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論文

Isotope-selective microscale imaging of radioactive Cs without isobaric interferences using sputtered neutral mass spectrometry with two-step resonant ionization employing newly-developed Ti:Sapphire lasers

坂本 哲夫*; 森田 真人*; 金成 啓太*; 富田 英生*; Sonnenschein, V.*; 齊藤 洸介*; 大橋 雅也*; 加藤 弘太郎*; 井口 哲夫*; 河合 利秀*; et al.

Analytical Sciences, 34(11), p.1265 - 1270, 2018/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Chemistry, Analytical)

Characterization of radionuclides in Fukushima is important to determine their origins and current state in the environment. Radionuclides exist as fine particles and are mixed with other constituents. A measurement method with both micro-imaging capability and highly selective element detection is necessary to analyze these particles. We developed such an imaging technique using a time-of-flight secondary ion mass spectrometry and wavelength tunable Ti:Sapphire lasers for resonance ionization of target elements without mass interference. This is called resonant laser ionization sputtered neutral mass spectrometry. The instrument has high lateral resolution and higher ionization selectivity using two-step resonance excitation of Cs with two lasers at different wavelengths. Optimization of the wavelength for resonance ionization using a Cs compound was performed, and a real environmental particle containing radioactive Cs was analyzed. Isotope images of three kinds of Cs were successfully obtained without interfere from Ba isotopes for the first time.

論文

The Laser and optical system for the RIBF-PALIS experiment

園田 哲*; 飯村 秀紀; Reponen, M.*; 和田 道治*; 片山 一郎*; Sonnenschein, V.*; 高松 峻英*; 富田 英生*; 小島 隆夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 877, p.118 - 123, 2018/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:30.45(Instruments & Instrumentation)

理化学研究所の不安定核ビーム施設(RIBF)では、低エネルギー(~40keV)の不安定核イオンビームを生成するために、レーザーイオン源(PALIS)を建設中である。このイオン源は、Arガス中に捕獲された不安定核の中性原子に、波長の異なる2本のレーザービームを照射し、不安定核原子を2段階で共鳴イオン化する。しかるに、レーザー装置とイオン源は約70m離れており、しかも実験中は放射線強度が高いためにイオン源周辺に近づけない。そこで、レーザービームを長距離輸送する、遠隔操作が可能な光学システムを開発した。開発したシステムを試験した結果、レーザービームの位置は安定しており、紫外域で50%程度の輸送効率があることから、不安定核の実験に有用であることが確認された。

論文

A Study on fast digital discrimination of neutron and $$gamma$$-ray for improvement neutron emission profile measurement

内田 雄大*; 高田 英治*; 藤崎 明広*; 磯部 光孝*; 小川 国大*; 篠原 孝司; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11E118_1 - 11E118_4, 2014/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:75.42(Instruments & Instrumentation)

Neutron and $$gamma$$-ray discrimination with a digital signal processing system has been used to measure the neutron emission profile in magnetic confinement fusion devices. However, a sampling rate must be set low to extend the measurement time because the memory storage is limited. Time jitter decreases a discrimination quality due to a low sampling rate. As described in this paper, a new charge comparison method was developed. Furthermore, automatic neutron-$$gamma$$ discrimination method was examined using a probabilistic approach. Analysis results were investigated using the figure of merit. Results show that the discrimination quality was improved. Automatic discrimination was applied using the EM algorithm and k-means algorithm.

論文

Fast neutron detection under intense $$gamma$$-ray fields with novel nuclear emulsion technique

石原 康平*; 高木 恵輔*; 湊 春奈*; 河原林 順*; 富田 英生*; 前田 茂貴; 中 竜大*; 森島 邦博*; 中野 敏行*; 中村 光廣*; et al.

Radiation Measurements, 55, p.79 - 82, 2013/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

原子核乾板を用いた高$$gamma$$線下での中性子測定に向け、新規に開発を進めている原子核乾板について$$gamma$$線に対する乾板応答シミュレーション結果と実験結果との比較により、潜像が現像されるには付与エネルギーに閾値が存在する可能性が示唆され、$$gamma$$線に対する感度を低減するためにAgBr結晶粒径微細化が有用であることがわかった。新型乾板の中性子と$$gamma$$線の感度を比較し、$$gamma$$/n比8桁で測定できる可能性を得た。

論文

Development of a resonant laser ionization gas cell for high-energy, short-lived nuclei

園田 哲*; 和田 道治*; 富田 英生*; 坂本 知佳*; 高塚 卓旦*; 古川 武*; 飯村 秀紀; 伊藤 由太*; 久保 敏幸*; 松尾 由賀利*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 295, p.1 - 10, 2013/01

 被引用回数:18 パーセンタイル:9.8(Instruments & Instrumentation)

ガスセル中でのレーザー共鳴イオン化を用いた新しいタイプのイオン源を開発した。このイオン源は、ガスセル中に入射した放射性核種の原子を、レーザーでイオン化して、オンラインで質量分離するためのものである。このイオン源の特長は、ガスセルからイオンを引き出す出口に六極イオンガイドを付けて差動排気することにより、同位体分離装置を高真空に保ちながらガスセルの出口径を大きくした点にある。これによって、ガス中でイオン化されたイオンの引出し時間が短くなり、より短寿命の放射性核種の分離が可能となった。このイオン源は、理化学研究所の放射性イオンビーム施設(RIBF)で使用される予定である。

論文

Development of neutron measurement in intense $$gamma$$ field using new type of nuclear emulsion

河原林 順*; 石原 康平*; 高木 恵輔*; 富田 英生*; 井口 哲夫*; 中 竜大*; 森島 邦博*; 前田 茂貴

Journal of ASTM International (Internet), 9(3), 5 Pages, 2012/03

新しい原子核乾板法を用いた高$$gamma$$線下での中性子測定法の開発を行っている。中性子照射実験により新型原子核乾板の検出感度曲線(阻止能-銀粒子密度の関係)を求め、その検出感度曲線を用いてモンテカルロシミュレーションによる$$gamma$$線飛跡シミュレーションを行った。さらに、$$gamma$$線照射実験によりシミュレーションの妥当性を評価した。銀粒子径を60$$mu$$mにすることで、中性子と$$gamma$$線の感度比が向上し、中性子エネルギースペクトル測定が可能となる見通しを得た。

口頭

核融合実験炉における燃料密度比測定用多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータの適用検討

湯川 恭平*; 浅井 啓輔*; 富田 英生*; 井口 哲夫*; 岩井 春樹*; 河原林 順*; 今野 力

no journal, , 

プラズマ中の燃料密度比(重水素Dと三重水素Tの密度比)はDT核融合炉のプラズマ燃焼制御において不可欠なパラメータであり、プラズマより発生するDT中性子(14.1MeV)とDD中性子(2.45MeV)の強度比より算出できるが、DD中性子発生率はDT中性子の約1/200と低く、微量なDD中性子検出がカギである。本研究では中性子散乱体で散乱した中性子を飛行時間法で測定する多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータの開発を行っている。中性子散乱体中の水素原子核はDD中性子に対し大きな弾性散乱断面積を持つため(DT中性子に対する弾性散乱断面積の約3倍)、微量なDD中性子検出の一助となる。これまで加速器DT中性子源を用いDT中性子中の微量DD中性子検出を行った。その結果、$$gamma$$線起因の偶然同時計数がバックグラウンドとなりDD/DT中性子強度比の精度を悪化させていたため、中性子-$$gamma$$線弁別を用いたシステム改善を行った。今回は本スペクトロメータをITER搭載時に予測されるサンプリングタイム,測定精度を評価した。その結果、ITER最高出力時に要求測定精度20%に対しサンプリングタイム2秒程度ならば適用可能であるという見通しを得た。

口頭

LHD重水素実験に向けた高速イオン診断用中性子スペクトロメータの開発

富田 英生*; 岩井 春樹*; 井口 哲夫*; 河原林 順*; 磯部 光孝*; 今野 力

no journal, , 

本研究グループでは、重水素プラズマ実験における、高速イオンの速度分布測定のための2.5MeV中性子スペクトロメータとして共役粒子同時計数型中性子スペクトロメータを開発している。本システムは、中性子-水素原子核弾性散乱の共役粒子である反跳陽子.散乱中性子のエネルギーをそれぞれ反跳陽子テレスコープ法.二結晶型飛行時間法により測定し、それらを足し合わせることで、入射中性子のエネルギーを求めるものである。NBI加熱されたLHD重水素プラズマより放出される中性子エネルギースペクトルのモデル計算より、DD核融合中性子ピークの半値幅は約7%程度であり、これよりも分解能の良いスペクトロメータが必要とされることを明らかにした。また、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設(FNS)の準単色DD中性子源を用いて、本検出器の基本性能を調べ、エネルギー分解能7%.検出効率3.3$$times$$$$10^{-7}$$counts/neutronを達成していることを確認した。

口頭

AgBr結晶粒径微細化による原子核乾板の$$gamma$$線・中性子に対する感度制御

石原 康平*; 高木 恵輔*; 河原林 順*; 富田 英生*; 中 竜大*; 浅田 貴志*; 森島 邦博*; 中村 光廣*; 久下 謙一*; 前田 茂貴; et al.

no journal, , 

原子核乾板を用いた高$$gamma$$線下での中性子測定にむけ、新規に開発を進めている原子核乾板について$$gamma$$線に対する乾板応答シミュレーション結果と実験結果との比較により、潜像が現像されるには付与エネルギーに閾値が存在する可能性が示唆され、$$gamma$$線に対する感度を低減するためにAgBr結晶粒径微細化が有用であることがわかった。

口頭

新型原子核乾板を用いた高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,1; 全体概要

河原林 順*; 前田 茂貴; 高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 森島 邦博*; 井口 哲夫*

no journal, , 

中性子ビームの利用の広がりとともに高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子計測の高度化が求められている。われわれのグループでは原子核乾板に着目し、AgBr結晶粒径を制御することにより、中性子起因反跳陽子の検出効率を落とすことなく$$gamma$$線起因電子の検出効率を下げることに成功している。本発表では、中性子のエネルギー情報を保持している反跳陽子飛跡長の解析手法について、シリーズ発表の全体の概略を説明するとともに、新型乾板における飛跡の形状について報告する。

口頭

新型原子核乾板を用いた高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,2; 反跳陽子飛跡認識アルゴリズムの開発

高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*; 森島 邦博*; 前田 茂貴; 松本 哲郎*

no journal, , 

$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定に向けて新たに開発した原子核乾板では、$$gamma$$線感度を抑制するために粒径100nm程度のArBr結晶を用いている。中性子及び$$gamma$$線を照射した新型原子核乾板には、銀粒子が離散的に連なって構成された中性子起因反跳陽子飛跡と、バックグラウンドとなる$$gamma$$線起因の銀粒子が記録される。そこで、反跳陽子飛跡の抽出に適した飛跡抽出アルゴリズムを開発し、その特性を評価した。

口頭

新型原子核乾板を用いた高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,3; アンフォールディングによる中性子スペクトル評価

前田 茂貴; 高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*

no journal, , 

$$gamma$$線感度を制御した新型乾板を作成し、高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法を開発している。原子核乾板には中性子起因の反跳陽子による飛跡が記録される。反跳陽子の飛跡長は中性子のエネルギーに依存することから、その応答関数を評価し、飛跡長から中性子エネルギースペクトルをアンフォールディングによって評価できることを示す。

口頭

中性子ドシメトリに向けたガスジェットレーザー共鳴イオン化質量分析法に基づく$$^{rm 93m}$$Nb微量分析法の開発,1; チタンサファイアレーザーを用いたNb共鳴イオン化実験

坂本 知佳*; 高塚 卓旦*; Sonnenchein, V.*; 富田 英生*; 園田 哲*; 三田 浩希*; 能任 琢真*; 足立 義貴*; 伊藤 主税; 前田 茂貴; et al.

no journal, , 

原子炉安全性評価のための高速中性子の長期化積算線量評価に有用な$$^{rm 93m}$$Nbと$$^{93}$$Nbの存在比測定に向けた核異性体選択的共鳴イオン化質量分析法の開発に向けて、チタンサファイアレーザーを用いた真空中でのNb共鳴イオン化実験を行った。中性子ドシメトリのための$$^{rm 93m}$$Nb微量分析に対し、注入同期Ti:Saレーザーを用いたRIMSを行うことを念頭に、Ti:Saレーザーを用いてNb共鳴イオン化を試みた結果、Nbの真空中共鳴イオン化を確認した。さらにTi:Saレーザーのスペクトル線幅を抑制した場合では、超微細分裂によるピークのゆがみも確認された。今後は二色二段のイオン化スキームを用いた共鳴イオン化実証実験を行う予定である。

口頭

AgBr結晶粒径微細化原子核乾板における$$gamma$$線・中性子に対する感度の温度依存性評価

石原 康平*; 河原林 順*; 富田 英生*; 中 竜大*; 浅田 貴志*; 森島 邦博*; 中村 光廣*; 前田 茂貴; 井口 哲夫*

no journal, , 

本研究では、原子炉の使用済燃料周辺等における高$$gamma$$線環境下での中性子測定に向けて、新型の原子核乾板NGITA(Neutron-Gamma Image TrAcker)の開発を行っている。原子核乾板の利用では、高温の状態で潜像退行を起こしやすいという特徴があるため、今回はNGITA乾板の$$gamma$$線・中性子に対する感度の温度依存性を実験により評価した。その結果、乳剤の持つ潜像退行性により、少なくとも30$$^{circ}$$C以上の環境では中性子の検出効率が低下することを確認した。

口頭

$$gamma$$線下での中性子計測のための新型原子核乾板現像条件の最適化検討

石原 康平*; 坂井 陽介*; 河原林 順*; 富田 英生*; 中 竜太*; 浅田 貴志*; 森島 邦博*; 中村 光廣*; 前田 茂貴; 井口 哲夫*

no journal, , 

$$gamma$$線環境下での中性子スペクトル測定手法として、新型原子核乾板とそのデータ処理方法を開発している。本報告では、新型原子核乾板NGITA(Neutron-Gamma Image TrAcker)について、最適な現像条件の検討を行った。現像液温度を20$$^{circ}$$Cから10$$^{circ}$$Cに下げることで、中性子に対する感度を維持したまま$$gamma$$線に対する感度を約1/10に抑制することができた。

口頭

高速中性子測定のための原子核乾板自動解析法の開発

坂井 陽介*; 湊 春奈*; 石原 康平*; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*; 中 竜大*; 浅田 貴志*; 森島 邦博*; 中野 敏行*; et al.

no journal, , 

$$gamma$$線環境下での中性子スペクトル測定手法として、新型原子核乾板とそのデータ処理方法を開発している。荷電粒子の3次元飛跡を記録できる原子核乾板を用いた高速中性子測定では、乾板中の水素原子核と中性子の弾性散乱によって生成される反跳陽子の飛跡を解析することで、入射中性子エネルギースペクトルなどの情報が得られる。そこで、原子核乾板内反跳陽子飛跡の高速自動解析法の開発を行っている。14MeV中性子を用いた基礎実験により、目視と自動解析により得られた反跳陽子飛跡長分布がモデル計算結果とおよそ一致することを確認した。

口頭

原子核乾板を用いた高速中性子測定のための反跳陽子飛跡自動解析法の開発

坂井 陽介*; 湊 春奈*; 石原 康平*; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*; 中 竜大*; 浅田 貴志*; 森島 邦博*; 中野 敏行*; et al.

no journal, , 

$$gamma$$線環境下での中性子スペクトル測定手法として、新型原子核乾板とそのデータ処理方法を開発している。荷電粒子の3次元飛跡を記録できる原子核乾板を用いた高速中性子測定では、乾板中の水素原子核と中性子の弾性散乱によって生成される反跳陽子の飛跡を解析することで、入射中性子エネルギースペクトルなどの情報が得られる。そこで、原子核乾板内反跳陽子飛跡の高速自動解析法の開発を行っている。14MeV中性子を用いた基礎実験により、目視と自動解析により得られた反跳陽子飛跡長分布がモデル計算結果とおよそ一致することを確認した。

口頭

加速器中性子源によるシンチレーティング光ファイバーに基づく高速中性子指向性検出器の開発

林 翔太*; 高田 英治*; 磯部 光孝*; 小川 国大*; 河原林 順*; 富田 英生*; 井口 哲夫*; 佐藤 聡

no journal, , 

核融合プラズマにおける中性子発生プロファイルの空間的、時間的挙動を測定するため、シンチレーション ファイバー(SF)を用いた中性子指向性検出器を開発した。本検出器ではSFを密接に配置し、各SFからの信号をマルチアノード光電子増倍管により独立に処理することにより、指向性向上を目指している。FNSのDD中性子源を用いて、開発した検出器による中性子計測実験を行った。$$gamma$$線による波高値がDD中性子による波高値と同程度であり、DD中性子場では波高値による中性子と$$gamma$$線の弁別が困難ではあったが、波高分布上のDD中性子に起因すると考えられるエッジ部分面積がPHITSシミュレーションによる結果と同様の中性子入射角度依存性を示しており、本検出器により高指向性が実現できる可能性が示された。今後、DT中性子場における特性評価を行う。

口頭

LHD重水素実験に向けたシンチレーティング光ファイバーに基づく高速中性子指向性検出器の最適化

中田 直樹*; 高田 英治*; 磯部 光孝*; 小川 国大*; 西谷 健夫*; 井口 哲夫*; 富田 英生*; 佐藤 聡; 河原林 順*

no journal, , 

核融合科学研究所LHD装置における中性子発生プロファイル計測を目的として、中性子とシンチレーティング光ファイバーの反跳陽子発生確率の前方性を利用して指向性を持たせることにより、シンチレーティング光ファイバーによる高速中性子指向性検出器を開発している。シンチレーティング光ファイバー形状の最適化による指向性向上を目指して、14MeV中性子を入射させた場合の、閾値以上のエネルギー付与イベント数をPHITSによって計算した。自己遮蔽の影響により、シンチレーティング光ファイバーに対して平行に中性子を入射させた場合、後方部分でのイベント数が少なくなった。シンチレーティング光ファイバーの長さを短くしても角度依存性は大きく変化しなかったが、細くした場合、角度依存性が向上することがわかった。開発したシンチレーティング光ファイバーを用いて、原子力機構FNSにおいて、DT中性子線源による中性子計測実験を行った。得られた角度依存性は計算結果より悪かった。シンチレーティング光ファイバーの高い$$gamma$$線感度等が原因として考えられる。今後はLHDで予想される中性子, $$gamma$$線場を前提に検出器の再設計を行う予定である。

口頭

放射性核種の微小領域同位体イメージングのためのレーザー共鳴イオン化-二次中性粒子質量分析法の開発,2

富田 英生*; 齊藤 洸介*; 大橋 雅也*; Sonnenschein, V.*; 加藤 弘太郎*; 鈴木 颯*; 井口 哲夫*; 森田 真人*; 坂本 哲夫*; 金成 啓太*; et al.

no journal, , 

微粒子試料中の同位体分析のために、レーザー共鳴イオン化-二次中性粒子質量分析法の開発を進めている。2色スキームを用いた安定Zr同位体イメージングを実証した。また、放射性同位体分析に向けた高繰り返し率Ti:Sapphireレーザーによる2色共鳴イオン化スキームの検討を行い、Zr/Mo微粒子の混合試料に集束イオンビームを照射し、生成された二次中性原子を2台のTi:Sapphireレーザーにより共鳴イオン化した。飛行時間型質量分析計にて質量数ごとに記録されたイオン計数と、イオンビームのスキャン位置を組み合わせ、マイクロイメージ(イオン計数マップ)を取得した。Zrを共鳴イオン化することで、$$^{92}$$Moによる同重体干渉が抑制された92Zr同位体マイクロイメージ(視野30$$mu$$m)が得られることが示された。

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