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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：0.00(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：3 パーセンタイル：79.20(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：26 パーセンタイル：96.42(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：60.44(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。
弘中 浩太; Lee, J.; 伊藤 史哲*; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*
no journal, ,
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行った、大阪大学LFEXレーザーを用いた中性子TOF測定実験において、インジウム及び銀による中性子共鳴ピークを観測することに成功した。
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。
Lee, J.; 伊藤 史哲*; 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)を用いた中性子共鳴透過分析(NRTA)の技術開発を行っている。LDNSから発生した高速中性子をNRTAに適当な熱外エネルギーまで減速するためには、モデレータが必要である。本発表では、シミュレーション計算から得られた結果を基にLDNSを用いたNRTAに適切なモデレータの構造や素材などについて報告する。
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.
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。
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。
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。
余語 覚文*; Lan, Z.*; 早川 岳人*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; 小泉 光生; 森 隆人*; Wei, T.*; 藤岡 慎介*; et al.
no journal, ,
レーザー駆動中性子源は、高強度レーザーパルスを薄膜の1次ターゲットに集光して、プラズマの作る瞬間的な電場でMeVエネルギーイオン(陽子・重陽子)を発生し、それを2次ターゲット(ベリリウム等)に照射して、短パルスの高速中性子を発生する。2次ターゲットに小型の減速材を取り付けて、パルス熱外中性子を発生し、1.8mのビームラインで飛行時間法によるエネルギースペクトルを分析した。ビームラインに銀(Ag),タンタル(Ta),インジウム(In)の合板を設置したところ、3.81eV (In), 4.28eV (
Ta), 5.19eV (Ag)に共鳴吸収によるディップを計測した。これらの共鳴吸収スペクトルは、レーザー1パルスで発生する中性子で計測されたものである。講演では、実験結果の詳細と、将来的なシングルショット分析への応用可能性について議論する。
Lan, Z.*; 余語 覚文*; Mirfayzi, S. R.*; 小泉 光生; 早川 岳人*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Golovin, D.*; 森 隆人*; Wei, T.*; et al.
no journal, ,
Neutron resonance diagnosis technology has been developed on reactors and accelerators for over ten years. By employing neutron beams with high transmittance, it is possible to analyse elementary composition, internal temperature and shock waves of thick objects in a non-destructive way. 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). The neutron resonance measuring experiment was implemented at ILE, Osaka Univ. with peta-watt laser LFEX. The experimental results in 2020 demonstrated that LDENS is applicable for neutron resonance measurement. In 2021 experiments, we developed the system to record neutron spectrum with higher quality. Multiple resonance peaks of various isotopes with different temperature were clearly measured. The presentation will introduce the experimental results and discussions including characteristic evaluation of LDENS and temperature dependency of neutron resonance peaks.
弘中 浩太; Lee, J.; 伊藤 史哲*; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 小泉 光生
no journal, ,
中性子共鳴透過分析(NRTA)は、パルス中性子源を用いた中性子飛行時間測定により核物質を非破壊測定する手法であり、保障措置等の有用な手段として技術開発が進められてきた。NRTAを高いエネルギー分解能で実施するには、中性子源のパルス幅は短く、飛行距離は長い方が有利であるが、今後、NRTAの実用化を進めるためには、装置の小型化、すなわち、中性子源の小型化と飛行距離の短距離化が必要である。飛行距離を短くした上で高いエネルギー分解能を達成するためには、短パルスの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、これらの要求を満たす中性子源として将来を期待されている。我々はLDNSのNRTAへの適用可能性を実証するため、大阪大学で開発中のLDNSを用いて中性子透過実験を行い、核物質を模擬した試料の共鳴ピークを観測した。
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.
Lan, Z.*; Wei, T.*; 早川 岳人*; 加美山 隆*; 佐藤 博隆*; 有川 安信*; Mirfayzi, S. R.*; 小泉 光生; 安部 勇輝*; Morace, A.*; et al.
no journal, ,
A Laser-Driven Neutron Source (LDNS) is a novel neutron that provides neutron beam of ultra-short pulse duration and high flux. This technique would be useful for neutron resonance non-destructive diagnosis application. A demonstration experiment was carried out using an LDNS developed for the LFEX laser of Institute of Laser Engineering, Osaka University. A neutron resonance spectrum was observed with a single laser shot. The technique can be used as a "nuclear thermometer" because the resonance shape is broadened as a function of the sample material temperature.
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.
