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論文

Effects of $$gamma$$-ray polarization in NRF-based nondestructive assay of nuclear materials

Omer, M.; 羽島 良一*; 静間 俊行*; 小泉 光生

Proceedings of INMM 58th Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2017/07

核共鳴蛍光(NRF)は、核の電気双極子励起および/または磁気双極子励起が起こるプロセスである。これらの励起はそれぞれの原子核の固有のシグネチャであるため、NRFは核物質の非破壊検知出と分析・測定のための実用的なツールを提供する。偏極$$gamma$$線ビームを使用すると、原子核の励起の性質を区別することは容易である。散乱角90$$^{circ}$$では、電気双極子励起は偏光面に対して垂直に放射されるが、磁気双極子励起は入射ビーム偏光と同じ平面内で放射される。対照的に、原子との他の$$gamma$$線相互作用は、入射ビームの偏光に関して異なる応答を示すことがある。例えば、弾性散乱は入射ビームの偏光方向において他の方向より約60%低い放射強度を与えることが期待される。光子エネルギーに基づいてNRFと弾性散乱とを分離することができないので、この事実は、NRF技術の感度に大きな影響を及ぼす。我々は、2.04MeVのエネルギーを有する100%直線偏光$$gamma$$線を用いて行った$$^{238}$$Uにおける光子散乱実験の結果について、弾性散乱が入射ビームの偏光にどのように応答するかを実証する。したがって、我々は、NRF測定における入射光子の偏光の影響を解決することができる。

論文

Simulation of the elastic scattering contributions to the NRF-based nondestructive assay of nuclear materials

Omer, M.; 羽島 良一*; Angell, C.*; 静間 俊行*; 早川 岳人*; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Proceedings of INMM 57th Annual Meeting (Internet), 9 Pages, 2016/07

核種の核共鳴蛍光反応過程で放出される核種固有の$$gamma$$線は、核物質の非破壊検知及び測定の非常に良い方法を提供する。われわれは、$$gamma$$線非破壊検知及び測定に関連する技術を開発している。核共鳴蛍光反応をシミュレートするモンテ・カルロコードは非破壊測定装置の設計及び評価において不可欠なものである。われわれは、そのため、Geant4コードをベースとするシミュレーションコードNRFGeant4を開発している。核共鳴蛍光反応実験においては、一般に高濃度測定対象物が使われる。この場合は核共鳴蛍光反応$$gamma$$線が強く、測定しやすいためである。それに対して実際の状況では、測定したい(興味のある)核種が小さい組成比でしか含まれていないことがある。このような状況では、核共鳴蛍光反応$$gamma$$線の測定が、他の反応(例として、(核共鳴反応と同じような)弾性散乱)からの影響を受けて困難となる。例えば、典型的な核燃料のペレットは90%程度の$$^{238}$$Uを母材として含むが、測定対象として興味のある$$^{239}$$Puは約1%以下の割合でしか含まれていない。このような場合、$$^{239}$$Puからの核共鳴蛍光$$gamma$$線の測定においては、$$^{238}$$Uの弾性散乱からの強い$$gamma$$線バックグランドが発生することとなる。それゆえ、母材の弾性散乱($$gamma$$線)強度を評価することは、測定しようとする(興味のある)核種の正確な測定においては不可欠なこととなる。現段階においては、弾性散乱の満足のゆく評価は(ある計算を除いて)できていない。われわれのこの研究では、弾性散乱事象を取込むように、シミュレーションコードの高度化を行っている。

口頭

Validating elastic scattering of polarized $$gamma$$-rays

Omer, M.; 静間 俊行*; 羽島 良一*; Angell, C.*

no journal, , 

米国デューク大学でレーザーコンプトン後方散乱によって生成された直線偏光$$gamma$$線を用いて弾性散乱実験を行った。高純度Ge検出器を用いて、2MeVのエネルギーの光子のウランターゲットによる弾性散乱を測定した。本測定結果を、核共鳴蛍光散乱による同位体同定の感度改善のためのシミュレーション計算に用いる。本講演では、偏光$$gamma$$線の弾性散乱断面積の検証結果について報告する。この結果は、核共鳴蛍光散乱による同位体の同定の感度を改善するのに役立つ。

口頭

Improving Geant4 coherent scattering by adding nuclear Thomson and Delbr$"u$ck Processes

Omer, M.; 羽島 良一*

no journal, , 

Gean4($$gamma$$線シュミュレーションコード)に、コヒーレント散乱として現在考慮されていない物理過程を追加することを提案する。Geant4における$$gamma$$線コヒーレント散乱または弾性散乱の取り扱いは、Reyleigh (R)プロセスのみで弾性散乱全体がカバーされるものとなっている。しかし、それに競合するプロセスとして原子核Thomson(NT)プロセスやDelbr$"u$ck(D)プロセスがあり、それらを加えた散乱振幅およびそれらの干渉についても考慮する必要がある。そこで、Rの振幅を散乱行列計算に基づいて準備するとともに、D振幅は最低次のBorn近似に基づいたものを準備した。また、NTには、解析的方程式を用いた。このシミュレーションは、核共鳴蛍光散乱を利用する核物質の非破壊測定の全体プロセスをシミュレーションする場合には不可欠である。

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