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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.

論文

Uniaxial-pressure control of magnetic phase transitions in a frustrated magnet CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (x =0, 0.018)

中島 多朗*; 満田 節生*; 高橋 慶一郎*; 吉冨 啓祐*; 増田 一也*; 金子 周史*; 本間 勇紀*; 小林 悟*; 北澤 英明*; 小坂 昌史*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(9), p.094710_1 - 094710_8, 2012/09

We have investigated effects of applied uniaxial pressure ($$p$$) on magnetic phase transitions in a triangular lattice antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$ (CFO) and a slightly Ga-substituted compound CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (CFGO) with $$x$$ = 0.018. We have performed neutron diffraction, spherical neutron polarimetry, magnetic susceptibility and pyroelectric measurements under $$p$$ up to 100 MPa applied on the [1$$bar1$$0] surfaces of the single crystal samples.

論文

Uniaxial-pressure control of magnetic phase transitions in a frustrated magnet CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ ($$x$$ = 0, 0.018)

中島 多朗*; 満田 節生*; 高橋 慶一郎*; 吉冨 啓祐*; 増田 一也*; 金子 周史*; 本間 勇紀*; 小林 悟*; 北澤 英明*; 小坂 昌史*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(9), p.094710_1 - 094710_8, 2012/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:62.78(Physics, Multidisciplinary)

We have investigated effects of applied uniaxial pressure ($$p$$) on magnetic phase transitions in a triangular lattice antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$ (CFO) and a slightly Ga-substituted compound CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (CFGO) with $$x$$ = 0.018 by spherical neutron polarimetry. In both of CFO and CFGO ($$x$$ = 0.018), the application of $$p$$ significantly increases the transition temperature from the paramagnetic phase to a collinear incommensurate antiferromagnetic phase. This suggests that the application of $$p$$ breaks equilateral symmetry of the triangular lattice and partially relieves geometrical spin frustration, which generally suppresses long-range magnetic orderings. Thus we demonstrated that uniaxial pressure can be an effective tool to control magnetic phase transitions in frustrated magnets.

論文

Exchange-striction associated with the elliptical proper helical magnetic structure in the ferroelectric phase of CuFe$$_{1-y}$$Ga$$_{y}$$O$$_{2}$$

寺田 典樹*; 中島 多朗*; 満田 節生*; 松田 雅昌; 加倉井 和久; 田中 義人*; 北澤 英明*

Journal of Physics; Conference Series, 211(1), p.012005_1 - 012005_6, 2010/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:69.52

Detailed magnetic structure in the ferroelectric phase of CuFe$$_{1-y}$$Ga$$_{y}$$O$$_{2}$$ has been recently determined to be proper helical structure with the ellipcity of $$sim$$ 0.9 by the comprehensive neutron diffraction study. In the present study, we have investigated the lattice modulation associated with the elliptical magnetic structure, using resonant X-ray diffraction measurements on CuFe$$_{0.965}$$Ga$$_{0.035}$$O$$_{2}$$. We observed the superlattice reflection indexed as (0, 1+2$$q$$$$_{rm m}$$, 0), where $$q$$$$_{rm m}$$ is the wave number of the magnetic modulation. The energy spectrum near the Fe-$$K$$ absorption edge for the superlattice peak intensity conforms with that for the fundamental (0, 2, 0) intensity, suggesting that the superlattice modulation is at least associated with the displacements of the Fe ions, The origin of the superlattice modulation is discussed within the exchange-striction model.

口頭

Study of complex magnetic structures in frustrated magnets by means of polarized neutrons

加倉井 和久; 脇本 秀一; 松田 雅昌*; 石渡 晋太郎*; 奥山 大輔*; 田口 康二郎*; 十倉 好紀*; 西 正和*; 中島 多朗*; 満田 節生*; et al.

no journal, , 

In studying modern functional materials, one is often confronted with complex spin configurations, for example, non-collinear, incommensurate magnetic structure such as helimagnetic structure as a result of frustrated magnetic interactions. Since the giant functional responses in these materials are direct consequences of these complicated magnetic structures, the detailed knowledge of the structure is mandatory to understand the essence of the magnetic functional materials. In this presentation some recent results on complex magnetic materials such as frustrated and multiferroic systems are reported, where the polarized neutron investigations provided important insight into the complex behavior of these functional materials.

口頭

3次元中性子偏極解析及び共鳴X線散乱を用いたマルチフェロイックCuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$のらせん磁気相における磁気・結晶構造の精密探査

金子 周史*; 中島 多朗*; 満田 節生*; 寺田 典樹*; 脇本 秀一; 武田 全康; 加倉井 和久; 田中 良和*

no journal, , 

三角格子反強磁性体CuFeO$$_{2}$$は幾何学的スピンフラストレーションを内包しており、磁場印加や磁性を担うFe$$^{3+}$$イオンをわずか数%の非磁性イオンで置換することにより誘起される螺旋磁気構造が結晶の反転対称性を破ることで螺旋軸方向([110])に自発分極P110が発生するマルチフェロイック物質として注目されている。この発表では基底状態が強誘電相であるCuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$(x=0.035)において最近発見された従来のP110とは独立したc-軸方向の電気分極Pcの発現に関する(1)三次元中性子偏極解析による螺旋磁気構造解析及び、(2)Fe, CuのK端での共鳴X線散乱実験による結晶構造解析の結果を報告する。

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。

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

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

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であるNp-237を使用した。実験の結果、高分解能エネルギースペクトルが得られた。発表では、TES型マイクロカロリーメータによって得られたLX線スペクトルの解析結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の高精度分光分析

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

no journal, , 

超ウラン元素から放出されるLX線測定用の超伝導相転移端温度計(TES)型マイクロカロリーメータについて、主要な超ウラン元素から放出されるLX線測定実験を行った。得られたLX線エネルギースペクトルより分光分析に十分な性能(エネルギー分解能)を有していることを確認した。

口頭

トリウム229異性体のX線マイクロカロリメータを用いた分光実験

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

no journal, , 

物理定数である微細構造定数の恒常性については常に検証の対象であり、その測定方法の一つに異種の原子時計の周波数を比較する方法がある。さらに新たな可能性として$$^{229}$$Thの29.19keVから遷移する基底準位と異性体準位のエネルギーの差を使用した原子核時計を用いることで、微細構造定数の時間変動に対する精度が5桁も向上すると期待されている。$$^{229}$$Th異性体準位エネルギー測定方法には29.19keVダブレットの直接観測と他の崩壊系列から間接的に推定する方法があり、$$^{229}$$Th異性体準位エネルギーは間接的な推定から7.8$$pm$$0.5eVと求められている。しかし、このエネルギーに相当するシンクロトロン光で$$^{229}$$Thの基底準位が直接励起された報告はなく、0.5eV以上の系統誤差が存在する可能性がある。現在可能性のある$$^{229}$$Th異性体準位エネルギーは$$^{229}$$Thイオンの半減期から見積もられた6.3-18.3eVである。この広帯域をシンクロトロン光にてスキャンすることは困難であり、系統誤差を抑えるためにも$$gamma$$線分光による29.19keVダブレットの直接観測が望まれる。そこで我々は、29.19keVダブレットの直接分光を可能とするTES型X線マイクロカロリメータの開発を行った。そして$$sim$$30keVのエネルギーに対して15eVのエネルギー分解能を有する素子を開発し、29.19keVダブレットの直接観測が可能となることをシミュレーションを用いて示した。本講演では、検出器の開発、評価結果とシミュレーション結果について報告する。

口頭

超伝導遷移端カロリメータによるトリウム229アイソマーエネルギーの測定

山口 敦史*; 村松 はるか*; 林 佑*; 満田 和久*; 湯浅 直樹*; 前畑 京介*; 中村 圭佑; 滝本 美咲; 菊永 英寿*

no journal, , 

トリウム229は、基底状態からわずかエネルギー8eV程度のところに第1原子核励起状態(アイソマー状態と呼ばれる)をもつことが知られている。本研究の目的は、基底状態からアイソマー状態への原子核遷移の共鳴周波数を基準とする光周波数標準の実現をめざし、この核遷移の遷移エネルギーを精密に測定することである。本研究ではアイソマー状態のエネルギー(約8eV、(a))の測定のため、トリウム229原子核のエネルギー29.19keVの第2励起状態を利用する。先行研究で、基底状態から第2励起状態のエネルギー(b)は精度0.07eVで測定されている。本研究では、ウラン233がトリウム229に$$alpha$$崩壊する際に放出される、第2励起状態からアイソマー状態の間のエネルギー29.19keV(c)の$$gamma$$線を超伝導遷移端カロリメータで精密に測定し、(a)=(b)-(c)によりアイソマー状態のエネルギーを測定する。

口頭

Challenge to improve the $$^{229}$$Th isomer energy measurement with TES calorimeters

田中 圭太*; 平野 航亮*; 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*; 白崎 謙次*; et al.

no journal, , 

Determination of the isomer energy of $$^{229}$$Th is essential to realize a nuclear clock by an UV laser excitation. Several experiments such as spectroscopy of internal conversion electrons or $$gamma$$-ray spectroscopy using TES or magnetic calorimeters have been made and the isomer energy seems to converge to around 8 eV. In 2019, we have measured the energy of the 29.2-keV $$gamma$$-ray with a single-pixel TES, and determined the isomer energy to be 8.30$$pm$$0.92 eV (A. Yamaguchi et al. 2019). We continued our experiments at Tohoku University to reduce the statistical errors and determination of the isomer energy with smaller uncertainty. We optimized a TES design and achieved an improved energy resolution of about 20 eV (H. Muramatsu et al. 2020). By using 3 pixels of this new TES elements with a 5 times stronger $$^{233}$$U source, the new measurements we reperformed. We are also trying to resolve two emission lines separating by the isomer energy, which were successfully demonstrated with magnetic calorimeters (T. Sikorskyet al. 2020). We will report the results obtained in our new measurement campaigns.

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