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二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 稲垣 誠*; 吉田 剛*; Chiu, I.-H.; 工藤 拓人*; 浅利 駿介*; 千徳 佐和子*; 竹下 聡史*; 下村 浩一郎*; et al.
Scientific Reports (Internet), 14, p.1797_1 - 1797_8, 2024/01
被引用回数：0鋼の特性を決める上で重要な鋼中のC量は、鋼の生産技術に大きく左右される。このため、ミュオンを使って鋼のC含有量を非破壊で測定する新しい方法を提案する。この方法は、生産中の鋼の品質管理だけでなく、貴重な鋼製考古学的遺物の分析にも使えるかもしれない。負の電荷を持つミュオンは原子系を形成し、最終的には核に吸収されるか電子に崩壊する。ミュオンの寿命は、Fe原子かC原子に捕らわれるかによってかなり違い、ミュオン停止位置での元素含有量をミュオン寿命測定で特定できる。C/Feのミュオン捕獲確率とCの元素含有量の関係は直線的で、ミュオン寿命測定で鋼のC含有量を定量的に決められる。さらに、ミュオンの入射エネルギーを調整して、0.5mm厚の3種類の鋼板からなる積層サンプルの各層でミュオンを停止させ、0.20-1.03wt%の範囲でC含有量を深さ選択的に、サンプルを壊さずに決定することに成功した。
須山 賢也; 植木 太郎; 郡司 智; 渡邉 友章; 荒木 祥平; 福田 航大; 山根 祐一; 井澤 一彦; 長家 康展; 菊地 丈夫; et al.
Proceedings of 12th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC2023) (Internet), 6 Pages, 2023/10
2011年の福島第一原子力発電所の事故により発生した燃料デブリの臨界安全性評価において採用される手法の妥当性を臨界実験で得られたデータに基づいて検証するため、NRAからの委託により原子力機構は2014年から関連研究開発プロジェクトを実施している。このプロジェクトにおいては、i)燃料デブリの臨界特性の網羅的計算とデータベース化(燃料デブリ臨界マップの開発)、ii)新しい連続エネルギーモンテカルロコードの開発、iii)臨界事故の評価、iv)臨界安全性評価手法の検証実験のための臨界集合体STACYの改良などが行われている。前回のICNC2019以降、本プロジェクトは2024年5月に正式運転を開始するSTACYの改造やパワースペクトルに準拠した空間ランダム分布を持つ物質の臨界計算に適したモンテカルロコード「Solomon」の開発で大きな進展があった。本発表では、この研究開発プロジェクトの全体像と各技術トピックの状況について紹介する。
大澤 崇人; 長澤 俊作*; 二宮 和彦*; 高橋 忠幸*; 中村 智樹*; 和田 大雅*; 谷口 秋洋*; 梅垣 いづみ*; 久保 謙哉*; 寺田 健太郎*; et al.
ACS Earth and Space Chemistry (Internet), 7(4), p.699 - 711, 2023/04
被引用回数：4 パーセンタイル：93.95(Chemistry, Multidisciplinary)小惑星試料中の炭素をはじめとする主要元素の濃度は、地球上の生命の誕生や太陽系の進化について非常に重要な情報を与えてくれる。ミュオンX線を用いた元素分析は、固体物質の元素組成を決定する最も優れた分析方法の一つであり、特にバルク試料中の軽元素濃度を非破壊で測定できる唯一の方法である。我々は、探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから回収した貴重な微小試料中の炭素などの主要元素の濃度を測定するために、ミュオンX線を用いた新しい分析システムを開発した。この分析システムは、ステンレス製の分析チャンバー、クリーンな環境で小惑星サンプルを操作するためのアクリル製のグローブボックス、分析チャンバーを囲むように配置されたGe半導体検出器から構成されている。測定に重要なバックグラウンドレベルを含め、分析装置の性能は初期から後期まで大幅に向上した。フィージビリティスタディの結果、最新型のミュオンX線分析装置は、「はやぶさ2」のサンプルモデル中の炭素濃度を6日間の測定で10%以下の不確かさで決定できることがわかった。
X rays奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I. H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.
Physical Review Letters, 127(5), p.053001_1 - 053001_7, 2021/07
被引用回数：13 パーセンタイル：79.44(Physics, Multidisciplinary)超伝導遷移エッジ型センサーマイクロカロリメーターを用いて、鉄のミュー原子から放出される電子X線を観測した。FWHMでの5.2eVのエネルギー分解能により、電子特性
および
X線の非対称の広いプロファイルを約6keVの超衛星線線とともに観察することができた。このスペクトルは、電子のサイドフィードを伴う、負ミュオンと
殻電子による核電荷の時間依存スクリーニングを反映している。シミュレーションによると、このデータは電子殻および殻の正孔生成と、ミュオンカスケードプロセス中のそれらの時間発展を明確に示している。
, and COS吉田 剛*; 二宮 和彦*; 稲垣 誠*; 髭本 亘; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 三浦 太一*; 久保 謙哉*; et al.
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 320, p.283 - 289, 2019/05
被引用回数：4 パーセンタイル：41.24(Chemistry, Analytical)分子へのミュオン捕獲過程における価電子の役割をカスケード計算を補助的に用いることで求めた。低運動量ミュオン大気圧の期待標的に打ち込み、ライマンおよびバルマー系列のミュオンX線を測定することにより初期状態を求めた。この結果から、大きな軌道角運動量を持つ軌道への捕獲に際しては炭素中の孤立した対電子が大きな役割を果たしていることを提案した。
二宮 和彦*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 長友 傑*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 喜多 真琴*; 篠原 厚*; et al.
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 319(3), p.767 - 773, 2019/03
被引用回数：12 パーセンタイル：80.27(Chemistry, Analytical)Per-atom muon capture ratios are precisely determined from characteristic muonic X-ray measurements of three nitrogen oxide samples (NO, NO, and NO) at pressures below 100 kPa. A higher density of covalent electrons at the N atoms relative to the O atoms is required if we explain the experimental results using the proposed muon capture models. From molecular orbit calculations, we found that the electron distributions of only the highest occupied molecular orbitals (HOMO) are dominant at the N atoms, and the electrons in the HOMO significantly contribute to the muon capture phenomena in the nitrogen oxide molecules.
Strasser, P.*; 阿部 充志*; 青木 正治*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 勝彦*; et al.
EPJ Web of Conferences, 198, p.00003_1 - 00003_8, 2019/01
被引用回数：13 パーセンタイル：99.06(Quantum Science & Technology)High precision measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium is a stringent tool for testing bound-state quantum electrodynamics (QED) theory, determining fundamental constants of the muon magnetic moment and mass, and searches for new physics. Muonium is the most suitable system to test QED because both theoretical and experimental values can be precisely determined. Previous measurements were performed decades ago at LAMPF with uncertainties mostly dominated by statistical errors. At the J-PARC Muon Science Facility (MUSE), the MuSEUM collaboration is planning complementary measurements of muonium HFS both at zero and high magnetic field. The new high-intensity muon beam that will soon be available at H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation for high-field measurements, and the latest results at zero field are presented.
杉山 純*; 梅垣 いづみ*; 野崎 洋*; 髭本 亘; 濱田 幸司*; 竹下 聡史*; 幸田 章宏*; 下村 浩一郎*; 二宮 和彦*; 久保 謙哉*
Physical Review Letters, 121(8), p.087202_1 - 087202_5, 2018/08
被引用回数：18 パーセンタイル：74.47(Physics, Multidisciplinary)Using an intense negative muon source, we have studied the internal magnetic fields in a powder sample of magnesium hydride. By extracting the signal from the negative muon captured on Mg nuclei, we found that the negative muon spin rotation and relaxation spectra clearly showed a Kubo-Toyabe type relaxation, which indicates a random magnetic field at the Mg site. The field distribution width obtained is very consistent with the predicted value at the Mg site estimated by dipole field calculations, supporting our claim to have observed the nuclear magnetic fields of hydrogens in magnesium hydride.
上野 恭裕*; 青木 正治*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 勝彦*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; et al.
Hyperfine Interactions, 238(1), p.14_1 - 14_6, 2017/11
被引用回数：3 パーセンタイル：86.59(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)MuSEUM is an international collaboration aiming at a new precise measurement of the muonium hyperfine structure at J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). Utilizing its intense pulsed muon beam, we expect a ten-fold improvement for both measurements at high magnetic field and zero magnetic field. We have developed a sophisticated monitoring system, including a beam profile monitor to measure the 3D distribution of muonium atoms to suppress the systematic uncertainty.
Strasser, P.*; 青木 正治*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 勝彦*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; et al.
Hyperfine Interactions, 237(1), p.124_1 - 124_9, 2016/12
被引用回数：7 パーセンタイル：90.97(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)At the Muon Science Facility (MUSE) of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex), the MuSEUM collaboration is planning new measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium both at zero field and at high magnetic field. The previous measurements were performed both at LAMPF (Los Alamos Meson Physics Facility) with experimental uncertainties mostly dominated by statistical errors. The new high intensity muon beam that will soon be available at MUSE H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation, and the results of a first commissioning test experiment at zero field are presented.
伊藤 孝; 髭本 亘; 二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036014_1 - 036014_5, 2015/09
We report on negative muon beam imaging at J-PARC MUSE using a newly-developed online muon beam profile monitor. A beam spot of a 3.8-MeV pulsed negative muon beam was clearly visualized in a few minutes. Decay electron background was significantly reduced owing to high-speed gating capability of a gated image intensifier installed in the muon beam profile monitor. A 3D map of negative muon intensity distribution was obtained at around the beam exit in the D2 experimental area, using a movable feature of this instrument.
大澤 崇人; 二宮 和彦*; 吉田 剛*; 稲垣 誠*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 三宅 康博*
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.025003_1 - 025003_6, 2015/09
J-PARC Materials and Life Science Experimental Facilityに設置するための新たなミュオン捕獲蛍光X線分析装置を開発した。本報告では隕石, 標準岩石に関する予備的実験結果に関して報告する。本装置は偏向電磁石を用いて斜め下にビームを曲げる機構を有し、Ge検出器は鉛遮蔽で覆う構造を持つ。真空チェンバーはアルミ製である。実験の結果バックグラウンドの大幅な低減が確認され、隕石中の主要元素を全て非破壊で検出することに成功した。
反保 元伸*; 濱田 幸司*; 河村 成肇*; 稲垣 誠*; 伊藤 孝; 小嶋 健児*; 久保 謙哉*; 二宮 和彦*; Strasser, P.*; 吉田 剛*; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036016_1 - 036016_6, 2015/09
We developed a low-background muonic X-ray measurement system for nondestructive elemental depth-profiling analysis. A test experiment was performed using a multi-layered sample (34-
m Al/140-m C/70-m Cu/500m LiF) and characteristic muonic X-rays from C, Cu, and F in the sample were successfully identified. A comparison was made between the relative intensity of the characteristic muonic X-rays and simulated muon depth profiles for several muon implantation energies.
二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 長友 傑*; 髭本 亘; 伊藤 孝; 河村 成肇*; Strasser, P.*; 下村 浩一郎*; 三宅 康博*; 鈴木 栄男*; et al.
Analytical Chemistry, 87(9), p.4597 - 4600, 2015/05
被引用回数：28 パーセンタイル：71.03(Chemistry, Analytical)Elemental analysis of materials is fundamentally important to science and technology. Many elemental analysis methods have been developed, but three-dimensional nondestructive elemental analysis of bulk materials has remained elusive. Recently, we developed a nondestructive depth-profiling elemental analysis method after a decade of research. This new method utilizes a new type of probe; a negative muon particle and high-energy muonic X-rays emitted after the muon stops in a material. We performed elemental depth profiling on an old Japanese gold coin (Tempo-Koban) using a low-momentum negative muon beam and successfully determined that the Au concentration in the coin gradually decreased with depth over a micrometer length scale.
寺田 健太郎*; 二宮 和彦*; 大澤 崇人; 橘 省吾*; 三宅 康博*; 久保 謙哉*; 河村 成肇*; 髭本 亘; 土山 明*; 海老原 充*; et al.
Scientific Reports (Internet), 4, p.5072_1 - 5072_6, 2014/05
被引用回数：45 パーセンタイル：82.6(Multidisciplinary Sciences)X線の発見以来、人類は物体を透視する新たな目を獲得した。物体内部の密度分布を知ることのできる、X線ラジオグラフィと呼ばれるこの透視検査法は広範な領域で応用されている。近年、J-PARCにおいて強力なバルスミュオンビームが生成可能となり、これは新たな分析化学の領域を切り開くことができるツールである。本論文で我々はミュオン捕獲を利用した非破壊分析を報告する。我々はミュオンの運動量を報告する制御することで、mmオーダーで物体の軽元素深さ分布分析に成功し、有機物を含む隕石の分析にも成功した。今、ミュオンラジオグラフィという新たな目の利用が始まった。
深谷 洋行; 須山 賢也; 薗田 暁; 大久保 清志; 梅田 幹; 内山 軍蔵
JAEA-Research 2013-020, 81 Pages, 2013/10
JAEA-Research-2013-020.pdf:3.81MB
日本原子力研究開発機構が原子力安全基盤機構から受託した事業「平成20-23年度軽水炉燃焼燃料の核分裂生成核種組成測定試験」において、燃焼率評価に必要な元素の1つであるネオジムを対象とした2種類の手法による定量結果に差異が生じた。使用済燃料中の核分裂生成核種組成の測定は重要な基盤技術であり、また、福島第一原子力発電所事故に対応する技術として今後も継続的に発展させる必要があるため、確度の高いデータの取得及び定量結果の差異の原因究明を目的としたフォローアップ測定を実施した。測定の結果、ネオジムについては5試料のうち2試料で、また、核分裂生成核種の一部については5試料すべての定量結果の修正が必要であることがわかった。本報告は、本フォローアップ測定において実施した作業及び測定結果についてまとめたものである。
大木 繁夫; 永沼 正行; 大久保 努; 田中 健哉
Journal of Nuclear Science and Technology, 50(1), p.59 - 71, 2013/01
被引用回数：6 パーセンタイル：44.02(Nuclear Science & Technology)As an alternative method to the homogeneous minor actinide (MA) recycling in fast breeder reactors, a heterogeneous MA loading core concept using a highly concentrated americium (Am)-containing fuel (Am target) is proposed. The Am content (with a small amount of curium) in the heavy metal is assumed to range from 10 to 20 wt% in accordance with the target development scope. A mixed oxide fuel that contains uranium, plutonium, and neptunium is chosen as the base material of the target, so that the targets can generate a level of power equivalent to that of the driver fuels. It was found that a ring-shaped arrangement of Am targets between the inner and outer core regions exhibits a favorable MA transmutation performance without any significant deterioration in the core neutronic characteristics, in comparison with those of a reference homogeneous MA loading case. It should be noted that the Am targets in this loading arrangement can contribute to the suppression of the core power distribution change along with burnup. A series of core designs, including core neutronics, thermal hydraulics, and fuel integrity evaluations, was also carried out for a representative Am target loading case. The design feasibility of the heterogeneous target loading core has been enhanced.
二宮 和彦; 長友 傑*; 久保 謙哉*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 喜多 真琴*; 篠原 厚*; Strasser, P.*; 河村 成肇*; 下村 浩一郎*; et al.
Bulletin of the Chemical Society of Japan, 85(2), p.228 - 230, 2012/02
被引用回数：29 パーセンタイル：61.4(Chemistry, Multidisciplinary)負ミュオンが物質中に停止しミュオン原子が形成すると、高エネルギーで透過力の強いミュオン特性エックス線が放出される。本研究ではミュオン特性エックス線測定による非破壊元素分析技術の開発を行った。元素の構成比が既知の青銅の標準試料に対して負ミュオンの照射を行い、ミュオン原子が形成した後に放出されるミュオン特性エックス線の強度から、青銅に含まれる元素構成を決定するための検量線を作成した。この関係を用いて成分が未知の中国の古銭について負ミュオンの照射を行い、得られたミュオン特性エックス線スペクトルから古銭の元素の構成比を非破壊で決定した。
大久保 清志*; 須山 賢也; 内山 軍蔵
Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 6 Pages, 2011/12
日本では原子炉サイトに貯蔵されている使用済燃料量は増大を続けている。このような状況に対応するため、使用済燃料の臨界安全管理に燃焼に伴う反応度の低下を考慮することが検討されている。これを燃焼度クレジットと言う。ウラン及びプルトニウムのみを考慮した燃焼度クレジットに核分裂生成物の蓄積に伴う負の反応度効果が適用されれば、同じ施設で扱うことのできる燃料集合体の量は増加する。本研究では、核分裂生成物の反応度効果は、溶液及び非均質体系のどちらにおいても使用済燃料の燃焼度にほぼ線形の相関を有することを明らかにした。選択された核分裂生成物の反応度効果は、溶液体系においては20-25%の燃焼度増加、非均質体系においては30-35%の燃焼度増加にそれぞれ等価である。このことはまた、核分裂生成物を安全裕度として考えるのであれば、もしウラン及びプルトニウムのみを考慮した燃焼度クレジットが採用されるなら、20%の燃焼度評価誤差は許容可能であることを示している。
須山 賢也; 村崎 穣*; 大久保 清志; 中原 嘉則*; 内山 軍蔵
Annals of Nuclear Energy, 38(5), p.930 - 941, 2011/05
被引用回数：13 パーセンタイル：69.64(Nuclear Science & Technology)核燃料サイクルや原子炉物理の研究にとって使用済燃料同位体組成データは不可欠である。日本原子力研究開発機構(JAEA)はPWRやBWR燃料のそれらのデータの取得を行っており、幾つかのそれらのデータは既に公刊され、使用済燃料同位体組成データベースSFCOMPOに登録され、計算コードやライブラリの国際的なベンチマークに使用されてきた。本論文では、日本のPWRである大飯1号及び大飯2号で照射された燃料に対する照射後試験データが示される。大飯2号のデータは既に公開されていたが、幾つかの重要な仕様データが未公開であったため、コードやライブラリのベンチマークには適していなかった。この論文では、大飯1号及び大飯2号のPIEデータの詳細をまとめるとともに、同位体組成の評価に必要なデータが詳細に述べられる。詳細な燃焼解析のためにPIEサンプルの燃焼度が再評価された。これらのPIEデータはSWAT2.1コードで解析され、その結果は実験値と良い一致を見せた。このことは、大飯1号及び大飯2号からのPIEデータは高い品質を有しており、燃焼計算コードシステムのベンチマークに適していることを示している。
