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Nuclear resonance fluorescence in U-238 using LaBr detectors for nuclear security

核セキュリティのためのLaBr検出器を用いた$$^{238}$$Uの核蛍光共鳴

早川 岳人; Negm, H.*; 大垣 英明*; 大東 出*; 紀井 俊輝*; Zen, H.*; Omer, M.* ; 静間 俊行; 羽島 良一

Hayakawa, Takehito; Negm, H.*; Ogaki, Hideaki*; Daito, Izuru*; Kii, Toshiteru*; Zen, H.*; Omer, M.*; Shizuma, Toshiyuki; Hajima, Ryoichi

近年、核セキュリティのために$$^{235}$$Uや$$^{239}$$Puなどの遮蔽された核分裂性同位体の非破壊測定法が提案されている。これらの同位体はレーザーコンプトン散乱(LCS)で生成された単色$$gamma$$線ビームによる核共鳴蛍光(NRF)で測定される。我々はLaBr$$_{3}$$(Ce)検出器を用いて、核共鳴蛍光で散乱された$$gamma$$線を測定することを提案している。LaBr$$_{3}$$(Ce)結晶は準安定な$$^{138}$$Laや、$$^{227}$$Acのようないくつかのアクチノイドからの$$alpha$$崩壊核種を含む。2MeV前後に広い丘が存在する。この丘はいくつかの$$alpha$$線のオーバーラップに起因すると考えられているが、その微細な構造は確定していない。そこで、我々はデューク大学のHIgS装置を用いて$$^{238}$$Uの2.5MeV近傍のNRFを測定した。バックグランドはシミュレーションコードGEANT4で計算した。9個のピーク(8個のNRFピークとLCS$$gamma$$線のコンプトン散乱)が2.5MeVの200keVの幅の領域に同定された。LaBr$$_{3}$$(Ce)検出器で測定した8個の積分NRF断面積は、HPGe検出器で測定した断面積と整合性があった。3個の新しいレベルがHPGeで測定された。そのうちの2個はLaBr$$_{3}$$(Ce)検出器でも測定された。

Recently, a nondestructive measurement method of shielded fissional isotopes such as $$^{235}$$U or $$^{239}$$Pu has been proposed for the nuclear security. These isotopes are measured by using nuclear resonance fluorescence (NRF) with monochromatic energy $$gamma$$-ray beams generated by laser Compton-scattering (LCS). We have proposed that one measure scattered $$gamma$$-rays from NRF with LCS $$gamma$$-ray beams using the LaBr$$_{3}$$(Ce) detectors. The LaBr$$_{3}$$(Ce) crystals include internal radioisotopes of a meta-stable isotope $$^{138}$$La and alpha decay chains from some actinides as $$^{227}$$Ac. There is a broad pump at about 2 MeV. This pump is considered to be an overlap of $$alpha$$-rays from decay chains of some actinides but its detailed structure has not been established. Here we have measured NRF spectra of $$^{238}$$U using the LCS $$gamma$$-rays with energy of about 2.5 MeV at the HIgS facility of the Duke University. The background has been evaluated using a simulation code GEAT4. The 9 peaks, 8 NRF $$gamma$$-rays plus the Compton scattered $$gamma$$-ray of the incident beam, are finally assigned in an energy range of about 200 keV at about 2.5 MeV. The 8 integrated NRF cross-sections measured by LaBr$$_{3}$$(Ce) have been consistent with results by an HPGe detector. The three levels are newly assigned using the HPGe detector. Two of them are also measured by LaBr$$_{3}$$(Ce).

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