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論文

第54回(2021年度)日本原子力学会賞論文賞; JENDL/DEU-2020: 加速器中性子源の設計研究のための重陽子核データライブラリ

中山 梓介

核データニュース(インターネット), (133), p.88 - 99, 2022/10

第54回(2021年度)日本原子力学会賞論文賞の受賞対象となった論文の内容を紹介した。重陽子加速器を用いた中性子源の利用が様々な分野で提案されているが、その設計研究に適用できるだけの精度良い重陽子核反応データベースは、世界的に見ても整備されていない。この現状を受け、中性子源において重陽子ビーム照射標的の候補となる軽核($$^{6,7}$$Li, $$^{9}$$Be, $$^{12,13}$$C)に対する重陽子核反応データベースJENDL/DEU-2020を開発した。核反応データの評価には、これまでに開発してきた重陽子核反応用計算コードDEURACSにさらに改良を加えたものを使用した。また、データベースの精度検証のため、標的核種や入射重陽子エネルギーを変えた様々な条件において、粒子輸送計算コードを用いたシミュレーションを実施し、実験データとの比較を行った。その結果、JENDL/DEU-2020を用いることで、他の核反応データベースや輸送計算コードに内蔵された核反応モデルを用いた場合よりも、幅広い条件において実験データの予測精度が大幅に向上することが分かった。

論文

Calculation of deuteron-induced reaction cross-sections for nuclear transmutation of long-lived fission products

中山 梓介; 古立 直也; 岩本 修; 渡辺 幸信*

NEA/NSC/R(2020)4 (Internet), p.345 - 349, 2022/10

原子炉から発生する長寿命核分裂生成物(LLFP)は安定ないし短寿命な核種へと変換することが強く望まれている。こうした中、近年、高エネルギー粒子による破砕反応によってLLFPを核変換処理することが検討されており、いくつかの実験研究からは重陽子による破砕反応断面積が陽子によるものよりも大きいことが明らかにされている。これらの結果は重陽子ビームによるLLFPの核変換処理が陽子ビームによるものよりも有効である可能性を示唆している。他方、我々はこれまでに重陽子入射反応用の計算コードシステムDEURACSを開発してきた。DEURACSは元々、重陽子加速器中性子源の設計に資するために開発されてきたが、本研究ではDEURACSをLLFPに対する破砕反応断面積の計算に適用する。実験値との比較を通じ、LLFPの核変換応用へのDEURACSの適用性を議論する。

論文

核データが原子力研究開発の礎となるために

深堀 智生; 中山 梓介; 片渕 竜也*; 執行 信寛*

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 64(7), p.413 - 414, 2022/07

「シグマ」調査専門委員会では、グローバルな原子力研究開発動向を調査・注視しつつ、我が国の核データ活動に対する大所高所からの俯瞰的検討や原子力学会以外の広い分野の内外学術機関との連絡、情報交換や学際協力体制の構築を目指している。本報告では、2019-2020期における主な活動のうち、今後の核データ研究活動に直接関連する核データに関する要求リストサイト,人材育成,ロードマップ作成について報告する。

論文

Theoretical study of deuteron-induced reactions in the nuclear data field

中山 梓介; 岩本 修; 渡辺 幸信*; 緒方 一介*

Few-Body Systems, 63(1), p.4_1 - 4_6, 2022/03

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

重陽子加速器を用いた大強度中性子源が理工学分野だけでなく医療応用に対しても提案されている。このような施設の設計には、重陽子入射反応に関する高精度かつ広範な核データが要求される。しかしながら、実験データのみを用いてこの要求を満たすことは困難である。そのため、実験データを内外挿して必要な核データを完備するために、理論計算が重要な役割を果たす。こうした状況の下、我々は重陽子入射反応用の計算コードDEURACSを開発している。本研究では、DEURACSの計算値を様々な実験値と比較することにより本コード内の理論モデルの妥当性を検証するとともに、重陽子入射反応を精度良く予測する上で分解過程の考慮することがいかに重要かを示す。

論文

Theoretical analysis of deuteron-induced reactions and development of deuteron nuclear database

中山 梓介

JAEA-Conf 2021-001, p.65 - 70, 2022/03

重陽子は陽子と中性子からなる弱束縛系であるため、標的原子核との相互作用を通じて容易に分解し中性子を放出する。この性質を利用して、重陽子加速器を用いた大強度中性子源が理工学や医療分野において提案されている。こうした施設の設計研究には重陽子入射反応に関する高精度かつ広範な核データが必要となる。こうした背景の下、重陽子核データ評価に向け、重陽子の分解過程を考慮した重陽子入射反応用の計算コードDEURACSを開発してきた。DEURACSはこれまでに中性子および質量数4までの軽イオン、ならびに残留核の生成の解析に適用され、成功を収めている。本講演ではこれらの解析結果を示すとともに、重陽子入射反応の精度良い予測のためには分解過程を考慮することがいかに重要であるかを議論する。また、最近、DEURACSを使用して$$^{6,7}$$Li, $$^{9}$$Be, $$^{12,13}$$Cに対する入射エネルギー200MeVまでの重陽子核反応データベースJENDL/DEU-2020を開発した。JENDL/DEU-2020の概要を述べるとともに、モンテカルロ計算コードによるシミュレーションを通じて行ったJENDL/DEU-2020の検証結果についても示す。

論文

日本原子力学会2021年秋の大会企画セッション(「シグマ」調査専門委員会主催、核データ部会共催);「シグマ」調査専門委員会2019、2020年度活動報告,3; 核データにおけるロードマップ中間報告

中山 梓介

核データニュース(インターネット), (130), p.25 - 28, 2021/10

日本原子力学会2021年秋の大会での「シグマ」調査専門委員会と核データ部会の合同セッションにおける発表の概要を「核データニュース」誌に寄稿した。「シグマ」調査専門委員会では、2022年度末の完成を目指して核データ研究に関するロードマップを作成している。本稿では、ロードマップ作成の経緯や現在までの進捗状況、今後の計画といった当日の発表内容に加えて、発表に対する質疑応答などから得た今後のロードマップ作成の方針に関する所感についても述べた。

論文

JENDL/DEU-2020; Deuteron nuclear data library for design studies of accelerator-based neutron sources

中山 梓介; 岩本 修; 渡辺 幸信*; 緒方 一介*

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(7), p.805 - 821, 2021/07

 被引用回数:10 パーセンタイル:97.21(Nuclear Science & Technology)

重陽子加速器を用いた高エネルギー中性子源の利用が様々な応用に対して提案されている。こうした中性子源の設計研究に資するため、$$^{6,7}$$Li, $$^{9}$$Be, $$^{12,13}$$Cに対する200MeVまでの重陽子核データライブラリJENDL/DEU-2020を開発した。JENDL/DEU-2020のデータの評価は、計算コードDEURACSを用いて特に中性子生成データに注意を払って行った。また、本評価に利用するに当たり、DEURACSにいくつかの改良を行った。評価データの検証はモンテカルロ輸送計算コードによるシミュレーションを通じて行った。その結果、JENDL/DEU-2020に基づくシミュレーション値は入射エネルギー200MeVまでの範囲で中性子生成に関する実験データを良く再現することが分かった。このことから、本ライブラリは多様な重陽子加速器中性子源の設計研究に大きく貢献すると期待される。

論文

Measurement of double-differential thick-target neutron yields of the C($$d,n$$) reaction at 12, 20, and 30 MeV

Patwary, M. K. A*; 金 政浩*; 青木 勝海*; 吉浪 皓亮*; 山口 真矢*; 渡辺 幸信*; 塚田 和明; 佐藤 望*; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(2), p.252 - 258, 2021/02

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

重陽子加速器中性子源の設計のため、これまでにLi, Be, Cといった軽元素に対する重陽子核データが数MeVから50MeVの入射エネルギー範囲で系統的に測定されてきた。しかし、二重微分中性子収量(DDTTNY)の実測データについては、特に入射エネルギー18から33MeVの範囲で不足しているのが現状である。この問題を解消するため、本研究では12, 20, 30MeVにおける天然炭素標的に対する($$d,n$$)反応からのDDTTNYを多重箔放射化法によって測定した。DDTTNYを導出するためのアンフォールディングにはGRAVELコードを用いた。また、本測定結果を用いて重陽子入射反応計算コードDEURACSの検証を行うとともに、総中性子収量や0$$^{circ}$$放出における微分中性子収量に関する系統式の検証も行った。

論文

Study of the Li($$d,xn$$) reaction for the development of accelerator-based neutron sources

渡辺 幸信*; 定松 大樹*; 荒木 祥平*; 中野 敬太*; 川瀬 頌一郎*; 金 政浩*; 岩元 洋介; 佐藤 大樹; 萩原 雅之*; 八島 浩*; et al.

EPJ Web of Conferences, 239, p.20012_1 - 20012_4, 2020/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:75.77

重陽子ビームによる加速器中性子源は、核分裂生成物の核変換、核融合炉材料試験等の応用分野での利用が検討されている。そこで、このような加速器や中性子源の設計に有益なデータとして、大阪大学核物理研究センターにおいて、200MeV重陽子入射核反応によるリチウムの中性子生成二重微分断面積(DDX)を測定した。実験では液体有機シンチレータEJ301を用いた飛行時間法を適用し、前方0度から25度の範囲で中性子断面積データを取得した。広範なエネルギー範囲のデータを取得するため、直径及び厚さが5.08cmと12.7cmの大きさの異なる2台のシンチレータを標的から7mと20mの地点にそれぞれ設置した。ここで、中性子の検出効率はSCINFUL-QMDコードを用いて導出した。本発表では、実験値と重陽子入射断面積計算コードDEURACS及び粒子・重イオン輸送計算コードPHITSによる計算値との比較について述べる。また、25, 40及び100MeV重陽子入射による実験値を用いて、DDXの入射エネルギー依存性について議論する。

論文

Recent progress of a code system DEURACS toward deuteron nuclear data evaluation

中山 梓介; 岩本 修; 渡辺 幸信*

EPJ Web of Conferences, 239, p.03014_1 - 03014_4, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.16

重陽子加速器を用いた大強度中性子源が、核融合炉材料の照射試験や医療用放射性同位体の製造といった様々な応用に対して提案されている。さらに近年では、重陽子核破砕反応を用いた核変換システムが長寿命核分裂生成物(LLFP)の核変換に対して提案されてもいる。これらの施設の設計研究には高精度かつ広範な重陽子核データが不可欠である。こうした状況の下、我々は重陽子入射反応用計算コードDEURACSを開発しているところである。本研究では、中性子や質量数4までの軽荷電粒子の放出の二重微分断面積や、核種生成断面積等、入射エネルギー200MeVまでの種々の物理量をDEURACSを用いて解析する。実験値との比較により、DEURACS内の理論モデルの妥当性を検証する。

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:9 パーセンタイル:99.65

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

Spallation and fragmentation cross sections for 168 MeV/nucleon $$^{136}$$Xe ions on proton, deuteron, and carbon targets

Sun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.

Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:58.72(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射による$$^{136}$$Xeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。

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:5 パーセンタイル:60.73(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

Consistent description of light composite particle emission in deuteron-induced reactions

中山 梓介; 岩本 修; 渡辺 幸信*

Physical Review C, 100(4), p.044603_1 - 044603_8, 2019/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:68.86(Physics, Nuclear)

重陽子は弱束縛であるため、他の原子核との相互作用を通じて容易に分解する。この分解過程は重陽子入射反応における様々な観測量に影響を与えると考えられる。本研究では、重陽子入射からの軽複合粒子(LCP)放出における分解過程の影響を調べることを目的とした。この目的を達成するための準備として、前平衡クラスター放出モデルを、分解過程を明示的に取り扱った重陽子用計算コードDEURACSに導入した。また、直接ピックアップ成分は半経験的モデルによって見積もった。改良したDEURACSを質量数$$27 leqslant A leqslant 90$$の標的に対する$$(d,xt)$$, $$(d,xmathrm{^{3}He})$$, $$(d,xalpha)$$反応の解析に適用したところ、標的や反応に依らず一貫して計算値は実験値を良く再現した。この結果から、分解過程はLCP放出にも大きな影響を与えていることが分かった。また、分解過程が適切に考慮されている限りにおいて、重陽子入射からのLCP放出は核子入射からのLCP放出と同様の描像で記述できることを示した。

論文

Enhancement of element production by incomplete fusion reaction with weakly bound deuteron

Wang, H.*; 大津 秀暁*; 千賀 信幸*; 川瀬 頌一郎*; 武内 聡*; 炭竃 聡之*; 小山 俊平*; 櫻井 博儀*; 渡辺 幸信*; 中山 梓介; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.78_1 - 78_6, 2019/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:60.19(Physics, Multidisciplinary)

陽子(あるいは中性子)過剰核の効率的な生成経路を探索することは、原子核反応研究の主な動機のひとつである。本研究では、$$^{107}$$Pdに対する核子当たり50MeVの陽子および重陽子入射による残留核生成断面積を逆運動学法によって測定した。その結果、重陽子入射ではAgやPd同位体の生成断面積が大きくなることを実験的に示した。また、理論計算による解析から、この生成断面積の増大は重陽子の不完全融合反応に起因することを示した。これらの結果は、陽子過剰核の生成において重陽子のような弱束縛核の利用が有効であることを示すものである。

論文

科学と技術のための核データ国際会議(ND2019),3; 評価・理論

中山 梓介; 岩本 修; 岩本 信之; 橋本 慎太郎

核データニュース(インターネット), (123), p.53 - 59, 2019/06

2019年5月19日から24日まで中国ナショナルコンベンションセンターにて、2019年科学と技術のための核データ国際会議(ND2019)が開催された。核データ国際会議は3年に一度開催される核データ研究分野の中で規模の最も大きな国際会議である。本稿ではND2019の会議報告の一部として、本会議で行われた核データ評価及び理論に関する発表の概要を記した。

論文

Role of breakup processes in deuteron-induced spallation reactions at 100-200 MeV/nucleon

中山 梓介; 古立 直也; 岩本 修; 渡辺 幸信*

Physical Review C, 98(4), p.044606_1 - 044606_8, 2018/10

 被引用回数:13 パーセンタイル:79.93(Physics, Nuclear)

近年、長寿命核分裂生成物(LLFP)の核変換処理に中高エネルギーにおける重陽子入射核破砕反応を利用することが提案されている。重陽子ビームを用いた核変換システムの設計研究のためには、LLFPに対する精度の良い重陽子入射反応断面積のデータが不可欠である。本研究では、核子当たり100-200MeVでの$$^{93}$$Zrおよび$$^{107}$$Pdに対する重陽子入射反応からの残留核生成断面積を、分解過程を明示的に考慮した計算コードDEURACSで計算した。その結果、計算値は実験データを定量的に良く再現した。また、成分に分けた解析から、非弾性分解後の核子吸収過程が残留核生成に大きな寄与を果たしていることがわかった。こうした結果は、重陽子入射反応における残留核生成の精度の良い予測のためには分解過程を考慮することが本質的に重要であることを強く示すものである。

論文

Calculation of neutron cross-sections on copper-63 and -65

中山 梓介

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(6), p.614 - 622, 2018/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.93(Nuclear Science & Technology)

次期JENDL汎用ライブラリの開発に向け、$$^{63,65}$$Cuに対する中性子断面積をJENDL-4.0での分離共鳴領域以上の入射エネルギー範囲である50keVから20MeVにおいて計算した。中性子と$$^{63,65}$$Cuの間の相互作用には分散型チャネル結合光学ポテンシャルを採用し、核反応計算には直接・前平衡・複合核の三つの反応過程を考慮した。この際、断面積ならびに微分および二重微分断面積はすべて、単一のモデルパラメータセットを用いて相互に矛盾なく計算した。こうして得られた計算結果は実験データをよく再現した。さらに、本研究で得られた断面積データを用いることにより、$$^{63}$$Cu$$(n,alpha)^{60}$$Co反応に対する積分テストに見られていた計算値と実験値の不一致が改善された。

論文

部会・連絡会セッション,核データ部会「シグマ」特別専門委員会共催; 我が国における核データ計算コード開発の現状と将来ビジョン,3; 重陽子入射断面積計算コードDEURACSの開発

中山 梓介

核データニュース(インターネット), (120), p.19 - 25, 2018/06

高精度の重陽子核データファイルの作成に向け、重陽子入射反応に特化した計算コードDEURACSの開発を行っている。日本原子力学会2018年春の年会での核データ部会・「シグマ」特別専門委員会の合同セッションにおいてDEURACSの現在までの開発状況や今後の展望等について発表したので、その概説を「核データニュース」誌に寄稿した。これまでの研究から、中性子源評価で重要となる軽核に対する$$(d,xn)$$反応やトリチウム発生量評価で重要となる$$(d,xt)$$反応をDEURACSで精度良く予測できるようになったこと、また、今後の展望として、中重核に対する核種生成断面積についても精度の良い予測ができるようDEURACS内の理論モデルを改良していく予定であること、等を述べた。

論文

Theoretical model analysis of $$(d,xn)$$ reactions on $$^7$$Li at 25, 40, and 102 MeV

定松 大樹*; 中山 梓介; 渡辺 幸信*; 岩本 修; 緒方 一介*

JAEA-Conf 2017-001, p.135 - 140, 2018/01

近年、高レベル放射性廃棄物の核変換や医療用放射性同位体の製造などの様々な応用において大強度中性子源への要望が高まっている。重陽子加速器を用いた中性子源はその有力な候補の一つとみなされている。それゆえ、我々はこれまでに重陽子入射反応用のコードシステムDEURACSを開発してきた。本研究では$$^7$$Li標的に対する重陽子入射による中性子放出に着目した。入射エネルギー25,40,100MeVにおける$$(d,xn)$$反応に対する二重微分断面積の計算値を実測値と比較し、DEURACSの適用性を議論する。

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