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-ray elastic scatteringOmer, M.; 静間 俊行*; 小泉 光生; 羽島 良一*; 橋本 智*; 宮本 修治*
LASTI Annual Report, 24, p.20 - 22, 2023/12
Nondestructive elemental analysis is highly valued in many fields such as archeology, paleontology, space sciences, nuclear security, and nuclear nonproliferation. These fields usually impose estimating the elemental composition of bulk, large, and inhomogeneous samples nondestructively. Common elemental analysis techniques such as X-ray fluorescence (XRF) may fail in such situations due to self-absorption of low energy X-rays within thin layers of the sample. In the present study, we propose a novel nondestructive method that may be useful in distinguishing the elemental composition of a given sample based on the elastic scattering of linearly polarized and high-energy -rays. Linear polarization of -rays causes asymmetry of the elastic scattering cross sections with respect to the polarization plane of the incident -rays. At specific -ray energies and scattering angles, the asymmetry ratio, R, of the cross sections in two orthogonal planes is characteristic of each element. The measurement of asymmetry ratio of 1.62 MeV linearly polarized -rays at NewSUBARU facility is presented. This work is a contribution of the JAEA to the International Atomic Energy Agency (IAEA) under the agreement of the coordinated research program (CRP), J02015 (Facilitation of Safe and Secure Trade Using Nuclear Detection Technology - Detection of RN and Other Contraband).
Pyeon, C. H.*; 方野 量太; 大泉 昭人; 福島 昌宏
Nuclear Science and Engineering, 197(11), p.2902 - 2919, 2023/11
被引用回数：1 パーセンタイル：72.91(Nuclear Science & Technology)京都大学臨界集合体(KUCA)の固体減速・反射炉心においてアルミ、鉛、ビスマスサンプルとボイドを模擬するアルミスペーサを用いてサンプルおよびボイド反応度実験が行われた。実験値と比較して、JENDL-4.0とMCNP6.2を用いた固有値計算によるサンプル反応度は良い精度で得られた。また、ボイド反応度についてはJENDL-4.0の結果とENDF/B-VII.1の計算結果はともに実験値と比べて良い一致を示した。MCNP6.2/ksenによって得られた感度係数とENDF/B-VII.1に基づくSCALE6.2の共分散データを用いてサンプルおよびボイド反応度の不確かさを定量化し、アルミ、鉛、ビスマスの断面積に起因する不確かさの影響を明らかにした。ボイドを模擬するアルミスペーサを用いた一連の反応度実験解析により、KUCAの固体減速・反射炉心中のボイドを解析する手法を実証した。
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
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
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、Pbの共鳴散乱ガンマ線を観測することができた。
岡村 知拓*; 方野 量太; 大泉 昭人; 西原 健司; 中瀬 正彦*; 朝野 英一*; 竹下 健二*
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(6), p.632 - 641, 2023/06
被引用回数：2 パーセンタイル：53.91(Nuclear Science & Technology)動的な核燃料サイクルシミュレーションの燃焼計算への適用を目的に、行列指数法を修正してOkamura explicit method (OEM)を開発した。OEMは、長いタイムステップであっても、短半減期核種の計算の発散を抑制することが可能である。OEMの計算コストはオイラー法と同等で小さく、燃料サイクルシミュレーションに十分な精度を保つことができる。
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：3 パーセンタイル：88.42(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.
方野 量太; 大泉 昭人; 福島 昌宏; Pyeon, C. H.*; 山本 章夫*; 遠藤 知弘*
Nuclear Science and Engineering, 20 Pages, 2023/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)京都大学臨界集合体A架台で測定された鉛ビスマスサンプル反応度を用いたデータ同化によって加速器駆動システムの冷却材ボイド反応度の鉛ビスマス非弾性散乱断面積に起因した不確かさを低減できることを実証した。サンプル反応度について、データ同化の式中に現れる実験不確かさと相関を再評価し、結果を明示した。不確かさ評価に用いる感度係数はMCNP6.2で評価し、データ同化はMARBLEを用いて実行した。鉛ビスマスに対してサンプル反応度は感度係数が大きいため、加速器駆動システムの冷却材ボイド反応度の断面積起因不確かさを6.3%から4.8%まで減少させ、本研究で設定した暫定的な目標精度5%を達成できることを示した。さらに、ADJ2017に使用された積分実験データを用いることで、マイナーアクチニドや鉄など他の支配的な核種に起因する不確かさを効果的に低減できることを示した。
Omer, M.; 静間 俊行*; 羽島 良一*; 小泉 光生
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), 3 Pages, 2022/11
Gamma-rays originated from laser Compton scattering (LCS) are convenient photon sources for nondestructive interrogation of nuclear materials. LCS can be used with nuclear resonance fluorescence (NRF) and X-ray fluorescence (XRF), the two of which are considered photon-based active interrogation techniques. However, an accurate estimation of the incident LCS -ray flux is crucial. The -ray flux is customarily measured using high purity germanium (HPGe) detectors, usually calibrated using standard point-like radioactive -ray sources. These standard sources are entirely different from LCS beams in terms of detection geometry. Therefore, the calibration process must be corrected to meet the LCS beam conditions. Here, we demonstrate how to implement the required corrections and provide experimental validation of these corrections.
中村 龍也; 藤 健太郎; 小泉 智克; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 海老根 守澄; 坂佐井 馨
Proceedings of 2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference (2022 IEEE NSS MIC RTSD) (Internet), 2 Pages, 2022/11
J-PARC物質・生命科学実験施設に設置されたSENJU回折計用として、新たに薄型の位置敏感シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器は既設のオリジナル検出器と同等の有感面積(256
256mm)とピクセル分解能(44mm)を保持しつつ、奥行きは12cm(オリジナルの40%)の薄型へと改良した。製作した6台の検出器はいずれも検出効率60%(2A)、計数均一性5-8%と良好な性能を示した。現在、これらの検出器はビームライン内の回折計に装填されており、数か月の安定動作が確認されている。
Omer, M.; 静間 俊行*; 羽島 良一*; 小泉 光生
Radiation Physics and Chemistry, 198, p.110241_1 - 110241_7, 2022/09
被引用回数：2 パーセンタイル：53.91(Chemistry, Physical)In beam geometries where a directed -ray beam hits the surface of a coaxial high purity germanium detector (HPGe), the detector efficiency is sensitive to the position where -rays initially hit the detector surface because the structure of the detector is nonuniform. This may cause inaccuracy of the detector efficiency when measured using standard sources that are point-like sources emitting -rays isotropically. Obtaining a precise estimation of the full energy peak efficiency of the coaxial HPGe detector in the beam geometry for on-axis and off-axis measurements requires a Monte Carlo simulation. We performed a Monte Carlo simulation that calculates the detector efficiency in the beam geometry. The effects of the off-axis distance and -ray beam size on the efficiency are quantitatively analyzed. We found that the intrinsic efficiency in the beam geometry is maximized when the beam hits the detector at specific off-axis distances. Our Monte Carlo calculations have been supported by a nuclear resonance fluorescence experiment using laser Compton scattering -ray beam.
岡村 知拓*; 西原 健司; 方野 量太; 大泉 昭人; 中瀬 正彦*; 朝野 英一*; 竹下 健二*
JAEA-Data/Code 2021-016, 43 Pages, 2022/03
JAEA-Data-Code-2021-016.pdf:3.06MB
今後の核燃料サイクルの確立・高度化には、将来の原子力発電シナリオに応じて発生する多様なマスバランスを定量的に予測・分析することが求められる。しかし、核燃料サイクルはフロントエンドからバックエンドまでの多様な工程によって構成されており、モデル化の複雑さ、想定されるシナリオの多様さなどからシナリオの分析は容易ではない。そこで日本原子力研究開発機構と東京工業大学は、天然ウランの採掘から地層処分の核種移行工程までのマスバランスを統合的に解析するためのツールとしてNMBコードを開発した。NMBコードは、汎用性のある各工程の記述、広範なデータベース、高速な核種変換計算などを備え、ユーザーが指定する発電量や再処理容量などの条件に基づいて、各工程におけるマスバランスを定量化することができる。またNMBコードは多様なステークホルダーが利用できるように実行プラットフォームをMicrosoft Excel(R)としている。本ユーザーマニュアルでは、NMB4.0版のデータベースならびにシナリオ入力を作成する方法を述べる。
岡村 知拓*; 方野 量太; 大泉 昭人; 西原 健司; 中瀬 正彦*; 朝野 英一*; 竹下 健二*
Bulletin of the Laboratory for Advanced Nuclear Energy, 6, p.29 - 30, 2022/02
東京工業大学竹下研究室では日本原子力研究開発機構(JAEA)と共同で、Nuclear Material Balance code version 4.0 (NMB4.0)の開発を実施してきた。本レポートはNMB4.0の概要と機能をまとめたものである。
岡村 知拓*; 方野 量太; 大泉 昭人; 西原 健司; 中瀬 正彦*; 朝野 英一*; 竹下 健二*
EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 7, p.19_1 - 19_13, 2021/11
東京工業大学と日本原子力研究開発機構の共同研究開発により、Nuclear Material Balance code version 4.0 (NMB4.0)が開発された。従来の核燃料サイクルシミュレーションコードは、主にアクチノイドの解析を行い、フロントエンドのマスバランス解析に特化していた。しかし、近年、研究開発戦略や持続的な原子力利用を考える上で、バックエンドの定量的なシミュレーションのニーズが高まっている。そこで、フロントエンドからバックエンドまでを統合した核燃料サイクルシミュレーションを実現するために、NMB4.0が開発された。NMB4.0には3つの技術的特徴がある。(1)179核種を核燃料サイクル全体で追跡していること、(2)半減期の短い核種の枯渇計算の精度を維持しつつ、数値計算コストの削減に貢献するOkamura explicit method (OEM)を実装していること、(3)バックエンドシミュレーションの柔軟性を実現していることである。本論文の目的は、統合的な核燃料サイクルシミュレーションのために新たに開発された機能を示し、他のコードとのベンチマークを行い、NMB4.0の計算性能を示すことである。
中村 龍也; 藤 健太郎; 小泉 智克; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 海老根 守澄; 坂佐井 馨
Proceedings of 2020 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2020), Vol.1, p.483 - 484, 2021/09
J-PARCに設置されたSENJU回折計に増設するためのコンパクトな2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器では設置部の空間制約に対応するため、オリジナルと同様の有感面積(256256mm)とピクセル分解能(44mm)を保持しつつ、奥行き170mm(従来比40%減)へ再設計し製作した。また、新開発のコンパレータボードを装填することでPMT印加電圧の低減と計数均一性を改善した。4台製作した増設用検出器はいずれも検出効率50-60% (2
)、
Coガンマ感度110
、計数均一性3-6%であり良好な性能を有することを確認した。
Np and 
Am fission reaction rates in lead region at A-core of KUCA大泉 昭人; 方野 量太; 児島 亮平; 福島 昌宏; 辻本 和文; Pyeon, C. H.*
KURNS Progress Report 2020, P. 104, 2021/08
加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発において、マイナーアクチノイド(MA)の核データ検証に資する反応率の実験データの拡充は重要である。本研究では、京都大学臨界実験装置(KUCA)で局所的に構築した鉛と高濃縮ウランの混合装荷領域において、ウラン-235(
U)に対するネプツニウム-237(Np)及びアメリシウム-243(Am)の各核分裂反応率比を核分裂計数管で測定した。その結果、Np/U及びAm/Uは、それぞれ0.048
0.003及び0.0420.004となった。ここで得られた実験結果は、今後核データの検証に用いられる。
方野 量太; 大泉 昭人; 福島 昌宏; Pyeon, C. H.*
KURNS Progress Report 2020, P. 102, 2021/07
加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発において、鉛およびビスマスの核データ検証に資する実験データの拡充は重要である。本研究では、京都大学臨界集合体(KUCA)で構築した高濃縮ウラン領域において、鉛およびビスマスについて、ボイドを模擬したアルミスペーサとの置換反応度実験を実施した。その結果、鉛およびビスマスともに解析値が測定値を20pcm程度過大評価する結果となった。
Omer, M.; 静間 俊行*; 羽島 良一*; 小泉 光生
日本核物質管理学会第40回年次大会プロシーディングス集, p.59 - 62, 2019/11
Nuclear resonance fluorescence (NRF) is a phenomenon that a nuclide-specific -ray is resonantly absorbed and re-emitted. This method is considered useful for the nondestructive detection of nuclear materials. In order to demonstrate how accurate the NRF method is able to measure the isotopic abundance, we performed NRF experiments on natural tungsten as a surrogate of nuclear materials at the High Intensity -ray Source (HIS) facility, Duke University. Our results show that the relative deviations between the reference and measured abundances are less than 4%. This work was supported by the subsidiary for promotion of strengthening nuclear security or the like of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT), Japan.
-ray imager mounted on a multicopter drone佐藤 優樹; 小澤 慎吾*; 寺阪 祐太; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 宮村 浩子; 和泉 良*; 鈴木 敏和*; 鳥居 建男
Journal of Nuclear Science and Technology, 55(1), p.90 - 96, 2018/01
被引用回数：43 パーセンタイル：98.03(Nuclear Science & Technology)A remote radiation imaging system comprising a lightweight Compton camera and a multicopter drone was developed to remotely and quickly measure radioactive contamination inside the buildings of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The drone system is used for measuring detailed radiation distributions in narrow areas, which have been difficult to gauge with conventional aircraft monitoring using helicopters. A measurement of radiation distributions in outdoor environments in the coastal areas of Fukushima, Japan, was performed. The drone system with the Compton camera succeeded in remote observations of dense hotspots from the sky over a contaminated area near the FDNPS. The time required for image reconstruction is approximately 550 s in the case of a 9-m flight altitude for the hotspots with a surface dose rate of several tens of Sv/h. This drone system will be used inside the buildings of the FDNPS for remote measurement of radioactive contamination.
-ray imager mounted on a remotely operated machine佐藤 優樹; 川端 邦明; 小澤 慎吾*; 和泉 良*; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 寺阪 祐太; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 敏和*; et al.
IFAC-PapersOnLine, 50(1), p.1062 - 1066, 2017/07
被引用回数：3 パーセンタイル：66.37(Automation & Control Systems)The development of remote and quick radiation imaging methods in the high dose-rate environment is requested to accelerate implementation of decommissioning of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (FDNPP). We developed the remote radiation imaging system consisting of a Compton camera and a multicopter drone to remotely measure the radioactive contamination on the several radioactive fields in the environment and inside the building of nuclear facilities such as the FDNPP. The drone system succeeded in the observation of several hotspots from the sky at the outdoor environments in coastal areas of Fukushima, Japan. In addition, we are now developing the SLAM technology for remotely operated machines such as the drone to complete the remote radiation imaging system, which can autonomous flight.
-ray polarization in NRF-based nondestructive assay of nuclear materialsOmer, M.; 羽島 良一*; 静間 俊行*; 小泉 光生
Proceedings of INMM 58th Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2017/07
核共鳴蛍光(NRF)は、核の電気双極子励起および/または磁気双極子励起が起こるプロセスである。これらの励起はそれぞれの原子核の固有のシグネチャであるため、NRFは核物質の非破壊検知出と分析・測定のための実用的なツールを提供する。偏極線ビームを使用すると、原子核の励起の性質を区別することは容易である。散乱角90
では、電気双極子励起は偏光面に対して垂直に放射されるが、磁気双極子励起は入射ビーム偏光と同じ平面内で放射される。対照的に、原子との他の線相互作用は、入射ビームの偏光に関して異なる応答を示すことがある。例えば、弾性散乱は入射ビームの偏光方向において他の方向より約60%低い放射強度を与えることが期待される。光子エネルギーに基づいてNRFと弾性散乱とを分離することができないので、この事実は、NRF技術の感度に大きな影響を及ぼす。我々は、2.04MeVのエネルギーを有する100%直線偏光線を用いて行った
Uにおける光子散乱実験の結果について、弾性散乱が入射ビームの偏光にどのように応答するかを実証する。したがって、我々は、NRF測定における入射光子の偏光の影響を解決することができる。
能田 洋平*; 小泉 智*; 増井 友美*; 間下 亮*; 岸本 浩通*; 山口 大輔; 熊田 高之; 高田 慎一; 大石 一城*; 鈴木 淳市*
Journal of Applied Crystallography, 49(6), p.2036 - 2045, 2016/12
被引用回数：19 パーセンタイル：78.58(Chemistry, Multidisciplinary)We have reported the first attempt with dynamic nuclear polarization (DNP) and contrast variation small-angle neutron scattering (SANS) experiments on model mixtures for industrial tyres conducted at the MLF of J-PARC. We performed time-of-flight SANS (TOF-SANS) experiments, employing neutrons with a wide range, which causes imperfect neutron polarization and variations in the coherent and incoherent scattering lengths. By carefully eliminating the effect of imperfect neutron polarization, separation of the partial scattering functions was successfully demonstrated for the ternary system styrene-butadiene-rubber/silica/carbon.
