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論文

Impact of the temperature on the non-destructive nuclide assay in the transmission NRF method

Omer, M.; 静間 俊行*; 小泉 光生; 平 義隆*; Zen, H.*; 大垣 英明*; 羽島 良一

UVSOR-50, P. 37, 2023/08

https://www.uvsor.ims.ac.jp/eng/activity/2022/pdf/ActivityReport2022.pdf

核共鳴蛍光(NRF)を用いた非破壊分析において、試料温度によるドップラー効果による影響を調べることを目的とした研究を開始した。今回は、波長1980nmのファイバーレーザーを加速エネルギー746MeVの電子ビームと衝突させて生成した最大エネルギー5.54MeVのレーザーコンプトンガンマ線を$$^{208}$$Pb標的に照射し、共鳴散乱ガンマ線を3台の高純度ゲルマニウム検出器を用いて測定した。その結果、レーザーコンプトンガンマ線最大エネルギーよりも高いエネルギーで、複数のガンマ線ピークが観測された。これらのガンマ線は、実験室内の制動放射線によって発生した中性子が測定装置の周囲の物質と反応した後に放出された中性子捕獲即発ガンマ線であると考えられる。そのため、バックグラウンドガンマ線の低減のため、ゲルマニウム検出器の周囲を厚さ10cmの鉛を用いて遮蔽した。その結果、即発ガンマ線のバックグラウンドは抑制され、$$^{208}$$Pbの共鳴散乱ガンマ線を観測することができた。

論文

Low-lying electric and magnetic dipole strengths in $$^{207}$$Pb

静間 俊行*; 湊 太志; Omer, M.*; 早川 岳人*; 大垣 英明*; 宮本 修治*

Physical Review C, 103(2), p.024309_1 - 024309_8, 2021/02

AA2020-0675.pdf:0.29MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.103.024309
 被引用回数：4 パーセンタイル：57.13(Physics, Nuclear)

$$^{207}$$Pbの低エネルギー双極子強度を準モノクロ=線形偏極フォトンビームの光核散乱を使って調べ、6.8MeVまでの励起エネルギーにおける電磁双極子($$E1$$)および磁気双極子強度($$M1$$)を導出した。今回の($$vec{gamma}$$,$$gamma'$$)反応の結果は、過去に行われた($$gamma$$,$$n$$)反応のデータと合わせて、中性子閾値近傍のエネルギーにおける$$E1$$と$$M1$$の光吸収反応断面積を求めるために使った。得られた測定結果は、乱雑位相近似法+粒子振動カップリング法による理論計算の結果と比較し、核構造の観点から議論を行う。

論文

Low-lying dipole strength in $$^{52}$$Cr

静間 俊行*; 早川 岳人*; 大東 出*; 大垣 英明*; 宮本 修治*; 湊 太志

Physical Review C, 96(4), p.044316_1 - 044316_10, 2017/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.96.044316
 被引用回数：9 パーセンタイル：55.37(Physics, Nuclear)

準単色線形偏向光子ビームを用いた核共鳴蛍光散乱実験によって、$$^{52}$$Crの低エネルギー双極子強度を測定した。励起状態のパリティは、入射光子ビームの偏極面における共鳴散乱$$gamma$$線の非対称性により決定した。励起エネルギー7.5MeVから12.1MeVまでの磁気双極子(M1)強度の総和は$$sum B(M1)uparrow=5.64(34) mu_N^2$$、電気双極子(E1)強度は$$sum B(E1)uparrow=73.7(23) times 10^{-3} e^2$$ fm$$^2$$という結果が得られた。観測されたM1とE1強度はSkyrme力を用いた乱雑位相近似法計算と比較を行い、双極子強度分布に対する2粒子2空孔状態とテンソル力の影響を調べた。この結果、2粒子2空孔状態とテンソル力の効果がともに、実験データの遷移強度の和を説明するために必要であることが分かった。

論文

Reaction-yield dependence of the ($$gamma$$, $$gamma$$') reaction of $$^{238}$$U on the target thickness

Negm, H.*; 大垣 英明*; 大東 出*; 早川 岳人; Zen, H.*; 紀井 俊輝*; 増田 開*; 堀 利匡*; 羽島 良一; 静間 俊行; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(6), p.811 - 820, 2015/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2014.980348
 被引用回数：4 パーセンタイル：33.25(Nuclear Science & Technology)

レーザーコンプトン散乱と原子核共鳴蛍光散乱に基づく、核種の非破壊検知、測定において、試料の厚みと測定精度の関係を調べるため、$$^{238}$$Uを試料とした実験を行った。

論文

Status of laser Compton scattered $$gamma$$-ray source at JAEA 150-MeV microtron

羽島 良一; Ferdows, M.; 早川 岳人; 静間 俊行; 神門 正城; 大東 出*; Negm, H.*; 大垣 英明*

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.1943 - 1945, 2014/07

http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/IPAC2014/papers/wepro004.pdf

We have developed a laser Compton scattered $$gamma$$-ray source based on a 150-MeV racetrack microtron at Japan Atomic Energy Agency. The microtron equipped with a photocathode RF gun accelerates a single bunch of electrons to collide with a laser pulse from a Nd:YAG laser. Such $$gamma$$-ray source realizes industrial application of nuclear material detection in a ship cargo, which is one of the urgent requests of international nuclear security. Recent status of $$gamma$$-ray generation experiments and design study of a practical machine is presented.

論文

Analysis of nuclear resonance fluorescence excitation measured with LaBr$$_{3}$$(Ce) detectors near 2 MeV

Omer, M.*; Negm, H.*; 大垣 英明*; 大東 出*; 早川 岳人; Bakr, M.*; Zen, H.*; 堀 利匡*; 紀井 俊輝*; 増田 開*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 729, p.102 - 107, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.nima.2013.06.083
 被引用回数：6 パーセンタイル：44.02(Instruments & Instrumentation)

LaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータ検出器による原子核共鳴蛍光散乱(NRF)の測定性能を、ゲルマニウム検出器と比較して議論した。多くの核物質が励起準位をもつ2MeV領域に着目した。Duke大学の高強度$$gamma$$線施設(HIGS)において、2.12MeV$$gamma$$線をB$$_{4}$$C試料に照射し、$$^{11}$$Bの共鳴を測定した。測定データに対してSNIPアルゴリズムによるバックグラウンドの処理を行い、LaBr$$_{3}$$(Ce)検出器の測定限界を求めた。

論文

Nuclear resonance fluorescence of $$^{235}$$U measured with high-resolution LaBr$$_3$$(Ce) scintillation detectors

Omer, M.*; Negm, H.*; Zen, H.*; 大東 出*; 紀井 俊輝*; 増田 開*; 大垣 英明*; 羽島 良一; 静間 俊行; 早川 岳人; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 52(10), p.106401_1 - 106401_4, 2013/10

https://doi.org/10.7567/JJAP.52.106401
 被引用回数：7 パーセンタイル：30.71(Physics, Applied)

Duke大学の高強度$$gamma$$線施設(HIGS)からのエネルギー1733keVの準単色$$gamma$$線ビームを用いて、$$^{235}$$Uの原子核共鳴蛍光散乱(NRF)の測定を行った。検出器として、LaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータ(長さ7.62cm、直径3.81cm)を8本組み合わせたアレイを用いた。また、4本のゲルマニウム検出器(相対効率60%)を比較のために用いた。LaBr$$_3$$(Ce)で測定したNRFの積分断面積が、過去のデータとよく一致することを確認した。

論文

Generation of laser Compton scattered $$gamma$$-rays from a 150-MeV microtron

羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; Angell, C.; 大東 出; 神門 正城; 大垣 英明*

Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.3645 - 3647, 2013/05

http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/IPAC2013/papers/thpwa009.pdf

We have developed a laser Compton scattered $$gamma$$-ray source based on a 150-MeV racetrack microtron at Japan Atomic Energy Agency. The microtron equipped with a photocathode RF gun accelerates a single bunch of electrons to collide with a laser pulse from a Nd:YAG laser. We have employed laser pulse compression by stimulated Brillouin scattering to obtain high-flux $$gamma$$-rays, $$>$$ 10$$^{5}$$ ph/s. The $$gamma$$-ray source is a prototype of commercial machine for nuclear security applications, non-destructive detection of nuclear material hidden in a ship cargo. Design and performance of the $$gamma$$-ray source are presented.

論文

Dipole strength distributions in $$^{56}$$Fe

静間 俊行; 早川 岳人; 大垣 英明; 豊川 弘之*; 小松原 哲郎*; 菊澤 信宏; 稲倉 恒法*; 本間 道雄*; 中田 仁*

Physical Review C, 87(2), p.024301_1 - 024301_7, 2013/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.87.024301
 被引用回数：16 パーセンタイル：68.29(Physics, Nuclear)

光核共鳴散乱実験において、$$^{56}$$Feの電気,磁気的な双極子遷移を偏極$$gamma$$線を用いて測定した。入射光子ビームの偏光面に対する散乱$$gamma$$線強度の非対称性の測定から、双極子準位のパリティを決定した。その結果、7$$sim$$10MeV領域の全磁気双極子(M1)遷移強度として$$Sigma B(M1)!uparrow=3.52(17)$$ $$mu_N^2$$、10MeV以下の全電気双極子(E1)遷移強度として$$Sigma B(E1)!uparrow=78.0(15)times10^{-3},e^2{rm fm}^2$$が得られた。観測されたM1遷移強度をGXPF1JとKB3G相互作用を用いた殻模型計算と比較を行った。また、E1遷移強度に対しては、Skyrme相互作用を用いた乱雑位相近似模型を用いた計算と比較を行った。

論文

SBSパルス圧縮による高輝度レーザーコンプトン$$gamma$$線源

大東 出; 神門 正城; 静間 俊行; 早川 岳人; Angell, C.; 羽島 良一; 大垣 英明*

プラズマ・核融合学会誌, 88(10), p.553 - 554, 2012/10

http://ci.nii.ac.jp/naid/110009544560

科学技術戦略推進費「安全・安心な社会のための犯罪・テロ対策技術等を実用化するプログラム"$$gamma$$線による核物質非破壊検知システム"」においてレーザーコンプトン散乱$$gamma$$線を用いた核物質非破壊検知システムにおいて必要とされる高輝度$$gamma$$線源開発を行っている。市販のNd:YAGレーザーのパルス幅を誘導ブリルアン散乱によるパルス圧縮を行い、パルス幅を300ps程度に圧縮し、電子ビームとの衝突点でのレーザー光子密度を上げることにより$$gamma$$線発生量を非圧縮の場合に比べ2桁増加させた。

論文

High flux laser-Compton scattered $$gamma$$-ray source by compressed Nd:YAG laser pulse

大東 出; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 静間 俊行; 早川 岳人; 羽島 良一; 大垣 英明*

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.4124 - 4126, 2012/05

http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/IPAC2012/papers/thppr065.pdf

原子力機構と京都大学では核テロ防止を目的とした、貨物コンテナ中に隠された核物質の非破壊検知システムの開発を行っている。このシステムでは核物質の共鳴準位に合わせたエネルギーを持つレーザーコンプトン散乱(LCS)による単色$$gamma$$線を用い、コンテナ中に隠された核物質からのNuclear Resonant Fluorescenceからの$$gamma$$線を計測することにより、核物質の同位体の同定を行うことを可能とする。核物質検知に必要とされる$$gamma$$線量は毎秒3$$times$$10$$^{5}$$個程度と見積もられ、これは既に行われた原子力機構のマイクロトロンにおけるLCS-$$gamma$$線収量の100倍に相当する。必要とされる線量を達成するため、LCSに用いるNd:YAGレーザーのパルス幅(10ns)を誘導ブリユアン散乱(SBS)により200ps程度まで圧縮し、レーザー強度を上げることにより、$$gamma$$線収量の増強を図る。パルス圧縮されたNd:YAGレーザーと原子力機構マイクロトロン加速器からの150MeV電子ビームとを用い、400keVのLSC-$$gamma$$線の発生実験を行った。レーザーパルス圧縮と$$gamma$$線発生の実験結果について報告する。

論文

Nondestructive identification of isotopes using nuclear resonance fluorescence

静間 俊行; 早川 岳人; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 大垣 英明; 豊川 弘之*

Review of Scientific Instruments, 83(1), p.015103_1 - 015103_4, 2012/01

https://doi.org/10.1063/1.3673002
 被引用回数：8 パーセンタイル：37.67(Instruments & Instrumentation)

光核共鳴散乱を用いて、鉄に隠蔽された鉛同位体の非破壊検出の実証実験を行った。レーザー光と高エネルギー電子ビームの散乱によって得られた準単色$$gamma$$線ビームを用いて、$$^{206}$$Pbと$$^{208}$$Pbの共鳴準位を励起させ、これらの同位体から放出される共鳴散乱$$gamma$$線を測定することにより、$$^{206}$$Pbと$$^{208}$$Pbの非破壊検出に成功した。また、散乱$$gamma$$線の相対強度から、これらの同位体の実効的な厚みである濃度分布を決定した。

論文

金属遮蔽された爆発物の非破壊測定法の開発

早川 岳人; 羽島 良一; 豊川 弘之*; 大垣 英明*

検査技術, 15(3), p.47 - 50, 2010/03

http://ci.nii.ac.jp/naid/40016979998

原子力機構を中心とする研究グループは、金属で厳重に遮蔽された爆発物の非破壊測定法の開発を行っている。本手法では、エネルギー可変であるレーザーコンプトン散乱$$gamma$$線による核蛍光散乱を用いて、内部に存在する爆発物を非破壊で検知及び同定する。数MeVのエネルギーの$$gamma$$線を用いるため、厚さ数cm程度の鉄などを透過して計測することが可能である。本手法では、精度よく炭素/窒素,酸素/窒素の比を計測することができるため、内部に隠蔽されている物質の種類も特定可能である。小型加速器によるレーザーコンプトン散乱$$gamma$$線源が開発されれば、港湾や空港でコンテナを非破壊で検査可能になる。

論文

Nondestructive detection of hidden chemical compounds with laser Compton-scattering $$gamma$$ rays

早川 岳人; 大垣 英明*; 静間 俊行; 羽島 良一; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 紀井 俊輝*; 豊川 弘之*

Review of Scientific Instruments, 80(4), p.045110_1 - 045110_5, 2009/04

https://doi.org/10.1063/1.3125022
 被引用回数：27 パーセンタイル：71.5(Instruments & Instrumentation)

隠蔽された化学物質の非破壊測定法を提案する。本手法では、エネルギー可変のレーザーコンプトン散乱$$gamma$$線による原子核共鳴蛍光散乱を用いて化学物質を測定する。この手法は、数cmの厚さの鉄等の遮蔽を透過して測定可能という長所を有する。本論文では、化学物質の例としてメラミン(化学式はC$$_{3}$$H$$_{6}$$N$$_{6}$$)を選び、厚さ15mmの鉄と厚さ4mmの鉛を透過してメラミンの測定を行った。最大エネルギー5MeVの$$gamma$$線を用いて炭素12及び窒素14の原子核蛍光共鳴散乱を測定した。計測した炭素12/窒素14比は0.39$$pm$$0.12であり、メラミン固有の値0.5と一致した。

論文

Nondestructive detection of heavily shielded materials by using nuclear resonance fluorescence with a laser-Compton scattering $$gamma$$-ray source

菊澤 信宏; 羽島 良一; 西森 信行; 峰原 英介; 早川 岳人; 静間 俊行; 豊川 弘之*; 大垣 英明*

Applied Physics Express, 2(3), p.036502_1 - 036502_3, 2009/03

https://doi.org/10.1143/APEX.2.036502
 被引用回数：56 パーセンタイル：86.56(Physics, Applied)

We perform a proof-of-principle experiment for a nondestructive method for detecting the elemental and isotopic composition of materials concealed by heavy shields such as iron plates with a thickness of several centimeters. This method uses nuclear resonance fluorescence (NRF) triggered by an energy-tunable laser-Compton scattering (LCS) $$gamma$$-ray source. One-dimensional mapping of a lead block hidden behind 1.5-cm-thick iron plates is obtained by measuring an NRF $$gamma$$-ray of a lead isotope $$^{208}$$Pb. We observe a 5512-keV $$gamma$$-ray from $$^{208}$$Pb excited by the quasi-monochromatic LCS $$gamma$$-rays with energies up to 5.7 MeV. The edge position of the lead block is consistent with the exact position within the uncertainty.

論文

Fine structure of the magnetic-dipole-strength distribution in $$^{208}$$Pb

静間 俊行; 早川 岳人; 大垣 英明*; 豊川 弘之*; 小松原 哲郎*; 菊澤 信宏; 民井 淳*; 中田 仁*

Physical Review C, 78(6), p.061303_1 - 061303_4, 2008/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.78.061303
 被引用回数：77 パーセンタイル：95.33(Physics, Nuclear)

準単色な偏光$$gamma$$線ビームを用いて、$$^{208}$$PbのスピンフリップM1遷移強度の測定を行った。解析の結果、中性子放出のしきい値以下の7.1$$sim$$7.4MeVにおいて、少なくとも7つのM1遷移を確認した。測定された全M1遷移強度は、これまでの報告値よりも大きくなることが明らかになった。また、自己無撞着な乱雑位相近似による計算値との比較を行い、実験結果をよく再現することがわかった。

論文

光核共鳴散乱による同位体イメージング法の原理検証

菊澤 信宏; 羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; 豊川 弘之*; 大垣 英明*; 峰原 英介

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.598 - 600, 2008/00

ERL型加速器の応用の一つとして、レーザーコンプトン$$gamma$$線による放射性同位元素の検知技術を提案し、放射性廃棄物の処理処分への応用の可能性について研究している。この検出システムの概念設計のために、GEANT4に光核共鳴散乱(Nuclear Fluorescence Resonance:NRF)の拡張を行い、シミュレーションコードの開発を行っている。十分なシミュレーションを行うためには計算時間の短縮化が問題となったので、計算速度を向上させるためにMPI(Message Passing Interface)による並列化を行い、原子力機構のクラスタ計算機(Altix350:Intel Itanium2 1.6GHz$$times$$最大64CPU)にて実行できるよう移植した。ベンチマーク計算を行った結果、64CPUで45倍の高速化を実現した。本報では光核共鳴散乱コードの開発とシミュレーションコードによる同位体検出の原理検証について報告する予定である。

論文

Photodisintegration cross section measurements on $$^{186}$$W, $$^{187}$$Re and $$^{188}$$Os; Implications for the Re-Os cosmochronology

静間 俊行; 宇都宮 弘章*; Mohr, P.*; 早川 岳人; 後神 進史*; 牧永 あや乃*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; 太田 雅久*; 大垣 英明*; et al.

Physical Review C, 72(2), p.025808_1 - 025808_9, 2005/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.72.025808
 被引用回数：43 パーセンタイル：90.03(Physics, Nuclear)

産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン$$gamma$$線を用いて、$$^{186}$$W, $$^{187}$$Re, $$^{188}$$Os核の光核反応実験を行い、中性子放出のしきい値エネルギー近傍の詳細な断面積を測定した。得られた実験データと核統計模型による計算値との比較を行い、良い一致が得られた。$$^{187}$$Os核には、励起エネルギー9.75keVに第一励起状態が存在しており、元素合成過程の高温状態下では、この状態が強く生成されていたと考えられる。そこで、今回得た光核反応$$^{188}$$Os($$gamma,n$$)の断面積データを用いて、$$^{187}$$Os第一励起状態からの中性子捕獲反応断面積の評価を行い、Re-Os宇宙時計に適用した。

論文

Photoneutron cross section measurements on $$^{186}$$W, $$^{187}$$Re and $$^{188}$$Os for cosmochronology

静間 俊行; 宇都宮 弘章*; 後神 進史*; Mohr, P.*; 早川 岳人; 牧永 あや乃*; 原 かおる*; 大垣 英明*; Lui, Y.-W.*; Goriely, S.*

Nuclear Physics A, 758, p.561c - 564c, 2005/07

産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン$$gamma$$線を用いて、$$^{186}$$W, $$^{187}$$Re, $$^{188}$$Os核に対する光核反応断面積の精密測定を行った。Hauser-Feshbach核統計模型に基づき、逆過程である$$^{185}$$W, $$^{186}$$Re及び$$^{187}$$Os核の中性子捕獲反応断面積を評価した。s過程分岐点核$$^{185}$$W, $$^{186}$$Re及び$$^{187}$$Osの第一励起状態からの中性子捕獲のs過程に対する寄与について明らかにした。さらに、この結果を、$$^{187}$$Re-$$^{187}$$Os宇宙時計に適用し、元素合成時からの年代について議論する。

論文

$$s$$-process branching at $$^{185}$$W revised

Mohr, P.*; 静間 俊行; 植田 裕康*; 後神 進史*; 牧永 あや乃*; 原 かおる*; 早川 岳人; Lui, Y.-W.*; 大垣 英明*; 宇都宮 弘章*

Physical Review C, 69(3), p.032801_1 - 032801_4, 2004/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.69.032801
 被引用回数：35 パーセンタイル：84.6(Physics, Nuclear)

逆反応過程を用いて、s過程の分岐点核である不安定核種$$^{185}$$Wの中性子捕獲反応断面積を評価した。$$^{186}$$Wの光核反応断面積の測定は、産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン$$gamma$$線を用いて行った。核統計模型から、$$s$$過程で重要な温度である$$kT=30$$keVにおいて、$$^{185}$$Wの中性子捕獲反応断面積として、$$sigma=553pm60$$mbを得た。この値は、従来のものよりも小さく、AGB星模型では、$$s$$過程において生成される$$^{186}$$Osの生成量が過大評価されることが明らかになった。

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