ALTEMIS: Using integrated hydrology and reactive transport modeling to support resilience at the Savannah River Site

Xu, Z.*; Litzinger, A.*; 佐久間 一幸; Arora, B.*; Hazenberg, P.*; Wang, L.*; Gonzalez Raymat, H.*; Fabricatore, E.*; Wainwright, Haruko*; Eddy-Dilek, C.*

Proceedings of Waste Management Symposia 2024 (WM2024) (Internet), 14 Pages, 2024/03

We leverage the Advanced Terrestrial Simulator (ATS), a comprehensive model encompassing overland flow, groundwater processes, canopy and ground evapotranspiration effects. ATS is integrated with reactive transport models, including PFLOTRAN and CrunchFlow, to capture the intricate dynamics of key nuclear-related geochemical species. The Advanced Long-term Environmental Monitoring Systems (ALTEMIS) project extends its efforts across multiple scales: 1) Watershed Scale ATS Model: At the Savannah River Site, we employ a watershed-scale ATS model to quantify the water budget and estimate evapotranspiration fluxes.; 2) Integrated Hydrology Model for Floodplains: Our integrated hydrology model zooms in on the floodplain of Fourmiles Creek, enabling quantification of upwelling groundwater fluxes into wetlands and surface ponds. It also used to assess contaminant migration into Fourmiles Creek; 3) Fully Integrated Reactive Transport Model: Focused on the F-Area seepage basin, one of the largest nuclear waste processing facilities, we develop both 2D transect and 3D basin models. These models estimate the behavior of radioactive elements such as uranium and tritium, as well as non-reactive geochemical species.; 4) Sr-90 Sorption Model: Informed by extensive Sr-90 sorption experiments on minerals and core samples, we parameterize both electrostatic and non-electrostatic sorption models for Sr-90. These models are integrated into multiple reactive transport frameworks, significantly enhancing our ability to accurately predict Sr-90 migration under varying pH conditions.

Neutron capture cross sections of light neutron-rich nuclei relevant for -process nucleosynthesis

Bhattacharyya, A.*; Datta, U.*; Rahaman, A.*; Chakraborty, S.*; Aumann, T.*; Beceiro-Novo, S.*; Boretzky, K.*; Caesar, C.*; Carlson, B. V.*; Catford, W. N.*; et al.

Physical Review C, 104(4), p.045801_1 - 045801_14, 2021/10

AA2021-0553.pdf:7.41MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.104.045801

中性子過剰核に対する中性子捕獲断面積は、過程元素合成を理解する上で直接必要なデータであるものの、中性子標的が存在しないことと中性子過剰核の半減期が短いため、その実験を行うことは困難である。その代替手段として、反応の逆過程である反応のデータから導出する方法が行われている。本論文では、中性子数20領域の中性子過剰核に対し、クーロン分解反応を用いて反応の断面積を測定し、そこから反応の断面積を得た。その結果、NaとAlに対する中性子捕獲断面積については、統計模型で予測された値よりも小さく、Mgに対しては大きな値となることがわかった。

High-spin spectrum of Mg studied through multiple angular correlations

Diffenderfer, E. S.*; Baby, L. T.*; Santiago-Gonzalez, D.*; Ahsan, N.*; Rojas, A.*; Volya, A.*; Wiedenhver, I.*; Wuosmaa, A. H.*; Carpenter, M. P.*; Janssens, R. V. F.*; et al.

Physical Review C, 85(3), p.034311_1 - 034311_17, 2012/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.85.034311

アルゴンヌ国立研究所のATLASにてC(O, )Mg反応実験を行い、生成されたMgの高スピン状態を観測した。粒子と線の角相関を測定することによって、励起状態のスピンを決定した。その結果、までの数多くの状態を観測した。実験結果を、原子力機構で行った殻模型計算と比較した。その結果、殻を入れたことにより、負パリティ状態も含めて実験のスペクトルをよく説明することに成功した。また、理論計算との比較から、一部の正パリティ状態は、殻から殻へ中性子が2個励起したいわゆる侵入者状態であることを提案した。

Measurement of the neutron capture cross section of the -only isotope Pb from 1 eV to 440 keV

Domingo-Pardo, C.*; Abbondanno, U.*; Aerts, G.*; lvarez, H.*; Alvarez-Velarde, F.*; Andriamonje, S.*; Andrzejewski, J.*; Assimakopoulos, P.*; Audouin, L.*; Badurek, G.*; et al.

Physical Review C, 75(1), p.015806_1 - 015806_9, 2007/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.75.015806

Pbの中性子捕獲断面積をCERN n_TOF施設において1eVから440keVのエネルギー範囲で測定した。100keVから440keVの領域では平均値を与えた。Pbとの比較により、全領域でのバックグラウンドが精度よく決められた。=30keVにおけるMaxwell平均断面積を79(3)mbと決めた。これは従来の測定値と一致した。しかしながら、=5keVでのわれわれの値は約35%、以前の実験値を上回った。この新しい実験値によるPb/Bi領域の過程元素合成への影響について議論した。

New measurement of neutron capture resonances in Bi

Domingo-Pardo, C.*; Abbondanno, U.*; Aerts, G.*; lvarez, H.*; Alvarez-Velarde, F.*; Andriamonje, S.*; Andrzejewski, J.*; Assimakopoulos, P.*; Audouin, L.*; Badurek, G.*; et al.

Physical Review C, 74(2), p.025807_1 - 025807_10, 2006/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.74.025807

Biの中性子捕獲断面積を、欧州共同素粒子原子核研究機関CERNの中性子飛行時間実験施設n_TOF施設において、パルスハイトウェイティング法で測定した。検出器を最適配置して、中性子バックグラウンドを減らすことができた。Biは宇宙での元素合成における最後の安定元素であるため、Maxwell平均中性子断面積は崩壊による反応フローの元素合成循環過程を調べるうえで重要である。=5から8keVの間の熱エネルギー領域における捕獲反応率は現在元素計算に用いられている値より、約16%高いことがわかった。得られた断面積データは鉛ビスマス液体金属ターゲットを用いる加速器駆動核変換システムの核設計にも有用である。

Neutron capture cross section of Th measured at the n_TOF facility at CERN in the unresolved resonance region up to 1 MeV

Aerts, G.*; Abbondanno, U.*; lvarez, H.*; Alvarez-Velarde, F.*; Andriamonje, S.*; Andrzejewski, J.*; Assimakopoulos, P.*; Audouin, L.*; Badurek, G.*; Baumann, P.*; et al.

Physical Review C, 73(5), p.054610_1 - 054610_10, 2006/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.73.054610

CERNにおける中性子飛行時間法実験施設n_TOFにおいて、Thの中性子捕獲イールドを1eVから1MeVのエネルギー領域で測定した。4keVから1MeVの範囲で、4%より良い精度で平均捕獲断面積が得られた。IAEAによる独立して行った評価と実験値は一致した。

Measurement of La(,) cross section

Terlizzi, R.*; Abbondanno, U.*; Aerts, G.*; lvarez, H.*; Alvarez-Velarde, F.*; Andriamonje, S.*; Andrzejewski, J.*; Assimakopoulos, P.*; Audouin, L.*; Badurek, G.*; et al.

AIP Conference Proceedings 819, p.283 - 287, 2006/03

https://doi.org/10.1063/1.2187872

CERNにおける飛行時間法実験施設n_TOFにおいてLaの中性子捕獲断面積を0.6eVから9keVのエネルギー領域で求めた。データは R-matrix法を用いて共鳴パラメータを求め、平均準位間隔を導いた。このデータからマックスウェル平均の中性子捕獲断面積を求め、過程の主成分に関する宇宙モデルで合成されるLaの存在比を求めることができた。

High-resolution study of Np fission cross section from 5 eV to 1 MeV

Furman, W.*; Cennini, P.*; Ketlerov, V.*; Goverdovski, A.*; Konovalov, V.*; Abbondanno, U.*; Aerts, G.*; lvarez, H.*; Alvarez-Velarde, F.*; Andriamonje, S.*; et al.

AIP Conference Proceedings 769, p.1039 - 1042, 2005/05

https://doi.org/10.1063/1.1945184

CERNのn_TOF施設において一連のNp核分裂断面積測定を行った。高速イオンチェンバーを核分裂生成核種の検出に用いた。全実験誤差はほぼ3%であった。5eVから1MeVの中性子エネルギーでの実験解析は、ENDF/B-VI評価値からの系統的なずれを示した。この差は5eV2keVの領域の分離共鳴ではファクター3に達し、以前の測定と一致することがわかった。閾値近傍においては6-7%の同様の不一致が見られた。このエネルギー領域はADSあるいはFBRでのNpの核変換にとって重要であり、Npの核データの再評価が必要であるとの結論を得た。

一次元強相関電子系におけるスピノン・ホロンの実時間ダイナミクス

大西 弘明; Gonzalez, I.*; Melko, R.*; Dagotto, E.*

no journal, , 

一次元強相関電子系におけるスピン電荷分離の性質を明らかにするために、一次元ハバード模型ハーフフィリングの基底状態にスピノン・ホロンの波束を生成させた励起状態について、その実時間ダイナミクスを、時間依存密度行列繰り込み群法を用いて解析した。とりわけ、強相関のモット絶縁体を相互作用のない一次元鎖に接合した系を考え、その界面でスピノン・ホロンがどのようなダイナミクスを示すかを議論する。

Real-time dynamics of spinons and holons in one-dimensional correlated electron systems

大西 弘明; Gonzalez, I.*; Melko, R.*; Dagotto, E.*

no journal, , 

To clarify the property of spin-charge separation in correlated electron systems, we study the real time evolution of wavepackets carrying spinons and holons in a one-dimensional Hubbard model, using the time-dependent density-matrix renormalization group method. In the bulk, while spinons and holons move with the same velocity in the non-interacting chain, it is observed that in the interacting Mott insulator they move in opposite directions each with its own individual velocity. Thus, spin-charge separation is clearly observed. On the other hand, when the Mott insulator is connected to a non-interacting chain, the wavepackets created in the Mott insulator moving toward the non-interacting region exhibit interesting reflection and transmission properties at the interface between the two regions, that will also be discussed in this presentation.