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論文

Design for detecting recycling muon after muon-catalyzed fusion reaction in solid hydrogen isotope target

奥津 賢一*; 山下 琢磨*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

Fusion Engineering and Design, 170, p.112712_1 - 112712_4, 2021/09

水素同位体を利用したミュオン触媒核融合($$mu$$CF)では、核融合によって2.2$$mu$$sの寿命を持つミュオンが再放出され、それが次の標的と新たな核融合を引き起こす。我々は、水素・重水素混合固体から放出されたミュオンを収集して輸送する同軸輸送管を新たに開発し、輸送のための加速電圧などについて検討したので報告する。

論文

Time evolution calculation of muon catalysed fusion; Emission of recycling muons from a two-layer hydrogen film

山下 琢磨*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

Fusion Engineering and Design, 169, p.112580_1 - 112580_5, 2021/08

重水素・三重水素混合固体標的に負ミュオン($$mu$$)を入射し、ミュオン触媒核融合反応($$mu$$CF)の時間発展をルンゲクッタ法によって計算した。核融合によって生成する中性子の強度や、固体標的から真空中に放出されるミュオン量を最大化する三重水素含有率を明らかにした。

口頭

歯や耳石に記録された放射性核種の取り込み履歴

小荒井 一真; 松枝 誠; 藤原 健壮; 小野 拓実*; 木野 康志*; 岡 壽崇; 奥津 賢一*; 高橋 温*; 鈴木 敏彦*; 清水 良央*; et al.

no journal, , 

硬組織の中でも、歯は特殊な形成・代謝メカニズムをもつ。そのため、ある1本の歯の内部でも$$^{90}$$Srと$$^{137}$$Csの分布が異なる可能性がある本研究では、硬組織の性質・特徴を利用し、1検体の歯や耳石から動物生息環境中における$$^{90}$$Srと$$^{137}$$Csの分布の時間変化の推定を目指す。事故時点で形成中の歯において、エナメル質の$$^{90}$$Sr比放射能は象牙質の比放射能よりも低い値であった。このように歯の形成時期が事故をまたいだ場合、歯の組織内で$$^{90}$$Srの分布に差があることが示された。この$$^{90}$$Sr比放射能の変化は、事故前後のウシ生息環境中での$$^{90}$$Srの分布の変化を表していると考えられる。同一個体内のウグイ骨と耳石において、安定Srは骨が耳石よりも高濃度であったが、安定Csは骨が耳石より低濃度であった。また、耳石中での安定Sr、安定Csの分布は一様であった。したがって、耳石内で安定SrやCsに対する$$^{90}$$Srと$$^{137}$$Csの分布に変化があれば、河川や海洋での分布の変化を示唆すると考えられる。

口頭

硬組織内部の$$^{90}$$Srの分布測定のための少量試料中$$^{90}$$Srの測定

小荒井 一真; 松枝 誠; 青木 譲; 柳澤 華代*; 藤原 健壮; 寺島 元基; 木野 康志*; 岡 壽崇; 奥津 賢一*; 山下 琢磨*; et al.

no journal, , 

硬組織(歯や骨)は動物の生息環境中の$$^{90}$$Srの分布の指標とされている。硬組織は代謝の遅い生体組織であるため、組織内に生体の$$^{90}$$Sr取り込みの履歴を残す可能性がある。硬組織内での$$^{90}$$Srの分布を明らかにするためには、硬組織を分割し微細な試料の測定が求められる。本発表では、少量試料に有利なICP-MS法の妥当性を明らかにするために、放射能測定法との比較を行った。放射能測定法およびICP-MS法ともに0.10g中の硬組織中$$^{90}$$Srの定量に成功した。LODを比較すると、1.0g試料の放射能測定が最も低く、続いて0.10g試料のICP-MS測定、0.10gの放射能測定が最も大きいという結果であった。またICP-MS法の分析時間は8時間と、放射能測定法より短時間での分析である。硬組織の微細な破片を測定する場合、ICP-MS法は放射能測定法同様に、$$^{90}$$Sr分析法として適用可能であると考えられる。今後、定量値のばらつきや検出感度を改善することで、より実用的な生体の$$^{90}$$Sr取り込み履歴の調査に応用できると考えられる。

口頭

野生動物の歯を用いたESR線量計測のための試料前処理法の検討

岡 壽崇; 光安 優典*; 高橋 温*; 小荒井 一真; 木野 康志*; 関根 勉*; 奥津 賢一*; 山下 琢磨*; 清水 良央*; 千葉 美麗*; et al.

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所事故で環境中に放出された放射性物質によって野生動物は長期的な低線量被ばくを受ける。野生動物の外部被ばく線量は、通常、捕獲した地点の線量率を元に計算で推定するが、生息域の履歴がわからないため推定した被ばく線量には不確定要素が大きい。そこで、環境からの放射線によって歯のエナメル質に誘起される炭酸ラジカルの強度から被ばく線量を推定することを試みている。ESR測定を妨害する元素を歯のエナメル質から除去する前処理法を検討し、捕獲した個体の被ばく線量の推定を行った。

口頭

ポリエチレンの放射線照射後のゲル分率の変化; 陽電子消滅寿命測定法による評価

北田 直也*; 岡 壽崇; 奥津 賢一*; 山下 琢磨*; 木野 康志*; 関根 勉*

no journal, , 

高分子材料は原子力発電所や加速器において、絶縁体やケーブル被覆材として広く使われており、長期間厳しい放射線にさらされ、酸化や切断によって劣化が起こる。これまではゲル分率測定や引張試験などの破壊試験で劣化の挙動が調べられてきたが、本研究では陽電子消滅寿命測定法を用いて、高分子材料の劣化を非破壊で評価できるかどうかを検討した。その結果、分子の隙間で消滅する陽電子の割合と、高分子鎖の架橋度の指標であるゲル分率の間に関係があることがわかった。

口頭

ルンゲクッタ法によるミュオン触媒核融合の時間発展の計算

山下 琢磨*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

重水素・三重水素混合薄膜に覆われた水素固体標的に負ミュオン($$mu$$)を入射する実験系を想定し、ミュオン触媒核融合反応($$mu$$CF)の時間発展をルンゲクッタ法による逐次計算により分析した。ミュオン分子共鳴状態を含む$$mu$$CFサイクルを構築し、核融合によって生成する中性子強度、標的から再放出されるミュオン量を最大化する三重水素含有率を明らかにした。

口頭

J-PARC MLFでのdd-$$mu$$CF実験における中性子計測について

名取 寛顕*; 土居内 翔伍*; 石田 勝彦*; 木野 康志*; 三宅 康博*; 宮下 湖南*; 中島 良太*; 永谷 幸則*; 西村 昇一郎*; 岡 壽崇; et al.

no journal, , 

J-PARCにおいて、トリチウムと重水素を用いたdtミュオン触媒核融合反応($$mu$$CF)を利用して超低速負ミュオンビームを開発し、走査型負ミュオン顕微鏡の技術確立を目指す計画が進行中である。2020年3月に真空容器内に1mm厚の水素/重水素(混合比99.9%/0.1%)のミュオン静止層の上に数$$mu$$m厚の重水素層を加えた固体水素・重水素ターゲットを作成し、J-PARC D2ビームラインにおいて負ミュオンを照射するビーム試験を行った。本講演では特に中性子の測定について報告を行う。

口頭

ミュオン分子内核反応後に放出されたミュオンの測定,1; ミュオン特性X線による検出法の開発

奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

ミュオン触媒核融合($$mu$$CF)は素粒子の一つである負ミュオンが触媒のように振舞いながら水素同位体間の核融合を起こす反応である。$$mu$$CF反応は、反応後のミュオンの運動エネルギー分布幅が小さい点や単色の中性子を放出する性質から、非破壊検査に威力を発揮できる運動量の揃った高品質なミュオンビーム源や高品質な第3の中性子源として注目されるようになった。本研究では、核反応後のミュオンをビームラインとは別軸に引き出すと共にミュオンを集めながら輸送する同軸輸送管を新たに開発した。また、同軸輸送管の先にチタン箔を設置し、チタンのミュオン特性X線を利用して再生ミュオンの検出を行った。

口頭

J-PARC MLFでのdd-$$mu$$CF実験におけるミュオン特性X線を用いた放出ミュオンの観測

奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

ミュオン触媒核融合($$mu$$CF)は素粒子の一つである負ミュオンが触媒のように振舞いながら水素同位体間の核融合を起こす反応である。$$mu$$CFは、反応後のミュオンの運動エネルギー分布幅が小さい点や単色の中性子を放出する性質から、非破壊検査に威力を発揮できる運動量の揃った高品質なミュオンビーム源や走査ミュオン顕微鏡などへの応用が期待される。固体水素標的から核反応後に放出される再生ミュオンの運動エネルギー分布の測定法について検討した。

口頭

ミュオン分子内核反応後に放出されたミュオンの測定,2; 放射線輸送計算

宮下 湖南*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

ミュオン触媒核融合によって発生する再生ミュオンの運動エネルギー分布を直接測定することを目指している。放射線輸送計算コードPHITSのシミュレーションに基づいて実験系を設計し、J-PARCにおいてミュオンビーム照射実験を行い、得られた実験結果と計算結果の比較を行ったので報告する。

口頭

ミュオン分子内核反応後に放出されたミュオンの測定,3; 静電場設計

中島 良太*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

核反応後に放出される再生ミュオンは、数keVから10keV程度の運動エネルギー分布を持つ。この運動エネルギー分布測定には、重水素膜から放出された再生ミュオンをチタン薄膜まで輸送し、チタン原子から放出される特性ミュオンX線を検出する必要がある。実験系の構築のため、本研究では、イオン軌道計算ソフトウェアSIMIONを用いて、重水素膜からチタン薄膜までの輸送シミュレーションを行った。

口頭

ミュオン触媒核融合後に放出されたミュオン運動量分布測定のための数値シミュレーションと設計

宮下 湖南*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

ミュオン触媒核融合後に放出される再生ミュオンの運動エネルギー分布測定を行うと、核反応の瞬間のdd$$mu$$ (d: 重水素、$$mu$$: ミュオン)の波動関数に関する現象を観察することができる。本研究では、バックグラウンドの原因とその低減方法、シミュレーションコードを用いた輸送する再生ミュオンの軌道などについて議論する。

口頭

ミュオン触媒核融合反応後のミュオンの運動エネルギーの選別と検出の粒子輸送シミュレーション

中島 良太*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

ミュオン触媒核反応後に放出される再生ミュオンの運動エネルギー分布測定のための実験系を開発している。運動エネルギー分布測定のためには、再生ミュオンを固体水素ターゲットから離れたところまで輸送し、Ti薄膜に衝突させる必要がある。本発表では、電場を用いたミュオン輸送について、荷電粒子軌跡計算ソフトウェアSIMIONと粒子輸送計算コードPHITSで検討した。

口頭

ミュオン触媒核融合反応素過程の解明に向けたミュオン検出系の開発

奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

電子の207倍の質量を持ち、2.2$$mu$$sの寿命で崩壊するミュオンは、電子より強く原子核同士を結びつけることができるため、2つの水素同位体核とミュオンが形成するミュオン分子内ではミュオン触媒核融合とよばれる核反応が起きる。ミュオン触媒核融合反応後に放出されるミュオン(再生ミュオン)の運動エネルギー分布を測定することで核反応の際のミュオン分子軌道の変化を調べることができる。本講演では、再生ミュオンの検出のために現在開発しているミュオン触媒核融合用水素固体標的系と電場によるミュオン輸送シミュレーションの結果などを報告する。

口頭

低線量被ばくをした野生動物の歯を用いた被ばく線量推定

光安 優典*; 岡 壽崇; 高橋 温*; 小荒井 一真; 木野 康志*; 奥津 賢一*; 関根 勉*; 山下 琢磨*; 清水 良央*; 千葉 美麗*; et al.

no journal, , 

福島原発事故に起因する環境の放射能汚染の生体影響調査を行っている。行動履歴が不明な野生動物の被ばく線量を、歯のエナメル質中に放射線によって生成した炭酸ラジカルを指標にして個体の被ばく線量を実測するESR線量計測法と、個体の捕獲地点の空間線量率を用いたシミュレーションによる手法で推定し、両者を比較した。その結果、ESR線量計測法はシミュレーション法に比べて線量を低く見積もるような傾向が見られ、両者の間の換算係数は1.06$$pm$$0.29とわかった。

口頭

ミュオン触媒核融合素過程計測へ向けた固体水素標的

奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

ミュオン触媒核融合($$mu$$CF)は、負ミュオンがミュオン分子dd$$mu$$を形成し分子内で核融合反応($$mathrm{dd}mu rightarrow {}^{3}mathrm{He} + mathrm{n} + mu + 3.27~mathrm{MeV}$$もしくは$$mathrm{t} + mathrm{p} + mu + 4.03~mathrm{MeV}$$)を起こし、これを次々と繰り返す反応である。我々は$$mu$$CFの素過程の研究のため、固体水素標的を真空槽中に作製し基礎実験を行っている。本発表では、固体水素標的の形状、状態などの観測の他に$$mu$$CF実験での実用性などについて報告する。

口頭

ESR線量計測法による外部被ばく線量評価の取り組み

岡 壽崇; 高橋 温*; 光安 優典*; 小荒井 一真; 木野 康志*; 奥津 賢一*; 山下 琢磨*; 関根 勉*; 清水 良央*; 千葉 美麗*; et al.

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所事故で環境中に放出された放射性物質により、ヒトや動物は長期的な低線量・低線量率被ばくを受ける。ヒトや動物への放射線影響を正確に調べるためには、個体がどれだけの被ばくを受けたかを定量する必要がある。我々は電子スピン共鳴(ESR)線量計測法で個体の外部被ばく線量を計測することを試みており、本研究では、我々のこれまでの取り組みと、実際に野生動物の外部被ばく線量を行った結果を報告する。

口頭

ミュオン触媒核融合後の再生ミュオン検出のためのバックグラウンド低減; 数値シミュレーションによる装置設計

宮下 湖南*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

負ミュオンが重水素分子イオン(D$$_{2}^{+}$$)様のミュオン分子dd$$mu$$を作ると、核間距離はD$$_{2}^{+}$$の1/207程度になり、dd$$mu$$分子内で核融合反応が起きる。我々はこのミュオン触媒核融合($$mu$$CF)時に放出される再生$$mu$$の運動エネルギー分布の測定を計画しているが、バックグラウンド(BG)が大きいことが問題となっていた。放射線輸送コードPHITSと測定結果の比較から、主要なBGの発生源がサーマルシールドの標的手前側であることがわかったので、BGの発生源を同軸輸送管の軸から離し、X線検出器と発生源の間に遮蔽体を設置できるようサーマルシールドの形状を修正した。その結果、BGを最大で2%未満に抑えることが可能になると見積もられた。

口頭

輸送管内芯線電極がつくる静電場による荷電粒子の輸送効率の計算

中島 良太*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 山下 琢磨*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

no journal, , 

ミュオン触媒核反応後に放出される再生ミュオンの運動エネルギー分布測定のための実験系を開発している。再生ミュオンを同軸輸送管によって制動放射線などのバックグラウンドが低い場所まで輸送するには、再生ミュオンの運動エネルギーや同軸管への入射条件などを最適化する必要がある。荷電粒子軌跡計算ソフトウェアSIMIONを用いて、固体水素標的から放出された再生ミュオンの軌跡を計算し、再生ミュオンの輸送効率や放出位置依存性について議論した。

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