX線マイクロCT画像の解析
富岡 智, 西山 修輔, 小崎 完, 佐藤 正知
可視化情報学会誌. Suppl. = Journal of the Visualization Society of Japan, 2008年09月15日, 日本語

高レベル放射性廃棄物地層処分バリア材料のX線マイクロCT観察
小池 隆太郎, 小崎 完, 高松 英則, 野田 菜摘子, 北市 雅敏, 富岡 智, 西山 修輔, 佐藤 正知
可視化情報学会誌. Suppl. = Journal of the Visualization Society of Japan, 2008年09月15日, 日本語

高レベル放射性廃棄物地層処分バリア材料のＸ線マイクロＣＴ観察
小池 隆太郎, 小崎 完, 高松 英則, 野田 菜摘子, 北市 雅敏, 富岡 智, 西山 修輔, 佐藤 正知
可視化情報学会誌, 2008年, 日本語

高エネルギー粒子加速器における曲線軌道荷電粒子ビーム航跡場の時間領域境界要素解析　　　　　　　　　　　　　　　
藤田 和広, 富岡 智, 川口 秀樹, 日野 友明
日本原子力学会北海道支部第25回研究発表会, 2007年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

Microstructural image of dry and water-saturated compacted bentonite samples observed with X-ray micro CT　　　　　　　　　　　　　　　
Satoshi Tomioka, Tamotsu Kozaki, Hidenori Takamatsu, Natsuko Noda, Shusuke Nisiyama, Naofumi Kozai, Satoru Suzuki, Seichi Sato
Workshop on long-term performance of smectitic clays embedding canisters with highly radioactive waste, 2007年11月, 英語, 口頭発表（一般）
［招待講演］

P20 圧縮ベントナイト内部微細構造観察へのX線マイクロCT法の適用およびその最適化
高松 英則, 野田 菜摘子, 小崎 完, 北市 雅敏, 富岡 智, 佐藤 正知
粘土科学討論会講演要旨集, 2007年09月12日, 日本語

粗い金属表面を用いる遷移放射光強度分布の特性　　　　　　　　　　　　　　　
宮本 伸之, 北川 広貴, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
日本原子力学会北海道支部第24回研究発表会, 2006年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

中赤外光計測を目的とした熱吸収型可視位相変調素子の空間分解能　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 宮本 直樹, 西山 修輔, 榎戸 武揚
第6回核融合エネルギー連合講演会, 2006年06月, 日本語, 口頭発表（一般）

遺伝的アルゴリズムによる汎用非線形最小二乗法　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 西山 修輔, 榎戸 武揚
第4回 HSSワークショップ, 2006年03月, 日本語, 口頭発表（一般）

Infrared phase-shifting interferometer using the nitroanisole as a two-dimensional detector　　　　　　　　　　　　　　　
Naoki Miyamoto, Shusuke Nisiyama, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto
Optomechatronic Sensors and Instrumentation, 2005年12月06日, 英語, 口頭発表（一般）
［国際会議］

赤外画像可視化を利用した屈折率の測定　　　　　　　　　　　　　　　
阿部 謙一, 宮本 直樹, 北川 広貴, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
日本原子力学会北海道支部第23回研究発表会, 2005年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

時間領域境界要素法における行列方程式の反復解法に関する検討　　　　　　　　　　　　　　　
藤田和広, 川口秀樹, 富岡智, 榎戸武揚
平成17年度 電気・情報関連学会北海道支部連合大会, 2005年10月, 日本語, 口頭発表（一般）

ニトロアニソールを用いた赤外線ホログラフィによる赤外画像の可視化　　　　　　　　　　　　　　　
宮本 直樹, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
核融合科学研究所画像計測研究会, 2005年08月, 日本語, 口頭発表（一般）

遺伝的アルゴリズムによる重畳波形分離　　　　　　　　　　　　　　　
大槻 孝之, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
日本原子力学会北海道支部第22回研究発表会, 2004年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

新規カルバゾール置換ポリアセチレンの物理特性とデバイス応用　　　　　　　　　　　　　　　
牧垣 太郎, 小塚 心尋, 宮坂 淳史, 富岡 智, 榎戸 武揚, 田畑 昌祥
第53回高分子学会討論会予稿集, 2004年09月, 日本語, 口頭発表（一般）

遺伝的アルゴリズムを用いた逆問題解析による相対論的電子ビーム断面形状の推定　　　　　　　　　　　　　　　
大槻 孝之, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
日本原子力学会北海道支部第21回研究発表会, 2003年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

10 初年度学生に対する簡単な実験を通した知的好奇心の啓発(教育システムA(講義・演習)III,第3セッション)
富岡 智, 西山 修輔, 北川 広貴, 榎戸 武揚
工学・工業教育研究講演会講演論文集, 2003年09月04日, 日本語

初年度学生に対する簡単な実験を通した知的好奇心の啓発　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 西山 修輔, 北川 広貴, 榎戸 武揚
平成15年度 工学・工業教育研究講演会講演論文集, 2003年09月, 日本語, 口頭発表（一般）

遺伝的アルゴリズムを用いた相対論的電子ビーム分布の推定　　　　　　　　　　　　　　　
大槻孝之, 西山修輔, 富岡智, 榎戸武揚
核融合科学研究所画像計測研究会, 2003年08月, 日本語, 口頭発表（一般）

The use of BEM and NN system to estimate density distribution of plasma　　　　　　　　　　　　　　　
A. Ota, S. Tomioka, S. Nisiyama, T. Enoto
International Symposium on Inverse Problems in Engineering Mechanics 2003, 2003年02月, 英語, 口頭発表（一般）

光増幅素子の光電面放出電子のエネルギー特性の評価　　　　　　　　　　　　　　　
岡田直之, 西山修輔, 富岡智, 榎戸武揚
日本原子力学会北海道支部第20回研究発表会, 2002年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

An improvement method of the simultaneity of images on ultra high speed x-ray framing camera with the gated microchannel plate detector　　　　　　　　　　　　　　　
Yoshihiro Ito, Yasuto Katoh, Makoto Kagata, Shusuke Nisiyama, Satoshi Tomioka, Takeaki Enoto
The International Society for Optical Engineering / 25th International Congress on High-Speed Photography and Photonics, 2002年, 英語, 口頭発表（一般）
［国際会議］

赤外線二次元検出用液晶の温度・電界依存性の研究　　　　　　　　　　　　　　　
宮本 直樹, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
日本原子力学会北海道支部第19回研究発表会, 2001年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

赤外線実時間二段ホログラフィ干渉法の向上に関する研究　　　　　　　　　　　　　　　
野村 啓一, 宮本 直樹, 逵 由典, 富岡 智, 榎戸 武揚
電気関係学会北海道支部連合大会, 2001年10月, 日本語, 口頭発表（一般）

Scattered field FD-TD analysis for wake-fields computation　　　　　　　　　　　　　　　
S. Nisiyama, S.Tomioka, T. Enoto
Proc. of 10th Int. Symp. on Simulation and Design of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2001年, 英語, 口頭発表（一般）

電子ビームによる放射電磁界への近傍金属の影響　　　　　　　　　　　　　　　
杉山 耕太郎, 西山 修輔, 富岡 智, 榎戸 武揚
日本原子力学会北海道支部第18回研究発表会, 2000年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

ニトロベンゼンを遠赤外線二次元検出材料として用いた二段ホログラフィー干渉法　　　　　　　　　　　　　　　
原山 武志, 榎戸 武揚, 富岡 智
日本原子力学会北海道支部 第17回研究発表会, 1999年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

分布ソースを有する３次元ポアッソン方程式の多重相反境界要素法解析　　　　　　　　　　　　　　　
四方純, 板垣正文, 富岡智, 榎戸武揚
日本原子力学会北海道支部 第16回研究発表会, 1998年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

超高速度フレームカメラのMTF特性の解析　　　　　　　　　　　　　　　
加藤 靖人, 風間 信幸, 今井 応介, 富岡 智, 榎戸 武揚
高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム1997, 1997年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

FD-TD法による超高速駒取りカメラのシャッタリング特性の解析　　　　　　　　　　　　　　　
加賀田 誠, 富岡 智, 榎戸 武揚
高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム1995, 1995年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

遠赤外領域ホログラフィ干渉法を目的としたHgCdTe赤外線検出器の空間解像度の改善　　　　　　　　　　　　　　　
竹内 久美子, 山下 靖二, 富岡 智, 榎戸 武揚
プラズマ核融合学会第11回年会, 1994年03月, 日本語, 口頭発表（一般）

FD-TD法を用いる電子線加速器電子ビームの作る電磁界解析　　　　　　　　　　　　　　　
伊藤裕康, 西山修輔, 富岡智, 榎戸武揚
日本原子力学会北海道支部第11回研究発表会, 1993年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

CO_2レーザ干渉体系を用いるHgCdTe赤外線検出器のMTF特性の測定度の改善　　　　　　　　　　　　　　　
竹内 久美子, 富岡 智, 榎戸 武揚
電気関係学会北海道支部連合大会, 1993年10月, 日本語, 口頭発表（一般）

FD-TD法による超高速カメラシャッタリング特性の解析　　　　　　　　　　　　　　　
榎戸武揚, 富岡智, 加賀田誠, 町谷顕
プラズマ・核融合学会第9回秋季講演会, 1992年10月, 日本語, 口頭発表（一般）

超高速度撮影装置の開発と核融合プラズマ計測への応用　　　　　　　　　　　　　　　
榎戸 武揚, 木村 雅紀, 富岡 智, 春山 和郎, 深井 一郎, 遠藤 彰, 吉田 貴彦
北海道核融合連絡者会議第1回研究報告書, 1988年, 日本語, 口頭発表（一般）

分布を持つプラズマを含む開放型共振器に対する境界要素法適用の試み　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 榎戸 武揚, 深井 一郎
日本原子力学会北海道支部第5回研究発表会, 1987年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

境界要素法による開放型共振器の領域分割問題の解析　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 榎戸 武揚, 深井 一郎
日本原子力学会北海道支部第4回研究発表会, 1986年12月, 日本語, 口頭発表（一般）

境界要素法による領域分割問題の解析　　　　　　　　　　　　　　　
富岡 智, 深井 一郎, 榎戸 武揚
電気関係学会北海道支部連合大会, 1986年10月, 日本語, 口頭発表（一般）

複数波長シア干渉計とコンピュータトモグラフィーよる混合気体の三次元密度分布計測法
科学研究費助成事業
2022年04月01日 - 2025年03月31日
富岡 智, 山内 有二, 宮本 直樹, 松本 裕
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 22K04117

超高線量率陽子線治療に適したリアルタイム飛程検出法の開発
科学研究費助成事業
2021年07月09日 - 2024年03月31日
松浦 妙子, 田中 創大, 富岡 智, 橋本 孝之, 栗山 靖敏
FLASH放射線治療は，通常の放射線治療の線量率の数百倍から数千倍高い線量率（40 Gy/s程度以上）を用いる超高線量率照射法である。抗腫瘍効果を変えずに正常組織の障害発生を顕著に抑制できることが知られており，これまでの治療様式を大きく変えるインパクトがある．本研究では，数年以内に臨床利用が期待される超高線量率陽子線治療に適用する心電図検査式リアルタイム飛程検出法の実用化に向けた基盤技術開発を行うことを目標とした研究開発を行っている．本年度はまず，シミュレーション検討に用いるためにCT及び超音波の両方のイメージングに対応した人体ファントムを選定し（Model 057A，CIRS社製），音波伝搬シミュレーションの構築を開始した．まず人体ファントムを陽子線治療計画用のCT装置で撮影し，各ボクセルのCT値に対して陽子線治療に用いられているCT-相対阻止能テーブルを用いて水密度を割り当て，モンテカルロシミュレーションによって陽子線線量分布を計算した．一方で，音波発生・伝搬シミュレーションの準備として，文献を参照しながら各ボクセルに対してCT値に応じた音響特性（音速や音響インピーダンス，グルネイセン係数など）を割り当てた．人体ファントムに対して，FLASH線量率で陽子線を照射し，これを音源とした音波伝搬をシミュレーションした．音波は体表面に配置した複数のセンサーで受信する設定とした．本年度はまた，次年度予定している陽子線照射実験に用いる予定の寒天をベースとしたファントムの構造と形状の検討を行い，試作を行った．
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 21K19434

超高線量率の動体追跡照射に対応するマーカーレスボリュームイメージング技術の開発
科学研究費助成事業
2020年04月01日 - 2023年03月31日
宮本 直樹, 田中 創大, 高尾 聖心, 富岡 智, 松浦 妙子, 清水 伸一
本研究では、放射線治療中に得られる2方向X線透視画像を利用し、体内マーカを利用することなく（マーカーレス）、リアルタイムに体内の3次元構造を取得するボリュームイメージング技術を開発することを目的とする。この提案技術の実現により、体内にマーカーを留置するという侵襲性のあるプロセスを無くすことができ、加えて、ボリュームイメージを得ることによる高精度な呼吸性移動対策をFLASH などの超高線量率照射を含むあらゆる照射において実施可能となる。本研究では、研究期間内に各要素技術の開発を進め、十分な質と量のデータにより精度検証を実施し、ボリュームイメージングを利用した治療ビーム照射制御の臨床的有用性を明らかにする。
2021年度は、昨年度のデジタルファントムによる画像合成精度評価に続き、実際の患者の4DCTデータによる評価を進めた。同一患者で異なる日に撮影された4DCTデータを利用し、1つの4DCTデータを変形モデリング用、残りの4DCTデータを検証に用い、モデリングの課程で得られた固有体内変形ベクトルの線形結合にもとづくボリュームイメージングにより、検証データをどこまで再現できるか評価した。合成画像の画素値と構造の再現性を評価した結果、先行研究（主にデジタルファントムでの評価）と同等の性能が得られた。したがって、放射線治療中に正確な固有値を評価することにより、標的の位置や体内構造の評価に応用できるボリュームイメージをリアルタイムで合成できると考えられ、提案手法の臨床的な実行可能性を示すことができた。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 20H03612

生体表面と内部ランドマークの同時計測によるリアルタイム生体内部再構成手法の創出
科学研究費助成事業
2018年06月29日 - 2021年03月31日
宮本 直樹, 高尾 聖心, 富岡 智, 梅垣 菊男, 清水 伸一
3年の事業期間の中で、事前学習データを利用した体内変形のモデリングにより、生体表面や生体内マーカの位置情報を利用することにより、リアルタイムで3次元生体内情報を再構成する手法を開発した。放射線治療用に取得された患者4DCTを利用し、本事業で開発した生体内部再構成手法の画像合成精度を、正解画像と合成画像の規格化二乗平均平方根誤差として評価した。学習データおよび学習データを超える動きでの検証における画像合成精度はそれぞれ7%、11%程度であった。また、腫瘍位置の評価精度は1 mm以下であった。以上の結果は、放射線治療での応用を考えた場合、十分な精度であると考えられる。
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 18K19887

シア干渉計による非定常三次元屈折率分布計測システム
科学研究費助成事業
2018年04月01日 - 2021年03月31日
富岡 智, 宮本 直樹, 西山 修輔, 松本 裕
屈折率の三次元分布を非接触に計測するために、複数の方向から測定対象による波面の遅れをシア干渉計により計測した干渉画像から算出し、これらをコンピュータトモグラフィーにより三次元再構成する方法を採用した。シア干渉計は、一般的な測定対象と通過する物体光と通過しない参照光を干渉させる二光束と比べ、入射方向を変えても干渉条件が崩れにくく、さらに、入射方向変更時の振動の影響を受けにくいことを実証した。また、ロウソク火炎近傍気体の屈折率三次元分布計測を行い、定性的に妥当な結果が得られた。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 18K04158

次世代の体幹部定位放射線治療を実現する動体追跡回転照射の基盤技術開発
科学研究費助成事業
2017年04月01日 - 2020年03月31日
宮本 直樹, 鬼丸 力也, 富岡 智, 鈴木 隆介, 前田 憲一郎
本研究では、次世代の体幹部定位放射線治療技術として、動体追跡回転照射の基盤技術の研究開発を実施した。動体追跡回転照射に見込まれる治療時間を体内マーカの軌跡ログデータから評価し、安定した呼吸性運動の場合においては現行の固定多門型の動体追跡治療と比較して治療時間を低減できることがわかった。また、実際の治療装置を用いた動体追跡回転照射による線量分布をフィルムにより評価し、臨床的に許容できる線量分布が得られることを確認した。電離箱線量計による評価では、計画値と実測値の線量誤差は3%以内であり、一連の評価から、提案する動体追跡回転照射の有用性を示した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 17H04115

四次元コンピュータトモグラフィーにおける不完全データに対する重みつき再構成手法
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2015年 - 2017年
富岡 智
放射線治療をしながら患部の位置および形状をモニタリングするために投影角度限定コンピュータトモグラフィーを提案した。この方法では，モニタリングしたい時刻の投影データは少数の方向のみであり，他の大多数の方向からの投影データには過去に得られたものを利用する。過去に投影データを取得したときの状態と，モニタリングしたい時刻の状態は，異っているので，状態の違いにより再構成像への寄与を変えることのできる重みつき再構成法を用い，低被ばくのモニタリングが実現可能であることを明らかにした。
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 15K06097

ソノプラズマの効率的生成技術の確立
科学研究費助成事業
2012年04月01日 - 2015年03月31日
佐々木 浩一, 富岡 智, 西山 修輔, 高田 昇治
我々が独自に見出したパンチングメタル板援用ソノプラズマ生成装置においてソノプラズマが効率的に生成されるメカニズムを提案した。パンチングメタル板の穴部のエッジなどの尖った部分で種となる気泡が生成され，第一ビヤークネス力によって鉛直下方に輸送された後，超音波圧力場分布の極小値の位置にキャビテーションバブルとしてトラップされることにより，定在化したソノプラズマが得られるものと考えられる。本方式は高電圧を用いない液中プラズマの生成法としてユニークであり，各種のソノケミストリープロセスの高速化に活用できるものと考えられる。
日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 24654185

地層処分粘土緩衝材中の物質移行挙動とそれに律速され得る鉄腐食反応に関する研究
科学研究費助成事業
2011年04月01日 - 2014年03月31日
小崎 完, 渡辺 直子, 富岡 智, 香西 直文, 富岡 智, 香西 直文
高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価のため、人工バリアである粘土緩衝材中の鉄材料の腐食挙動およびそれに影響を及ぼす粘土緩衝材の諸性能を明らかにする必要がある。ここでは、電位勾配下の鉄材料の粘土緩衝材中の腐食挙動およびイオンの移行挙動を調べた。また、堆積岩の透水性に及ぼす高アルカリ水の影響を透水試験およびX線マイクロCT観察から検討した。さらに、ベントナイト緩衝材の変質がバリア性能に及ぼす影響を検討するため、Fe(II)型ベントナイトに対する透水試験を実施した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23360417

干渉トモグラフィーによる三次元温度分布の非接触計測
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2012年 - 2014年
富岡 智, 西山 修輔
本研究で検討している気体温度の三次元計測では、複数の方向から測定した干渉画像を計算機にて三次元分布を再構成する。そのためには投影方向が可変の干渉計のハードウェアおよび、それを処理するためのソフトウェア群が必要であり、本年度はこれら両面の改善を行った。ハードウェアについては、計測時間の短縮を図った。いままでは、一連の計測データを得るために数十分の計測時間を要していた。これは、干渉画像が振動に弱いため、投影方向を変えるたびに発生する干渉計を構成しているミラーの振動の計測への影響を抑えるために、振動が収まった後に計測していためである。この計測時間を短縮するために、幾つかの検討を行った結果、投影方向を連続的に変えながら、干渉画像を取り込む方法に変更し、振動が計測に与える影響を取り除くために、画像の撮影時間をサブミリ秒に短くした。以上により、計測時間は数十秒と短縮することができた。ソフトウェアは、干渉画像から位相画像を求めるための処理、複数の位相画像から屈折率の三次元分布再構成処理に大別される。位相画像を求めるには、雑音除去、位相情報を含むキャリア周辺信号の抽出、位相連結の三つの手順が必要である。本年度は、位相連結に特化した雑音除去方法の開発、ロバストなキャリア周辺信号の抽出方法の開発、位相アンラッピング手法の高速化を行った。三次元分布再構成については、高精度化のための体系変更のシミュレーションを行った。可変干渉計から得られる計測データは、通常のコンピュータトモグラフィーと異なり、全ての投影方向からのデータを得ることができず、一部の投影データが欠落してしまい、三次元再構成の精度が悪くなることが解っている。これを改善するために、欠落している投影方向の範囲に、方向が固定の投影データを一つだけ取り込むことにより精度の向上ができないかを検討し、この方法が有効であることが示された。
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 24560216

ナノ時空間ダイナミクスのその場観察法による物質変換過程の解明
科学研究費助成事業
2009年 - 2011年
柴山 環樹, 渡辺 精一, 谷津 茂男, 伊藤 芳浩, 富岡 智, 西山 修輔, 坂口 紀史
本研究は、これまで透過電子顕微鏡で唯一の課題となっていた画像記録の高速化と長時間化についてピコ秒の現象であるレーザー核融合のターゲット計測に実績がある各種高速カメラを組み合わせたナノ時空間ダイナミクスその場観察システムの技術開発を行うことを目的として平成21年度から平成23年度まで3年計画で実施した。この新しく開発した装置を現有の透過電子顕微鏡に取り付けて、電子線やイオン照射下での接合界面における破壊の起点やマルチクラックの進展経路をこれまでは困難だったナノ時空間で記録しその場観察すると共に高速で発生し進展するマルチクラックとナノサイズ欠陥との相互作用を明らかにした。
日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 21241025

位相トモグラフィーによる屈折率分布の三次元非接触計測
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2009年 - 2011年
富岡 智, 西山 修輔, 加美山 隆, 坂下 弘人
気体の温度分布や液体の濃度分布を測定する場合、熱電対等のセンサーを挿入すると測定対象の状態が変わってしまうため、正しい測定ができない。本研究では、光をプローブとした干渉法による位相計測とコンピュータトモグラフィーの組み合わせによる、位相トモグラフィーを用いて三次元かつ非接触な屈折率分布計測を検討した。これにより発熱体周辺の気体の温度を求め、理論値と比べ定性的に妥当な結果が得られた。
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 21560197

メゾスコピック構造の理解をベースとした地層処分バリア材料の性能発現機構の解明
科学研究費助成事業
2008年 - 2010年
小崎 完, 富岡 智, 西山 修輔, 加美山 隆, 佐々木 隆之, 香西 直文
高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価のための基礎研究として、地層処分で期待されるバリア材(ベントナイトおよび堆積岩)のメゾスコピック構造を、X線回折、X線マイクロCT観察、μ-PIXE分析の結果に基づいて検討した。また、バリア性能に及ぼすメゾスコピック構造の影響を検討するため、バリア材のバリア性能、すなわち透水係数、放射性核種の拡散係数、放射性核種の収着係数を評価した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 20360415

4次元定位放射線治療の基礎
科学研究費助成事業
2005年 - 2009年
白土 博樹, 金子 純一, 西山 修輔, 加藤 千恵次, 青山 英史, 関 興一, 鬼丸 力也, 西岡 健, 森田 浩一, 伊達 広行, 高田 英治, 富岡 智, 工藤 與亮, 小野寺 祐也, 神島 保, 鬼丸 力也, 清水 伸一, 作原 祐介, 大山 徳子, 阿保 大介, 田口 大志
2対のシンチレータBGOと位置検出型光電子増倍管とコリメータにて4次元(時空間)定位を可能とするポジトロン・エミッション位置決め装置FPELを開発し、ポジトロンエミッターの量がある値を超えると0.1mmの精度で5mm直径の45MeV電子線ビームの自動的照射が行われる制御が可能な、4次元定位電子線自動照射実験装置を完成した。同装置にて、ヒトの呼吸運動を擬して周期的に動く小動物を利用し、この小動物に植えた腫瘍に対する45MeV電子線ビームの4次元定位放射線治療を行い、金マーカーなしで、腫瘍近傍のポジトロン・エミッターからの信号だけで、腫瘍を制御することに成功し、4次元定位放射線治療の基礎が整った。
日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 17016002

パルス中性子透過分光撮影法を用いた新しいマテリアルキャラクタリゼーション法の開発
科学研究費助成事業
2005年 - 2007年
鬼柳 善明, 加美山 隆, 金子 純一, 富岡 智, 竹中 信幸, 古坂 道弘, 猪野 隆
パルス中性子を用いた中性子透過分光法によって得られる画像は、ピクセルごとに中性子断面積の情報を持っているため、これまでの中性子ラジオグラフィーと比べ、対象とするマテリアルの構造情報なども含んだ多くの情報を提供できる。特に、低エネルギー領域に現れるブラッグエッジは結晶構造を反映したものである。その位置のシフトによって歪みの大きさを評価することができる。本研究において屈曲させた鉄試料において、歪みの大きさを定量化できるとともに特定の結晶面で歪みが大きく現れることが明らかに示された。また、ブラッグエッジ付近の断面積の大きさの変化が、結晶粒の大きさと関係することを明らかにし、断面積の大きさと線形関係にあることを示した。さらに、鉄一鉄及びステンレスー鉄の溶接部付近の透過断面積は場所によって変化し、溶接部に近くなるに従って、鋭いブラッグエッジとなることが分った。このことは、結晶面の分布がより等方的になっていることを示唆している。一方、高エネルギー領域では、共鳴吸収を利用した画像が取得でき、元素分布測定や温度測定ができる可能性を示した。検出器素子開発として、Gdベースのシンチレータを用いた検出器を試作し画像を取得した。
このように、パルス中性子透過分光法では、単なる透過画像を取るだけの従来のラジオグラフィーと全く異なった、結晶構造、結晶粒の大きさなどマテリアルのテクスチュアに関係した内部情報を得ることができ、世界的にも注目されている。大型陽子加速器中性子源が稼働をはじめる時期でもあり、これからはより精密な測定が可能になる。この手法の全断面積情報に内包されているものを有効に利用して、より詳細なマテリアルキャラクタリゼーションができるよう、さらなる研究が望まれる。
日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 17206096

遺伝的アルゴリズムによる多電子系シュレディンガー方程式の解法
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2005年 - 2007年
富岡 智, 榎戸 武揚, 西山 修輔
分子の結合状態は原子核の周辺の電子の状態で決まり、この状態はシュレディンガー方程式と呼ばれる未知固有値を含む偏微分方程式によって表わされ、一般に、摂動を用いた近似的な数値解法が用いられる。本研究では、シュレディンガー方程式を積分表現し、電子の分布を表す波動関数を固有関数展開(既知の固有関数が任意の重みの重ね合わせ)を用い、その展開係数(重み)をシュレディンガー方程式が満足するように決定する。さらにこの固有関数群にある条件を満足するように選ぶことにより、領域積分を級数和に変換する手法を検討した。この方法では、通常の偏微分方程式の解法に必要な格子が不要であること、さらに領域積分も不要であることから、いずれの計算過程にも離散化による近似を含まないのが特徴である。展開係数の決定には、研究の前半では、生物の進化を模擬した遺伝的アルゴリズムを用いた。遺伝的アルゴリズムは、解探索アルゴリズムであり、展開係数を染色体とみなし、染色体の集合の中で方程式を満足しやすい個体同士により新たな子孫を生成し、最終的に方程式をほぼ満足する個体(展開係数)を決定する。これらの組合せにより、水素原子のような球対称のポテンシャルにおいて解を決定できることが示せた。また、電界中の水素原子のような非球対称問題についても、固有関数の積の領域積分が近似のない級数和へ変換可能なことを示した。さらに、遺伝的アルゴリズムを用いなくても、連立一次方程式として方程式を解く方法も判り、これにより高速な計算が可能となった。しかし、複数電子の問題までは残念ながら解決には至っていない。一方で、遺伝的アルゴリズムも染色体の定義域を自動的に変更できるアルゴリズムを開発した。これは、本研究での目的である非線形方程式の解法に限らず、不連続関数へのフィッティング問題でさえ、有効であることが判った。
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 17560049

相対論的電子ビームの共振器による非接触型時間プロファイルの計測
科学研究費補助金(奨励研究(A))
2000年 - 2001年
富岡 智
本研究の目的は、電子ビームから放出されるパルス状電磁界の時間プロファイル測定である。このパルスは2.85GHzの加速周波数とその高調波より構成されており、それらの複素スペクトルを測定すれば、元の時間プロファイルを決定できる。複素スペクトルとは各成分の振幅の絶対値と位相を表している。通常の計測法では、各成分の絶対値のみしか分からないが、二つの周波数成分を同時に計測し、さらに、この一方に移相器(遅波回路)を挿入することにより、二つの周波数成分間の位相差が計測できる。本研究では、この測定に、共振周波数を自由に選ぶことが出来、さらに複数の周波数成分を同時にフィルタリング(選択)することも出来る開放型共振器を採用した。開放型共振器には、電磁波の入射ポートを設け、大きな出力を得るために、出力検出用の四本のモノポールアンテナを直接共振器に挿入した。挿入した四本のアンテナは、各々、基本波(2.85GHz)、第二、第三、第四高調波を主として検出する位置に設置した。このうち、第四高調波は出力が弱く複素スペクトルの計測は不可能であった。これらのアンテナの内の、基本波の出力に移相器を挿入し、他の高調波成分の一つの出力と合成し、その位相遅れを計測した。また、各々の成分単体の出力を計測した。なお、入力ポートから各アンテナまでの位相遅れについても、同様の方法で計測し、各周波数成分は入力ポートにおける複素振幅に換算できる。以上により、基本波から第三高調波までではあるが、複素スペクトルを求め、加速器の時間プロファイルを求めることができた。この結果は、他の計測法との定量的な比較は行ってはいないが、定性的には妥当な結果を示していた。本来は、加速器からの放射電磁界は第五高調波程度まで延びているため充分な精度の計測はできなかったが、本研究で提案した複素スペクトルの計測法は、実現可能な手法であることが示された。
文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 12750373

電子ビーム微細構造パルス波形及びプロファイル複合計測法の研究
科学研究費助成事業
1998年 - 1999年
榎戸 武揚, 伊藤 裕康, 川口 秀樹, 富岡 智
本研究では、電子ビームの複合計測として、複数の計測手法についての研究を行い、ビーム緒パラメータの新たな測定法を提案した。以下にそれぞれの成果を示す。
1.定在波分布測定によるLINAC電子ビームの微細構造パルス幅計測法
定在波分布を用いる測定原理を提案し、その解析を行い、同時に実験でその有用性を検証した。定在波分布測定は、低い周波数帯域の伝送系と測定器で計測可能でありながら、極短パルス20ps程度の微細構造パルス幅を測定することを見出した。
2.電磁波計測による相対論的電子ビームの断面プロファイル推定
模擬信号生成系、カルマンフィルター、並列遺伝的アルゴリズムを用いた非接触実時間断面プロファイル計測システムを構築し、電子ビームの分布に対する系の応答等を求めた。その結果、一部不安定となる可能性が発見されたが、おおむね良好な断面プロファイル推定が可能となることを示した。
3.X線フレームカメラによるLINAC電子ビーム計測に関する空間分解能測定とその改善
LINAC電子ビームの2次元画像記録装置として、X線フレームカメラを用いることを目的とし、必要となるX線結像系の検討を行った。また、X線カメラの空間分解能測定として、ナイフエッジを用い得られる輝度分布から擬似的な3本線テストチャート出力を求める仮想テストチャート法を提案し、妥当性を評価した。空間分解能改善の方法として、外部磁場を積極的に利用しフォーカスする方法と感度分布フィルターを付加するだけにより感度の低下を抑えながら空間分解能を改善する手法を提案し、これら手法が有効であることを示した。
4.超高速度駒取りカメラの同時性改善
外部透明電極を付加した超高速度フレーミングカメラのシャッタリング特性の問題点を指摘し、その改善手法を提案し、数値シミュレーションにより有効性を示した。従来生じていた、MCP入力面での光電子の到達時刻のずれを30ps程度から、5ps以下に減少することができた。
以上、ライナックビームの時間、空間分布を、精度良く同時に測定できる測定法を提案し、確認した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 10450154

Measurement of infrared light　　　　　　　　　　　　　　　
1999年
競争的資金

Inverse problem using genetic algorithm　　　　　　　　　　　　　　　
1999年
競争的資金

相対論的電子ビームの非接触型プロファイルモニタの開発
科学研究費補助金(奨励研究(A))
1997年 - 1998年
富岡 智
今年度の研究成果を、信号取得に関するハードウェアと、信号処理に関する分散処理を行う逆問題解析ソフトウェアに分けて、以下に記す。・信号取得系(ハードウェア)昨年度評価を行ったスロットアンテナの他、今年度は、開放型共振器の試作・評価を線形加速器を用いて行った。開放型共振器の特徴として、鏡面間隔を実験をしながら変更することができ、複数の周波数を選択的に検出すること挙げられる。実験結果から昨年度行った解析と定性的に一致することが確認でき、さらに、その出力は十分であることが分かった。ただし、装置がスロットアンテナに比べて、若干大規模になるため、現在のところ、スロットアンテナとバンドパスフィルタを組み合わせた体系の方が有望である。また、バンドパスフィルタとの組合せにより、複数の周波数成分の位相差の検出の可能性を見出した。このことは、開放型共振器が断面内分布のみならず、軸方向分布のプロファイルモニターへの応用の可能性を示している。・信号処理系(ソフトウェア)昨年度、完成させた遺伝的アルゴリズムに加え、新たにカルマンフィルタ、疑似データ生成系を新たに作成し、総合評価を行った。カルマンフィルタによる測定誤差の軽減により、遺伝的アルゴリズムの推定の効率を高めることが確認できた。一方、ほぼ正しい推定はできているが稀に特異な解に収束する場合があらわれた。本システムは、推定すべきパラメータ数が測定データ数より多いため、評価関数により最適なものを選んでいるが、その評価関数の選び方にさらなる工夫が必要であることを示している。残念ながら、これについては今後の検討課題である。また、遺伝的アルゴリズムのさらに内側では、境界要素法を用いているが、この境界要素法の高精度化、開放領域問題への新たなアプローチを開発し、その成果を公表した。
文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 09750466

時間項を含むマクスウェル波動方程式の境界要素法における解の安定性に関する研究
科学研究費補助金(奨励研究(A))
1992年 - 1992年
富岡 智
文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 04855077

Relativistic electron beam measurement　　　　　　　　　　　　　　　
1992年
競争的資金

Plasma diagnostics using electromagnetic wave　　　　　　　　　　　　　　　
1990年
競争的資金

放射線計測システム
特許権, 加納 豊広, 金子 卓, 萩原 康正, 宮田 学, 富岡 智, 西山 修輔, 株式会社デンソー, 国立大学法人北海道大学
特願2010-276007, 2010年12月10日
特開2012-122962, 2012年06月28日
201203099047387679

放射線計測システム
特許権, 金子 卓, 加納 豊広, 宮田 学, 萩原 康正, 富岡 智, 西山 修輔, 株式会社デンソー, 国立大学法人北海道大学
特願2010-263973, 2010年11月26日
特開2012-112892, 2012年06月14日
201203030562144517

学士課程, 工学部

修士課程, 工学院

博士課程, 工学院