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論文

Optimized TES microcalorimeters with 14 eV energy resolution at 30 keV for $$gamma$$-ray measurements of the $$^{229}$$Th isomer

村松 はるか*; 林 佑*; 湯浅 直樹*; 紺野 良平*; 山口 敦史*; 満田 和久*; 山崎 典子*; 前畑 京介*; 菊永 英寿*; 滝本 美咲; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 200(5-6), p.452 - 460, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

We have developed a four-pixel array of superconducting transition-edge sensors with gold absorbers for the detection of a 29.2 keV $$gamma$$-ray doublet decay from $$^{229}$$Th. To identify the decay, an energy resolution better than 20 eV full width at half maximum (FWHM) is needed. We measured an energy resolution of 14 eV FWHM for 26 keV $$gamma$$-ray decay from an $$^{241}$$Am isotope in combined data of three pixels. We describe the design and the performance of the devices and discuss the baseline correction method to compensate the variation in the baseline, which was observed during the evaluation of the performance using the $$^{241}$$Am isotope.

論文

Energy of the $$^{229}$$Th nuclear clock isomer determined by absolute $$gamma$$-ray energy difference

山口 敦史*; 村松 はるか*; 林 佑*; 湯浅 直樹*; 中村 圭佑; 滝本 美咲; 羽場 宏光*; 小無 健司*; 渡部 司*; 菊永 英寿*; et al.

Physical Review Letters, 123(22), p.222501_1 - 222501_6, 2019/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:86.53(Physics, Multidisciplinary)

The low-lying isomeric state of $$^{229}$$Th provides unique opportunities for high-resolution laser spectroscopy of the atomic nucleus. We determine the energy of this isomeric state by measuring the absolute energy difference between two $$gamma$$-decays from the 29.2-keV second-excited state. A transition-edge sensor microcalorimeter was used to measure the absolute energy of the 29.2-keV $$gamma$$-ray with improved precision. Together with the cross-band transition energy (29.2 keV$$rightarrow$$ground) and the branching ratio of the 29.2-keV state measured in a recent study, the isomer energy was determined to be 8.30$$pm$$0.88 eV. Our result is in agreement with latest measurements based on different experimental techniques, which further confirms that the isomeric state of $$^{229}$$Th is in the laser-accessible vacuum ultraviolet range.

論文

Spectroscopic measurements of L X-rays with a TES microcalorimeter for a non-destructive assay of transuranium elements

中村 圭佑; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 杉本 哲也*; 木口 優*; 伊豫本 直子*; 満田 和久*

Journal of Low Temperature Physics, 193(3-4), p.314 - 320, 2018/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

Spectroscopic measurement of L X-ray is one of important techniques for a non-destructive assay of transuranium (TRU) elements because L X-rays of the energy ranging from 10 to 25 keV are emitted following internal conversion after the alpha-decay of TRU elements. For identification of L X-ray peaks of TRU elements, the energy resolution of the detector is required to be lower than 100 eV of the full width at half maximum (FWHM). In this work, a transition-edge-sensor (TES) microcalorimeter was operated for spectroscopic measurements of L X-rays emitted from a Np-237 and Cm-244 source. Typical L X-ray peaks of Pa, U and Pu elements were clearly identified in the obtained energy spectra. The FWHM energy resolution of the TES microcalorimeter was obtained to be 32.7 eV at Pu L alpha1 X-ray peak of 14.28 keV with natural line width of 12.20 eV. We considered a feasibility of a non-destructive assay of TRU elements with experimental L X-ray spectra obtained by the TES microcalorimeter.

報告書

超伝導転移端マイクロカロリメータによる燃料デブリの核種分析に係る研究; 高分解能測定実験及びシミュレーション計算(共同研究)

高崎 浩司; 安宗 貴志; 大西 貴士; 中村 圭佑; 石見 明洋; 伊藤 主税; 逢坂 正彦; 大野 雅史*; 畠山 修一*; 高橋 浩之*; et al.

JAEA-Research 2013-043, 33 Pages, 2014/01

JAEA-Research-2013-043.pdf:13.81MB

福島第一原子力発電所の事故において、炉内燃料は部分的又は全体的に溶融していると見られており、燃料集合体を1単位とする通常の計量管理手法の適用は困難と考えられている。このため、廃炉措置において炉内燃料の取出から貯蔵を行うまでの透明性を確保し、かつ合理的に計量管理を実施できる手法を構築する必要がある。本研究開発では、計量管理のための燃料定量の技術の1つとして、従来のゲルマニウム半導体検出器に比べ優れたエネルギー分解能を有する超伝導転移端(TES)マイクロカロリーメーターを適用した燃料デブリ中の核燃料物質及び核分裂生成等の分析手法の適用を検討する。高分解能分析での特性を活用し、燃料デブリ中の核燃料物質及び核分裂生成物のスペクトルに係る詳細な情報が期待できる。本報告書では、TES検出器の原理、日本原子力研究開発機構での測定試験の状況、シミュレーション計算コードEGS5による実験データの解析及び燃料デブリの収納キャニスタの高分解能測定のシミュレーション計算について報告する。

論文

Scintillation properties of Yb$$^{3+}$$-doped YAlO$$_{3}$$ in the temperature range from 4.2 to 175 K

安宗 貴志; 栗原 正和*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 吉川 彰*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 726, p.37 - 40, 2013/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.7(Instruments & Instrumentation)

Yb$$^{3+}$$を添加したイットリアアルミネートのペロブスカイト型結晶(YAP:Yb)は電荷移動遷移による発光(CT発光)機構を持ち、高いシンチレーション発光強度と短い減衰時定数を併せ持つ、高性能なシンチレータ材料の候補として期待されている。しかしながら、CT発光は熱の影響を強く受け消光してしまうため、YAP:Ybをシンチレータとして使用するためには、低温でシンチレーション発光特性を測定しなければならない。しかしながら、低温ではシンチレーション発光を観測する手段に乏しいため、100K以下の温度領域でYAP:Ybに放射線を照射して測定したシンチレーション発光特性は報告されていない。そこで、4.2から175Kの温度領域において、$$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y線源からの$$beta$$線を利用して、YAP:Ybのシンチレーション発光波長分布を測定した。いずれの温度においても、340から350nm付近と500から520nm付近にYb$$^{3+}$$の電荷移動遷移発光による発光ピークが観測された。また、アバランシェフォトダイオードと$$^{137}$$Cs線源からの662keV $$gamma$$線を利用して、YAP:Ybのシンチレーション発光強度を測定した。発光強度は温度の低下とともに増加し、50Kでは10,000photons/MeVに達した。発光波長分布から算出した積分発光強度と温度の関係を用いると、4.2KではYAP:Ybの発光強度は11,000photons/MeVと計算された。

論文

Development of a microcalorimeter with transition edge sensor for detection of LX rays emitted by transuranium elements

中村 圭佑; 前田 亮*; 安宗 貴志*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 田中 啓一*; 梅野 高裕*; 高崎 浩司; 百瀬 琢麿

Radiation Protection Dosimetry, 146(1-3), p.88 - 91, 2011/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.72(Environmental Sciences)

エネルギー分散型のX線検出器として超伝導相転移端温度計(TES)型マイクロカロリーメータの研究が行われている。TES型マイクロカロリーメータは熱検出器であり、入射光子のエネルギーを温度上昇として測定する。本研究では、超ウラン元素から放出されるLX線を計測するため、吸収体に厚さ5$$mu$$mのAuを用いたTES型マイクロカロリーメータを開発した。さらに、冷却システムには液体ヘリウムを用いないギフォード・マクマホン冷凍機を搭載した希釈冷凍機を用いた。このシステムの性能評価のため$$^{241}$$Amより放出されるLX線の検出を行った。その結果、エネルギー分解能が約80eVとなり、TES型マイクロカロリーメータによるLX線検出が有効であることがわかった。

論文

Development of a TES microcalorimeter for spectroscopic measurement of LX-rays emitted by transuranium elements

前畑 京介*; 中村 圭佑*; 安宗 貴志*; 石橋 健二*; 高崎 浩司; 田中 啓一*; 小田原 成計*; 永田 篤士*

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(3), p.308 - 313, 2010/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.65(Nuclear Science & Technology)

超ウラン元素から放出されるLX線エネルギーの測定のために相転移端(TES)型マイクロカロリーメータを開発した。120nm厚の金と50nm厚のチタンの2層構造とし、TESの相転移温度は200mKで設計した。10から20keVのエネルギーのLX線に対して、吸収効率50%で毎秒100カウントの計数率を確保するためにさらに5.0$$mu$$mの金の層を金/チタン二層構造上に蒸着している。このTES型マイクロカロリーメータを用いて$$^{241}$$Am, $$^{238}$$Pu及び$$^{239}$$Puの線源から放出されるLX線を測定した。検出パルスの減衰時定数は180$$mu$$sであり、毎秒100カウント以上の計数率でTES型マイクロカロリーメータが作動することを確認した。エネルギー分解能は、$$^{237}$$NpのL$$beta$$$$_{1}$$X線である17.75keVのピークにおいて50eVの半値幅であった。

論文

Measurements of neutron spectra produced from a thick iron target bombarded with 1.5-GeV protons

明午 伸一郎; 執行 信寛*; 伊賀 公紀*; 岩元 洋介*; 木附 洋彦*; 石橋 健二*; 前畑 京介*; 有馬 秀彦*; 中本 建志*; 沼尻 正晴*

AIP Conference Proceedings 769, p.1513 - 1516, 2005/05

核破砕中性子源等のビームライン機器の設計に使用される核子・中間子輸送計算コードの計算精度検証のためには、薄いターゲットを用いた微分断面積測定データのみならず、厚いターゲットの実験が有効である。今回はKEKにおいて鉄ターゲットから生成される中性子スペクトルを測定した。実験はKEKの東カウンターホール内で行った。1.5GeV陽子を20cm厚の鉄ターゲットに入射し、生成中性子のスペクトルを飛行時間法により測定した。測定で得た結果とNMTC/JAMによる計算結果との比較を行った。計算は実験と全体的によい一致を示しており、特に重金属ターゲットに見られた過小評価は見られない。また媒質効果を考慮した核子・核子断面積を用いることにより、計算はさらに実験とよい一致を示し、最大でも50%以内の精度で予測できることがわかった。この結果は、鉄製機器の核特性評価を行ううえで本計算手法が十分な精度を有していることを示す。

論文

Measurements of neutron spectra produced from a thick lead target bombarded with 0.5- and 1.5-GeV protons

明午 伸一郎; 高田 弘; 千葉 敏; 中本 建志*; 石橋 健二*; 松藤 成弘*; 前畑 京介*; 執行 信寛*; 渡辺 幸信*; 沼尻 正晴*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 431(3), p.521 - 530, 1999/00

 被引用回数:35 パーセンタイル:91.14(Instruments & Instrumentation)

中間エネルギーの粒子輸送のベンチマークデータ取得のために、0.5及び1.5GeV陽子を厚い鉛ターゲットに入射した場合の中性子スペクトル測定を行った。測定では1.6MeV以上のエネルギー領域における、精度の良い中性子スペクトルが得られた。実験結果をNMTC/JAERI-MCNP4Aコードシステムによる計算結果と比較した。この結果、計算は10MeV以下のエネルギー領域において実験を良く再現できることがわかった。しかし、20から80MeVにおいては実験値よりも50%程度小さい値を与えている。この不一致は、核子核子散乱断面積に媒質効果を考慮することにより縮少した。

論文

X-ray detection characteristics of Nb-based superconducting tunnel junctions

片桐 政樹; 岸本 牧; 浮辺 雅宏*; 中村 龍也*; 倉門 雅彦*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 中沢 正治*

Japanese Journal of Applied Physics, 37(SUPPL.37-2), p.13 - 18, 1998/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:33.22(Physics, Applied)

Nb超伝導トンネル接合素子のエネルギー分解能の改善に不可欠な前置増幅器の最適化研究を行い、Nb系素子としてはベストデータの5.9keV・X線に対して66eVの分解能を得た。また、幅広いX線エネルギーに対して詳細な評価実験を行い、超伝導トンネル接合素子内での信号生成メカニズム及びフォノン生成メカニズムに関する研究を行った。さらに、直列接続型超伝導トンネル接合素子によるフォノンを介したX線検出実験を行い、またエネルギー分解能特性は良くないがX線検出方法として非常に優れていることを確認した。

論文

Nb系超伝導トンネル接合による放射光検出

前畑 京介*; 石橋 健二*; 仲川 博*; 赤穂 博司*; 高田 進*; 中島 哲夫*; 清水 裕彦*; 片桐 政樹; 吉沢 正美*

電子技術総合研究所彙報, 61(6-7), p.361 - 366, 1997/00

2種類のNb系超伝導トンネル接合素子について、放射光の単色X線を用いて検出特性を測定した。素子は、陽極酸化工程を含むプロセスとSiO$$_{2}$$スパッタリング工程を含む改良型プロセスの異なったプロセスで作製したものが使われた。外部雑音の多い測定環境のため、冷却型FETアンプがS/N比の改善のため使用された。4keVから15keVまでのX線放出実験の結果、入射X線エネルギーに対してピーク位置が非線形となることが確認された。

論文

X-ray signal production processes in Nb-based superconducting tunnel junctions

片桐 政樹; 岸本 牧; H.Kraus*; 浮辺 雅宏*; 倉門 雅彦*; 中沢 正治*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 中村 龍也*

Proc. of 7th Int. Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-7), p.39 - 44, 1997/00

SIS(超伝導-絶縁体-超伝導)構造を持つ超伝導トンネル接合素子による準粒子検出に関して、直接超伝導体内で作り出されたものと基板内でフォノンを介して作り出されたものをそれぞれ別個に測定しその特性を調べた。5.9keVX線を用いて178$$mu$$m$$times$$178$$mu$$mNb接合素子のX線に対する応答特性と接合に印加するバイアス電圧を変化させながら測定した。その結果、直接超伝導体内で作り出される準素子と基板内でフォノンを介して作り出される準粒子と基板内でフォノンを介して作り出される準粒子の接合を介しての収集特性が異なることがわかった。この原因は、準粒子とフォノンに対してトンネル接合の超伝導層内に異なったエネルギーレベルが存在するためと推測される。

論文

Detection of synchrotron radiation by Nb-based superconducting tunnel junctions

前畑 京介*; 石橋 健二*; 野田 孝浩*; 仲川 博*; 赤穂 博*; 高田 進*; 中島 哲夫*; 清水 裕彦*; 吉沢 雅美*; 片桐 政樹

Japanese Journal of Applied Physics, 35(2A), p.L178 - L181, 1996/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:8.48(Physics, Applied)

超伝導体は1つの電荷キャリアを作るのに必要なエネルギーとがMeVオーダーであり超伝導体放射線器として用いた場合半導体検出器と比較して1桁以上良いエネルギー分解能が得られる。このトンネル接合検出器の応答は6keV以下の特性X線を用いたものがほとんどでありそれ以上のエネルギー領域での応答は調べられていない。このため、シンクロトロン放射光を用いて4~15keVX線に対する超伝導トンネル接合検出器の応答を調べた。

論文

Spallation neutron measurement by the time-of-flight method with a short flight path

中本 建志*; 石橋 健二*; 松藤 成弘*; 執行 信寛*; 前畑 京介*; 明午 伸一郎; 高田 弘; 千葉 敏; 沼尻 正晴*; 中村 尚司*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(9), p.827 - 833, 1995/09

 被引用回数:29 パーセンタイル:92.29(Nuclear Science & Technology)

0.8~1.5GeVの陽子をC及びPbターゲットに入射した場合の中性子生成二重微分断面積測定方法をテストした。テスト実験では、飛行距離1m、でfA程度のビーム強度という条件で、液体シンチレータを用いた飛行時間法によって中性子を測定し、短い飛行距離のためにバックグランド中性子量を十分低く抑えることができ、また、中性子と$$gamma$$線のパルス波形弁別にはゲート積分法が適することがわかった。実験の結果、中性子のエネルギーが100MeVまでの領域の断面積データが許容できるエネルギー分解能で得られた。今回の0.8GeV陽子入射の結果は長い飛行距離で得られた他のデータと一致した。本実験を通して、スポレーション中性子の測定には、検出器のシールドを用いず、短い飛行距離での飛行時間法を行うことが適していることが分かった。

論文

Measurements of spallation neutrons from a thick lead target bombarded with 0.5 and 1.5 GeV protons

明午 伸一郎; 高田 弘; 千葉 敏; 中本 建志*; 石橋 健二*; 松藤 成弘*; 前畑 京介*; 執行 信寛*; 和久田 義久*; 渡辺 幸信*; et al.

PSI-Proceedings 95-02, Vol. 2, 0, p.442 - 453, 1995/00

本グループでは高エネルギー陽子を薄いターゲットに入射した場合の中性子生成二重微分断面積の系統的な測定を行ってきた。本研究では、積分的なデータを得て高エネルギー核子・中間子輸送コードを検証することを目的として、0.5及び1.5GeV陽子を黒い鉛ターゲットに入射した場合の生成中性子スペクトルを測定した。測定は高エネルギー物理学研究所の陽子シンクロトロンを用いて、断面15$$times$$15cm$$^{2}$$、厚さ20cmの直方体の鉛ターゲットを用いて行った。中性子スペクトルはTOF法とアンフォールディング法により得た。NMTC/JAERIによる計算値は数100MeV以下及び百MeV以上の中性子については実験値に良く一致したものの、その中間領域については50%程度過小評価した。薄いターゲットの計算値は実験値と良く一致していたので、計算は一回衝突による中性子生成過程では問題がなく、ターゲット内の粒子輸送過程に問題があると思われる。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素LX線分光分析

前田 亮*; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 高崎 浩司; 中村 圭佑; 青木 克憲; 満田 和久*; 田中 啓一*

no journal, , 

核燃料取扱施設における、プルトニウム等の超ウラン元素の計測を目的として、超ウラン元素から放出されるLX線を対象としたTES型マイクロカロリーメータを開発した。TES型マイクロカロリーメータは数百mKの極低温環境にて動作するエネルギー分散型のX線検出器であり、従来の半導体検出器と比較して非常に高いエネルギー分解能を持つ。開発したTES型マイクロカロリーメータを用いて、プルトニウム線源を用いたLX線スペクトル計測実験を行った。その結果、約70eVのエネルギー分解能でプルトニウムから放出されるLX線のスペクトルが得られた。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素から放出されるLX線スペクトル計測

中村 圭佑; 前田 亮*; 青木 克憲; 安宗 貴志; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 満田 和久*; 田中 啓一*

no journal, , 

Pu等のTRU核種の内部被ばく評価のための、当該核種から放出されるLX線を測定する代表的な非破壊測定の方法としては、半導体検出器を用いたX線スペクトロメトリーがある。しかし$$^{241}$$Puの子孫核種である$$^{241}$$AmのLX線とエネルギーが近接していることから、正確な測定が困難となる。主用なLX線の弁別のためにはエネルギー分解能で約100eVの性能が要求される。近年、高いエネルギー分解能を有する検出器として、超伝導相転移端温度計(TES)型マイクロカロリーメータが注目されている。TES型マイクロカロリーメータは、超伝導から常伝導へと遷移する時に発生する急激な抵抗変化を利用した検出器であり、極低温環境において動作させる。TES型マイクロカロリーメータをTRUのLX線計測に適用することで、より正確なTRUの非破壊測定が期待できる。今回、TES型マイクロカロリーメータを用いたTRUから放出されるLX線の分別性の評価を目的として、TRU核種のLX線計測実験を実施したのでその成果について報告する。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素LX線スペクトル高精度分光分析に係る研究

中村 圭佑; 青木 克憲; 高崎 浩司; 前田 亮*; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 満田 和久*; 田中 啓一*

no journal, , 

超ウラン元素(TRU)の非破壊測定法の開発を目的としてTRUから放出されるLX線を対象とした分光分析実験を行った。分光分析には高分解能検出器であるTES型マイクロカロリーメータを用い、線源にはTRUとしてPu-238,239及びAm-241を使用した。実験は原子力機構核燃料サイクル工学研究所内で行い、エネルギー分解能約40eVにてTRU核種から放出されるLX線データを取得した。

口頭

Development of a microcalorimeter for measurement of L X-rays emitted from transuranium elements

中村 圭佑; 前田 亮; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 高崎 浩司; 満田 和久*

no journal, , 

超伝導相転移端温度計型マイクロカロリーメータはその優れたエネルギー分解能の故に、多くの研究がなされている。本研究では、超ウラン元素から放出されるLX線を測定するために、4ピクセルTES型マイクロカロリーメータを開発した。各TESは120nmのAuと50nmのTiの二層薄膜構造となっており、超伝導転移温度は約130mKである。各TESに上には5$$mu$$厚のAu吸収体が配置されており、これにより、対象とするLX線(10-30keV)に対して35-80%の吸収効率を有する。開発した4ピクセルTES型マイクロカロリーメータを用いて、Pu-238、Pu-239及びAm-241から放出されるLX線の照射実験を行った。その結果、半値幅約40eVという高いエネルギー分解能にてLX線エネルギースペクトルを取得することに成功した。

口頭

TES型マイクロカロリーメータを用いた超ウラン元素LX線スペクトル測定

中村 圭佑; 前田 亮; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 伊豫本 直子*; 石橋 健二*; 満田 和久*

no journal, , 

超ウラン元素から放出されるLX線は、微細なエネルギー成分を有しているため、その放出率を精度よく測定することが困難である。これらのLX線を正確に測定することは、核燃料物質を取り扱う施設における放射線管理や核物質管理において核種の定性、定量を行う上で有益な情報となり得る。本研究では、TESマイクロカロリーメータを用いて、超ウラン元素から放出されるLX線スペクトルの高分解能測定を試みた。講演では超ウラン元素のひとつであるCm-244から放出されるLX線スペクトルとその解析の詳細について述べる。

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