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小泉 光生; 伊藤 史哲*; Lee, J.; 弘中 浩太; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Wei, T.*; 余語 覚文*; et al.
第45回日本核物質管理学会年次大会会議論文集(インターネット), 4 Pages, 2024/11
Neutron resonance transmission analysis (NRTA) is a non-destructive method applicable for measuring nuclear material using a time-of-flight (TOF) technique with a pulsed neutron source. To realize a high resolution compact NRTA system, use of a short-pulsed neutron source is essential. Laser-driven neutron sources (LDNSs) are well-suit for generating such neutron beams due to their short pulse width. The advances in laser technology will further reduce the system's size and improve practicality. In this study, we demonstrate the measurement of a neutron transmission TOF spectrum of a sample containing indium and silver using the LDNS of the Osaka University. The obtained spectrum was analyzed using the least-square nuclear-resonance fitting program, REFIT, showcasing for the first time the potential of an LDNS for nondestructive areal-density material characterization.
小泉 光生; 伊藤 史哲*; Lee, J.; 弘中 浩太; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Lan, Z.*; Wei, T.*; et al.
Scientific Reports (Internet), 14, p.21916_1 - 21916_9, 2024/09
被引用回数：2 パーセンタイル：64.46(Multidisciplinary Sciences)Laser-driven neutron sources (LDNSs) can generate strong short-pulse neutron beams, which are valuable for scientific studies and engineering applications. Neutron resonance transmission analysis (NRTA) is a nondestructive technique used for determining the areal density of each nuclide in a material sample using pulsed thermal and epithermal neutrons. Herein, we report the first successful NRTA performed using an LDNS driven by the Laser for Fast Ignition Experiment at the Institute of Laser Engineering, Osaka University. The key challenge was achieving a well-resolved resonance transmission spectrum for material analysis using an LDNS with a limited number of laser shots in the presence of strong background noise. We addressed this by employing a time-gated 
Li-glass scintillation neutron detector to measure the transmission spectra, reducing the impact of electromagnetic noise and neutron and gamma-ray flashes. Output waveforms were recorded for each laser shot and analyzed offline using a counting method. This approach yielded a spectrum with distinct resonances, which were attributed to 
In and 
Ag, as confirmed through neutron transmission simulation. The spectrum was analyzed using the least-square nuclear-resonance fitting program, REFIT, demonstrating the possibility of using an LDNS for nondestructive areal-density material characterization.
Lan, Z.*; 有川 安信*; Mirfayzi, S. R.*; Morace, A.*; 早川 岳人*; 佐藤 博隆*; 加美山 隆*; Wei, T.*; 巽 湧太*; 小泉 光生; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.5365_1 - 5365_7, 2024/07
被引用回数：5 パーセンタイル：75.95(Multidisciplinary Sciences)The temperature measurement of material inside of an object is one of the key technologies for control of dynamical processes. For this purpose, various techniques such as laser-based thermography and phase-contrast imaging thermography have been studied. However, it is, in principle, impossible to measure the temperature of an element inside of an object using these techniques. One of the possible solutions is measurements of Doppler brooding effect in neutron resonance absorption (NRA). Here we present a method to measure the temperature of an element or an isotope inside of an object using NRA with a single neutron pulse of approximately 100 ns width provided from a high-power laser. We demonstrate temperature measurements of a tantalum (Ta) metallic foil heated from the room temperature up to 617 K. Although the neutron energy resolution is fluctuated from shot to shot, we obtain the temperature dependence of resonance Doppler broadening using a reference of a silver (Ag) foil kept to the room temperature. A free gas model well reproduces the results. This method enables element(isotope)-sensitive thermometry to detect the instantaneous temperature rise in dynamical processes.
余語 覚文*; Lan, Z.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; Wei, T.*; 森 隆人*; Golovin, D.*; 早川 岳人*; 岩田 夏弥*; et al.
Physical Review X, 13(1), p.011011_1 - 011011_12, 2023/01
被引用回数：28 パーセンタイル：96.01(Physics, Multidisciplinary)Neutrons are powerful tools for investigating the structure and properties of materials used in science and technology. Recently, laser-driven neutron sources (LDNS) have attracted the attention of different communities, from science to industry, in a variety of applications, including radiography, spectroscopy, security, and medicine. However, the laser-driven ion acceleration mechanism for neutron generation and for establishing the scaling law on the neutron yield is essential to improve the feasibility of LDNS. In this paper, we report the mechanism that accelerates ions with spectra suitable for neutron generation. We show that the neutron yield increases with the fourth power of the laser intensity, resulting in the neutron generation of 
in 
at a maximum, with 
Wcm
, 900 J, 1.5 ps lasers. By installing a "hand-size" moderator, which is specially designed for the LDNS, it is demonstrated that the efficient generation of epithermal (0.1-100 eV) neutrons enables the single-shot analysis of composite materials by neutron resonance transmission analysis (NRTA). We achieve the energy resolution of 2.3% for 5.19-eV neutrons 1.8 m downstream of the LDNS. This leads to the analysis of elements and isotopes within sub-
s times and allows for high-speed nondestructive inspection.
弘中 浩太; 伊藤 史哲*; Lee, J.; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*
第42回日本核物質管理学会年次大会会議論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/11
中性子共鳴透過分析(NRTA)はパルス中性子源を用いてTOF測定を行うことで核物質を非破壊測定する手法であるが、小型・高精度化には短パルスな小型中性子源が必要となる。近年発展著しいレーザー技術を用いたレーザー駆動中性子源(LDNS)は、そのような中性子源として将来を期待されている。我々はLDNSを用いたNRTAの実現可能性を調べるため、大阪大学LFEXレーザーを用いて中性子TOF測定実験を行った。
有川 安信*; 池田 裕二郎; 清水 裕彦*; 花山 良平*; 近藤 治靖*; 黒澤 俊介*
レーザー研究, 46(11), p.634 - 640, 2018/11
小型中性子源は、中性子回折, 中性子共鳴分析, 中性子ラジオグラフィなど様々な診断手法として使われてきた。中性子検出器の開発はこれらの全ての応用に不可欠であるが、その技術は中性子エネルギーと測定の目的に強く依存している。本論文では、小型中性子源の利用促進に関連する中性子測定技術について解説する。低速中性子用の従来型検出器による一般的な中性子検出技術と共に、レーザー駆動小型中性子源に適用できる高時間分解能かつ高感度な高エネルギー中性子用検出器について述べる。
Zhang, Z.*; 西村 博明*; 波元 拓哉*; 藤岡 慎介*; 有川 安信*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 匂坂 明人; 細田 裕計*; 織茂 聡; et al.
Review of Scientific Instruments, 83(5), p.053502_1 - 053502_5, 2012/05
被引用回数：18 パーセンタイル：60.26(Instruments & Instrumentation)ラウエ分光器を用いて17-77keVまでのレーザープラズマからの特性X線の定量計測を行った。ラウエ分光器では信号強度や露光時間によって検出器としてCSI蛍光体にCCDカメラかイメージングプレートのどちらかを選択して用いることができる。別の構成された計測器を用いたレーザープラズマX線及び、放射性同位体を用いてラウエ分光器の絶対感度較正を行った。実験におけるラウエ結晶からの積算反射率は、X線回折コードを用いた計算結果とよく一致していることがわかった。このラウエ分光器を用いた定量計測の結果から特性X線発生のための入射レーザーエネルギーから高速電子への変換効率について議論する。
Lan, Z.*; 余語 覚文*; 早川 岳人*; Wei, T.*; 加美山 隆*; 佐藤 博隆*; 有川 安信*; Mirfayzi, R.*; 小泉 光生; 安部 勇輝*; et al.
no journal, ,
Neutron resonance diagnosis technology has been developed worldwide for over ten years. By employing neutron beams with high transmittance, it is possible to measure the resonance spectral of samples in the neutron beam-line. We developed a new approach to generate short pulse epithermal neutron beams using relativistic intensity laser for the neutron resonance spectral diagnosis, which is known as Laser-Driven Epithermal Neutron Source (LDENS). Benefit from highly focused laser, the LDENS can provide high temporal accuracy with a compact volume of the source. Therefore, the minimal change of neutron resonance peaks caused by Doppler broadening effect of atom temperature could be detected via single pulse of LDENS. In experiment, we measured resonance at 4.28eV of a 0,1mm Ta plate with serial temperature points (300K-600K) and another resonance at 5.18eV of an Ag plate was recorded as a reference of the neutron signal. The experimental data shows the feasibility of isotope-discriminating atomic thermometer using a single shot of LDENS. More results will be reported in the presentation.
匂坂 明人; 小倉 浩一; 錦野 将元; Pirozhkov, A. S.; 河内 哲哉; 西内 満美子; 今 亮; 神門 正城; 近藤 公伯; 有川 安信*; et al.
no journal, ,
高強度レーザーと物質との相互作用により生成される高エネルギーのイオン、電子、X線等は、量子ビーム源として注目されている。特に高エネルギーイオンについては、医療への応用が期待されている。レーザーの強度やエネルギーに対する加速イオンのエネルギー等を調べるため、超短パルスレーザーや高エネルギーレーザーを用いて、薄膜ターゲットからの陽子発生実験を進めている。超短パルスレーザーを用いた実験では、原子力機構設置のJ-KARENレーザーを用いて、実験を進めている。高エネルギーレーザーを用いた実験として、大阪大学レーザーエネルギー学研究センター設置のLFEXレーザーを照射し、陽子発生実験を行った。
小泉 光生; Lee, J.; 伊藤 史哲*; 高橋 時音; 鈴木 敏*; Omer, M.*; 瀬谷 道夫*; 羽島 良一; 静間 俊行; 余語 覚文*; et al.
no journal, ,
Along with the global increase of use of nuclear materials (NMs), growing requirements are development for new effective characterization methods for nuclear material accountancy and technologies to cope with the threat of nuclear terrorism. Non-destructive Assay (NDA) methods are an efficient, quick, and remote way to detect and quantify nuclear materials (NMs). Passive NDA techniques, which are based on radiation measurement, are conventionally used in accountancy for quantification of NMs and in security for detection and identification of NMs. However, they could not be applied to an object with strong radioactivity or in shielding materials. Active NDA techniques are, therefore, considered to be a breakthrough technique to measure such NMs samples by utilizing interrogation particles (such as photons and neutrons). Induced signals by the incident particles (for example, transmitted neutrons) are measured to deduce sample properties. This report overviews two research programs that utilize nuclear photonics technologies for nuclear non-proliferation and security. The research programs carried out by JAEA under collaborations are supported by MEXT (the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of the Japanese government) under the subsidy for "promotion of strengthening nuclear security and the like".
伊藤 史哲*; Lee, J.; 高橋 時音; 小泉 光生; 鈴木 敏*; 弘中 浩太; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*
no journal, ,
文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源(LDNS)を用いた核共鳴透過分析(NRTA)技術開発を行っている。LDNSは、小さな領域から短いパルス幅の中性子を発生させることができ、NRTAにとって大きなメリットがあると考えられている。このLDNSを用いたNRTAの実証のために、大阪大学にあるLFEXレーザーを用いたTOF法による透過率測定を実施した。その結果について報告する。
高橋 時音; 小泉 光生; 伊藤 史哲*; Lee, J.; 鈴木 敏*; 弘中 浩太; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 西村 博明*; et al.
no journal, ,
The technique of NRTA is based on a neutron time-of-flight (TOF) method. Collimated pulsed neuron beams passing through a sample arrive a neutron detector placed at a distance from the neutron source. The neutron kinetic energy is deduced from the flight time between the neutron generator and the detector. Since the neutron reaction cross section of a nuclide has a characteristic resonance structure, neutrons having the resonance energy are strongly absorbed or scattered by the nuclide in a sample. Resonance dips appeared in the transmission spectrum are analyzed to deduce each nuclide areal density. The resolution of the observed dip strongly depends on the flight path length and the neutron pulse width. To realize a compact NRTA system by shortening the flight path length, a short-pulsed neutron generation is required. A laser-driven neutron source (LDNS), which can generate extremely short pulse neutron beams, is considered to potentially be such a short pulse neutron generator for a compact NRTA system. In addition, because laser light can be transported by mirrors, the laser system of the LDNS can be installed in separated place from an NRTA system which has to be in the nuclear controlled area. This enables maintenance of a laser system to be easy. Also, several analyzing system can be operated parallelly by switching laser path. In this presentation, we will overview a proposal of an application of the LDNS to an NRTA system for nuclear non-proliferation.
匂坂 明人; 小倉 浩一; 錦野 将元; Pirozhkov, A. S.; 河内 哲哉; 西内 満美子; 神門 正城; 近藤 公伯; 有川 安信*; 小島 完興*; et al.
no journal, ,
高強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子,硬X線などが発生する。特にレーザー駆動陽子線については、医療やその他への応用が期待されている。今回、大阪大学設置のLFEXレーザーを用い、高エネルギーレーザーと薄膜ターゲットとの相互作用実験を行なった。レーザーは、3ビームをターゲットに照射した。3ビームの照射により、高エネルギー陽子を測定した。また、プラズマミラーの予備実験を開始した。
Lan, Z.*; 早川 岳人*; Wei, T.*; 加美山 隆*; 佐藤 博隆*; 有川 安信*; Mirfayzi, S. R.*; 小泉 光生; 安部 勇輝*; 森 隆人*; et al.
no journal, ,
As a new approach of neutron generation with the ultra-short pulse duration and high flux, a Laser-Driven Neutron Source (LDNS) has been studied. A demonstration experiment of neutron resonance spectroscopy using a LDNS has been performed using the petawatt laser LFEX at the Institute of Laser Engineering, Osaka University. A CD foil target was used for an high-density plasma generation. Neutrons were produced by the impact of the high energy ions on a boron converter. A high-density polyethylene surrounding the boron converter slowed down neutron energy to epithermal temperature. A single shot neutron resonance experiment was carried out at a neutron beam line of 1.8m. The neutron resonance peak at 4.28 eV of Ta was measured with different temperature.
匂坂 明人; 小倉 浩一; Pirozhkov, A. S.; 錦野 将元; 今 亮; 西内 満美子; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; 河内 哲哉; 近藤 公伯; et al.
no journal, ,
高強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子, 硬X線などが発生する。特にレーザー駆動陽子線については、医療やその他への応用が期待されている。今回、大阪大学設置のLFEXレーザーを用い、高エネルギーレーザーと薄膜ターゲットとの相互作用実験を行なった。レーザーは、4ビームをターゲットに照射した。4ビームを合計したレーザーエネルギー
1kJにおいて、陽子の最大エネルギーとして40MeVが得られた。また、プラズマミラーを用いた陽子加速実験を開始した。
高橋 時音; 伊藤 史哲*; 小泉 光生; 鈴木 敏*; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 堀 順一*; 佐野 忠史*; Lee, J.; et al.
no journal, ,
文部科学省「核セキュリティ強化等推進事業」のもと、高線量核物質の検認に適用可能な非破壊測定技術の開発を進めている。そのうち、核共鳴透過分析(NRTA)法は、試料中の核分裂性核種濃度を同位体毎に測定可能であり、特に燃料デブリなどの固体試料の分析に非常に有効である。一方で、高精度測定のためには10mを超える長距離の飛行時間(TOF)測定装置が必要となることが課題となっている。そこで、極短パルスを特徴としたレーザー駆動中性子源を利用し、TOF測定装置を5m以下に抑えたNRTAについて概念設計を進めている。
小泉 光生; 伊藤 史哲*; Lee, J.; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 弘中 浩太; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*
no journal, ,
文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源(LDNS)を用いた核共鳴透過分析(NRTA)技術開発を行っている。核物質の分析にNRTAに適用するためには、LDNSで発生した高速中性子を、短いパルス幅を維持しつつ、中性子を100eV以下に減速する必要がある。そこで、シミュレーヨンを用い、中性子を減速するモデレーターの形状や素材の検討を進めた。
Lan, Z.*; 余語 覚文*; Mirfayzi, S. R.*; 早川 岳人*; 小泉 光生; Wei, T.*; Shi, B.*; 石本 崇*; Golovin, D.*; 森 隆人*; et al.
no journal, ,
High penetration power of neutrons is potentially useful for realizing opaque object analysis in non-destructive way. Large-scale particle accelerators and nuclear reactors are mostly used for development of neutron analyzing method. A Laser-Driven Neutron Source (LDNS) has been proposed as a new approach of neutron generation for non-destructive analysis. Demonstration experiments on neutron resonance measurement ware performed at ILE, Osaka Univ., Japan. The Peta-watt laser LFEX was used to shoot a CD (deuterated plastic) foil target to produce accelerated charged deuterons. Neutrons are generated by nuclear reaction between a cylindrical beryllium and the accelerated deuteron, and then moderated by a high-density polyethylene (HDP). Neutrons of 120 eV were observed with a neutron detector at a 1.8 m using neutron resonance diagnosis technology. This report describes the results of the first experimental demonstration.
余語 覚文*; Mirfayzi, S. R.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 岩本 晃史*; 早川 岳人*; 小泉 光生; Golovin, D.*; 森 隆人*; Lan, Z.*; et al.
no journal, ,
大阪大学のLFEXレーザー施設において、大強度レーザーを用いたパルス中性子源(LDNS)の開発およびそれを利用した応用研究を進めている。レーザーは、パルス巾が1.5psで、最大出力は、1kJ(1.5
10
Wcmである。開発した中性子源は1cm程度の大きさで、数十マイクロメータに収束したレーザーをターゲットに照射し、それによって生成したMeVもの高速イオン(水素や重水素粒子)を直径5mmのベリリウムに当てて、核反応により中性子を生成するものである。中性子の生成量は、1ショットあたり10
で、この生成量は、入射エネルギーの4乗で増加することが分かった。さらに、生成した中性子を数cmの大きさのモデレータで減速させ、離れた位置に設置した中性子検出器により、中性子発生から検出までの飛行時間を測定するTOF測定を行った。試料を透過させて中性子の減衰を調べる実験を行った結果、核反応の共鳴による減衰の観測に成功した。
Lee, J.; 伊藤 史哲*; 弘中 浩太; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 堀 順一*
no journal, ,
文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源(LDNS)を用いた核共鳴透過分析(NRTA)技術開発を行っている。LDNSは発展段階にあるため、中性子共鳴透過分析(NRTA)に適用するにあたっては、いくつかの開発項目がある。本発表では、モデレータ,検出器・データ処理システムの開発について、その背景及び開発の進捗状況を報告する。
