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論文

Electron-tracking Compton camera imaging of technetium-95m

初川 雄一*; 早川 岳人*; 塚田 和明; 橋本 和幸*; 佐藤 哲也; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 谷森 達*; 園田 真也*; 株木 重人*; et al.

PLoS ONE (Internet), 13(12), p.e0208909_1 - e0208909_12, 2018/12

 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)を用いて放射性同位元素$$^{95m}$$Tcの画像撮像を実施した。$$^{95m}$$Tcは、204, 582, 835keVの3本の$$gamma$$線を放出し、濃縮同位体$$^{95}$$Moを用いて$$^{95}$$Mo(p,n)$$^{95m}$$Tc反応で合成される。濃縮$$^{95}$$Mo同位体三酸化物の再利用について実験を実施し、再生率70$$sim$$90%を達成した。画像は3本の$$gamma$$線それぞれを用いて解析し取得した。その結果、$$gamma$$線エネルギーが高いほど空間分解能が向上することが判り、$$^{95m}$$Tcのような高エネルギー$$gamma$$線放出核を利用することで、ETCCが人体の深部の組織や器官の医療画像撮像に有効であることを示唆する結果を得た。

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

 被引用回数:2 パーセンタイル:49.59(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

Measurement of the isomer production ratio for the $$^{112}$$Cd($$n,gamma$$)$$^{113}$$Cd reaction using neutron beams at J-PARC

早川 岳人*; 藤 暢輔; Huang, M.; 静間 俊行*; 木村 敦; 中村 詔司; 原田 秀郎; 岩本 信之; 千葉 敏*; 梶野 敏貴*

Physical Review C, 94(5), p.055803_1 - 055803_6, 2016/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

The astrophysical origin of a rare isotope $$^{115}$$Sn has remained still an open question. An isomer ($$T_{1/2}$$=14.1 y) in $$^{113}$$Cd is an s-process branching point from which a nucleosynthesis flow reaches to $$^{115}$$Sn. The $$s$$-process abundance of $$^{115}$$Sn depends on the isomer production ratio in the $$^{112}$$Cd($$n,gamma$$)$$^{113}$$Cd reaction. However, the ratio has not been measured in an energy region higher than the thermal energy. We have measured $$gamma$$ rays following neutron capture reactions on $$^{112}$$Cd using two cluster HPGe detectors in conjunction with a time-of-flight method at J-PARC. We have obtained the result that the relative $$gamma$$-ray intensity ratio of the isomer is almost constant in an energy region of up to 5 keV. This result suggests that the $$s$$-process contribution to the solar abundance of $$^{115}$$Sn is negligibly small. We have found that the ratio of a resonance at 737 eV shows about 1.5 times higher than other ratios. This enhancement can be explained by a $$p$$-wave neutron capture. This result suggests measurements of decay $$gamma$$ rays to isomers are effective to assign the spin and parity for neutron capture resonances.

論文

Simulation of the elastic scattering contributions to the NRF-based nondestructive assay of nuclear materials

Omer, M.; 羽島 良一*; Angell, C.*; 静間 俊行*; 早川 岳人*; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Proceedings of INMM 57th Annual Meeting (Internet), 9 Pages, 2016/07

核種の核共鳴蛍光反応過程で放出される核種固有の$$gamma$$線は、核物質の非破壊検知及び測定の非常に良い方法を提供する。われわれは、$$gamma$$線非破壊検知及び測定に関連する技術を開発している。核共鳴蛍光反応をシミュレートするモンテ・カルロコードは非破壊測定装置の設計及び評価において不可欠なものである。われわれは、そのため、Geant4コードをベースとするシミュレーションコードNRFGeant4を開発している。核共鳴蛍光反応実験においては、一般に高濃度測定対象物が使われる。この場合は核共鳴蛍光反応$$gamma$$線が強く、測定しやすいためである。それに対して実際の状況では、測定したい(興味のある)核種が小さい組成比でしか含まれていないことがある。このような状況では、核共鳴蛍光反応$$gamma$$線の測定が、他の反応(例として、(核共鳴反応と同じような)弾性散乱)からの影響を受けて困難となる。例えば、典型的な核燃料のペレットは90%程度の$$^{238}$$Uを母材として含むが、測定対象として興味のある$$^{239}$$Puは約1%以下の割合でしか含まれていない。このような場合、$$^{239}$$Puからの核共鳴蛍光$$gamma$$線の測定においては、$$^{238}$$Uの弾性散乱からの強い$$gamma$$線バックグランドが発生することとなる。それゆえ、母材の弾性散乱($$gamma$$線)強度を評価することは、測定しようとする(興味のある)核種の正確な測定においては不可欠なこととなる。現段階においては、弾性散乱の満足のゆく評価は(ある計算を除いて)できていない。われわれのこの研究では、弾性散乱事象を取込むように、シミュレーションコードの高度化を行っている。

論文

レーザー・コンプトン散乱による高輝度$$gamma$$線の実現とその利用

羽島 良一; 沢村 勝; 永井 良治; 西森 信行; 早川 岳人; 静間 俊行; Angell, C.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.79 - 83, 2015/09

レーザー・コンプトン散乱で発生する$$gamma$$線は、エネルギー可変かつ狭帯域の特徴を有する。電子加速器とレーザーの先端技術を組み合わせることで、高輝度$$gamma$$線源を実現することができる。このような高輝度$$gamma$$線源は、核物質の非破壊測定をはじめとした産業利用、原子核物理の基礎研究に革新的な進歩をもたらすと期待されている。ヨーロッパでは、次世代$$gamma$$線源としてELI-NPの建設が始まっており、2018年の運転開始の予定である。われわれは、エネルギー回収型リニアック(ERL)を用いることで、ELI-NPを超える輝度、強度を持った$$gamma$$線源を提案しており、基盤技術の開発を行っている。本発表では、ERLに基づくレーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線源の特徴、産業利用、学術利用の展開について述べる。

論文

Demonstrating the integral resonance transmission method; Conceptual and experimental studies

Angell, C.; 早川 岳人; 静間 俊行; 羽島 良一; Quiter, B. J.*; Ludewigt, B. L.*; Karwowski, H. J.*; Rich, G.*; Silano, J.*

Proceedings of INMM 56th Annual Meeting (Internet), 9 Pages, 2015/07

Nuclear resonance fluorescence (NRF) is a promising technique for assaying $$^{239}$$Pu in spent nuclear fuel and for SNM detection applications because of its isotope-specific nature and potential for high sensitivity. To fully utilize the next generation of high-flux $$gamma$$-ray sources for NRF applications we developed the integral resonance transmission (IRT) method which integratesover all resonances within the energy width of a quasi-monoenergetic $$gamma$$-ray beam allowing the full utilization of the transmission signature. To realize the IRT technique both conceptual studies, exploring the consequences of the loss of resolution, and experimental studies, demonstrating several aspects of the IRT method, were undertaken. The conceptual studies included the development of a performance metric allowing comparison between using the IRT technique and single resonances, a study of the magnitude of resonance overlap, and beam simulations examining performance as a function of beam width. The experimental studies were done at the HI$$gamma$$S facility at Duke University, and included an experiment constraining resonance overlap in a NRF transmission measurement through a TMI-2 type canister, demonstration of the IRT technique by a NRF measurement on $$^{181}$$Ta, and the world's first transmission NRF measurement on $$^{239}$$Pu. In this talk, we will overview each component of the conceptual and experimental studies for the IRT method.

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

 被引用回数:1 パーセンタイル:80.34(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

Diffraction of $$gamma$$-rays with energies of 1.17 and 1.33 MeV by a flat Si crystal

松葉 俊哉*; 早川 岳人; 静間 俊行; 西森 信行; 永井 良治; 沢村 勝; Angell, C.; 藤原 守; 羽島 良一

Japanese Journal of Applied Physics, 54(5), p.052203_1 - 052203_5, 2015/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:81.72(Physics, Applied)

Diffraction of $$gamma$$-rays by a flat Si crystal has been demonstrated using a high flux $$^{60}$$Co source with an intensity of 2.3 TBq. The diffraction intensities of the $$gamma$$-rays with energies of 1.17 and 1.33 MeV have been measured as a function of the rotation angle of the crystal. Three peaks corresponding to the Si(440) and Si(220) diffractions for 1.17 MeV and the Si(440) diffraction for 1.33 MeV have been measured. The heights and shapes of these three peaks are well reproduced by taking into account Bragg's law and the experimental geometry.

論文

Demonstration of a transmission nuclear resonance fluorescence measurement for a realistic radioactive waste canister scenario

Angell, C.; 羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; Karwowski, H.*; Silano, J.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 347, p.11 - 19, 2015/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:33.2(Instruments & Instrumentation)

Transmission nuclear resonance fluorescence (NRF) is a promising method for precision non-destructive assay (NDA) of fissile isotopes including $$^{239}$$Pu in spent fuel while inside a storage canister. The assay, however, could be confounded by the presence of overlapping resonances from competing isotopes in the canister. A measurement is needed to demonstrate that transmission NRF is unaffected by the shielding material. To this end, we carried out a transmission NRF measurement using a mono-energetic $$gamma$$-ray beam on a proxy target (Al) and absorbing material simulating a realistic spent fuel storage canister. Similar amounts of material as would be found in a possible spent fuel storage canister were placed upstream: concrete, stainless steel (SS 304), lead (as a proxy for U), and water. An Al absorption target was also used as a reference. These measurements demonstrated that the canister material should not significantly influence the non-destructive assay.

論文

レーザー・コンプトン散乱による$$gamma$$線NDAの技術開発の現状

羽島 良一; 静間 俊行; 永井 良治; 森 道昭; 早川 岳人; Angell, C.; 瀬谷 道夫

核物質管理学会(INMM)日本支部第35回年次大会論文集(インターネット), 7 Pages, 2015/01

日本原子力研究開発機構は、レーザー・コンプトン散乱(LCS)で生成する大強度単色$$gamma$$線(LCS $$gamma$$線)と原子核共鳴蛍光散乱(NRF)による核種の非破壊測定を提案し、これに必要な基盤技術開発を行っている。平成26年度は、4年間の技術開発プログラムの最終年度としてLCS $$gamma$$線の発生実証試験(実証試験)をコンパクトERL(ERL試験加速器)にて実施する予定であり、高エネルギー加速器研究機構の協力のもと、実証試験の準備を進めている。コンパクトERLは2014年3月12日に完成検査に合格し、同6月20日までの運転では実証試験に向けた電子ビーム調整などを行った。2014年7月から12月までの加速器の停止期間中にLCS用レーザー、電子・レーザー衝突用真空容器、ビームライン、LCS $$gamma$$線測定装置などの設置を行い、2015年1月以降に実証試験を開始する。本発表では、これら、(LCS $$gamma$$線の発生)実証試験に向けた準備状況を報告する。

論文

Improving the assay of $$^{239}$$Pu in spent and melted fuel using the nuclear resonance fluorescence integral resonance transmission method

Angell, C.; 早川 岳人; 静間 俊行; 羽島 良一; Quiter, B. J.*; Ludewigt, B. L.*; Karwowski, H.*; Rich, G.*

Nuclear Physics and $$gamma$$-ray sources for Nuclear Security and Nonproliferation, p.133 - 141, 2014/12

Non-destructive assay (NDA) of $$^{239}$$Pu in spent nuclear fuel is possible using the isotope-specific nuclear resonance fluorescence (NRF) integral resonance transmission (IRT) method. The IRT method measures the absorption of photons from a quasi-monoenergetic $$gamma$$-ray beam due to all resonances in the energy width of the beam. According to calculations the IRT method could greatly improve assay times for $$^{239}$$Pu in nuclear fuel. To demonstrate and verify the IRT method, we first measured the IRT signature in $$^{181}$$Ta, and subsequently made IRT measurements in $$^{239}$$Pu. These measurements were done using the quasi-monoenergetic beam at the High Intensity $$gamma$$-ray Source (HI$$gamma$$S) in Durham, NC, USA. The IRT signature was observed as a decrease in scattering strength when the same isotope material was placed in the beam line upstream of the scattering target. The results confirm the validity of the IRT method in both $$^{181}$$Ta and $$^{239}$$Pu.

論文

Validating resonance properties using nuclear resonance fluorescence

Angell, C.; 羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; Karwowski, H.*; Silano, J.*

Physical Review C, 90(5), p.054315_1 - 054315_6, 2014/11

AA2014-0567.pdf:0.3MB

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.71(Physics, Nuclear)

Measurement of a resonance's integrated cross section using nuclear resonance fluorescence can be a valuable tool for verifying the properties of the resonance because of the clear and unambiguous physical connection to the spin, lifetime, and ground state branching ratio of the level. We demonstrate this idea by measuring the integrated cross section of the 3.004 MeV level in $$^{27}$$Al to 4% using the mono-energetic $$gamma$$-ray beam at the High Intensity $$gamma$$-ray Source. That level was the subject of much debate experimentally in the 1960's, especially its spin, and even now only has a current tentative spin assignment of $$J=(9/2)$$. The consistency check between this integrated cross section and the known properties of the level indicate that one (or more)of the literature properties is incorrect. Based on the range of extent of each property, a re-assignment of spin to atentative $$J=(7/2)$$ may be warranted, but this would need to be confirmed with other measurements. This result demonstrates the utility of NRF as a way to verify the properties of states in the literature before undertaking more extensive measurements.

論文

Neutron angular distribution in ($$gamma$$, n) reactions with linearly polarized $$gamma$$-ray beam generated by laser Compton scattering

堀川 賢*; 宮本 修治*; 望月 孝晏*; 天野 壮*; Li, D.*; 今崎 一夫*; 井澤 靖和*; 緒方 一介*; 千葉 敏*; 早川 岳人

Physics Letters B, 737, p.109 - 113, 2014/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.18(Astronomy & Astrophysics)

1950年代に、100%直線偏光した$$gamma$$線の($$gamma$$,n)反応による中性子の角度分布は非対称であり、ビーム軸に対して90度の角度では、a+b sin$$^{2}$$$${theta}$$の関数で記述できることが予言されていたが、半世紀以上にわたり中重核に対して実験的には検証されていなかった。われわれはNewSUBARUで直線偏光したレーザーコンプトン散乱$$gamma$$線を用いて、$$^{197}$$Au, $$^{127}$$IとナチュラルのCuに対して、理論的に予言された角度分布を検証した。

論文

核セキュリティにおける核物質の非破壊測定技術

早川 岳人; 藤原 守*

日本原子力学会誌, 56(7), p.448 - 452, 2014/07

世界では核セキュリティの強化が重要視されており、特に鍵となる技術の一つが核物質及び放射性同位体の非破壊測定技術の開発である。その実現のためには、従来の原子力工学の領域を超えた原子核物理学、加速器科学、レーザー科学、核融合科学等の専門家の協力が必要であり、共同研究が行われつつある。

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

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

Application of laser Compton scattered $$gamma$$-ray beams to nondestructive detection and assay of nuclear material

羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; Angell, C.; 永井 良治; 西森 信行; 沢村 勝; 松葉 俊哉; 小菅 淳*; 森 道昭; et al.

European Physical Journal; Special Topics, 223(6), p.1229 - 1236, 2014/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:57.38(Physics, Multidisciplinary)

Generation of energy-tunable $$gamma$$-rays via laser Compton scattering is of great interest for applications of MeV photons -which interact with nuclei- and scientific studies. One of the promising applications of such energy-tunable $$gamma$$-rays is the nondestructive detection and assay of nuclides, which are necessary for nuclear security and safeguards. We are developing technologies relevant to $$gamma$$-ray nondestructive detection and assay, which include a high-brightness $$gamma$$-ray source based on modern laser and accelerator technologies, and $$gamma$$-ray measurement methods optimized for highly radioactive samples.

論文

Neutrinos in core-collapse supernovae and nucleosynthesis

梶野 敏貴*; Mathews, G. J.*; 早川 岳人

Journal of Physics G; Nuclear and Particle Physics, 41(4), p.044007_1 - 044007_34, 2014/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:22.39(Physics, Nuclear)

ニュートリノ反応は超新星爆発における鍵となる要素である。ニュートリノは元素合成においても重要な役割を担う。しかし、多くの問題が未解決である。このレビュー論文では、我々のグループと他のグループによって行われた研究について解説する。多くの努力がニュートリノが中心部から外層への輸送の解明と、外層のエンベロープにおけるニュートリノの熱伝導の役割について行われている。このニュートリノ輸送の話題に加えて、ニュートリノ入射元素合成(ニュートリノ過程とp過程)の現在の話題について解説する。ニュートリノ同位体$$^{180}$$Taと$$^{138}$$Laの生成に関する話題を解説し、ニュートリノ過程核時計$$^{136,138}$$Ce, $$^{138}$$La系と、$$^{92}$$Nbについて説明する。また、その他の問題も議論する。

論文

Delbr$"{u}$ck scattering calculation using the LoopTools package

Koga, J. K.; 早川 岳人

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.016008_1 - 016008_4, 2014/03

We will present an outline of how to calculate the Delbr$"{u}$ck scattering cross section using the LoopTools package of routines designed for calculations of the loop integrals resulting from Feynman diagrams, which are involved in the Delbr$"{u}$ck scattering, and some preliminary calculations.

論文

Statistical uncertainties of nondestructive assay for spent nuclear fuel by using nuclear resonance fluorescence

静間 俊行; 早川 岳人; Angell, C.; 羽島 良一; 湊 太志; 須山 賢也; 瀬谷 道夫; Johnson, M.*; McNabb, D.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 737, p.170 - 175, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.62(Instruments & Instrumentation)

大強度単色光源を用いた核共鳴散乱による低濃度アクチナイド核種を含む使用済み核燃料の非破壊分析における統計誤差の評価を行った。ORIGEN2.2-UPJ燃焼コードを用いて使用済み核燃料からの放射強度を計算し、バックグラウンド計数を求めた。また、レーリー散乱,核トムソン散乱,デルブルック散乱からのコヒーレント散乱によるバックグラウンドも考慮した。コヒーレント散乱による$$gamma$$線エネルギーは、共鳴散乱$$gamma$$線のエネルギーと一致するため、第一励起状態への遷移$$gamma$$線を測定する方法を提案する。励起エネルギー2.25, 3.5, and 5MeVにおいて、3から100eV$$cdot$$bの全共鳴散乱断面積を仮定して、共鳴散乱$$gamma$$線測定の統計誤差を見積もった。その結果、毎秒10$$^6$$個の強度をもつ$$gamma$$線ビームを用いて、3.5から5MeVの励起エネルギーにおける全積分断面積30eV$$cdot$$bをもつ共鳴散乱に対して、4000秒の測定時間で2.2から3.2%の統計誤差で、使用済み核燃料中の1%のアクチナイド核種を分析できることがわかった。

論文

Supernova neutrino nucleosynthesis of the radioactive $$^{92}$$Nb observed in primitive meteorites

早川 岳人; 中村 航*; 梶野 敏貴*; 千葉 敏; 岩本 信之; Cheoun, M. K.*; Mathews, G. J.*

Astrophysical Journal Letters, 779(1), p.L9_1 - L9_5, 2013/12

 被引用回数:21 パーセンタイル:31.59(Astronomy & Astrophysics)

短い半減期の放射能は最後の元素合成イベントから太陽系形成までの時間を計る宇宙核時計として使われている。$$^{92}$$Nb(半減期は34.7メガ年)は太陽系形成時に存在していた半減期が短い同位体の一つである。しかし、測定された太陽系形成時の$$^{92}$$Nb/$$^{93}$$Nbの値は、大きく異なる2つの値に集中しているという問題がある。一つは、10$$^{-3}$$であり、もう一つは10$$^{-5}$$である。加えて、$$^{92}$$Nbの天体起源は不明という問題も残っている。ここで、われわれは$$^{92}$$Nbの起源が超新星ニュートリノ過程であることを提案する。また、その他の一般的な元素合成過程では$$^{92}$$Nbが生成されないことも示す。

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