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論文

A New detector system for the measurement of high-energy prompt $$gamma$$-rays for low-energy neutron induced fission

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.*; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; A$"i$che, M.*; Astier, A.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 906, p.88 - 96, 2018/10

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

中性子誘起核分裂における即発高エネルギー$$gamma$$線を観測するための新しい測定システムの開発を行った。測定システムは核分裂片を観測するための多芯線比例計数管と$$gamma$$線測定用のLaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータから構成される。開発したシステムを仏国ラウエ・ランジュバン研究所にある高中性子束炉のPF1Bコースに設置して、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂における即発$$gamma$$線を行った。測定ではエネルギー最大20MeVまでの$$gamma$$線スペクトルの観測に成功し、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂において非常に高いエネルギーの$$gamma$$線が放出されていることを確認した。

論文

Study of fission using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Vermeulen, M. J.; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 佐藤 哲也; 永目 諭一郎; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 163, p.00041_1 - 00041_6, 2017/11

 パーセンタイル:100

We are promoting a study of fission using multi-nucleon transfer (MNT) reactions, where excited states in neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle capture and/or fusion reactions, are populated. Also, the excited states in the fissioning nucleus are widely populated by the MNT reactions, from which effects of excitation energy on fission properties can be investigated. Experiments were carried out at the JAEA tandem facility in Tokai, Japan. We studied reactions using the $$^{18}$$O beam and several actinide target nuclei such as $$^{232}$$Th, $$^{238}$$U, $$^{237}$$Np, $$^{248}$$Cm. Ejectile nucleus was identified by a silicon $$Delta$$E-E telescope to identify transfer channel and hence the compound nucleus. Fission fragments were detected by multi-wire proportional counters, and fission fragment mass distributions (FFMDs) were measured for each isotope. Measured FFMDs are reproduced by a calculation based on the fluctuation-dissipation model, and importance of multi-chance fission concept is investigated. Fission fragment angular distribution relative to the recoil direction suggested the increase of the spin of the fissioning nucleus with the number of transferred nucleons.

論文

EXILL; A High-efficiency, high-resolution setup for $$gamma$$-spectroscopy at an intense cold neutron beam facility

Jentschel, M.*; Blanc, A.*; de France, G.*; K$"o$ster, U.*; Leoni, S.*; Mutti, P.*; Simpson, G.*; Soldner, T.*; Ur, C.*; Urban, W.*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 12(11), p.P11003_1 - P11003_33, 2017/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:17(Instruments & Instrumentation)

A highly efficient array of high-purity germanium (HPGe) detectors was developed and operated at the cold neutron beam facility PF1B of the Institut Laue-Langevin (ILL) to carry out nuclear structure studies, via measurements of $$gamma$$-rays following neutron-induced capture and fission reactions. The setup consisted of a collimation system producing a pencil beam with a thermal capture equivalent flux of about 10$$^8$$ns$$^{-1}$$cm$$^{-2}$$ at the target position and negligible neutron halo. The target was surrounded by an array of eight to ten anti-Compton shielded EXOGAM Clover detectors, four to six anti-Compton shielded large coaxial GASP detectors and two standard Clover detectors. For a part of the campaign the array was combined with 16 LaBr$$_{3}$$:(Ce) detectors from the FATIMA collaboration.

論文

Study of fission using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; L$'e$guillon, R.*; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; 田中 翔也*; et al.

Proceedings of 6th International Conference on Fission and Properties of Neutron-rich Nuclei (ICFN-6), p.590 - 597, 2017/11

We are promoting a fission study using multi-nucleon transfer reactions, where excited states in neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle capture and/or fusion reactions, are populated. This allows us to study fission in the new region of chart of nuclei. Also, the excited states in the fissioning nucleus are widely populated in the reactions, thus the effects of excitation energy on fission can be investigated. Experiments were carried out at the JAEA tandem facility in Tokai, Japan. We studied reactions using the $$^{18}$$O beam ($$sim$$9MeV/u) and several actinide target nuclei such as $$^{232}$$Th, $$^{238}$$U, $$^{237}$$Np, $$^{248}$$Cm. Ejectile nuclei and thus the transfer channels were identified by a newly developed silicon $$Delta$$E-E detectors. The produced nuclei in one experiment reached more than fifteen. Fission fragment mass distributions (FFMDs) were measured for each isotopes. Measured FFMDs are reproduced by a calculation based on the fluctuation-dissipation model (Langevin-type calculation), where effects of multi-chance fission were included. We also started to measure the prompt neutrons accompanied by fission.

論文

Measurement of high-energy prompt $$gamma$$-rays from neutron induced fission of U-235

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; Astier, A.*; Pollitt, A.*; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.04036_1 - 04036_4, 2017/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:4.05

核分裂に伴い放出される即発$$gamma$$線スペクトルの測定は高励起状態にある中性子過剰な核分裂片の脱励起過程を理解する上で重要であると同時に、革新的原子炉の設計といった応用分野においても重要である。これまで$$^{252}$$Cfの自発核分裂においては、核分裂片の巨大共鳴振動が励起されていることを示唆する、8MeVから20MeVにおいて膨らみを持つ高エネルギー$$gamma$$線が観測されていることが知られている。巨大共鳴振動励起の起源を理解するためには$$^{252}$$Cfの自発核分裂以外で即発$$gamma$$線スペクトルを測定する必要があるが、中性子誘起核分裂においては最近の測定においても9MeV程度までしか観測されていない。我々は$$^{235}$$U(n,f)においても20MeVまでの即発$$gamma$$線スペクトルの観測を目的とした測定を仏国ラウエ・ランジュバン研究所にある高中性子束炉の大強度冷中性子ビームを用いて行った。発表では測定で得られた結果について報告する。

論文

Experimental fission study using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; L$'e$guillon, R.*; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; 田中 翔也*; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.04009_1 - 04009_6, 2017/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:4.05

The objective of this work is to extend fission data for actinide nuclei not investigated so far in order to understand the fission mechanism, especially for neutron-rich nuclei. Multi-nucleon transfer reactions were used to populate the compound nuclei which cannot be accessed by particle capture or fusion reactions. The experiment was carried out at the tandem facility of Japan Atomic Energy Agency. In the multi-nucleon transfer reactions using $$^{18}$$O beam, a wide variety of nuclei around a target nucleus was produced. By identifying transfer channels, fission data of nuclei more than fifteen compound nuclei were generated in one experiment. Another feature of transfer reaction is that the excitation energies of a compound nucleus can be populated continuously from the ground state up to several tens MeV, allowing us to study the excitation energy dependence of fission properties. From the excitation function of fission probabilities, fission-barrier heights of neutron-rich actinide nuclei were obtained. Experiments were carried out in the reactions of $$^{18}$$O + $$^{238}$$U, $$^{232}$$Th, $$^{248}$$Cm, $$^{237}$$Np. The obtained fission fragment mass distributions were reproduced by a model calculation based on a fluctuation dissipation model.

論文

Fission fragments mass distributions of nuclei populated by the multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction

L$'e$guillon, R.; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; 牧井 宏之; 西中 一朗*; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; et al.

Physics Letters B, 761, p.125 - 130, 2016/10

 被引用回数:18 パーセンタイル:7.21(Astronomy & Astrophysics)

It is shown that the multinucleon transfer reactions is a powerful tool to study fission of exotic neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle-capture or heavy-ion fusion reactions. In this work, multinucleon transfer channels of the $$^{18}$$O + $$^{232}$$Th reaction are used to study fission of fourteen nuclei $$^{231,232,233,234}$$Th, $$^{232,233,234,235,236}$$Pa, and $$^{234,235,236,237,238}$$U. Identification of fissioning nuclei and of their excitation energy is performed on an event-by-event basis, through the measurement of outgoing ejectile particle in coincidence with fission fragments. Fission fragment mass distributions are measured for each transfer channel, in selected bins of excitation energy. In particular, the mass distributions of $$^{231,234}$$Th and $$^{234,235,236}$$Pa are measured for the first time. Predominantly asymmetric fission is observed at low excitation energies for all studied cases, with a gradual increase of the symmetric mode towards higher excitation energy. The experimental distributions are found to be in general agreement with predictions of the fluctuation-dissipation model.

論文

Energy neutral phosphate fertilizer production using high temperature reactors; A Philippine case study

Haneklaus, N.*; Reyes, R.*; Lim, W. G.*; Tabora, E. U.*; Palattao, B. L.*; Petrache, C.*; Vargas, E. P.*; 國富 一彦; 大橋 弘史; 坂場 成昭; et al.

Philippine Journal of Science, 144(1), p.69 - 79, 2015/06

リン酸肥料製造工程においてリン酸からウランを抽出することができるため、このウランを燃料に用いた高温ガス炉から電気、水素、プロセスヒート等をリン酸肥料製造へ供給することによって、エネルギーニュートラルな肥料製造プロセスを構築できる可能性がある。本報告では、フィリピンにおける代表的なリン酸肥料製造プラントと原子力機構が設計した高温ガス炉(HTR50S and GTHTR300C)を組み合わせたシステムを例に、エネルギーニュートラルな肥料製造プロセスの可能性について検討した。

論文

Multiple triaxial bands in $$^{138}$$Nd

Petrache, C. M.*; Ragnarsson, I.*; Ma, H.-L.*; L$'e$guillon, R.; Zerrouki, T.*; Bazzacco, D.*; Lunardi, S.*

Physical Review C, 91(2), p.024302_1 - 024302_16, 2015/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:12.26(Physics, Nuclear)

High-spin states in $$^{138}$$Nd were investigated by using the $$^{48}$$Ca + $$^{94}$$Zr reaction and $$gamma$$-ray coincidence measurements were carried out with the GASP spectrometer. A rich level scheme was developed including 14 new bands of quadrupole transitions at very high spins. Linking transitions connecting 11 high-spin bands to low-energy states have been observed. Calculations based on the cranked Nilsson-Strutinsky formalism have been used to assign configurations to the observed bands. The main result of these calculations is that all 14 bands exhibit a stable triaxial deformation up to the highest observed spins, giving strong support to the existence of a triaxial minimum with normal deformation and positive asymmetry parameter in nuclei with a few holes in the $$N$$ = 82 shell closure.

論文

$$B(E2;2^+_1rightarrow 0^+_1)$$ value in $$^{90}$$Kr

R$'e$gis, J.-M.*; Jolie, J.*; Saed-Samii, N.*; Warr, N.*; Pfeiffer, M.*; Blanc, A.*; Jentschel, M.*; K$"o$ster, U.*; Mutti, P.*; Soldner, T.*; et al.

Physical Review C, 90(6), p.067301_1 - 067301_4, 2014/12

 被引用回数:17 パーセンタイル:14.77(Physics, Nuclear)

A smooth onset of collectivity in $$^{88,92,94,96}$$Kr has been determined from reported $$B(E2;2^+_1rightarrow 0^+_1)$$ and E(2$$^+_1$$) values. This is in contrast to the sudden onset in even-even Zr, Mo, and Sr isotopes. Our objective was to complete the systematics by determining the $$B(E2;2^+_1rightarrow 0^+_1)$$ value in $$^{90}$$Kr, which was produced by cold-neutron-induced fission of $$^{235}$$U. The lifetime of the 2$$^+_1$$ state in $$^{90}$$Kr was measured via the electronic $$gamma - gamma$$ timing technique using the EXILL and FATIMA spectrometers. Based on the measured mean lifetime of $$tau$$ = 15(10) ps, the $$B(E2;2^+_1rightarrow 0^+_1)$$ value of 13$$^{+26}_{-5}$$ W.u. in $$^{90}$$Kr is determined for the first time and the smooth onset of deformation in the even-even Kr isotopes beyond neutron number N=50 is confirmed.

論文

High spin structure of $$^{34}$$S and the proton-neutron coupling of intruder states

Mason, P.*; M$u{a}$rginean, N.*; Lenzi, S. M.*; Ionescu-Bujor, M.*; Della Vedova, F.*; Napoli, D. R.*; 大塚 孝治*; 宇都野 穣; Nowacki, F.*; Axiotis, M.*; et al.

Physical Review C, 71(1), p.014316_1 - 014316_8, 2005/01

 被引用回数:23 パーセンタイル:17.23(Physics, Nuclear)

Legnaro国立研究所のタンデム加速器で$$^{34}$$Sの高スピン状態を初めて観測し、その結果を原研らのグループによるモンテカルロ殻模型計算と比較した。実験では、$$^{34}$$Sの高スピン状態を$$^{24}$$Mg($$^{16}$$O,$$alpha 2p$$)反応によって生成し、脱励起$$gamma$$線を観測することによって$$^{34}$$Sの準位を組み上げた。その結果、$$10^+$$までの正パリティ状態及び$$8^-$$までの負パリティ状態のイラスト状態に加え、幾つかの非イラスト状態を見つけた。さらに、DSAM法により幾つかの遷移の$$B(E2)$$, $$B(M1)$$を得た。実験結果を殻模型計算と比較したところ、$$5^+$$までの(正パリティ)イラスト状態は$$sd$$殻配位空間内で計算した殻模型計算とよく一致するが、それよりも高いスピンのイラスト状態はN=20の殻ギャップを超えた励起が必要であることがわかった。さらに詳しく調べると、$$6^+$$, $$8^+$$については中性子が2個励起する配位が主であるのに対し、他のスピンでは陽子の励起も重要であることも明らかになった。モンテカルロ殻模型計算はこのような特質を全体としてはよく再現する一方、陽子・中性子励起する状態については実験よりも高い励起エネルギーとなった。この実験及び計算結果は、陽子・中性子間相互作用が多体構造に及ぼす影響について大きな知見を与えている。

口頭

$$^{235}$$U中性子核分裂における即発高エネルギー$$gamma$$線スペクトルの測定

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; Frost, R.*; Tsekhanovich, I.*; Petrache, C. M.*

no journal, , 

福島第一発電所における廃止措置ではデブリとなった核燃料の取出しが計画されているが、体系が未臨界であることを保証しながら作業を進める必要がある。環境からの強いバックグラウンド$$gamma$$線下で核分裂事象の頻度を観測するため、我々は高エネルギー$$gamma$$線に感度を有する未臨界監視検出器を提案している。この未臨界監視検出器開発の基礎データとなる$$^{235}$$U(n,f)反応に伴い発生する高エネルギー$$gamma$$線スペクトル(エネルギー7MeV以上の領域)の測定を仏国ラウエ・ランジュバン研究所(ILL)にある高中性子束炉(HFR)からの大強度冷中性子ビームを用いて行った。発表では測定で得られた結果について報告する。

口頭

$$^{235}$$U中性子核分裂における即発高エネルギー$$gamma$$線スペクトルの測定,2

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; Frost, R.*; Tsekhanovich, I.*; Petrache, C. M.*

no journal, , 

福島第一原子力発電所における廃止措置ではデブリとなった核燃料の取出しが計画されているが、体系が未臨界であることを保証しながら作業を進める必要がある。環境からの強いバックグラウンド$$gamma$$線下で核分裂事象の頻度を観測するため、我々は高エネルギー$$gamma$$線に感度を有する未臨界監視検出器を提案している。この未臨界監視検出器開発の基礎データとなる$$^{235}$$U(n,f)反応に伴い発生する高エネルギー$$gamma$$線スペクトル(エネルギー7MeV以上の領域)の測定を仏国ラウエ・ランジュバン研究所(ILL)にある高中性子束炉(HFR)からの大強度冷中性子ビームを用いて行った。発表では取得したデータを解析して得られた結果について報告する。

口頭

Surrogate reactions for neutron-induced fission reaction and capture reaction by heavy ion transfer reactions

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; Yan, S. Q.*; L$'e$guillon, R.; Smallcombe, J.*; Vermeulen, M. J.; 西中 一朗*; 塚田 和明; et al.

no journal, , 

原子力機構タンデム加速器施設で進行中の、中性子反応核データを間接的に導出する代理反応の研究について紹介する。我々は重イオン核子移行反応で生成された複合核を同定するためのシリコン$$Delta$$E-E検出器、核分裂片を検出するための多芯線比例計数管(MWPC)、複合核からの$$gamma$$線を観測するためのコンプトン抑止型LaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータ、及び核分裂即発中性子を検出するための液体シンチレータから構成された測定装置の開発を行ってきた。得られた結果のうち、代理反応法で導出した核分裂断面積, 中性子捕獲断面積について議論する。

口頭

$$^{235}$$U中性子核分裂における即発高エネルギーガンマ線の測定

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; A$"i$che, M.*; Astier, A.*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所では、廃止措置に向けてデブリとなった核燃料の取出しが計画されているが、体系が未臨界であることを保証しながら作業を進める必要がある。核分裂生成物に由来した強いバックグラウンド$$gamma$$線環境下で核分裂事象の頻度を計測することになるため、我々は即発高エネルギー$$gamma$$線に感度を有する未臨界監視検出器の開発を提案している。この検出器開発の基礎データとなる、$$^{235}$$U中性子核分裂に伴い発生する即発$$gamma$$線のエネルギースペクトルを測定するため、我々は多芯線比例計数管・LaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータから構成される新たな測定装置の開発を行った。開発した装置を用いた測定は、仏国ラウエ・ランジュバン研究所の高中性子束炉(HFR)からの大強度冷中性子ビームを用いて行い、おおよそ20MeVまでのエネルギー領域で$$gamma$$線を観測することに成功した。本発表では測定で得られた結果を報告するとともに、$$gamma$$線の発生機構についても議論する。

口頭

Measurement of high-energy prompt fission $$gamma$$ rays in $$^{235}$$U(n$$_{th}$$,f)

小川 達彦; 牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.*; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; Aiche, M.*; Astier, A.*; et al.

no journal, , 

原子炉内の放射線挙動の解析、使用済み核燃料の放射線安全確保、原子核についての基礎研究などの観点に応じて、アクチノイドの核分裂に伴って放出されるガンマ線の測定がなされてきた。ここで、ガンマ線は励起状態にある核分裂生成物から生じ、これまでは8MeV程度までのエネルギー域を測定対象としてきた。しかし、核分裂生成物の一部は20MeV程度の励起エネルギーを持ち、8MeVを超える高エネルギーガンマ線を放出することが理論的に予測されていたため、その測定データが望まれてきた。本研究では、Laue Langevin研究所のhigh-flux research reactorを用いて、$$^{235}$$Uターゲットに熱中性子を照射し、その中性子捕獲核分裂反応から放出されるガンマ線をLaBrシンチレータで測定した。ここで得られたガンマ線エネルギースペクトルは、8MeV以下では従来の測定結果と合致し、10MeV以上の部分に山を成す構造を作り、20MeV近傍までなだらかに伸びた。本研究で進めた測定により、核分裂反応は20MeV付近まで高エネルギーにわたってガンマ線を発生させることとともに、そのエネルギースペクトルについても、$$^{235}$$U(n$$_{th}$$,f)を例にして明らかにした。

口頭

Measurement of high-energy prompt fission $$gamma$$ rays in $$^{235}$$U(n$$_{th}$$,f)

小川 達彦; 牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.*; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; Aiche, M.*; Astier, A.*; et al.

no journal, , 

原子炉内の放射線挙動の解析、使用済み核燃料の放射線安全確保、原子核に関する基礎研究などの様々な観点に応じて、アクチノイドの核分裂に伴って放出される$$gamma$$線が測定されてきた。ここで、$$gamma$$線は励起状態にある核分裂生成物から生じ、従来は8MeV程度までのエネルギー域を測定対象としてきた。しかし、核分裂生成物の一部は20MeV程度の励起エネルギーを持ち、8MeVを超える高エネルギー$$gamma$$線を放出することが理論的に予測されていた。本研究では、Laue Langevin研究所のhigh-flux research reactorを用いて、$$^{235}$$Uターゲットに熱中性子を照射し、その中性子捕獲核分裂反応から放出される$$gamma$$線をLaBrシンチレータで測定した。ここで得られた$$gamma$$線エネルギースペクトルは、8MeV以下では従来の測定結果と合致し、10MeV以上の部分に山を成す構造を作り、20MeV近傍までなだらかに伸びた。本研究で進めた測定により、核分裂反応は20MeV付近まで高エネルギーにわたって$$gamma$$線を発生させることとともに、そのエネルギースペクトルについても、$$^{235}$$U(n$$_{th}$$,f)を例にして明らかにした。

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