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論文

Measurement of the response of a $$^6$$Li-glass detector to gamma rays by a coincidence method

伊藤 史哲*; Lee, J.; 弘中 浩太; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 持丸 貴則*; 堀 順一*; 寺田 和司*; 小泉 光生

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1064, p.169465_1 - 169465_9, 2024/07

The response of a gamma-ray spectrometer is generally determined by analyzing full-energy peaks. However, full-energy peaks cannot be measured easily in the case of scintillation detectors that consist of light elements, such as glass scintillators. Only a strong Compton plateau appears in the spectrum of such detectors. Therefore, Compton edgers were used to evaluate the response of these detectors. The response of a low-resolution $$^6$$Li-glass detector to gamma rays was measured for the first time by a coincidence method with a high-resolution LaBr$$_3$$:Ce detector using cascade gamma rays (2.75 and 1.37 MeV) from a $$^{24}$$Na source. Coincidence gates were applied at the peaks of the spectrum of the LaBr$$_3$$:Ce detector at the 0.51 MeV annihilation peak, and the sum peaks of a gamma ray and a backscattered gamma ray. By analyzing the gated spectra of the $$^6$$Li-glass detector, the energy-dependent detector response (i.e., the output strength and its dispersion) was determined.

論文

Relationship between neutron moderator and time-dependent background for neutron time-of-flight measurement

Lee, J.; 弘中 浩太; 伊藤 史哲*; 小泉 光生; 堀 順一*; 佐野 忠史*

Journal of Nuclear Science and Technology, 61(1), p.23 - 30, 2024/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

In the short-distance time-of-flight (TOF) measurements, the background events increase exponentially with decreasing the distance, and the high background increases the uncertainty of the measurement data. The moderated neutron beam includes the time-dependent background originating from the neutron moderator, such as 2.2 MeV gamma rays emitted by $$^{1}$$H(n,$$gamma$$) reaction in the moderator. In this paper, to achieve a compact neutron resonance transmission analysis system with high accuracy, we studied the relationship between the moderator and time-dependent background due to gamma rays. Monte Carlo simulations were carried out with the PHITS and the JENDL-4.0 to investigate the time distributions of neutrons and gamma rays emitted from the moderator. Ratios of the gamma-ray intensity to neutron intensity (S$$gamma$$/S$$_{rm n}$$ ratio) were calculated for various moderators and flight distances. From the obtained results, moderator designs for maintaining low S$$gamma$$/S$$_{rm n}$$ ratio were discussed.

論文

核分裂性物質の非破壊分析のための中性子共鳴核分裂中性子分析法の技術開発

Lee, J.; 児玉 有; Rossi, F.; 弘中 浩太; 小泉 光生; 堀 順一*; 佐野 忠史*

第44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, 2023/11

核不拡散・核セキュリティ総合支援センターでは、試料中に含まれる少量の核分裂性物質を特定し定量する能力を向上させるための技術として、中性子飛行時間法を用いた中性子共鳴核分裂中性子分析(Neutron Resonance Fission Neutron Analysis: NRFNA)の技術開発を進めている。本発表会では、核分裂性物質の非破壊分析のために進めているNRFNA技術の紹介及びその基礎実験の結果について報告する。

論文

Neutron resonance fission neutron analysis for nondestructive fissile material assay

弘中 浩太; Lee, J.; 小泉 光生; 伊藤 史哲*; 堀 順一*; 寺田 和司*; 佐野 忠史*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1054, p.168467_1 - 168467_5, 2023/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

We propose neutron resonance fission neutron analysis (NRFNA), an active nondestructive assay (NDA) technique, to improve the capability to identify and quantify a small amount of fissile material in a sample. NRFNA uses pulsed neutrons to induce fission reactions in the sample. Fission neutrons are detected by a neutron-gamma pulse shape discrimination (PSD) scintillation detector with time-of-flight (TOF) technique. The obtained nuclide-specific resonance peaks in the neutron energy spectrum provide information to identify and quantify a fissile material in the sample. The possibility of using PSD for NRFNA was confirmed through a test experiment using a natural uranium sample. We successfully observed the resonance peaks from $$^{235}$$U(n,f) reaction and showed that NRFNA would be useful for measuring a small amount of fissile material in a sample.

論文

Laser-driven neutron generation realizing single-shot resonance spectroscopy

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:6 パーセンタイル:93.39(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 $$3times10^{11}$$ in $$4pi$$ at a maximum, with $$1.1times10^{19}$$ Wcm$$^{-2}$$, 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-$$mu$$s times and allows for high-speed nondestructive inspection.

論文

レーザー加速器駆動の中性子源を用いた中性子共鳴透過分析法の開発

伊藤 史哲*; Lee, J.; 弘中 浩太; 小泉 光生; 余語 覚文*

Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.137 - 140, 2023/01

中性子共鳴透過分析(NRTA)は、パルス中性子を計量したい核物質に照射し、飛行時間(TOF)法を用いて測定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。そこで我々はLDNSを用いたNRTAの技術開発を行い、実証実験を行った。その結果について報告する。

論文

Designs and neutronic characteristics of an epithermal neutron moderator at ambient temperature for neutron time-of-flight measurements

Lee, J.; 伊藤 史哲*; 弘中 浩太; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 小泉 光生

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(12), p.1546 - 1557, 2022/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:81.82(Nuclear Science & Technology)

Compact time-of-flight (TOF) measurement systems are desirable for easy installation in various facilities. To achieve such compact systems, one of the key considerations is the design of the neutron moderator. However, there are only a few reports on systematic studies on moderators considering both neutron energy resolution as well as a neutron intensity. In this paper, to design an epithermal neutron moderator for short-distance TOF measurements, the neutron intensity and energy resolution of epithermal neutrons have been studied using the Monte Carlo simulation code PHITS with JENDL-4.0 for various types of moderators. The neutronic characteristics of a moderator comprising several components were evaluated. The relationships between the moderator dimensions and both the energy resolution and intensity of the epithermal neutrons were determined. From the obtained results, the appropriate high resolution moderator designs for the short-distance TOF measurements were proposed.

論文

リチウムガラスシンチレータのガンマ線と中性子に対する応答特性

Lee, J.; 伊藤 史哲*; 弘中 浩太; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 小泉 光生; 堀 順一*; 寺田 和司*

第43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, 2022/11

中性子検出に広く使われているGS20リチウムガラスシンチレータは、応答は速いがn/g弁別能に乏しい。ガンマ線背景事象を適切に評価するためには、ガンマ線に対する応答特性を知る必要がある。特に中性子測定時は減速材中の水素原子核から発生する2.2MeVのガンマ線が主な背景事象となるが、このような高エネルギーガンマ線への応答特性の報告はほとんどない。このため、本研究では、GS20の応答特性についてNa-24ガンマ線源を用いて調べた。

論文

Rod-shaped pulse shape discrimination plastic scintillation detectors applied for neutron source direction survey

小泉 光生; 持丸 貴則*; 弘中 浩太; 高橋 時音; 山西 弘城*; 若林 源一郎*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1042, p.167424_1 - 167424_6, 2022/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:48.47(Instruments & Instrumentation)

文部科学省核セキュリティ強化等補助事業の下、広域における核・放射性物質検知技術開発を進めている。出力波形によってガンマ線と中性子を弁別できる棒状のプラスチックシンチレーション検出器を用いることにより、核物質等からの高速中性子を比較的低いバックグラウンドで検知するための装置を開発した。この装置は、2本の検出器とポリエチレンモデレーターを組み合わせたもので、回転させて、中性子源の方向を特定することができる。本論文では、PuBe線源からの高速中性子を測定した実験結果をもとに、シミュレーションの結果と合わせて、検出器および検出器システムの性能を報告し、迅速に放射線源の方向を探索する手法を提案する。

論文

Development of a neutron scintillator for a compact NRTA system, 2

Lee, J.; 弘中 浩太; 伊藤 史哲*; 高橋 時音; 小泉 光生; 堀 順一*; 寺田 和司*

KURNS Progress Report 2021, P. 97, 2022/07

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)を用いたコンパクトな核共鳴透過分析(NRTA)システムの技術開発を行っている。コンパクトなNRTAシステムを構築するためには、中性子の飛行距離を短くすることが重要な要素である。しかし、短距離のTOF測定では、減速材中の水素への中性子捕獲による2.2MeVガンマ線の影響が短距離に比例して指数的に大きくなってしまう。また、LDNSは発展途上であるため、中性子フラックスが十分ではなく、検出効率の高い検出器を用いることが望ましい。このため、我々は、高エネルギーガンマ線に対する検出効率が低く、かつ高い中性子感度を持つ検出器(積層型中性子検出器)を開発してきた。令和3年度の京都大学LINAC実験では、中性子に対する検出効率を上げ、両側にPMTを取り付け、コインシデンス測定によりノイズを除去できるようになった改良型の積層型中性子検出器の性能評価を行い、共鳴TOF測定による良いパフォーマンスを確かめられた。

論文

Optimizing TiO$$_2$$ through water-soluble Ti complexes as raw material for controlling particle size and distribution of synthesized BaTiO$$_3$$ nanocubes

中島 光一*; 廣中 航太*; 大内 一真*; 味岡 真央*; 小林 芳男*; 米田 安宏; Yin, S.*; 垣花 眞人*; 関野 徹*

ACS Omega (Internet), 6(48), p.32517 - 32527, 2021/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:35.86(Chemistry, Multidisciplinary)

水熱合成法によって合成されたBaTiO$$_3$$ナノ粒子のサイズは原料となるTiO$$_2$$ナノ結晶の粒子サイズに依存することを見出したため、TiO$$_2$$ナノ結晶の最適化を行い、これを用いてBaTiO$$_3$$ナノ結晶を合成することで粒度分布のそろった100nmサイズのナノキューブの合成に成功した。得られたBaTiO$$_3$$ナノキューブはX線回折実験によって強誘電性を示す正方晶構造であることがわかった。また、電子線トモグラフィによって3次元構造を可視化することによってクリアな粒子外形の観察にも成功した。

論文

核セキュリティのための中性子検出器開発

小泉 光生; 高橋 時音; 弘中 浩太; 持丸 貴則*; 山西 弘城*; 若林 源一郎*

令和2年度近畿大学原子炉利用共同研究等経過報告書, p.76 - 80, 2021/12

核物質や放射性物質をばら撒くことを目的としたRDD(Radiological Dispersal Device)が、大規模イベント会場などで使用されることを未然に防止するため、透過力が高く遮蔽が難しい高速中性子に注目し、これを検出することにより、核物質や中性子源の放出源を探知する検出器開発を開始した。高速中性子検出器としては、ガンマ線と中性子との発光減衰時間が異なることを利用して、波形から放射線の種類を区別する波形弁別PSD(Pulse Shape Discrimination)ができる、プラスチックシンチレータ(EJ-276)を導入した。中性子を選択的に計数することができるため、環境ガンマ線のバックグラウンドを抑制した信号・ノイズ比(S/N)の高い測定により、中性子に高い感度のある測定が期待できる。近大炉においては、原子炉起動用Pu-Be中性子線源を用いて、製作した長尺のEJ-276プラスチックシンチレータを用いた試験を行いった。検出器単体による中性子・ガンマ線弁別能力試験を行った結果、EJ-276により、環境ガンマ線の影響を抑えた中性子の測定が可能であることが確認できた。開発した長尺の検出器は、角度依存性を持つため、中性子線源の探知に利用できると考えられる。そこで、検出器の角度依存性を単体、及び、検出器2台とポリエチレンブロックとを組み合わせた体系で実験を行った。中性子検出の角度依存性を評価した結果、中性子線源の探知に利用できる可能性を示すことができた。

論文

大規模公共イベント等における核・放射性物質モニタ技術開発

持丸 貴則*; 小泉 光生; 高橋 時音; 弘中 浩太; 木村 祥紀; 佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 山西 弘城*; 若林 源一郎*

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

日本原子力研究開発機構では、文部科学省核セキュリティ強化等補助事業の下、大規模公共イベント等において、核・放射性物質を用いたテロ行為等を未然に防ぐため、イベント会場にそれらが持ち込まれた場合に迅速に検知するための技術・装置の開発を目的とし、広域における放射性物質検知技術開発を4年計画で進めている。本講演では、プロジェクトの概要を説明するとともに、技術開発の進捗状況を一部紹介する。

論文

レーザー駆動中性子源を用いた中性子共鳴透過分析システムの実証

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。

論文

Development of a neutron sintillator for a compact NRTA system

伊藤 史哲*; Lee, J.; 弘中 浩太; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 堀 順一*; 寺田 和司*; 小泉 光生

KURNS Progress Report 2020, P. 98, 2021/08

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)を用いたコンパクトな核共鳴透過分析(NRTA)システムの技術開発を行っている。NRTAにおいては、パルス中性子源から放出される中性子エネルギーが、飛行時間(TOF)法を用いて測定される。LDNSは、短い飛行距離でも高精度なTOF測定を行うために必要となる、短いパルス幅を持つという特性等から注目されている。短距離TOF測定では、減速材中の水素への中性子捕獲による2.2MeVガンマ線の飛来タイミングと、共鳴エネルギー付近の中性子の飛来タイミングが重なり、大きなガンマ線背景事象が存在することとなる。また、LDNSは発展途上であるため、中性子フラックスが十分ではなく、検出効率の高い検出器を用いることが望ましい。このため、我々は、高エネルギーガンマ線に対する検出効率が低く、かつ高い中性子感度を持つ検出器(多層型中性子検出器)を開発してきた。令和3年度の実験結果の一つとして、多層型中性子検出器が、高エネルギーガンマ線に対して低感度であることが確かめられた。

特許

中性子検出器

伊藤 史哲; Lee, J.; 弘中 浩太; 小泉 光生

not registered

特願 2021-214537  公開特許公報

【課題】高いN/γ選択性で、高線量の中性子を高効率で測定できる中性子検出器を得る。 【解決手段】このシンチレータ10は、Z方向において、蛍光体層11と光透過層12とが交互に積層された積層構造を具備する。蛍光体層11は、中性子を吸収することによって蛍光を発する蛍光体で構成され、この材料は、例えば従来より知られる中性子検出用のシンチレータの材料である。光透過層12は、この蛍光体が発した蛍光の透過率が高く中性子の吸収が小さい材料で構成される。このシンチレータ10では、中性子、γ線光子が入射した場合に、発光強度(パルス波高)が、中性子とγ線光子とで大きく異なる。これによって、両者の出力の弁別を容易に行うことができる。

特許

中性子検出器

伊藤 史哲; Lee, J.; 弘中 浩太; 小泉 光生

not registered

特願 18/086818  公開特許公報

To obtain a neutron detector capable of measuring high dose neutrons with high neutron/gamma-ray discrimination ability and high efficiency. A scintillator 10 has a layered structure in which a phosphor layer 11 and a light transmission layer 12 are alternatelylaminatedin z direction. The phosphor layer 11 is made of a phosphor material emitting fluorescent light by absorbing neutrons, the material being, for example, a scintillator material used in neutron detectors having alreadybeen known. The light transmission layer 12 is made of a material highly transmitting fluorescent light emitted by the phosphor materialand only slightlyabsorbingneutrons. In the scintillator 10, when neutrons and gamma-ray photons enter it, luminescence intensity (pulse height) due to neutrons is significantly different from that due to gamma-ray photons. It makes it easy to discriminate between outputs due to the two kinds of radiations.

特許

中性子検出器

伊藤 史哲; Lee, J.; 弘中 浩太; 小泉 光生

not registered

特願 2214221  公開特許公報

口頭

核分裂性物質の非破壊分析のための中性子共鳴核分裂中性子分析法の開発

Lee, J.; 弘中 浩太; 児玉 有; Rossi, F.; 小泉 光生; 堀 順一*; 佐野 忠史*

no journal, , 

核不拡散・核セキュリティ総合支援センターでは、アクティブ中性子非破壊測定技術開発の一環として、中性子飛行時間法を用いた中性子共鳴核分裂中性子分析(NRFNA)の技術開発を進めている。本発表では、核分裂性物質の非破壊分析のために進めているNRFNA技術の紹介及びその基礎実験の結果について報告する。

口頭

Information sharing of nondestructive technological development projects implemented by the JAEA

小泉 光生; 高橋 時音; 木村 祥紀; 弘中 浩太

no journal, , 

日本原子力機構が実施している核セキュリティ技術開発プロジェクトの2つを紹介する。一つは、核共鳴蛍光非破壊分析技術開発で、この技術は、準単色な高輝度ガンマ線ビームを測定対象物に照射して、核共鳴蛍光を測定することにより内包される原子核を検出する技術である。もう一つは、広域モニターシステムの開発で、大規模イベントなどにおいて核テロを抑止するための技術として、GSPなどを組み込んだガンマ線検出器の開発や、スペクトルの簡易診断のためのAPプログラムの開発、中性子源を効率よく探し出すための検出器の開発などを行っている。

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