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論文

FENDL: A Library for fusion research and applications

Schnabel, G.*; 国枝 賢; 今野 力; 中山 梓介; 他27名*

Nuclear Data Sheets, 193, p.1 - 78, 2024/02

国際原子力機関(IAEA)が中心となり、各国の研究者の協力のもと、核融合研究開発のための国際核データライブラリFENDLの更新を行った。最新ライブラリ(FENDL-3.2b)の構築にあたっては、主に米国のENDF、欧州のJEFF、日本のJENDLの相互比較を行い、積分検証結果も踏まえつつ、現状で最も妥当と考えられるデータを個々の核種毎に採用した。従来のライブラリとの大きな違いは、加速器中性子源やそれを用いる材料研究分野からのニーズに応えるためにこれまでのエネルギー上限を20MeVから最大200MeVに拡張し、中性子データのみならず陽子や重陽子データの収録も新規に行なったことである。また、本ライブラリの品質を検証することを目的として、中性子輸送計算や核発熱シミュレーション等を通じた種々のベンチーマーク解析を実施した。それにより、従来のライブラリに比べ実用性が大きく向上していることを示した。

論文

Impact of using JENDL-5 on neutronics analysis of transmutation systems

菅原 隆徳; 国枝 賢

Proceedings of International Conference on Mathematics and Computational Methods Applied to Nuclear Science and Engineering (M&C 2023) (Internet), 7 Pages, 2023/08

本研究は、核データライブラリをJENDL-4からJENDL-5に変えることによる核変換システムの核解析への影響を検討した。核変換システムとして、JAEAが検討している鉛ビスマス冷却型加速器駆動システム(ADS)と溶融塩塩化物ADSであるMARDSを対象とした。JAEA-ADSの解析では、JENDL-4からJENDL-5に変更することで、実効増倍率が189pcm増加した。様々な核種の改訂が影響していたが、例えば$$^{15}$$Nに着目した場合、その弾性散乱断面積や弾性散乱微分断面積の改訂が大きな影響を与えていた。MARDSに関しては、$$^{35}$$Clおよび$$^{37}$$Clの断面積改訂が、実効増倍率の大きな違いの原因となっていた。例えば、天然の塩素組成を用いた場合、JENDL-5に変更することで3819pcm実効増倍率が増加した。本研究を通じて、核変換システムの解析結果は、核データライブラリの違いによって、未だに大きな違いが生じることを示した。

論文

General-purpose nuclear data library JENDL-5 and to the next

岩本 修; 岩本 信之; 国枝 賢; 湊 太志; 中山 梓介; 木村 敦; 中村 詔司; 遠藤 駿典; 長家 康展; 多田 健一; et al.

EPJ Web of Conferences, 284, p.14001_1 - 14001_7, 2023/05

Japanese Evaluated Nuclear Data Library version 5 (JENDL-5) was released in 2021. JENDL-5 is intended to extend its generality from JENDL-4.0 by covering a wide variety of nuclear data for applications not only to nuclear design and decommissioning, but also to radiation-related fields. Overview of JENDL-5 and a future plan for the next of JENDL-5 are presented. JENDL-5 includes up-to-date neutron reaction cross sections incorporating other various types of data such as newly evaluated nuclear decay, fission yield, and thermal neutron scattering law. The neutron induced reaction cross sections especially on minor actinides in the resonance regions are improved by the experimental data measured at ANNRI. The extensive benchmark analyses on neutron nuclear data were made and the performance of JENDL-5 was confirmed by benchmark tests of ICSBEP and IRPhEP as well as fast reactors, radiation shielding calculations, and so on. So far, several JENDL special-purpose files have been developed for various applications. The data cover neutron, charged particles, and photon induced reactions. As the neutron induced reaction files, two special purpose files of JENDL/AD-2017 and JENDL/ImPACT-2018 were released to meet needs of nuclear backend applications including activation evaluation for nuclear facilities and nuclear transmutations of high-level radioactive wastes of long-lived fission products, respectively. Furthermore, the photon, proton and deuteron data were released as JENDL/PD-2016.1, JENDL-4.0/HE and JENDL/DEU-2020, respectively, for accelerator applications. With updating the data, they were incorporated in JENDL-5 as sub-libraries for facilitation of usability of JENDL. As the next step of JENDL-5, provision of the proper and sufficient covariance will be a major challenge, where cross correlations across different reactions or data-types may play a significant role in connection with data assimilation for various applications.

論文

Present status of an R-matrix analysis code AMUR for cross-section evaluation in resolved resonance region

国枝 賢

EPJ Web of Conferences, 284, p.03014_1 - 03014_4, 2023/05

共鳴核反応理論や異なる測定値間の違いを理解し、核反応断面積の真値を導くために、R行列解析コードAMURの開発を継続している。AMURはオブジェクト指向言語を用いてプログラムされており、断面積の理論計算を行うクラスと測定条件を模擬するクラスから構成されている。理論計算を行うクラスでは、チャンネル半径と弾性/非弾性散乱に対する補正項との関係性を調べるために、入射粒子と標的原子核毎に独立した理論的バックグラウンドを仮定する等のオプションを追加した。また、測定条件を模擬するクラスでは、理論計算値に対してドップラー効果や分解能を計算する機能を加えるとともに、再規格化や不純物に関わる補正を行えるようにした。会議では軽核および中重核の解析に対してこれらの計算オプションの効果を報告する。また、J-PARC/ANNRIで測定された実験データに対する解析結果を示す。

論文

Evaluation of light-element reactions in the resolved resonance region

Dimitriou, P.*; Chen, Z.*; deBoer, R. J.*; Hale, G.*; 国枝 賢; Leeb, H.*; Paris, M.*; Pigni, M. T.*; Srdinko, Th.*; Tamagno, P.*; et al.

EPJ Web of Conferences, 284, p.03002_1 - 03002_5, 2023/05

低エネルギー荷電粒子による原子核反応は微量元素分析に応用されている。また、核燃料の安全管理を行うに当たっては$$(alpha,n)$$等の核反応が起こることを考慮に入れておく必要がある。しかしながら各国の核データライブラリにおいては、低エネルギー荷電粒子入射の核反応断面積が整備されていない、もしくは精度が不十分である。IAEA核データセクションでは各国の核データ専門家を招聘し、(i)既存のR行列共鳴解析コードの検証、(ii)荷電粒子入射の核データ評価、(iii)荷電粒子核データのファイル化、(iv)評価済み核データの公開に関わるプロジェクトが進行している。本国際会議では上記(i)(ii)に関わるアクティビティを紹介すると共に、これまでに得られた成果等を報告する予定である。

論文

Updates to the AMUR code for R-matrix analyses on heavy nuclei

国枝 賢; 遠藤 駿典; 木村 敦

EPJ Web of Conferences, 281, p.00017_1 - 00017_6, 2023/03

共鳴領域における核反応断面積および共分散データを評価することを目的として、R行列理論に基づく共鳴解析コードAMURの開発を継続している。このコードは元々は軽原子核の核データ評価研究を行うことを目的として開発されたが、近年、Reich-Moore近似等を導入して重核側へ適用範囲の拡張を図った。本研究は、J-PARC/ANNRIにおいて測定された断面積データの共鳴解析に本解析コードを適用する初めての試みである。実際の解析においては、測定施設固有のエネルギー分解能関数やダブルバンチの影響を考慮し、可能な限り実験条件の模擬をできるようコードの改良も実施した。会議では、解析コードの概要を説明するとともに、解析で得られた断面積データおよび共分散の結果を報告する。さらに、得られた共分散データに基づいて、理論計算の近似手法の違いによる核データ評価への影響等を示す。

報告書

Nuclear data processing code FRENDY version 2

多田 健一; 山本 章夫*; 国枝 賢; 長家 康展

JAEA-Data/Code 2022-009, 208 Pages, 2023/02

JAEA-Data-Code-2022-009.pdf:3.87MB

核データ処理コードは評価済み核データライブラリと核計算コードを繋げる重要な役割を担っている。日本原子力研究開発機構はJENDLやENDF/B、JEFF、TENDLなどの評価済み核データライブラリーを処理するため、2013年より核データ処理コードFRENDYの開発を行っている。FRENDY第1版は2019年にリリースされた。FRENDY第1版では、PHITSやSerpent、MCNPなどの連続エネルギーモンテカルロ計算コードで用いられるACEファイルの生成が可能である。FRENDY第2版では、多群の中性子断面積をACEファイルから生成可能になった。また、そのほかの主な改良点は、(1)非分離共鳴領域の断面積の自己遮蔽効果を取り扱う確率テーブルの統計的不確かさの定量化、(2)連続エネルギーモンテカルロ計算コードを用いた不確かさ解析のためのACEファイルの摂動、(3)ENDF-6形式の核データファイルの編集、の三点である。本報告書ではFRENDYで用いられている核データ処理手法とFRENDYの入力について説明する。

論文

Collaboration with Dr. Efrem Sh. Soukhovitsukii; Our fortuitous experiences on optical model analysis, his contribution to nuclear data activities of Japan and a posthumous study on light-nuclei

国枝 賢; 岩本 修; 深堀 智生; 千葉 敏*

European Physical Journal A, 59(1), p.2_1 - 2_8, 2023/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:74.05(Physics, Nuclear)

原子核の変形並びに回転や振動を記述する軟回転体模型を構築し、チャンネル結合法に基づいて核構造の情報を光学模型に取り入れたことは故Soukhovitsukii博士の偉大な成果である。また、博士と原子力機構との共同研究により得られた数々の光学模型解析結果やOPTMANコードは日本の核データライブラリJENDLの開発に多大なる貢献を果たした。本論文では、主に軟回転体模型による核構造解析や光学模型本シャルについての同氏との共同研究成果をレビューする。また、軽原子核に対する原子核の変形と断面積の関係や模型の適用限界など、同氏の没後に得られた新たな解析結果を報告する。

論文

Estimation of double-differential cross-sections of $$^9$$Be(p,xn) reaction for new nuclear data library JENDL-5

国枝 賢; 山本 和喜; 今野 力; 岩元 洋介; 岩本 修; 若林 泰生*; 池田 裕二郎*

Journal of Neutron Research, 24(3-4), p.329 - 335, 2023/01

核データライブラリJENDL-5のために$$^9$$Be(p,xn)反応二重微分断面積の評価を行った。本研究ではまず、理化学研究所で開発された若林関数を内挿法などを工夫してデータベース化し、MCNPやPHITSを用いて薄膜ターゲットに対する検証解析を実施した。それにより、JENDL-4.0/HEや米国のENDF/B-VIII.0と比べて良い予測を与えることを確認した。更に反応断面積の絶対値を若林関数オリジナル値から15%(測定データ間の差異の範囲内で)減少させることにより、更に核データとしての精度が高まることを確認した。以上の知見を投入した新たな核データライブラリJENDL-5を用いることにより、$$^9$$Be(p,xn)反応からの中性子スペクトルや収量を世界一の予測精度で計算することが可能である。

論文

Japanese Evaluated Nuclear Data Library version 5; JENDL-5

岩本 修; 岩本 信之; 国枝 賢; 湊 太志; 中山 梓介; 安部 豊*; 椿原 康介*; 奥村 森*; 石塚 知香子*; 吉田 正*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(1), p.1 - 60, 2023/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:99.99(Nuclear Science & Technology)

The fifth version of Japanese Evaluated Nuclear Data Library, JENDL-5, was developed. JENDL-5 aimed to meet a variety of needs not only from nuclear reactors but also from other applications such as accelerators. Most of the JENDL special purpose files published so far were integrated into JENDL-5 with revisions. JENDL-5 consists of 11 sublibraries: (1) Neutron, (2) Thermal scattering law, (3) Fission product yield, (4) Decay data, (5) Proton, (6) Deuteron, (7) Alpha-particle, (8) Photonuclear, (9) Photo-atomic, (10) Electro-atomic, and (11) Atomic relaxation. The neutron reaction data for a large number of nuclei in JENDL-4.0 were updated ranging from light to heavy ones, including major and minor actinides which affect nuclear reactor calculations. In addition, the number of nuclei of neutron reaction data stored in JENDL-5 was largely increased; the neutron data covered not only all of naturally existing nuclei but also their neighbor ones with half-lives longer than 1 day. JENDL-5 included the originally evaluated data of thermal scattering law and fission product yield for the first time. Light charged-particle and photon induced reaction data were also included for the first time as the JENDL general purpose file.

論文

Development of nuclear data processing code FRENDY version 2

多田 健一; 山本 章夫*; 国枝 賢; 今野 力; 近藤 諒一; 遠藤 知弘*; 千葉 豪*; 小野 道隆*; 東條 匡志*

Journal of Nuclear Science and Technology, 10 Pages, 2023/00

核データ処理コードは評価済み核データライブラリと放射線輸送計算を繋げる重要なコードである。核データ処理コードFRENDY第1版は簡単な入力データを用いてACE形式の断面積ファイルを生成するために2019年に公開された。FRENDY第1版の公開後、中性子多群断面積の生成、物質中の異なる核種間の共鳴干渉効果の考慮、共鳴上方散乱の考慮、ACEファイルの摂動、ENDF-6形式ファイルの修正など、多くの機能が開発された。これらの新機能をまとめ、FRENDY第2版を公開した。FRENDY第2版では、ACE形式の断面積ファイルからGENDF及びMATXS形式の中性子多群断面積ファイルを生成する。本論文では、FRENDY第2版で実装された新機能と本コードの中性子多群断面積生成機能の検証について説明する。

論文

Reduction and resource recycling of high-level liquid radioactive waste through nuclear transmutation, 4; ImPACT/LLFP-2018: A New nuclear data library for a challenge on transmutation of long-lived fission products

国枝 賢; 古立 直也*; 湊 太志; 岩本 信之; 岩本 修

NEA/NSC/R(2020)4 (Internet), p.329 - 331, 2022/10

長寿命核分裂生成核種の核変換研究のために、新たな核データライブラリImPACT/LLFP-2018を開発した。測定データの少ない不安定核種の核反応断面積を推定するために、微視的理論に基づく核構造モデルをCCONEコードに導入した。また、理化学研究所で得られた最新の断面積測定データを用いて高エネルギー反応で重要な前平衡パラメータを決定した。開発したライブラリには$$^{79}$$Se, $$^{93}$$Zr, $$^{107}$$Pdおよび$$^{135}$$Csを含む160核種に対する中性子および陽子入射の断面積が200MeVをエネルギー上限に格納されている。さらに、既存の安定核種に対する測定値と比較することにより調査した結果、本ライブラリは他のライブラリと比べて実験データへの再現性が高いことが判った。

論文

Benchmark study of particle and heavy-ion transport code system using shielding integral benchmark archive and database for accelerator-shielding experiments

岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 佐藤 達彦; 松田 規宏; 国枝 賢; $c{C}$elik, Y.*; 古立 直也*; 仁井田 浩二*

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(5), p.665 - 675, 2022/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.69(Nuclear Science & Technology)

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、加速器施設の放射線遮蔽設計に広く利用されている。本研究では、NEA/NSCの遮蔽積分実験ベンチマーク・アーカイブデータベース(SINBAD)の中から、陽子加速器施設の中性子遮蔽実験に関するデータを用いて、最新のPHITSバージョン3.24の精度検証を行った。検証では、中性子源に用いる陽子入射核反応が(1)43及び68MeV陽子-リチウム、(2)52MeV陽子-炭素、(3)590MeV陽子-鉛、(4)500MeV陽子-タングステン、及び(5)800MeV陽子-タンタルの条件で、遮蔽体における中性子エネルギースペクトル及び反応率を計算した。その結果、PHITSの標準設定である核反応モデルINCL4.6を用いた計算結果は(1)及び(2)のケースの100MeV以下で実験値を再現しなかったが、高エネルギー核データライブラリJENDL-4.0/HEを用いた場合は全ケースで実験値を良く再現した。本検証により、陽子加速器施設における中性子遮蔽設計において、JENDL-4.0/HEを用いたPHITSの計算が有効であることが明らかになった。

論文

G-HyND: A Hybrid nuclear data estimator with Gaussian processes

岩元 大樹; 岩本 修; 国枝 賢

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(3), p.334 - 344, 2022/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:59.77(Nuclear Science & Technology)

ガウス過程を用いたハイブリッド核データ推定モデル(G-HyND)を開発した。本モデルは、ガウス過程モデルに基づき、実験データと原子核理論モデルに基づく解析データから構成されるデータを訓練データとして学習し、断面積などの核データを不確実性も含めて推定する。本論文では、実験データと解析データが核データの推定に相補的な役割を果たすとともに、これらを組み合わせて学習することで、核データをより合理的に推定できることを示す。さらに本モデルの枠組みで、ガウス過程に固有の問題である過剰適合及び計算コストに対する解決案を提示する。

論文

Status of JENDL

岩本 修; 岩本 信之; 柴田 恵一; 市原 晃; 国枝 賢; 湊 太志; 中山 梓介

EPJ Web of Conferences, 239, p.09002_1 - 09002_6, 2020/09

 被引用回数:32 パーセンタイル:99.95

Recent progress and future plan of the JENDL project are presented. Two special purpose files were released recently. One is the JENDL Photonuclear Data File 2016 (JENDL/PD-2016) and the other one is the JENDL Activation Cross Section File for Nuclear Decommissioning 2017 (JENDL/AD-2017). Regarding the general-purpose file, we are planning to release a next version of JENDL-4.0 opened in 2010, which would be made available by 2022 as JENDL-5. New data evaluation and revision are in progress. The first test version of the JENDL-5 called JENDL-5$$alpha$$1 has been created by updating neutron reaction data for about 100 nuclides.

論文

JENDL/ImPACT-2018; A New nuclear data library for innovative studies on transmutation of long-lived fission products

国枝 賢; 古立 直也; 湊 太志; 岩本 信之; 岩本 修; 中山 梓介; 江幡 修一郎*; 吉田 亨*; 西原 健司; 渡辺 幸信*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(12), p.1073 - 1091, 2019/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:63.23(Nuclear Science & Technology)

長寿命核分裂生成核種(LLFP)の核変換技術確立に向けた革新的研究開発に資することを目的とし、新たな核データライブラリJENDL/ImPACT-2018を開発した。開発した核データライブラリは主要なLLFPである$$^{79}$$Se, $$^{93}$$Zr, $$^{107}$$Pd, $$^{135}$$Csおよび周辺核種(計163核種)に対する中性子及び陽子入射の評価済核反応断面積がエネルギー200MeVを上限として格納されている。断面積の評価においては核反応モデルコードCCONEを用いると共に、測定データの乏しい核種やエネルギー領域の断面積を根拠を持って推定するために微視的な核構造理論を積極的に活用した。また、近年RIBF/RIKENにおいて逆運動学を用いて測定された測定データに基づいて主要な核反応モデルパラメータを最適化した。得られたデータは従来手法により求められた既存の核データライブラリJENDL-4.0/HEやTENDL-2017に比べて、安定核種に対する測定データをよく再現することを確認した。

論文

Treatment of R-matrix Limited Formula in FRENDY

多田 健一; 国枝 賢

KURNS-EKR-5, p.229 - 232, 2019/12

R-matrix Limitedは共鳴断面積を表記する最新の共鳴公式である。近年、ENDF/B-VIII.0やJEFF-3.3など、最新の評価済み核データライブラリへの導入が進められており、今後の導入拡大が予想される。R-matrix Limitedは従来の共鳴公式とは大きく異なっていることから、R-matrix Limitedを取り扱うためには大幅な修正が必要となる。本研究では、原子力機構が開発している核データ処理コードFRENDYでR-matrix Limitedを取り扱えるようにするため、AMURコードを取り込んだ。核データ処理結果をNJOY2016と比較したところ、FRENDYが適切にR-matrix Limitedを取り扱えることを確認した。

論文

Verification of R-matrix calculations for charged-particle reactions in the resolved resonance region for the $$^7$$Be system

Thompson, I. J.*; deBoer, R. J.*; Dimitriou, P.*; 国枝 賢; Pigni, M. T.*; Arbanas, G.*; Leeb, H.*; Srdinko, Th.*; Hale, G.*; Tamagno, P.*; et al.

European Physical Journal A, 55(6), p.92_1 - 92_16, 2019/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:75.83(Physics, Nuclear)

各国の代表的なR行列理論共鳴解析コード(AMUR, AZURE2, CONRAD, EDA, FRESCO, GECCCOSおよびSAMMY)による計算結果の比較や検証を世界で初めて実施した。本研究では複合核$$^7$$Beを例にとり、同一の共鳴パラメータセットを用いて、種々の荷電粒子入射反応断面積や微分断面積の計算結果を比較した。その結果、クローン波動関数の計算における近似法の違い等により各国コードによる計算値には差異が見られるものの、全ての計算結果は0.3%以内で一致することを明らかにした。

論文

放射線治療に用いられる高エネルギー核データの現状と今後の展望

岩本 修; 国枝 賢; 岩本 信之

Isotope News, (763), p.4 - 7, 2019/06

放射線治療では、さまざまな種類の粒子線が利用されており、これらの粒子線による効果的な治療を行うには、高エネルギーの粒子が体内でどのような反応を起こしているかを精度よく予測することが欠かせないと考えられる。粒子輸送計算を行うPHITSなどのシミュレーション計算コードでは、核反応に関する物理モデルを取り込んでおり、さまざまな高エネルギーの粒子線の計算が可能となっているが、JENDLでは、更に精度の良いデータを提供するため、高エネルギーの中性子および陽子の核反応のデータをまとめたJENDL高エネルギーファイル、電子線や光子と原子核の反応について必要となるデータをまとめたJENDL光核反応データファイルを公開している。本稿では、これらの核データを評価するのに重要な核反応のモデル計算を含め、放射線治療に関わるシミュレーション計算に利用可能と考えられる、JENDL高エネルギーファイル, JENDL光核反応ファイルについて簡単に紹介する。

報告書

Nuclear data processing code FRENDY version 1

多田 健一; 国枝 賢; 長家 康展

JAEA-Data/Code 2018-014, 106 Pages, 2019/01

JAEA-Data-Code-2018-014.pdf:1.76MB
JAEA-Data-Code-2018-014-appendix(DVD-ROM).zip:6.99MB

評価済み核データライブラリーJENDLを適切に処理するため、日本原子力研究開発機構において、国産核データ処理システムFRENDYを開発した。FRENDYの開発は、JENDLや日本原子力研究開発機構が提供する粒子輸送計算コードの普及に役立つ。FRENDYは保守性, 簡潔性, 移植性, 拡張性などを考慮して開発した。FRENDYは評価済み核データを処理するだけでなく、他の計算コードにFRENDYの機能を実装することも考慮して開発した。利用者はFRENDYの読み書きや各処理機能について、他のコードに容易に取り込むことができる。FRENDYの核データ処理手法は米国ロスアラモス国立研究所が開発したNJOYと同様である。現バージョンのFRENDYはENDF-6形式の評価済み核データから連続エネルギーモンテカルロ輸送計算コードPHITSやMCNPが利用する断面積ライブラリ形式であるACEファイルを生成することができる。本報告書ではFRENDYで用いられている核データ処理手法とFRENDYの入力について説明する。

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