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論文

中性子共鳴濃度分析法の性能評価,2; 中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 呉田 昌俊; Becker, B.*; Kopecky, S.*; Heyse, J.*; Paradela, C.*; Mondelaers, W.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

粒子状の溶融燃料デブリに含まれるウランやプルトニウム同位体を非破壊で定量することを目的に、中性子共鳴濃度分析法(NRD)の技術開発を進めてきた。NRDは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)に中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法(NRCA)、あるいは即発$$gamma$$線分析法(PGA)を組み合わせた技術である。NRDにおけるNRCA/PGAの役割は、主に$$^{137}$$Csによる高放射線場においてデブリ中の原子炉や建屋の構造材、ボロンなどの不純物を同定することである。これを実現するため、LaBr$$_3$$結晶を用いた新型の$$gamma$$線検出器やそれ専用の遮蔽体を開発した。これらの$$gamma$$線検出器や遮蔽体を用いて、ベルギーの中性子飛行時間施設GELINAにおいて公開デモ実験を実施した結果、第三者によってブラックボックス内に密封された試料(Hf, Gd, Ni)を同定することに成功した。本発表では、開発した$$gamma$$線検出器の設計概念と測定原理、及びNRCAデモ実験結果について報告する。

論文

中性子共鳴濃度分析法の性能評価,1; 中性子共鳴透過分析法

北谷 文人; 原田 秀郎; 小泉 光生; 土屋 晴文; 呉田 昌俊; Becker, B.*; Kopecky, S.*; Heyse, J.*; Paradela, C.*; Mondelaers, W.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

平成24年度から平成26年度にかけて、粒子状の溶融燃料デブリに含まれるウランやプルトニウム同位体を非破壊で定量する技術として、中性子共鳴濃度分析法(NRD)の開発を進めてきた。NRDは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)と中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法(NRCA)あるいは即発$$gamma$$線分析法(PGA)を組み合わせた技術である。NRDにおけるNRTAの役割は、溶融燃料デブリ中の核燃料物質(U, Pu等)の同位体を定量することである。この目的のために飛行時間法(Time of Flight: TOF)を利用した中性子吸収測定を実施する。これについて。ベルギーの中性子飛行時間施設GELINAにて性能評価デモ実験を実施した。その結果、Au, W, Rh, Nb, Cu. Co, Mn, Bをランダムに選択して、封をされたブラックボックス内の試料を定量することに成功した。本発表では、開発したNRTAの測定原理を述べ、実施したデモ実験の詳細を発表する。

論文

NRD demonstration experiments at GELINA

Paradela, C.*; Alaerts, G.*; Becker, B.*; 原田 秀郎; Heyse, J.*; 北谷 文人; 小泉 光生; Kopecky, S.*; Mondelaers, W.*; Moens, A.*; et al.

EUR-27507-EN, 16 Pages, 2015/04

https://doi.org/10.2787/211881

Neutron Resonance Densitometry (NRD), a non-destructive analysis method, is presented. The method has been developed to quantify special nuclear material (SNM) in debris of melted fuel that will be produced during the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. The method is based on Neutron Resonance Transmission Analysis (NRTA) and Neutron Resonance Capture Analysis (NRCA). The quantification of SNM relies on the NRTA results. The basic principles of NRD, which are based on well-established methodologies for neutron resonance spectroscopy, are explained. To develop NRD for the characterization of rock- and particle like heterogeneous samples a JAEA/JRC collaboration has been established. As part of this collaboration a NRD demonstration workshop was organized at the TOF facility GELINA of the JRC-IRMM. The results of this workshop are presented. They illustrate the potential of measurements of complex mixtures of different elements. It is demonstrated that the elemental composition of an unknown sample predicted by NRTA deviated on average by less than 2% from the declared value. In addition the potential to identify the presence of light elements by NRCA is shown.

論文

Determination of resonance parameters and their covariances from neutron induced reaction cross section data

Schillebeeckx, P.*; Becker, B.*; Danon, Y.*; Guber, K.*; 原田 秀郎; Heyse, J.*; Junghans, A. R.*; Kopecky, S.*; Massimi, C.*; Moxon, M. C.*; et al.

Nuclear Data Sheets, 113(12), p.3054 - 3100, 2012/12

https://doi.org/10.1016/j.nds.2012.11.005
 被引用回数：103 パーセンタイル：97.09(Physics, Nuclear)

Uncertainty components of experimental observables resulting from total and reaction cross section experiments are quantified by identifying the metrological parameters involved in the measurement, data reduction and analysis process. In addition, different methods that can be applied to propagate the covariance of the experimental observables to the covariance of the resonance parameters are discussed and compared. It is demonstrated that the final covariance matrix of the resonance parameters not only strongly depends on the type of experimental observables used in the adjustment process, the experimental conditions and the characteristics of the resonance structure, but also on the method that is used to propagate the covariances. In addition, a special data reduction concept and format is presented, which offers the possibility to store the full covariance information of experimental data in the EXFOR library.

論文

Isomeric states observed in heavy neutron-rich nuclei populated in the fragmentation of a $$^{208}$$Pb beam

Steer, S. J.*; Podoly$'a$k, Z.*; Pietri, S.*; G$'o$rska, M.*; Grawe, H.*; Maier, K.*; Regan, P. H.*; Rudolph, D.*; Garnsworthy, A. B.*; Hoischen, R.*; et al.

Physical Review C, 84(4), p.044313_1 - 044313_22, 2011/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.84.044313
 被引用回数：65 パーセンタイル：94.74(Physics, Nuclear)

核子あたり1GeVの$$_{82}^{208}$$Pbを用いて核破砕反応により中性子過剰重原子核を生成した。反跳質量分析法により破砕核を分離し、核種を同定した。核異性体から放出される遅延$$gamma$$線の測定により、49核異性体の検出に成功した。殻模型やBCS計算を用いて、これらの核異性体の準位構造を明らかにした。

論文

Weakly deformed oblate structures in $$^{198}_{76}$$Os$$_{122}$$

Podoly$'a$k, Zs.*; Steer, S. J.*; Pietri, S.*; Xu, F. R.*; Liu, H. J.*; Regan, P. H.*; Rudolph, D.*; Garnsworthy, A. B.*; Hoischen, R.*; G$'o$rska, M.*; et al.

Physical Review C, 79(3), p.031305_1 - 031305_4, 2009/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.79.031305
 被引用回数：35 パーセンタイル：86.28(Physics, Nuclear)

核子あたり1GeVのエネルギーを持つ$$^{208}$$Pbビームによる核破砕反応により、中性子過剰核$$_{76}^{198}$$Os$$_{122}$$を生成した。核異性体から放出される$$gamma$$線の観測を行い、基底状態回転準位がオブレート変形状態であることがわかった。また、オスミウム同位体の変形構造は、急激なプロレート変形からオブレート変形への変化によって特徴付けられ、このことは、白金同位体で知られているゆっくりとした変化とは対照的であることを明らかにした。

論文

Neutron-proton pairing competition in $$N=Z$$ nuclei; Metastable state decays in the proton dripline nuclei $$^{82}_{41}$$Nb and $$^{86}_{43}$$Tc

Garnsworthy, A. B.*; Regan, P. H.*; C$'a$ceres, L.*; Pietri, S.*; Sun, Y.*; Rudolph, D.*; G$'o$rska, M.*; Podoly$'a$k, Z.*; Steer, S. J.*; Hoischen, R.*; et al.

Physics Letters B, 660(4), p.326 - 330, 2008/02

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2008.01.017
 被引用回数：25 パーセンタイル：79.09(Astronomy & Astrophysics)

$$^{107}$$Agビームの破砕反応におけるアイソマー崩壊の$$gamma$$線測定により、中性子数と陽子数が同じ$$^{82}_{41}$$Nbと$$^{86}_{43}$$Tc原子核の低励起状態の核構造を明らかにした。$$^{82}_{41}$$Nbと$$^{86}_{43}$$Tc原子核は、これまでに内部崩壊が観測された最も重い$$N=Z$$の奇々核である。$$^{82}_{41}$$Nbと$$^{86}_{43}$$Tc原子核の準位様式は、2重閉殻核$$^{56}_{28}$$Niと$$^{100}_{50}$$Sn核の間にあるN=Z核の原子核形を明らかにし、$$T_z=0$$を持つ奇々核の$$T=1$$状態がエネルギー的に優位であることを支持する。射影殻模型との比較により、$$^{82}$$Nbの崩壊は、荷電スピンが変化することによる$$K$$アイソマーとして解釈される。

論文

Isomeric decay studies around $$^{204}$$Pt and $$^{148}$$Tb

Podoly$'a$k, Zs.*; Steer, S. J.*; Pietri, S.*; Werner-Malento, E.*; Regan, P. H.*; Rudolph, D.*; Garnsworthy, A. B.*; Hoischen, R.*; G$'o$rska, M.*; Gerl, J.*; et al.

European Physical Journal; Special Topics, 150(1), p.165 - 168, 2007/11

https://doi.org/10.1140/epjst/e2007-00294-4
 被引用回数：11 パーセンタイル：55.68(Physics, Multidisciplinary)

$$^{208}$$Pbの核破砕反応を用いて多数の特殊な原子核を生成した。アイソマー崩壊の後に遅延$$gamma$$線を測定し、励起状態の核構造研究を行った。その結果、中性子数126を持つ中性子過剰核$$^{204}$$Ptの励起状態について初めての実験的な情報を得ることができた。また、既に報告されている$$^{148}$$Tb and $$^{147}$$Gdの$$I=27hbar$$ and $$I=(49/2)hbar$$アイソマーからの崩壊$$gamma$$線を観測した。これらのアイソマーは、核破砕反応で生成した最も高いdiscreteな励起状態であり、本手法を用いることにより、高スピン核構造研究の新たな展開が可能になると考えられる。

論文

Recent results in fragmentation isomer spectroscopy with rising

Pietri, S.*; Regan, P. H.*; Podoly$'a$k, Zs.*; Rudolph, D.*; Steer, S. J.*; Garnsworthy, A. B.*; Werner-Malento, E.*; Hoischen, R.*; G$'o$rska, M.*; Gerl, J.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 261(1-2), p.1079 - 1083, 2007/08

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2007.04.219
 被引用回数：94 パーセンタイル：98.43(Instruments & Instrumentation)

ドイツGSIにおけるRISING実験の最初の結果について報告する。本実験では、核子あたり1GeVの高エネルギーイオンによる核破砕反応を用いてベータ安定線から遠く離れた不安定核を生成する。105台の独立な結晶から成るRising静止ビームの$$gamma$$線分光器を用いて、ナノ秒からミリ秒の半減期を持つアイソマーからの崩壊$$gamma$$線の測定を行う。本稿では、Rising実験の目的、測定器、最初の実験結果、及び将来計画について紹介する。

論文

Isomer spectroscopy using relativistic projectile fragmentation at the N=Z line for A$$sim$$80$$rightarrow$$90

Regan, P. H.*; Garnsworthy, A. B.*; Pietri, S.*; Caceres, L.*; G$'o$rska, M.*; Rudolph, D.*; Podoly$'a$k, Zs.*; Steer, S. J.*; Hoischen, R.*; Gerl, J.*; et al.

Nuclear Physics A, 787(1), p.491c - 498c, 2007/05

https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2006.12.073
 被引用回数：43 パーセンタイル：90.74(Physics, Nuclear)

$$^{208}$$Pbの核破砕反応を用いてN$$approx$$126を持つ中性子過剰核を生成した。反跳質量分析器を用いて生成核種の分離を行い、アイソマーからの崩壊$$gamma$$線をゲルマニウム検出器により測定した。その結果、N=126閉殻核である中性子過剰核$$^{204}$$Ptの励起状態に関する核構造情報を得た。実験結果とシェルモデル計算の結果について報告する。

論文

The $$T=2$$ mirrors $$^{36}$$Ca and $$^{36}$$S; A Test for isospin symmetry of shell gaps at the driplines

Doornenbal, P.*; Reiter, P.*; Grawe, H.*; 大塚 孝治*; Al-Khatib, A.*; Banu, A.*; Beck, T.*; Becker, F.*; Bednarczyk, P.*; Benzoni, G.*; et al.

Physics Letters B, 647(4), p.237 - 242, 2007/04

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2007.02.001
 被引用回数：34 パーセンタイル：86.95(Astronomy & Astrophysics)

ドイツ重イオン研究所(GSI)で$$^{36}$$Caの第一励起状態$$2^+$$からの脱励起$$gamma$$線を初めて測定した。その励起エネルギーは、3015(16)keVであることがわかり、鏡像核である$$^{36}$$Sの励起エネルギーよりも276keVも低いことがわかった。殻模型により理論的にこれら両者の構造を調べたところ、$$sd$$殻を仮定した模型空間でよく説明されることがわかった。この鏡像核の大きなエネルギーのずれは、クーロン力によるトーマスエルマン効果であると考えられ、それを現象論的に取り入れた殻模型計算によりこの領域のミラー核のエネルギーシフトがよく説明されることがわかった。

論文

Effects of $$gamma$$ and heavy ion damage on the impulse response and pulsed gain of a low breakdown voltage Si avalanche photodiode

Laird, J. S.*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 伊藤 久義; Becker, H.*; Johnston, A.*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 53(6), p.3786 - 3793, 2006/12

https://doi.org/10.1109/TNS.2006.886042
 被引用回数：10 パーセンタイル：56.98(Engineering, Electrical & Electronic)

はじき出し損傷及びトータルドーズ効果がSiアバランシェフォトダイオードの過渡応答に及ぼす影響をピコ秒パルスレーザーシステムを用いて評価した。はじき出し損傷は重イオンを使用し、トータルドーズ効果は$$gamma$$線を使用して導入した。100kGy(Si)の$$gamma$$線照射を行う前後に過渡応答特性及びゲインを評価した結果、有意な差異が見られなかった。また、電圧負荷を加えた状態及び電圧負荷を加えない状態で$$gamma$$線照射を行った。その結果、前者の方が後者と比較してリーク電流が数桁も増加することが明らかとなった。その原因としては、フィールド酸化膜の界面準位が原因であると考えられる。さらに、重イオンによりはじき出し損傷を導入した試料についても同様の計測を行った結果、$$gamma$$線照射と同様にアバランシェフォトダイオードの過渡応答に変化が見られなかった。以上のことから、100kGy(Si)までの放射線線量までは本研究で使用したSiアバランシェフォトダイオードは耐放射線性を有することが明らかとなった。

論文

Effects of $$gamma$$ and heavy ion damage on the time-resolved gain of a low breakdown voltage Si avalanche photodiode

Laird, J. S.*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; Becker, H.*; Johnston, A.*; 伊藤 久義

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.37 - 40, 2006/10

はじき出し損傷及びトータルドーズ効果が低電圧駆動型シリコンアバランシェフォトダイオード(Si APD: Silicon Avalanche Photodiode)に及ぼす影響を電流-電圧計測システム及びピコ秒パルスレーザーシステムを用いて評価した。本研究では、100kGyまでの$$gamma$$線照射を行うことでトータルドーズ効果を、重イオン照射を行うことではじき出し損傷効果を導入した。照射後にリーク電流及びゲインの過渡応答を測定した。その結果、トータルドーズ効果によりリーク電流が増加することがわかった。しかしながら、ゲインには有意な差が現われなかった。これまで、はじき出し損傷効果よりもトータルドーズ効果によりSi APDの特性が劣化すると言われていた。しかしながら、本研究で使用したAPDは、その静特性(リーク電流)に照射劣化が見られるものの、APDを使用するうえで最も重要なゲインについては、100kGyまでの照射に耐えられることが明らかとなった。

口頭

Organ doses from environmental exposures calculated using the ICRP reference male and reference female voxel phantoms

Petoussi-Henss, N.*; Schlattl, H.*; Zankl, M.*; Becker, J.*; 斎藤 公明; 遠藤 章

no journal, , 

環境放射線による外部被ばくは環境中における重要な被ばく経路の一つである。本研究では、従来から被ばく線量計算に用いられてきた、人体を数式で表現したMIRDタイプのファントムにかわり、人体の構造をよりリアリスティックに表現できるボクセルファントムを用いることとし、ドイツ放射線防護研究所(GSF)で開発されICRPで採用された標準人ボクセルモデルとモンテカルロ計算コードBEAMnrcを用いて環境放射線に対する臓器線量を計算した。環境中線源として空中一様分布線源と地表面一様分布線源を想定し、まず単一エネルギーの光子と電子に対する臓器線量をエネルギーをさまざまに変化させて計算し、さらにICRPの新しい核崩壊データを使用して環境中の核種に対する線量係数を合成した。ここで求めた臓器線量並びに実効線量に関する線量係数を従来の係数と比較することにより、新しいファントム並びに核データの与える影響について議論する。

口頭

Characterization of nuclear material by neutron resonance transmission analysis

Schillebeeckx, P.*; Alaerts, G.*; Becker, B.*; Paradela, C.*; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; Vendelbo, D.*; Wynants, R.*; 原田 秀郎; 北谷 文人; et al.

no journal, , 

中性子共鳴反応を利用して非破壊で試料を分析する手法に、中性子共鳴透過分析法(NRTA)がある。NRTAは中性子を試料に照射し、透過してくる中性子を計測することで試料を分析する。我々はJRC-IRMM(共同研究センター/標準物質・測定研究所)の中性子飛行時間施設GELINAにおいて、核物質の特性を評価するためNRTAの研究開発を行っている。その一環として、過酷事故で発生が予測される粒子状溶融燃料デブリに含まれる核物質の定量にNRTAを適用することを目的とした開発に取り組んできた。その開発の中で、デブリ中の核物質の定量精度が中性子吸収材のボロン($$^{10}$$B)の存在量やデブリのさまざまな形や大きさに強く影響を受けることがわかった。こうしたデブリに特徴的な性質に対処するため、解析手法の改良やモデルの開発を行ってきた。本発表では、開発した解析手法やモデルの妥当性を検討するためGELINAで実施したNRTA実験の結果について報告し、中性子吸収材の存在下においても、NRTAでは2%以下の精度で核分裂性物質の量を導出できることを示す。

口頭

A Conceptual NRD system and its performance evaluation

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 呉田 昌俊; 高峰 潤; 飯村 秀紀; 木村 敦; Becker, B.*; Heyse, J.*; et al.

no journal, , 

中性子共鳴濃度分析法(NRD)は、福島第一原子力発電所事故のような過酷事故で生じる粒子状の溶融燃料デブリ中のウランやプルトニウムを、パルス中性子を利用して非破壊で定量する新しい技術である。粒子状デブリ中の核物質を測るため、NRDでは中性子共鳴透過分析法(NRTA)と中性子捕獲$$gamma$$線分析法(NRCA)、あるいは即発$$gamma$$線分析法(PGA)を組み合わせる。NRDでのNRCA/PGAの役割は、$$^{137}$$Csに起因して高線量になる可能性があるデブリ中の不純物が発する$$gamma$$線を測定することである。とくに、NRD用の$$gamma$$線検出器は、$$^{137}$$Csの存在下でも$$^{10}$$Bからの$$gamma$$線を効率よく測定可能な設計となっている。NRTAでは、NRCA/PGAで得た不純物の情報に基づき、測定を最適化して、核物質を定量する。こうした設計概念をもつNRDの有効性を実証するため、現在まで、IRMMの中性子飛行時間施設GELINAにおいてNRTAやNRCAに関する国際共同実験を実施してきた。加えて、NRDにおける核物質の測定精度に関する解析的研究も行ってきた。今回の発表では、NRDの設計概念を説明するとともに、実験やシミュレーションで得た結果を元に、NRDの特性を報告する。

口頭

Challenge towards quantification of SNM from Fukushima Daiichi by NRD

原田 秀郎; 小泉 光生; 土屋 晴文; 北谷 文人; 瀬谷 道夫; Becker, B.*; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; Paradela, C.*; Schillebeeckx, P.*

no journal, , 

原子力機構は、原子力発電所の事故で発生するような燃料デブリ中の核燃料を非破壊で計測するため、中性子共鳴濃度分析法の概念を提唱し、EC-JRC-IRMMとの国際共同研究により、IRMMのパルス中性子発生施設を用いて技術開発を進め、その有効性を示す試験データを取得すると共に、並行して分析手法の開発を進めてきた。本講演では、中性子共鳴濃度分析法の概念を概説するとともに、本共同研究により得られた主要な研究成果である、ウラン試料を用いた分析結果、構造材料の同定結果、非均一の粒子状サンプルを用いた分析結果、さらに任意形状のサンプルを分析可能とする解析手法等について解説する。

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