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論文

Optimized TES microcalorimeters with 14 eV energy resolution at 30 keV for $$gamma$$-ray measurements of the $$^{229}$$Th isomer

村松 はるか*; 林 佑*; 湯浅 直樹*; 紺野 良平*; 山口 敦史*; 満田 和久*; 山崎 典子*; 前畑 京介*; 菊永 英寿*; 滝本 美咲; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 200(5-6), p.452 - 460, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:6.21(Physics, Applied)

We have developed a four-pixel array of superconducting transition-edge sensors with gold absorbers for the detection of a 29.2 keV $$gamma$$-ray doublet decay from $$^{229}$$Th. To identify the decay, an energy resolution better than 20 eV full width at half maximum (FWHM) is needed. We measured an energy resolution of 14 eV FWHM for 26 keV $$gamma$$-ray decay from an $$^{241}$$Am isotope in combined data of three pixels. We describe the design and the performance of the devices and discuss the baseline correction method to compensate the variation in the baseline, which was observed during the evaluation of the performance using the $$^{241}$$Am isotope.

論文

Energy of the $$^{229}$$Th nuclear clock isomer determined by absolute $$gamma$$-ray energy difference

山口 敦史*; 村松 はるか*; 林 佑*; 湯浅 直樹*; 中村 圭佑; 滝本 美咲; 羽場 宏光*; 小無 健司*; 渡部 司*; 菊永 英寿*; et al.

Physical Review Letters, 123(22), p.222501_1 - 222501_6, 2019/11

 被引用回数:31 パーセンタイル:88.55(Physics, Multidisciplinary)

The low-lying isomeric state of $$^{229}$$Th provides unique opportunities for high-resolution laser spectroscopy of the atomic nucleus. We determine the energy of this isomeric state by measuring the absolute energy difference between two $$gamma$$-decays from the 29.2-keV second-excited state. A transition-edge sensor microcalorimeter was used to measure the absolute energy of the 29.2-keV $$gamma$$-ray with improved precision. Together with the cross-band transition energy (29.2 keV$$rightarrow$$ground) and the branching ratio of the 29.2-keV state measured in a recent study, the isomer energy was determined to be 8.30$$pm$$0.88 eV. Our result is in agreement with latest measurements based on different experimental techniques, which further confirms that the isomeric state of $$^{229}$$Th is in the laser-accessible vacuum ultraviolet range.

論文

Spectroscopic measurements of L X-rays with a TES microcalorimeter for a non-destructive assay of transuranium elements

中村 圭佑; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 杉本 哲也*; 木口 優*; 伊豫本 直子*; 満田 和久*

Journal of Low Temperature Physics, 193(3-4), p.314 - 320, 2018/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

Spectroscopic measurement of L X-ray is one of important techniques for a non-destructive assay of transuranium (TRU) elements because L X-rays of the energy ranging from 10 to 25 keV are emitted following internal conversion after the alpha-decay of TRU elements. For identification of L X-ray peaks of TRU elements, the energy resolution of the detector is required to be lower than 100 eV of the full width at half maximum (FWHM). In this work, a transition-edge-sensor (TES) microcalorimeter was operated for spectroscopic measurements of L X-rays emitted from a Np-237 and Cm-244 source. Typical L X-ray peaks of Pa, U and Pu elements were clearly identified in the obtained energy spectra. The FWHM energy resolution of the TES microcalorimeter was obtained to be 32.7 eV at Pu L alpha1 X-ray peak of 14.28 keV with natural line width of 12.20 eV. We considered a feasibility of a non-destructive assay of TRU elements with experimental L X-ray spectra obtained by the TES microcalorimeter.

報告書

超伝導転移端マイクロカロリメータによる燃料デブリの核種分析に係る研究; 高分解能測定実験及びシミュレーション計算(共同研究)

高崎 浩司; 安宗 貴志; 大西 貴士; 中村 圭佑; 石見 明洋; 伊藤 主税; 逢坂 正彦; 大野 雅史*; 畠山 修一*; 高橋 浩之*; et al.

JAEA-Research 2013-043, 33 Pages, 2014/01

JAEA-Research-2013-043.pdf:13.81MB

福島第一原子力発電所の事故において、炉内燃料は部分的又は全体的に溶融していると見られており、燃料集合体を1単位とする通常の計量管理手法の適用は困難と考えられている。このため、廃炉措置において炉内燃料の取出から貯蔵を行うまでの透明性を確保し、かつ合理的に計量管理を実施できる手法を構築する必要がある。本研究開発では、計量管理のための燃料定量の技術の1つとして、従来のゲルマニウム半導体検出器に比べ優れたエネルギー分解能を有する超伝導転移端(TES)マイクロカロリーメーターを適用した燃料デブリ中の核燃料物質及び核分裂生成等の分析手法の適用を検討する。高分解能分析での特性を活用し、燃料デブリ中の核燃料物質及び核分裂生成物のスペクトルに係る詳細な情報が期待できる。本報告書では、TES検出器の原理、日本原子力研究開発機構での測定試験の状況、シミュレーション計算コードEGS5による実験データの解析及び燃料デブリの収納キャニスタの高分解能測定のシミュレーション計算について報告する。

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:10.77(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

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

 被引用回数:5 パーセンタイル:35.8(Nuclear Science & Technology)

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

雨水中自然放射能の排水モニタに及ぼす影響

吉田 芳和; 奥山 登; 中村 清宣; 長谷川 圭佑

日本原子力学会誌, 10(12), p.684 - 685, 1968/00

大洗研究所のJMTRでは、原子炉等の2次冷却排水中の漏洩放射能を監視するために、排水モニタが設置されているが、そのサンプリングピットには雨水も集められている。降雨時に冷却水などを放出していない場合でも、このモニタの指示値が上昇することが観測され、その原因は雨水中の自然放射能によるものと推定された。この現象は東海研究所の排水溝の水モニタについても観測されている$$^{(}$$$$^{1}$$$$^{)}$$。またJacobiら$$^{(}$$$$^{2}$$$$^{)}$$は雨水中におけるRn娘核種の濃度が10$$^{-}$$$$^{5}$$~10$$^{-}$$$$^{4}$$$$mu$$Ci/cm$$^{3}$$になることを報告している。著者らは、排水モニタを用いて雨水中の放射能について調査し、雨水中の自然放射能が水モニタによる排水監視に及ぼす影響について検討した。

口頭

液体シンチレーションカウンターを用いたスミア測定法の開発

中村 圭佑; 飯嶋 信夫; 山下 朋之; 柴 浩三; 百瀬 琢麿

no journal, , 

再処理施設等で取り扱う純ベータ線放出核種に対する管理方法として、液体シンチレーションカウンターを用いた簡易的な測定手法を開発した。液体シンチレーションカウンターを用いることで、線源の自己吸収や、空気中の減衰といった、測定における妨害要因を排除でき、高い計数効率が実現できる。また、スミアろ紙を直接液体シンチレータに溶かし込むことで、前処理を必要としない、簡易的で迅速な測定手法となることが期待される。今回、さまざまな線源について、スミアろ紙を混合した状態の試料を作成し、得られたエネルギースペクトルより、本手法の有効性について評価した。発表にて、評価の結果について報告する。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素LX線分光分析

前田 亮*; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 高崎 浩司; 中村 圭佑; 青木 克憲; 満田 和久*; 田中 啓一*

no journal, , 

核燃料取扱施設における、プルトニウム等の超ウラン元素の計測を目的として、超ウラン元素から放出されるLX線を対象としたTES型マイクロカロリーメータを開発した。TES型マイクロカロリーメータは数百mKの極低温環境にて動作するエネルギー分散型のX線検出器であり、従来の半導体検出器と比較して非常に高いエネルギー分解能を持つ。開発したTES型マイクロカロリーメータを用いて、プルトニウム線源を用いたLX線スペクトル計測実験を行った。その結果、約70eVのエネルギー分解能でプルトニウムから放出されるLX線のスペクトルが得られた。

口頭

東海再処理施設における全交流電源喪失時の放射線管理設備の緊急安全対策

金澤 信之; 中村 圭佑; 宮内 亨; 近澤 達哉*; 黒澤 英章*; 柴 浩三

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、経済産業大臣(当時)からの指示文書「平成23年福島第一・第二原子力発電所等の事故を踏まえた再処理施設の緊急安全対策の実施について」を受け、東海再処理施設において、津波その他の事象により全交流電源が喪失した場合、移動式電源車等による緊急時の交流電源を確保し、放射性物質による崩壊熱の冷却機能、水素掃気機能などを回復するための措置を実施する。放射線管理設備は、再処理施設の各機能、工程設備等の回復後における施設の放射線状況を把握し、周辺公衆への影響の有無や従業員の安全を確保するために重要な位置づけとなる。以上のことから環境への放射性気体廃棄物の放出管理及び施設の放射線モニタリングを行うために、必要な交流電源を確保し、放射線監視機能を維持するために実施した緊急安全対策について報告する。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素から放出されるLX線スペクトル計測

中村 圭佑; 前田 亮*; 青木 克憲; 安宗 貴志; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 満田 和久*; 田中 啓一*

no journal, , 

Pu等のTRU核種の内部被ばく評価のための、当該核種から放出されるLX線を測定する代表的な非破壊測定の方法としては、半導体検出器を用いたX線スペクトロメトリーがある。しかし$$^{241}$$Puの子孫核種である$$^{241}$$AmのLX線とエネルギーが近接していることから、正確な測定が困難となる。主用なLX線の弁別のためにはエネルギー分解能で約100eVの性能が要求される。近年、高いエネルギー分解能を有する検出器として、超伝導相転移端温度計(TES)型マイクロカロリーメータが注目されている。TES型マイクロカロリーメータは、超伝導から常伝導へと遷移する時に発生する急激な抵抗変化を利用した検出器であり、極低温環境において動作させる。TES型マイクロカロリーメータをTRUのLX線計測に適用することで、より正確なTRUの非破壊測定が期待できる。今回、TES型マイクロカロリーメータを用いたTRUから放出されるLX線の分別性の評価を目的として、TRU核種のLX線計測実験を実施したのでその成果について報告する。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素LX線スペクトル高精度分光分析に係る研究

中村 圭佑; 青木 克憲; 高崎 浩司; 前田 亮*; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 満田 和久*; 田中 啓一*

no journal, , 

超ウラン元素(TRU)の非破壊測定法の開発を目的としてTRUから放出されるLX線を対象とした分光分析実験を行った。分光分析には高分解能検出器であるTES型マイクロカロリーメータを用い、線源にはTRUとしてPu-238,239及びAm-241を使用した。実験は原子力機構核燃料サイクル工学研究所内で行い、エネルギー分解能約40eVにてTRU核種から放出されるLX線データを取得した。

口頭

東京電力(株)福島第一原子力発電所事故に係る個人線量の特性に関する調査,4; 現地試験,2; 空間線量率, $$gamma$$線エネルギースペクトルの測定結果とファントム上の個人線量計の応答

山崎 巧; 高田 千恵; 中村 圭佑; 佐川 直貴; 星 勝也; 中川 貴博; 滝本 美咲; 谷村 嘉彦*; 高橋 史明; 百瀬 琢麿; et al.

no journal, , 

飯舘村,田村市,川内村において校正用PMMAファントム上に国内外の5種類の電子式個人線量計を設置し、線量計の読み取り値と$$gamma$$線サーベイメータを用いてファントム設置場所の空間線量率の測定値を得た。個人線量計の指示値Dpとファントム上に個人線量計を設置した時間から算定される空間線量Daの間には個人線量計の種類毎に一定の相関があり、Dp/Da=0.6-0.7の範囲であった。また、ファントムを設置した各地点において原子力機構が開発した$$gamma$$線エネルギースペクトロメータを用いて$$gamma$$線エネルギースペクトルを測定し、H*(10), 実効線量E(ROT)の推定値,個人線量計の指示値の関係について考察した。

口頭

Development of a microcalorimeter for measurement of L X-rays emitted from transuranium elements

中村 圭佑; 前田 亮; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 高崎 浩司; 満田 和久*

no journal, , 

超伝導相転移端温度計型マイクロカロリーメータはその優れたエネルギー分解能の故に、多くの研究がなされている。本研究では、超ウラン元素から放出されるLX線を測定するために、4ピクセルTES型マイクロカロリーメータを開発した。各TESは120nmのAuと50nmのTiの二層薄膜構造となっており、超伝導転移温度は約130mKである。各TESに上には5$$mu$$厚のAu吸収体が配置されており、これにより、対象とするLX線(10-30keV)に対して35-80%の吸収効率を有する。開発した4ピクセルTES型マイクロカロリーメータを用いて、Pu-238、Pu-239及びAm-241から放出されるLX線の照射実験を行った。その結果、半値幅約40eVという高いエネルギー分解能にてLX線エネルギースペクトルを取得することに成功した。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素LX線スペクトル測定

中村 圭佑; 前田 亮; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 満田 和久*

no journal, , 

超ウラン元素から放出されるLX線は、微細なエネルギー成分を有しているため、その放出率を精度よく測定することが困難である。これらのLX線を正確に測定することは、核燃料物質を取り扱う施設における放射線管理や核物質管理において核種の定性、定量を行う上で有益な情報となり得る。本研究では、TESマイクロカロリーメータを用いて、超ウラン元素から放出されるLX線スペクトルの高分解能測定を試みた。講演では超ウラン元素のひとつであるCm-244から放出されるLX線スペクトルとその解析の詳細について述べる。

口頭

福島第一原子力発電所事故後の東海再処理施設における放射線管理

渡邊 裕貴; 中村 圭佑; 赤須 昂平; 奥山 駿; 並木 篤

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故により放出された放射性核種(以下、福島原発由来核種)が東海再処理施設に降り注ぎ、$$beta$$線核種に対する通常管理が困難となった。そのため、福島原発由来核種の影響時における放射線管理方法について定め、運用してきた。その後、福島原発由来核種の影響が低減したことから、平成26年4月1日より放射線管理方法を福島原発事故前の通常管理へと復帰させた。本発表では、福島事故直後から現在までの福島原発由来核種による影響の推移について報告する。そのうえで福島原発事故前の通常管理へ復帰したことの妥当性を検証した。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素LX線分光分析

中村 圭佑; 杉本 哲也*; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 満田 和久*

no journal, , 

超ウラン元素(TRU)の非破壊測定法の開発を目的としてTRUから放出されるLX線を対象とした分光分析実験を行った。分光分析には高分解能検出器であるTES型マイクロカロリーメータを用い、線源にはTRUであるNp-237を使用した。実験の結果、高分解能エネルギースペクトルが得られた。発表では、TES型マイクロカロリーメータによって得られたLX線スペクトルの解析結果について報告する。

口頭

超伝導転移端センサを用いたX線および$$gamma$$線の分光分析; モンテカルロシミュレーションを用いたエネルギースペクトルの解析

安宗 貴志; 高崎 浩司; 中村 圭佑; 大野 雅史*; 入松川 知也*; 高橋 浩之*

no journal, , 

環境監視線量計測課ではゲルマニウム半導体検出器を超える優れたエネルギー分解能を有する超伝導転移端センサ(TES)を用いた、Puを含む超ウラン元素から放出されるX線および$$gamma$$線の精密分光分析に関する研究を行なっている。重金属で作製した吸収体をTESに取り付けることで、数十keV以上のエネルギーを持つ硬X線や$$gamma$$線の検出が可能となる。一方で、高エネルギー分解能であること、また検出器サイズも小さいことから、硬X線・$$gamma$$線検出用TESで得られるエネルギースペクトルは非常に複雑化してしまい、試料中の核種や組成比などを解析することが困難である。そこで、モンテカルロシミュレーション等を用いて、TESで得られる複雑なエネルギースペクトルを解析するための手法を検討した。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素の高精度分光分析

中村 圭佑; 杉本 哲也*; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 満田 和久*

no journal, , 

超ウラン元素から放出されるLX線測定用の超伝導相転移端温度計(TES)型マイクロカロリーメータについて、主要な超ウラン元素から放出されるLX線測定実験を行った。得られたLX線エネルギースペクトルより分光分析に十分な性能(エネルギー分解能)を有していることを確認した。

口頭

東海再処理施設におけるウェアラブル端末を用いた作業管理システムの適用性評価

今橋 淳史; 中村 圭佑; 渡邊 裕貴; 並木 篤; 高橋 芳晴*; 衣川 信之*

no journal, , 

近年、様々な分野にてウェアラブル端末を用いた無線通信方式の機器開発及びその実用化が活発となっている。これを放射線作業管理に応用することで、リアルタイムの線量情報や作業場所に関する情報の取得が可能となり、より安全で効率的な放射線作業管理が期待される。そこで本研究では、再処理施設におけるセル内放射線作業の作業管理の高度化を目的として、無線通信機能を有する線量計及びメガネ型表示端末を組み合わせた放射線作業管理システムの現場適用性評価を行った。

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