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論文

Calculation of low-energy electron antineutrino spectra emitted from nuclear reactors with consideration of fuel burn-up

Riyana, E. S.*; 須田 翔哉*; 石橋 健二*; 松浦 秀明*; 片倉 純一*; Sun, G. M.*; 片野 好章

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(5), p.369 - 375, 2019/05

原子炉は主に核分裂片のベータ崩壊チェインから多数の反電子ニュートリノを生成し、それらのニュートリノは主にMeV程度のエネルギーを有することが知られている。一方、エネルギーkeV程度の低エネルギーニュートリノは燃料の燃焼の情報を含むと考えられ、その低エネルギーニュートリノは計測技術の進歩により将来的に測定可能になる可能性がある。そこで、著者らはkeV領域の低エネルギーニュートリノの生成に注目した。本研究では、典型的なPWRとその他の型の原子炉について低エネルギーニュートリノスペクトルを示し、それらは燃料の燃焼に従って低Q値をもつ核種が蓄積されるにつれて生成が増えることを示した。

論文

Evaluation of neutron nuclear data on xenon isotopes

Rashid, M. M.*; 執行 信寛*; 石橋 健二*; 岩本 信之; 岩本 修

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(9), p.1310 - 1320, 2016/09

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

キセノンの天然同位体に対する中性子断面積を核反応計算コードCCONEを用いて計算し、実験データと比較することにより断面積を評価した。この断面積計算では1keVから20MeVの入射エネルギー範囲とした。全断面積の計算のために、チャンネル結合光学モデルを使用し、結合レベル及び変形度はRIPL-3から取得した。反応断面積や$$gamma$$線及び粒子放出スペクトル計算には統計モデル成分に、前平衡や直接過程による成分も考慮してある。今回の評価は全断面積や捕獲断面積, ($$n,2n$$), ($$n,p$$)や($$n,alpha$$)反応断面積に対する実験データをよく再現している。JENDL-3.2に基づいた弥生炉の解析において$$^{125,127}$$Xeの生成放射能を過大評価していることが問題となっていたが、今回の$$^{124,126}$$Xeに対する捕獲断面積は弥生炉の中性子スペクトルの寄与が大きいkeV領域でJENDL-3.2より小さくなっており、この問題を改善する可能性がある。また、$$^{136}$$Xe($$n,2n$$)反応はKamLAND-ZenやEXOのような$$^{136}$$Xeに対する二重ベータ崩壊実験を実施する上で中性子起因の$$gamma$$線バックグラウンドを生成する原因となると考えられている。今回の評価データは最新の実験データをよく再現しており、バックグラウンド評価の高精度化に資するデータとなることが期待される。

論文

Evaluation of neutron nuclear data on krypton isotopes

Rashid, M. M.*; 執行 信寛*; 石橋 健二*; 岩本 信之; 岩本 修

JAEA-Conf 2015-003, p.319 - 324, 2016/03

クリプトン同位体の中性子核データ評価を入射エネルギー1keVから20MeVの範囲に対して行った。評価は核反応計算コードCCONEを用い、天然クリプトンの全断面積に対する測定データを再現するようにチャンネル結合光学モデルのポテンシャルパラメータを決めた。核反応には複合核、前平衡、直接過程を考慮して、反応断面積計算を実施した。計算結果は測定データ及び評価済データと比較されており、今回の評価データは測定データをよく再現していた。

論文

Measurements and parameterization of neutron energy spectra from targets bombarded with 120 GeV protons

梶本 剛*; 執行 信寛*; 佐波 俊哉*; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; Lee, H. S.*; Soha, A.*; Ramberg, E.*; Coleman, R.*; Jensen, D.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 337, p.68 - 77, 2014/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:61.51(Instruments & Instrumentation)

エネルギー10GeVを超える陽子加速器施設における中性子線量計算の精度検証のために、120GeV陽子入射による厚いターゲット(グラファイト,アルミニウム,銅,タングステン)から生成する中性子エネルギースペクトルを、液体有機シンチレータNE213と飛行時間法を用いて、米国フェルミ国立研究所のTest Beam Facilityにおいて測定した。測定した中性子のエネルギー範囲は25MeVから3GeVとし、測定角度は30, 45, 120, 150$$^{circ}$$の4点とした。また、中性子スペクトルを3つの運動源模型を用いてフィッティングし、スペクトル形状を再現するパラメータを導出した。得られたスペクトルをモンテカルロ粒子輸送計算コードPHITS及びFLUKAの計算結果と比較した。その結果、全てのターゲットと角度において、PHITSによる計算結果は実験値を16-36%過小評価、FLUKAの計算結果は実験値を26-57%過小評価することがわかった。この主な原因として、計算コードの核反応モデルにおいて、120GeV陽子とターゲットの最初の衝突に伴う中性子生成の記述に問題があることがわかった。

論文

Scintillation properties of Yb$$^{3+}$$-doped YAlO$$_{3}$$ in the temperature range from 4.2 to 175 K

安宗 貴志; 栗原 正和*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 吉川 彰*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 726, p.37 - 40, 2013/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

Yb$$^{3+}$$を添加したイットリアアルミネートのペロブスカイト型結晶(YAP:Yb)は電荷移動遷移による発光(CT発光)機構を持ち、高いシンチレーション発光強度と短い減衰時定数を併せ持つ、高性能なシンチレータ材料の候補として期待されている。しかしながら、CT発光は熱の影響を強く受け消光してしまうため、YAP:Ybをシンチレータとして使用するためには、低温でシンチレーション発光特性を測定しなければならない。しかしながら、低温ではシンチレーション発光を観測する手段に乏しいため、100K以下の温度領域でYAP:Ybに放射線を照射して測定したシンチレーション発光特性は報告されていない。そこで、4.2から175Kの温度領域において、$$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y線源からの$$beta$$線を利用して、YAP:Ybのシンチレーション発光波長分布を測定した。いずれの温度においても、340から350nm付近と500から520nm付近にYb$$^{3+}$$の電荷移動遷移発光による発光ピークが観測された。また、アバランシェフォトダイオードと$$^{137}$$Cs線源からの662keV $$gamma$$線を利用して、YAP:Ybのシンチレーション発光強度を測定した。発光強度は温度の低下とともに増加し、50Kでは10,000photons/MeVに達した。発光波長分布から算出した積分発光強度と温度の関係を用いると、4.2KではYAP:Ybの発光強度は11,000photons/MeVと計算された。

論文

日本原子力学会による日韓学生・若手研究者交流事業

石橋 健二*; 上坂 充*; 守田 幸路*; 佐藤 泰*; 飯本 武志*; 渡辺 幸信*; 宇根崎 博信*; 山野 秀将

日本原子力学会誌, 55(7), p.403 - 406, 2013/07

10数年前から日韓交流が活発になり、学会開催時に相互に日韓合同セッションなどが開かれるようになった。これらを背景に、人材育成の立場から若い時期の交流が国際的立場の中での次世代の日韓協力・共同歩調に役立つだろうという認識がうまれ、2005年に部会による学生・若手研究者の交流(サマースクール等)を支援する事業が発足した。この事業の実績と現状を把握しておくことは、今後の発展に訳に立つとともに、これまでかかわっていなかった分野/部会の本事業への参加も期待される。

論文

Shielding experiments under JASMIN collaboration at Fermilab, 4; Measurement and analyses of high-energy neutron spectra in the anti-proton target station

松田 規宏; 春日井 好己; 坂本 幸夫; 中島 宏; 松村 宏*; 岩瀬 広*; 木下 哲一*; 平山 英夫*; 八島 浩*; Mokhov, N.*; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 59(2), p.2055 - 2058, 2011/08

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

遮蔽設計において、中性子のスペクトル形状及びその強度を推定することは大変重要である。フェルミ国立加速器研究所の反陽子生成ターゲットステーションで得られた遮蔽実験データから、フィッティング及びアンフォールディング法の2つの方法で高エネルギー中性子のスペクトル形状の推定を行った。フィッティング法では、中性子スペクトルが容易に得られ、かつ遮蔽材料の核データと比較しても妥当であった。アンフォールディング法で得られたスペクトル形状は、核データとは整合のとれない結果となった。2つの方法で推定した中性子スペクトルの形状に対して、PHITSコードによる計算結果で検証を行った。

論文

Development of a microcalorimeter with transition edge sensor for detection of LX rays emitted by transuranium elements

中村 圭佑; 前田 亮*; 安宗 貴志*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 田中 啓一*; 梅野 高裕*; 高崎 浩司; 百瀬 琢麿

Radiation Protection Dosimetry, 146(1-3), p.88 - 91, 2011/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.64(Environmental Sciences)

エネルギー分散型のX線検出器として超伝導相転移端温度計(TES)型マイクロカロリーメータの研究が行われている。TES型マイクロカロリーメータは熱検出器であり、入射光子のエネルギーを温度上昇として測定する。本研究では、超ウラン元素から放出されるLX線を計測するため、吸収体に厚さ5$$mu$$mのAuを用いたTES型マイクロカロリーメータを開発した。さらに、冷却システムには液体ヘリウムを用いないギフォード・マクマホン冷凍機を搭載した希釈冷凍機を用いた。このシステムの性能評価のため$$^{241}$$Amより放出されるLX線の検出を行った。その結果、エネルギー分解能が約80eVとなり、TES型マイクロカロリーメータによるLX線検出が有効であることがわかった。

論文

Shielding experiments at high energy accelerators of Fermilab, 2; Spatial distribution measurement of reaction rate behind the shield and its application for Moyer model

八島 浩*; 春日井 好己; 松田 規宏; 松村 宏*; 岩瀬 広*; 木下 哲一*; Mokhov, N.*; Leveling, A.*; Boehnlein, D.*; Vaziri, K.*; et al.

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 1, p.48 - 51, 2011/02

フェルミ国立加速器研究所の反陽子ターゲットステーションにおいて、放射化試料を使用した遮蔽実験を行い、照射後の残留放射能をGe検出器で測定した。反応率の空間分布は、反陽子ターゲットステーションを構成する鉄遮蔽体及びコンクリート遮蔽体の背後に設置した試料による放射能の結果から得られた。得られた反応率はターゲットの下流に向かって上昇する分布を有しており、高エネルギー加速器施設の遮へい設計によく用いられるMoyerの式と一致した。さらに、この結果から鉄及びコンクリートにおける中性子の減弱距離が得られた。

論文

Shielding experiments at high energy accelerators of Fermilab, 4; Calculation analyses

松田 規宏; 春日井 好己; 松村 宏*; 八島 浩*; 岩瀬 広*; 木下 哲一*; 佐波 俊哉*; Mokhov, N.*; Leveling, A.*; Boehnlein, D.*; et al.

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 1, p.57 - 60, 2011/02

フェルミ国立加速器研究所の反陽子ターゲットからは、120GeVにまで加速された陽子が撃ち込まれることにより反陽子だけでなくさまざまな二次粒子が生成される。ここで得られた実験データは、汎用モンテカルロ計算コードの精度検証に使用することができる。本研究では、二次元簡易体系による反応率の空間分布をPHITS, MARS, MCNPXコードを用いて計算した。鉄中の実験結果が計算結果との比較に使用され、両者の結果から得られた鉄中における中性子の減弱距離はよく一致することがわかった。

論文

Development of a TES microcalorimeter for spectroscopic measurement of LX-rays emitted by transuranium elements

前畑 京介*; 中村 圭佑*; 安宗 貴志*; 石橋 健二*; 高崎 浩司; 田中 啓一*; 小田原 成計*; 永田 篤士*

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(3), p.308 - 313, 2010/03

超ウラン元素から放出されるLX線エネルギーの測定のために相転移端(TES)型マイクロカロリーメータを開発した。120nm厚の金と50nm厚のチタンの2層構造とし、TESの相転移温度は200mKで設計した。10から20keVのエネルギーのLX線に対して、吸収効率50%で毎秒100カウントの計数率を確保するためにさらに5.0$$mu$$mの金の層を金/チタン二層構造上に蒸着している。このTES型マイクロカロリーメータを用いて$$^{241}$$Am, $$^{238}$$Pu及び$$^{239}$$Puの線源から放出されるLX線を測定した。検出パルスの減衰時定数は180$$mu$$sであり、毎秒100カウント以上の計数率でTES型マイクロカロリーメータが作動することを確認した。エネルギー分解能は、$$^{237}$$NpのL$$beta$$$$_{1}$$X線である17.75keVのピークにおいて50eVの半値幅であった。

論文

Experimental studies of shielding and irradiation effects at high energy accelerator facilities

中島 宏; 坂本 幸夫; 岩元 洋介; 松田 規宏; 春日井 好己; 中根 佳弘; 増川 史洋; Mokhov, N.*; Leveling, A.*; Boehnlein, D.*; et al.

Nuclear Technology, 168(2), p.482 - 486, 2009/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.86(Nuclear Science & Technology)

米国国立フェルミ加速器研究所(FNAL)と日本の研究グループとの間で研究協力の下、高エネルギー粒子輸送計算コード開発にかかる遮蔽と放射線照射効果に関する実験的研究が、FNALにおける120GeV陽子シンクロトロンを用いて、開始された。最初の実験を、Pbarターゲットステーションの反陽子生成ターゲット及びNumi実験施設のニュートリノ生成ターゲットを用いて行った。実験では、放射化法を用いて、ターゲット周囲の遮蔽体における反応率分布を測定するとともに、液体シンチレーション検出器、ボナー球検出器、ホスウィッチ検出器など粒子検出器により予備的な測定も行った。ここでは、その予備的な実験結果について報告する。

論文

Performance of a phoswich detector composed of an inner NaI(Tl) crystal and surrounding NE102A plastic scintillator for neutron spectrometry

渡邊 健人*; 荒川 弘之*; 梶本 剛*; 岩元 洋介; 佐藤 大樹; 国枝 賢; 野田 秀作*; 執行 信寛*; 石橋 健二*; 中村 尚司*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 587(1), p.20 - 28, 2008/03

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

水素を含むラジエーターからの反跳陽子検出のために、内側に減衰時間の遅いシンチレータNaI(Tl)、その周囲を減衰時間の速いプラスチックシンチレータで覆った中性子スペクトルメータのためのホスウィッチ検出器を開発した。この構造は、NaI(Tl)で完全にエネルギー付与する陽子と、NaI(Tl)を突き抜ける陽子とを弁別できる特徴がある。この検出器の応答関数測定を米国ロスアラモス国立研究所のWNR施設を用いて、中性子エネルギーが100から350MeVの範囲で測定を行った。実験結果は粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの計算結果とほぼ一致し、このホスウィッチ検出器は中性子測定において有用であることがわかった。

報告書

SCINFUL-QMD; Monte Carlo based computer code to calculate response function and detection efficiency of a liquid organic scintillator for neutron energies up to 3 GeV

佐藤 大樹; 佐藤 達彦; 執行 信寛*; 石橋 健二*

JAEA-Data/Code 2006-023, 43 Pages, 2006/11

JAEA-Data-Code-2006-023.pdf:1.76MB

高エネルギー中性子に対する液体有機シンチレータの応答を計算するために、シンチレータ中の3次元粒子輸送を模擬できるモンテカルロコードSCINFUL-QMDを開発した。本コードは、1988年に米国オークリッジ国立研究所にて開発されたSCINFULコードを高エネルギー領域に拡張したものであり、適用エネルギー上限は3GeVである。150MeV以上の高エネルギー核反応計算には、量子分子動力学(QMD)に統計崩壊模型(SDM)を接続した核反応模型QMD+SDMを採用した。この改良によって、数100MeV領域の中性子応答関数及び検出効率を精度よく計算できるようになった。

論文

Measurement of response functions of a liquid organic scintillator for neutrons up to 800MeV

佐藤 大樹; 佐藤 達彦; 遠藤 章; 山口 恭弘; 高田 真志*; 石橋 健二*

Journal of Nuclear Science and Technology, 43(7), p.714 - 719, 2006/07

 被引用回数:23 パーセンタイル:12.55(Nuclear Science & Technology)

800MeVまでの中性子に対するBC501A液体有機シンチレータの応答関数を、放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用いて測定した。高エネルギー中性子は、核子あたり400MeVのCイオン及び800MeVのSiイオンを炭素ターゲットと衝突させ生成した。中性子の運動エネルギーは、飛行時間法を用いて決定した。測定した応答関数と応答関数計算コードSCINFUL-QMDの計算値を比較し、800MeVまでのSCINFUL-QMDコードの精度検証を行った。その結果、SCINFUL-QMDは数百MeVの中性子に対する液体シンチレータの応答関数を精度よく評価できることが明らかとなった。

論文

Study of light output and response function of liquid organic scintillator for high-energy neutron spectrometry

佐藤 大樹; 佐藤 達彦; 遠藤 章; 松藤 成弘*; 佐藤 眞二*; 高田 真志*; 石橋 健二*

Nuclear Science Symposium Conference Record, 2005 IEEE, Vol.3, p.1288 - 1290, 2005/10

シンチレーション検出器を用いて中性子のエネルギースペクトルを測定するためには、検出器の応答関数が必要とされる。この応答関数を精度よく評価するためには、入射中性子とシンチレーション物質との核反応による荷電粒子生成と、それに伴う発光機構を解明することが重要である。そこで、液体有機シンチレータにおける、荷電粒子の運動エネルギーと光出力の相関を調べるために、放射線医学総合研究所HIMACにおいて、さまざまな荷電粒子に対する応答関数を測定した。液体有機シンチレータとして、中性子測定で広く利用されているBC501Aを用いた。各種荷電粒子は高エネルギー重イオンの炭素ターゲットへの入射核破砕反応により生成され、粒子弁別後に飛行時間からその運動エネルギーを求めた。実験から得た荷電粒子の運動エネルギーと光出力の相関を、半実験式と比較したところ、陽子と重陽子に関しては非常に良い一致を示した。しかし、$$alpha$$粒子に関しては、系統的に大きな値を与えることを明らかにした。

論文

Study on response function of organic liquid scintillator for high-energy neutrons

佐藤 大樹; 佐藤 達彦; 遠藤 章; 山口 恭弘; 高田 真志*; 石橋 健二*

AIP Conference Proceedings 769, p.1680 - 1683, 2005/05

高エネルギー中性子に対する有機液体シンチレータの応答関数を評価するために、SCINFUL-QMDコードを開発した。SCINFUL-QMDによる計算結果の妥当性を調べるため、放射線医学総合研究所のHIMACにおいて、有機液体シンチレータの応答関数を測定した。800MeV/uのSiイオン及び400MeV/uのCイオンを、厚い炭素ターゲットに入射させ、核破砕反応により放出された中性子に対して、飛行時間法によりその運動エネルギーを測定し、入射中性子エネルギーごとの応答関数を導出した。実験値とSCINFUL-QMDによる計算値を比較した結果、SCINFUL-QMDは、既存の応答関数計算コードよりも適切に実験値を再現できることがわかった。

論文

Measurements of neutron spectra produced from a thick iron target bombarded with 1.5-GeV protons

明午 伸一郎; 執行 信寛*; 伊賀 公紀*; 岩元 洋介*; 木附 洋彦*; 石橋 健二*; 前畑 京介*; 有馬 秀彦*; 中本 建志*; 沼尻 正晴*

AIP Conference Proceedings 769, p.1513 - 1516, 2005/05

核破砕中性子源等のビームライン機器の設計に使用される核子・中間子輸送計算コードの計算精度検証のためには、薄いターゲットを用いた微分断面積測定データのみならず、厚いターゲットの実験が有効である。今回はKEKにおいて鉄ターゲットから生成される中性子スペクトルを測定した。実験はKEKの東カウンターホール内で行った。1.5GeV陽子を20cm厚の鉄ターゲットに入射し、生成中性子のスペクトルを飛行時間法により測定した。測定で得た結果とNMTC/JAMによる計算結果との比較を行った。計算は実験と全体的によい一致を示しており、特に重金属ターゲットに見られた過小評価は見られない。また媒質効果を考慮した核子・核子断面積を用いることにより、計算はさらに実験とよい一致を示し、最大でも50%以内の精度で予測できることがわかった。この結果は、鉄製機器の核特性評価を行ううえで本計算手法が十分な精度を有していることを示す。

論文

大強度陽子加速器施設(J-PARC)で期待される原子力科学

鬼柳 善明*; 永宮 正治*; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 大井川 宏之; 井頭 政之*; 馬場 護*; 岩崎 智彦*; 渡辺 幸信*; 石橋 健二*

日本原子力学会誌, 46(3), p.173 - 197, 2004/03

大強度陽子加速器施設J-PARCでは、断面積測定,遮蔽実験などのビーム利用実験ができること、また、II期工事に計画されている核変換実験施設は、原子力エネルギーに直接関係するものであるという理由から、このような研究に関係が深い原子力学会の炉物理,放射線工学,加速器・ビーム科学,核データの4部会が合同で、J-PARCを利用した研究について、企画セッションなどを通して検討してきた。本特集は、そこでまとめられた研究計画について述べたものである。また、検討された研究を、さらに効率的・発展的に進めるための提案にも言及している。プロジェクト側から施設建設状況と実験施設の利用計画について、次いで4つの関係部会からの研究提案について詳細を述べる。

論文

Measurements of neutron spectra produced from a thick lead target bombarded with 0.5- and 1.5-GeV protons

明午 伸一郎; 高田 弘; 千葉 敏; 中本 建志*; 石橋 健二*; 松藤 成弘*; 前畑 京介*; 執行 信寛*; 渡辺 幸信*; 沼尻 正晴*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 431(3), p.521 - 530, 1999/00

 被引用回数:33 パーセンタイル:8.3

中間エネルギーの粒子輸送のベンチマークデータ取得のために、0.5及び1.5GeV陽子を厚い鉛ターゲットに入射した場合の中性子スペクトル測定を行った。測定では1.6MeV以上のエネルギー領域における、精度の良い中性子スペクトルが得られた。実験結果をNMTC/JAERI-MCNP4Aコードシステムによる計算結果と比較した。この結果、計算は10MeV以下のエネルギー領域において実験を良く再現できることがわかった。しかし、20から80MeVにおいては実験値よりも50%程度小さい値を与えている。この不一致は、核子核子散乱断面積に媒質効果を考慮することにより縮少した。

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