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論文

Investigation of the ground-state spin inversion in the neutron-rich $$^{47,49}$$Cl isotopes

Linh, B. D.*; Corsi, A.*; Gillibert, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Barbieri, C.*; Chen, S.*; Chung, L. X.*; Duguet, T.*; G$'o$mez-Ramos, M.*; et al.

Physical Review C, 104(4), p.044331_1 - 044331_16, 2021/10

理化学研究所のRIビームファクトリーにて中性子過剰$$^{47,49}$$Clの励起状態を$$^{50}$$Arからのノックアウト反応によって生成し、脱励起ガンマ線からそのエネルギー準位を測定した。また、陽子ノックアウトの運動量分布から$$^{49}$$Clの基底状態が$$3/2^+$$であることがわかった。その結果を大規模殻模型計算およびいくつかの第一原理計算と比較した。$$^{47,49}$$Cl同位体の基底状態および第一励起状態は、計算で用いた相互作用に敏感であることがわかった。それは、陽子の一粒子エネルギーと四重極集団運動との複雑な結合によるためであると考えられる。

論文

Pairing forces govern population of doubly magic $$^{54}$$Ca from direct reactions

Browne, F.*; Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 緒方 一介*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; Calvet, D.*; et al.

Physical Review Letters, 126(25), p.252501_1 - 252501_7, 2021/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Multidisciplinary)

理化学研究所RIビームファクトリーにて、中性子過剰核$$^{55}$$Scからの1陽子ノックアウト反応によって$$^{54}$$Caを生成し、そのエネルギー準位と反応断面積をガンマ線分光および不変質量分光によって得た。その結果を歪曲波インパルス近似による核反応計算と大規模殻模型による核構造計算を組み合わせた理論値と比較した。実験の準位と断面積は理論計算によってよく再現された。$$^{54}$$Caの正パリティ状態については、基底状態の生成断面積が励起状態のものに比べて圧倒的に大きいという結果が得られた。これは、$$^{55}$$Scでは中性子魔法数34が消滅し$$^{54}$$Caではその魔法数が存在するというこれまでの知見と一見矛盾するが、対相関による分光学的因子のコヒーレンスから理解することができる。

論文

Evaluation of high-energy delayed gamma-ray spectra dependence on interrogation timing patterns

Rodriguez, D.; Bogucarska, T.*; 小泉 光生; Lee, H.-J.; Pedersen, B.*; Rossi, F.; 高橋 時音; Varasano, G.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 997, p.165146_1 - 165146_13, 2021/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:0.03(Instruments & Instrumentation)

Under the MEXT subsidy to strengthen nuclear security related research, the ISCN is developing delayed gamma-ray spectroscopy (DGS) for nuclear safeguards. Here we present results from experiments using the PUNITA instrument in collaboration with JRC-Ispra to evaluate the gamma-ray spectral dependence on interrogation time patterns and number of cycles. Specifically, we investigated the observable gamma rays useful to quantify the $$^{239}$$Pu and $$^{235}$$U contributions. Of the time patterns tested in this study, we determined that irradiating the sample for 60-$$s$$ followed by a gamma-ray measurement of 60-$$s$$ was the best for a comparable one-hour total interrogation time.

論文

Model design of a deuterium-deuterium neutron generator moderator and evaluation for delayed gamma-ray nondestructive assay for safeguards verification

Rossi, F.; 小泉 光生; Rodriguez, D.

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(3), p.302 - 314, 2021/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:39.17(Nuclear Science & Technology)

The Japan Atomic Energy Agency is evaluating delayed gamma-ray spectroscopy as an active interrogation nondestructive assay technique to quantify the fissile composition of nuclear materials for improved safeguards verification in nuclear fuel cycle facilities. In this paper, we optimize a moderator to thermalize the 2.5 MeV neutrons emitted from a deuterium-deuterium (D-D) neutron generator. The moderator is optimized to maximize the thermal neutron flux, maintain a high moderator quality factor, and be compact for easy installation in the analytical laboratories of reprocessing facilities. With the objective of applying our system to high-radioactivity nuclear materials (e.g. spent fuel solution), we applied this moderator's flux to an interrogation using delayed gamma-ray spectroscopy for various sample sizes and timing patterns. The results indicate that our 78-cm$$^{3}$$ system is sufficiently able to use commercially available D-D neutron generators with neutron emission rates less than 10$$^{9}$$ n/s for 25- and 100-ml solutions under specific interrogations. This work is supported by the subsidy for the "promotion of strengthening nuclear security and the like" from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT), Japan.

論文

First spectroscopic study of $$^{51}$$Ar by the ($$p$$,2$$p$$) reaction

Juh$'a$sz, M. M.*; Elekes, Z.*; Sohler, D.*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; 大塚 孝治*; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physics Letters B, 814, p.136108_1 - 136108_8, 2021/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:74.98(Astronomy & Astrophysics)

($$p$$,$$2p$$)反応と$$gamma$$線分光を用いて$$^{51}$$Arの束縛状態と非束縛状態の核構造研究を行った。実験結果と殻模型計算を比較することで、2つの束縛状態と6つの非束縛状態を決定した。$$^{51}$$Arの束縛状態を生成する反応断面積が小さいことから、これは中性子数32, 34の顕著なsub-shell closureが存在している確かな証拠と解釈できる。

論文

$$N$$ = 32 shell closure below calcium; Low-lying structure of $$^{50}$$Ar

Cort$'e$s, M. L.*; Rodriguez, W.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Holt, J. D.*; Men$'e$ndez, J.*; 緒方 一介*; Schwenk, A.*; 清水 則孝*; Simonis, J.*; et al.

Physical Review C, 102(6), p.064320_1 - 064320_9, 2020/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:35.83(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIBFにおいて、$$N$$=32同位体である$$^{50}$$Arの低励起構造を陽子・中性子ノックアウト反応,多核子剥離反応,陽子非弾性散乱と$$gamma$$線分光によって調査した。すでに知られていた2つに加えて、3$$^{-}$$状態の候補を含む5つの状態を新たに確認した。$$gamma$$ $$gamma$$ coincidenceによって得られた準位図は$$sd-pf$$模型空間での殻模型計算やカイラル2体・3体力による第一原理計算と比較した。陽子・中性子ノックアウト反応断面積の理論との比較により、新たに発見された2つの状態は2$$^{+}$$状態であり、また以前に4$$^{+}_{1}$$とされていた状態も2$$^{+}$$であることが示唆された。

論文

Utilizing nuclear data in delayed gamma-ray spectroscopy inverse Monte Carlo analysis

Rodriguez, D.; Abbas, K.*; Crochemore, J.-M.*; 小泉 光生; Nonneman, S.*; Pedersen, B.*; Rossi, F.; 瀬谷 道夫*; 高橋 時音

EPJ Web of Conferences, 239, p.17005_1 - 17005_5, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.19

While nondestructive assay techniques would improve the efficiency and time to quantify high-radioactivity nuclear material, there are no passive NDA techniques available to directly verify the U and Pu content. The JAEA and JRC are collaboratively developing the Delayed Gamma-ray Spectroscopy to evaluate the fissile composition from the unique fission product yield distributions. We are developing an Inverse Monte Carlo method that simulates the interrogation and evaluates the individual contributions to the composite spectrum. While the current nuclear data affects the ability to evaluate the composition, the IMC analysis method can be used to determine the systematic uncertainty contributions and has the potential to improve the nuclear data. We will present the current status of the DGS collaborative work as it relates to the development of the DGS IMC analysis.

論文

Utilizing PUNITA experiments to evaluate fundamental delayed gamma-ray spectroscopy interrogation requirements for nuclear safeguards

Rodriguez, D.; 小泉 光生; Rossi, F.; 瀬谷 道夫; 高橋 時音; Bogucarska, T.*; Crochemore, J.-M.*; Pedersen, B.*; 高峰 潤

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(8), p.975 - 988, 2020/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.87(Nuclear Science & Technology)

Present safeguards verification methods of high-radioactivity nuclear material use destructive analysis techniques since passive nondestructive techniques are incapable of determining the nuclear material content. To improve this verification process, the JAEA and EC-JRC Ispra, Italy have been collaborating to develop delayed gamma-ray spectroscopy for composition analysis of the fissile nuclides as an aspect of the MEXT subsidy for improving nuclear security and the like. Multiple experiments were performed over three years using PUNITA to interrogate U and Pu samples to determine the signature from the short-lived fission products. We observed many gamma rays useful to determine the composition of a mixed nuclear material sample. Presented here are the results of these measurements with correlations to the interrogation, mass, volume, and sample homogeneity.

論文

Corrigendum to "Model design of a compact delayed gamma-ray moderator system using $$^{252}$$Cf for safeguards verification measurements" [Appl. Radiat. Isot. 148C (2019) 114-125]

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫*; 小泉 光生

Applied Radiation and Isotopes, 159, P. 109083_1, 2020/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:1.47(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

Under the MEXT subsidy to improve nuclear security related development, there was a mistake made in the MCNP model of our initial Cf moderator design. This corrigendum includes the description of the mistake and the results from correcting this.

論文

Shell evolution of $$N$$ = 40 isotones towards $$^{60}$$Ca; First spectroscopy of $$^{62}$$Ti

Cort$'e$s, M. L.*; Rodriguez, W.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Holt, J. D.*; Lenzi, S. M.*; Men$'e$ndez, J.*; Nowacki, F.*; 緒方 一介*; Poves, A.*; et al.

Physics Letters B, 800, p.135071_1 - 135071_7, 2020/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:97.21(Astronomy & Astrophysics)

ガンマ線分光による$$N$$=40同調体である$$^{62}$$Tiの分光学研究を$$^{63}$$V($$p$$,$$2p$$)$$^{62}$$TiをRIBFで行った。今回初めて測定された$$2_1^+ rightarrow 0_{rm gs}^+$$$$4_1^+ rightarrow 2_1^+$$の遷移はTiの基底状態が変形していることを示唆した。これらのエネルギーは近傍核の$$^{64}$$Crや$$^{66}$$Feと比較して大きく、したがって四重極集団運動が小さくなっていることが示唆される。今回の結果は大規模殻模型計算によって良く再現される一方、第一原理計算や平均場模型では今回の結果は再現されなかった。

論文

Quasifree neutron knockout from $$^{54}$$Ca corroborates arising $$N=34$$ neutron magic number

Chen, S.*; Lee, J.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Barbieri, C.*; 茶園 亮樹*; Navr$'a$til, P.*; 緒方 一介*; 大塚 孝治*; Raimondi, F.*; et al.

Physical Review Letters, 123(14), p.142501_1 - 142501_7, 2019/10

AA2019-0306.pdf:0.57MB

 被引用回数:21 パーセンタイル:92.26(Physics, Multidisciplinary)

$$^{54}$$Caでは中性子魔法数34が現れると考えられているが、その直接的な実験的証拠を得るため、$$^{54}$$Caからの中性子ノックアウト反応$$^{54}$$Ca($$p,pn$$)$$^{53}$$Caによって生成される状態を理化学研究所のRI Beam Factoryによって調べた。基底状態および2.2MeVの励起状態が強く生成され、1.7MeVの励起状態の生成量は小さかった。$$^{53}$$Caの運動量分布から、基底状態および2.2MeVの励起状態は$$p$$軌道の中性子を叩き出して得られた状態であることが明らかになった。DWIA計算によって得られた分光学的因子から、$$^{54}$$Caは$$p$$軌道がほぼ完全に占有された閉殻構造を持つことが明らかになり、中性子魔法数34の出現が確実なものとなった。

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear material analysis, 2; Design of a practical system with DD neutron generator

Rossi, F.; Rodriguez, D.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Proceedings of INMM 60th Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2019/07

To safeguard nuclear material at facilities like reprocessing plants, new active-interrogation nondestructive assay techniques are needed. We are developing a new delayed gamma-ray spectroscopy (DGS) system to be used together with current verification methods, like hybrid k edge/X ray densitometry, to quantify the fissile composition in high-radioactivity nuclear material samples. DGs quantifies the composition by comparing the ratios of gamma-ray peaks with energy above 3 MeV from short-lived fission products produced during irradiation of the sample by a high-rate external neutron source. Utilizing thermal neutrons allows more fission events to be produced by fissile nuclides (U-235, Pu-239 and Pu-241) to overcome the shielding required to reduce the low energy passive background from the long-lived fission products. While the dominant external sources proposed for this application are DT neutron generators, we are designing a compact system with the use of a DD neutron generator that produces neutrons with starting energies that are easier to moderate and retain. The main differences between the two systems will be presented here along with the description of the current design of our system. This technological research and development was supported by the Japanese government (MEXT). This work was performed under the MEXT subsidy to strengthen nuclear security related activities.

論文

Model design of a compact delayed gamma-ray moderator system using $$^{252}$$Cf for safeguards verification measurements

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Applied Radiation and Isotopes, 148, p.114 - 125, 2019/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.11(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

Delayed gamma-ray spectroscopy is an active-NDA technique used to determine the composition of HRNM samples by peak-ratio comparison of GRs above 3-MeV from the short-lived fission products. Filtering out the passive GRs from long-lived FPs reduces the DGS signal, so thermal neutrons are used to induce more fission events from fissile nuclides. We are developing a compact system to moderate $$sim$$ 2-MeV neutrons that are easier to moderate than 14-MeV neutrons from DT generators. This work describes the ideal moderator optimization for a $$^{252}$$Cf source that results in $$25.9times10^{-4}$$ cm$$^{-2}$$ $$n_{source}^{-1}$$ passing through the sample space with $$geq$$ 70% of those below 1-eV. Practical modifications resulted in $$leq$$ 20% reductions compared to the optimized design. Evaluations of DGS signals and backgrounds conclude that only a 21-MBq $$^{252}$$Cf source is required.

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy, 2; Design study of moderator for a practical system

Rossi, F.; Rodriguez, D.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

日本核物質管理学会第39回年次大会論文集(CD-ROM), 3 Pages, 2018/11

この発表では、再処理施設の溶解溶液等の高放射性核物質サンプルの核分裂性核種比の検認に適用される、遅発ガンマ線分光非破壊分析システムの減速体(反射体)のコンパクト性を追求する設計研究について報告する。我々は、最初に小型中性子源としてDT及びDD中性子源を使った場合の有利、不利を調べた。この結果、DD中性子源がコンパクトで実用的なNDAシステムが達成できることが示された。ここではMCNPシミュレーションにより実施した、DD中性子源を使う予備的な最適化設計を報告する。

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy, 1; Phase-I summary, Phase-II preview, and continuous solution monitoring

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

日本核物質管理学会第39回年次大会論文集(インターネット), 2 Pages, 2018/11

高放射性核物質溶液サンプルの保障措置検認は、Pu/U元素量についてはHKED法で分析され、同位体組成については時間のかかる破壊分析により行われている。同位体組成検認の時間を短くするため、我々は、遅発ガンマ線分光法の開発を、欧州委員会・共同研究センターと共同して行っている。この遅発ガンマ線分光法では、強い$$gamma$$線バックグランドを凌駕するため、核分裂生成核種の発生させる3MeVより高いエネルギーの$$gamma$$線を利用する。我々は、遅発ガンマ線分光のPhase Iの開発概要及びPhase IIの開発計画を発表する。さらに、東海再処理工場(TRP)にて実証した$$gamma$$線(GR)パイプモニタリングについて報告するとともに、$$gamma$$線パイプモニタリング及び自己照射遅発ガンマ線分光技術を含む、再処理施設のプロセスモニタリングについて報告する。

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy inverse Monte Carlo analysis method for nuclear safeguards nondestructive assay applications

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

The JAEA and EC JRC are collaborating to improve the ability to quantify the uranium and plutonium content of highly radioactive and mixed nuclear material for nuclear safeguards verification. A separate program focuses on improving the capability to measure, analyze, and predict the delayed gamma-ray spectrum used to determine the nuclide ratios within a sample. Measurements performed at the JRC-Ispra are used to correlate the observed DGs to the composition that are then used to calibrate a DG Monte Carlo. The MC has the ability to predict expected DGs, provide a sensitivity analysis to optimize future measurements, and can be used to analyze a spectrum using an inverse MC technique. Analyzing MC with this IMC analysis provides a way to determine systematic uncertainty as well as statistical uncertainty when multiple measurements are not feasible. This work will describe the efforts to develop the DGSMC and how it will be utilized for current and future applications.

論文

Concepts for and demonstration of gamma-ray process monitoring for reprocessing facilities

Rodriguez, D.; 谷川 聖史; 瀬谷 道夫; 中村 仁宣

Proceedings of IAEA Symposium on International Safeguards; Building Future Safeguards Capabilities (Internet), 6 Pages, 2018/11

To improve safeguards verification capabilities and to reduce the amount of time for IAEA inspectors, the JAEA is developing improved plutonium monitoring capabilities. One of these is a multi-scope concept to continuously monitor purified NM solutions by measuring the NM gamma rays both at the solution tanks and along the transfer pipes. A demonstration of a GR pipe monitoring was performed at the JAEA PCDF and confirmed that this determines both process operations and Pu isotopic composition. This spectrum can be compared to similar spectra collected at tanks to improve CoK. We also propose measuring the delayed GRs from short-lived fission products generated by neutron self-interrogation of the solution in the tanks. The paper will describe an overview of the JAEA gamma-ray process-monitoring concept and the delayed gamma-ray development efforts and technologies to expand safeguards capabilities at reprocessing facilities.

論文

Demonstration of $$gamma$$-ray pipe-monitoring capabilities for real-time process monitoring safeguards applications in reprocessing facilities

Rodriguez, D.; 谷川 聖史; 西村 和明; 向 泰宣; 中村 仁宣; 栗田 勉; 高峰 潤; 鈴木 敏*; 関根 恵; Rossi, F.; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(7), p.792 - 804, 2018/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

再処理施設の核物質に対しては、ランダムサンプル検認と、追加的な重要タンク内溶液の体積、質量のみの連続監視システムによる"知識の連続性"保持により、保障措置が掛けられている。核物質溶液がタンク及び工程装置を結ぶ配管を流れる際に、特徴的な$$gamma$$を測定し、核物質を実時間で検認することで、工程監視を改善できる可能性がある。われわれは、東海再処理工場の転換技術開発施設で、この$$gamma$$パイプモニタリングを、硝酸Pu移送の際に試した。この際$$gamma$$測定は、ランタン・ブロマイド検出器、及び$$gamma$$の計数時刻とエネルギーを記録するリストモード・データ取得システムを用いて実施した。この測定結果とその分析は、配管内溶液の同位体組成、工程移動時刻、(単位時間当たりの)溶液流量及び移動溶液量を求められる能力を実証するものであり、実際に適用可能な保障措置検認工程監視の導入に繋がる。

論文

Development of delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear material analysis

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生; Crochemore, J. M.*; Varasano, G.*; Bogucarska, T.*; Abbas, K.*; Pedersen, B.*

Proceedings of INMM 59th Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2018/07

DGS has great potential for HRNM, since it determines fissile nuclide compositions by correlating the observed DG spectrum to the unique FY of the individual nuclides. Experiments were performed with LRNM using both PUNITA and a JAEA designed Cf-shuffler tested in PERLA. The data was analyzed using an inverse MC method that both determines DG peak intensity correlations and provides an evaluation of the uncertainty of the measurements. The results were used to verify DG signatures for varying fissile compositions, total fissile content, and DGS interrogation timing patterns. Future development will focus on measuring HRNM and designing a compact system by evaluating different neutron sources, moderating materials, and detection capabilities. This presentation summarizes the JAEA/JRC DGS program to date and the future direction of this collaborative work performed using the MEXT subsidy for the promotion of strengthening nuclear security.

論文

Delayed $$gamma$$-ray spectroscopy combined with active neutron interrogation for nuclear security and safeguards

小泉 光生; Rossi, F.; Rodriguez, D.; 高峰 潤; 瀬谷 道夫; Bogucarska, T.*; Crochemore, J.-M.*; Varasano, G.*; Abbas, K.*; Pedersen, B.*; et al.

EPJ Web of Conferences, 146, p.09018_1 - 09018_4, 2017/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:92.06

Along with the global increase of applications using nuclear materials (NM), the requirements to nuclear security and safeguards for the development of effective characterization methods are growing. Mass verification of NM of low radioactivity is performed using passive non-destructive analysis (NDA) techniques whereas destructive analysis (DA) techniques are applied for accurate analysis of nuclide composition. In addition to the characterization by passive NDA, a sample can be further characterized by active NDA techniques. An active neutron NDA system equipped with a pulsed neutron generator is currently under development for studies of NDA methods. Among the methods DGS uses the detection of decay $$gamma$$-rays from fission products (FP) to determine ratios of fissile nuclides present in the sample. A proper evaluation of such $$gamma$$-ray spectra requires integration of nuclear data such as fission cross-sections, fission yields, half-lives, decay chain patterns, and decay $$gamma$$-ray emission probabilities. The development of the DGS technique includes experimental verification of some nuclear data of fissile materials, as well as development of the device. This presentation will be a brief introduction of the active neutron NDA project and an explanation of the DGS development program.

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