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論文

Level structures of $$^{56,58}$$Ca cast doubt on a doubly magic $$^{60}$$Ca

Chen, S.*; Browne, F.*; Doornenbal, P.*; Lee, J.*; Obertelli, A.*; 角田 佑介*; 大塚 孝治*; 茶園 亮樹*; Hagen, G.*; Holt, J. D.*; et al.

Physics Letters B, 843, p.138025_1 - 138025_7, 2023/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:59.27(Astronomy & Astrophysics)

$$^{57,59}$$Scからの1陽子ノックアウト反応を用いて、$$^{56}$$Caと$$^{58}$$Caのガンマ崩壊を観測した。$$^{56}$$Caでは1456(12)keVの$$gamma$$線遷移が、$$^{58}$$Caでは1115(34)keVの遷移が観測された。どちらの遷移も暫定的に$$2^{+}_{1} rightarrow 0^{+}_{gs}$$と割り当てられた。有効核子間相互作用をわずかに修正した広い模型空間での殻模型計算では、$$2^{+}_{1}$$準位エネルギー、2中性子分離エネルギー、反応断面積が実験とよく一致し、N=34閉殻の上に新しい殻が形成されていることを裏付けた。その構成要素である$$0_{f5/2}$$$$0_{g9/2}$$軌道はほぼ縮退しており、これは$$^{60}$$Caが二重魔法核である可能性を排除し、Ca同位体のドリップラインを$$^{70}$$Caあるいはそれ以上にまで広げる可能性がある。

論文

JAEA/ISCN delayed gamma-ray spectroscopy inverse Monte Carlo development status

Rodriguez, D.; Rossi, F.

Proceedings of INMM & ESARDA Joint Annual Meeting 2023 (Internet), 9 Pages, 2023/05

Under the MEXT subsidy for the improvement of nuclear security related activities, we will present on the current and future progress of the delayed gamma-ray spectroscopic analysis development. We highlight a paper soon to be released and the plan for finalizing the project goal.

論文

JAEA-JRC collaborative development of delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear safeguards nuclear material accountancy

Rodriguez, D.; Abbas, K.*; Bertolotti, D.*; Bonaldi, C.*; Fontana, C.*; 藤本 正己*; Geerts, W.*; 小泉 光生; Macias, M.*; Nonneman, S.*; et al.

Proceedings of INMM & ESARDA Joint Annual Meeting 2023 (Internet), 8 Pages, 2023/05

Under the MEXT subsidy to improve nuclear security related activities, we present the overview of the JAEA-JRC delayed gamma-ray spectroscopic analysis project. We describe past results, recent joint experiments, and the final goals for this project.

論文

Development of training course on non-destructive assay of nuclear material for Asian region, 2; Development of lectures and exercises on gamma-ray measurement

山本 昌彦; 河野 壮馬; 三枝 祐; 久野 剛彦; 関根 恵; 井上 尚子; 野呂 尚子; Rodriguez, D.; 山口 知輝; Stinett, J.*

Proceedings of INMM & ESARDA Joint Annual Meeting 2023 (Internet), 10 Pages, 2023/05

保障措置・計量管理の担当者を対象とした、アジア地域向け「核物質の非破壊測定に関するトレーニングコース(NDAコース)」を開発した。NDAコースの5日間うち、ガンマ線測定パートは2日間を割いて実施した。ガンマ線検出器の基本特性,検出方法,メカニズムに関する講義は、開発したeラーニングにて提供した。また、実習の部分は原子力機構の施設において実施し、参加者は、各ガンマ線検出器のセットアップからウラン及び他のガンマ線放出核種の測定までを行った。また、ウラン235の濃縮度測定も行った。さらに、原子力機構の研究炉であるJRR-3における新燃料集合体の測定実習の準備として、IAEA保障措置で普及している携帯型ガンマ線スペクトロメータHM-5を用いた訓練も実施した。本発表では、これらのトレーニングコースの開発及び結果、参加者からのフィードバックについて報告する。

論文

Design and characterization of the fission signature assay instrument for nuclear safeguards

Rossi, F.; 小泉 光生; Rodriguez, D.; 高橋 時音

Proceedings of INMM & ESARDA Joint Annual Meeting 2023 (Internet), 5 Pages, 2023/05

Since 2015, the Integrated Support Center for Nuclear Nonproliferation and Nuclear Security (ISCN) of the Japan Atomic Energy Agency has been working on the development of the Delayed Gamma-ray Spectroscopy non-destructive assay technique for the quantification of fissile-nuclide content in mixed nuclear materials. Thanks to the efforts and lessons learned from past experiments, the ISCN has successfully designed and fabricated a final integrated instrument. The instrument is composed of a moderator and dose shield where different neutron sources, like Cf-252 and neutron generators, can be inserted to irradiate the sample. Within the moderator, a series of neutron detectors are installed for perform prompt neutron analysis and continuous monitoring of the neutron source emission. Thanks to an innovative transfer system, the sample is then moved to the gamma-ray detector in less than 1.5s providing a fast and reliable movement while being safe from possible contamination. In this work, we will describe the design details of this new instrument. This work is supported by the Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT) under the subsidy for the "promotion for strengthening nuclear security and the like".

論文

"Southwestern" boundary of the $$N = 40$$ island of inversion; First study of low-lying bound excited states in $$^{59}$$V and $$^{61}$$V

Elekes, Z.*; Juh$'a$sz, M. M.*; Sohler, D.*; Sieja, K.*; 吉田 数貴; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physical Review C, 106(6), p.064321_1 - 064321_10, 2022/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:47.44(Physics, Nuclear)

$$^{59}$$Vと$$^{61}$$Vの低励起準位構造を初めて探索した。$$^{61}$$Vについては中性子ノックアウト反応と陽子非弾性散乱が、$$^{59}$$Vについては中性子ノックアウト反応データが得られた。$$^{59}$$Vについては4つ、$$^{61}$$Vについては5つの新たな遷移が確認された。Lenzi-Nowacki-Poves-Sieja (LNPS)相互作用に基づく殻模型計算との比較によって、それぞれの同位体について確認されたガンマ線のうち3つが、first 11/2$$^{-}$$状態とfirst 9/2$$^{-}$$状態からの崩壊と決定された。$$^{61}$$Vについては、($$p$$,$$p'$$)非弾性散乱断面積は四重極変形と十六重極変形を想定したチャネル結合法により解析されたが、十六重極変形の影響により、明確に反転の島に属するとは決定できなかった。

論文

Extended $$p_{3/2}$$ neutron orbital and the $$N = 32$$ shell closure in $$^{52}$$Ca

Enciu, M.*; Liu, H. N.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Nowacki, F.*; 緒方 一介*; Poves, A.*; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physical Review Letters, 129(26), p.262501_1 - 262501_7, 2022/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.87(Physics, Multidisciplinary)

$$sim$$230MeV/nucleonでの$$^{52}$$Caからの中性子ノックアウト反応が$$gamma$$線分光と行われ、$$1f_{7/2}$$$$2p_{3/2}$$軌道からの中性子ノックアウト反応の運動量分布が測定された。断面積は$$N=32$$の閉殻と整合し、Ca同位体での$$N=28$$$$N=34$$閉殻と同程度に強い閉殻であることが確認された。運動量分布の分析から$$1_{f7/2}$$$$2p_{3/2}$$軌道の平均二乗根半径の差は0.61(23)fmと決定され、これはmodified-shell-modelによる予言の0.7fmと整合した。これは、中性子過剰なCa同位体での$$2p_{3/2}$$軌道半径が大きいことが、中性子数にしたがって線形的に荷電半径が増える意外な現象の原因であることを示唆している。

論文

Development of delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear safeguards, 2; Forward to a practical DGS instrument

Rossi, F.; 小泉 光生; Rodriguez, D.; 高橋 時音

Proceedings of INMM 63rd Annual Meeting (Internet), 5 Pages, 2022/07

With the initial goal of fissile-nuclide content quantification in small samples containing uranium and plutonium, the Integrated Support Center for Nuclear Nonproliferation and Nuclear Security of the Japan Atomic Energy Agency is developing the Delayed Gamma-ray Spectroscopy non-destructive assay technique. For this, while in the past years several experiments were conducted to prove the feasibility of the technique, a new instrument was designed considering the previous lessons learned. It includes a modular insertion for different neutron sources, like radioisotopes or neutron generators; a gamma-ray detector with improved data acquisition system allowing for real-time dead-time correction; and a full new mechanism for the sample transfer between irradiation and measurement. Together with this, neutron detectors are integrated to supplement the DGS mass analysis and monitor the source intensity. In this work, we will describe the new instrument and the preliminary results obtained from instrument characterization compared to previous experiments. This work is supported by the Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT) under the subsidy for the "promotion for strengthening nuclear security and the like". This work was done under the agreement between JAEA and EURATOM in the field of nuclear material safeguards research and development.

論文

Plant system study of France-Japan common concept on Sodium-cooled Fast Reactor

加藤 篤志; 山本 智彦; 安藤 将人; 近澤 佳隆; 村上 久友*; 大山 一弘*; 金子 文彰*; 日暮 浩一*; Chanteclair, F.*; Chenaud, M.-S.*; et al.

EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 8, p.11_1 - 11_10, 2022/06

本稿はナトリウム冷却炉のプラントシステムに採用する技術について、仏国のアストリッド炉等を基にして日仏の技術仕様共通化を検討し、共通プラントの構築に係る検討の成果をまとめている。特に地震条件の違いに対応した原子炉構造設計では、日本側で採用している高周波設計を日仏で共有し、適応を試みている。その他、蒸気発生器、崩壊熱除去システム、燃料取り扱いシステム、および格納容器の仕様共通化の検討を紹介する。

論文

A First glimpse at the shell structure beyond $$^{54}$$Ca; Spectroscopy of $$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, and $$^{57}$$Ca

小岩井 拓真*; Wimmer, K.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Barbieri, C.*; Duguet, T.*; Holt, J. D.*; 宮城 宇志*; Navr$'a$til, P.*; 緒方 一介*; et al.

Physics Letters B, 827, p.136953_1 - 136953_7, 2022/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.46(Astronomy & Astrophysics)

中性子過剰核$$^{54}$$Caでは、新魔法数34が発見されて以来、その構造を知るために多くの実験がなされてきたが、それを超える中性子過剰核の情報は全く知られてこなかった。本論文では、理化学研究所RIBFにて$$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, $$^{57}$$Caの励起状態から脱励起するガンマ線を初めて観測した結果を報告した。それぞれ1つのガンマ線しか得られなかったものの、$$^{55}$$Kおよび$$^{55}$$Caのデータは、それぞれ、陽子の$$d_{3/2}$$$$s_{1/2}$$軌道間のエネルギー差、中性子の$$p_{1/2}$$$$f_{5/2}$$軌道間のエネルギー差を敏感に反映し、両方とも最新の殻模型計算によって200keV程度の精度で再現できることがわかった。また、1粒子状態の程度を特徴づける分光学的因子を実験データと歪曲波インパルス近似による反応計算から求め、その値も殻模型計算の値と矛盾しないことがわかった。

論文

Development and testing of a delayed gamma-ray spectroscopy instrument utilizing Cf-252 neutrons evaluated for nuclear safeguards applications

Rodriguez, D.; Abbas, K.*; 小泉 光生; Nonneman, S.*; Rossi, F.; 高橋 時音

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1014, p.165685_1 - 165685_10, 2021/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:54.40(Instruments & Instrumentation)

Under the MEXT subsidy on research for improving nuclear security related development, we designed the Delayed Gamma-ray Californium Test (DGCT) instrument. From He-3 count-rate experiments performed in collaboration with the European Commission Joint Research Centre, we show the effective neutron flux entering the sample space. Further, we show delayed gamma-ray spectra of both U and Pu samples as well as a comparison to the background from Cf activation of the environment. Finally, we make comparisons to earlier spectra obtained using PUNITA, including relative fission capability, spectral signature, and mass correlations.

論文

Investigation of the ground-state spin inversion in the neutron-rich $$^{47,49}$$Cl isotopes

Linh, B. D.*; Corsi, A.*; Gillibert, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Barbieri, C.*; Chen, S.*; Chung, L. X.*; Duguet, T.*; G$'o$mez-Ramos, M.*; et al.

Physical Review C, 104(4), p.044331_1 - 044331_16, 2021/10

AA2021-0468.pdf:1.29MB

 被引用回数:6 パーセンタイル:69.23(Physics, Nuclear)

理化学研究所のRIビームファクトリーにて中性子過剰$$^{47,49}$$Clの励起状態を$$^{50}$$Arからのノックアウト反応によって生成し、脱励起ガンマ線からそのエネルギー準位を測定した。また、陽子ノックアウトの運動量分布から$$^{49}$$Clの基底状態が$$3/2^+$$であることがわかった。その結果を大規模殻模型計算およびいくつかの第一原理計算と比較した。$$^{47,49}$$Cl同位体の基底状態および第一励起状態は、計算で用いた相互作用に敏感であることがわかった。それは、陽子の一粒子エネルギーと四重極集団運動との複雑な結合によるためであると考えられる。

論文

Development of delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear safeguards, 2; Designing a compact DGS instrument

Rossi, F.; Abbas, K.*; 小泉 光生; Lee, H.-J.; Rodriguez, D.; 高橋 時音

Proceedings of INMM & ESARDA Joint Virtual Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2021/08

The Japan Atomic Energy Agency is developing the Delayed Gamma-ray Spectroscopy (DGS) non-destructive assay technique to quantify the fissile-nuclide content in small samples of mixed nuclear materials. One of our primary goals is to develop a compact and efficient DGS instrument to be easily installable into analytical laboratories. The instrument should include an external neutron source and a gamma-ray detection system along with other supporting systems like sample transfer and neutron monitoring. One of the challenges is to design a compact and efficient moderator for commercial neutron sources (e.g. neutron generators or sealed radioactive sources) that emit neutrons with high energy. However, to be able to enhance the gamma-ray signal from fissile materials, thermal neutrons are best due to their higher fission cross-sections. The choice of viable neutron source (neutron spectrum and strength) depends on several considerations (e.g. sample type and interrogation pattern), but also affect the gamma-ray measurement and the consequence analysis. In this work, we will first describe the evaluation results of our Delayed Gamma-ray Test Spectrometer using a $$^{252}$$Cf source (DGTS-C) from the first experiment carried out in PERLA in collaboration with the European Commission, Joint Research Centre. In association, we will describe how it provided guidance for our demonstration irradiator. Further, we will present our final moderator design concept for a deuterium-deuterium (D-D) neutron generator and present the latest results of data-model comparisons, including those with our PUNITA results. This work is supported by the Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT) under the subsidy for the "promotion for strengthening nuclear security and the like". This work was done under the agreement between JAEA and EURATOM in the field of nuclear material safeguards research and development.

論文

Improved experimental evaluation and model validation of a $$^{252}$$Cf irradiator for delayed gamma-ray spectroscopy applications

Tohamy, M.*; Abbas, K.*; Nonneman, S.*; Rodriguez, D.; Rossi, F.

Applied Radiation and Isotopes, 173, p.109694_1 - 109694_7, 2021/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:63.04(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

An experiment to evaluate a neutron flux for an irradiator using $$^{252}$$Cf was performed by the EC-JRC by applying the Westcott method to indium and gold activation foils. ISCN DG members subsequently developed an MCNP model for a flux comparison within the MEXT subsidiary budget for the promotion of applications related to nuclear security. The flux values are able to show values within 10% for the thermal evaluation with larger differences in the resonance peak energies. Contrarily, there are differences in the reaction rate and peak-count data-model comparisons that could provide new opportunities of basic science research.

論文

Pairing forces govern population of doubly magic $$^{54}$$Ca from direct reactions

Browne, F.*; Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 緒方 一介*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; Calvet, D.*; et al.

Physical Review Letters, 126(25), p.252501_1 - 252501_7, 2021/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:73.22(Physics, Multidisciplinary)

理化学研究所RIビームファクトリーにて、中性子過剰核$$^{55}$$Scからの1陽子ノックアウト反応によって$$^{54}$$Caを生成し、そのエネルギー準位と反応断面積をガンマ線分光および不変質量分光によって得た。その結果を歪曲波インパルス近似による核反応計算と大規模殻模型による核構造計算を組み合わせた理論値と比較した。実験の準位と断面積は理論計算によってよく再現された。$$^{54}$$Caの正パリティ状態については、基底状態の生成断面積が励起状態のものに比べて圧倒的に大きいという結果が得られた。これは、$$^{55}$$Scでは中性子魔法数34が消滅し$$^{54}$$Caではその魔法数が存在するというこれまでの知見と一見矛盾するが、対相関による分光学的因子のコヒーレンスから理解することができる。

論文

Evaluation of high-energy delayed gamma-ray spectra dependence on interrogation timing patterns

Rodriguez, D.; Bogucarska, T.*; 小泉 光生; Lee, H.-J.; Pedersen, B.*; Rossi, F.; 高橋 時音; Varasano, G.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 997, p.165146_1 - 165146_13, 2021/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:32.77(Instruments & Instrumentation)

Under the MEXT subsidy to strengthen nuclear security related research, the ISCN is developing delayed gamma-ray spectroscopy (DGS) for nuclear safeguards. Here we present results from experiments using the PUNITA instrument in collaboration with JRC-Ispra to evaluate the gamma-ray spectral dependence on interrogation time patterns and number of cycles. Specifically, we investigated the observable gamma rays useful to quantify the $$^{239}$$Pu and $$^{235}$$U contributions. Of the time patterns tested in this study, we determined that irradiating the sample for 60-$$s$$ followed by a gamma-ray measurement of 60-$$s$$ was the best for a comparable one-hour total interrogation time.

論文

Model design of a deuterium-deuterium neutron generator moderator and evaluation for delayed gamma-ray nondestructive assay for safeguards verification

Rossi, F.; 小泉 光生; Rodriguez, D.

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(3), p.302 - 314, 2021/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.06(Nuclear Science & Technology)

The Japan Atomic Energy Agency is evaluating delayed gamma-ray spectroscopy as an active interrogation nondestructive assay technique to quantify the fissile composition of nuclear materials for improved safeguards verification in nuclear fuel cycle facilities. In this paper, we optimize a moderator to thermalize the 2.5 MeV neutrons emitted from a deuterium-deuterium (D-D) neutron generator. The moderator is optimized to maximize the thermal neutron flux, maintain a high moderator quality factor, and be compact for easy installation in the analytical laboratories of reprocessing facilities. With the objective of applying our system to high-radioactivity nuclear materials (e.g. spent fuel solution), we applied this moderator's flux to an interrogation using delayed gamma-ray spectroscopy for various sample sizes and timing patterns. The results indicate that our 78-cm$$^{3}$$ system is sufficiently able to use commercially available D-D neutron generators with neutron emission rates less than 10$$^{9}$$ n/s for 25- and 100-ml solutions under specific interrogations. This work is supported by the subsidy for the "promotion of strengthening nuclear security and the like" from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT), Japan.

論文

First spectroscopic study of $$^{51}$$Ar by the ($$p$$,2$$p$$) reaction

Juh$'a$sz, M. M.*; Elekes, Z.*; Sohler, D.*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; 大塚 孝治*; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physics Letters B, 814, p.136108_1 - 136108_8, 2021/03

AA2020-0747.pdf:0.83MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:62.78(Astronomy & Astrophysics)

($$p$$,$$2p$$)反応と$$gamma$$線分光を用いて$$^{51}$$Arの束縛状態と非束縛状態の核構造研究を行った。実験結果と殻模型計算を比較することで、2つの束縛状態と6つの非束縛状態を決定した。$$^{51}$$Arの束縛状態を生成する反応断面積が小さいことから、これは中性子数32, 34の顕著なsub-shell closureが存在している確かな証拠と解釈できる。

論文

JAEA-JRC collaborative development of delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear material evaluation, 3; Fissile mass estimation with uranium samples

Rossi, F.; 小泉 光生; Lee, H.-J.; Rodriguez, D.; 高橋 時音; Abbas, K.*; Bogucarska, T.*; Crochemore, J.-M.*; Pedersen, B.*; Varasano, G.*

61st Annual Meeting of the Institute of Nuclear Materials Management (INMM 2020), Vol.2, p.907 - 911, 2021/00

Delayed Gamma-ray Spectroscopy (DGS) is a nondestructive assay technique with the capability to quantify the fissile composition of small nuclear material samples from reprocessing plants. In recent years, the Japan Atomic Energy Agency in collaboration with the Joint Research Centre performed several experiments using uranium and plutonium standard samples. In this paper, we present some of our recent experiment results showing the feasibility of DGS for fissile mass estimation. In particular, we interrogate uranium samples of different enrichment and we are showing that we were able to qualify significant peaks even for a depleted uranium sample above 2.7 MeV. Applying correction factors for neutron self-shielding and gamma self-absorption, we obtained a mass linear correlation when considering total integrated counts above 3.3 MeV as well as specific individual peak counts. This work is supported by the Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT) under the subsidy for the "promotion for strengthening nuclear security and the like". This work was done under the agreement between JAEA and EURATOM in the field of nuclear material safeguards research and development.

論文

France-Japan synthesis concept on sodium-cooled fast reactor review of a joint collaborative work

Rodriguez, G.*; Varaine, F.*; Costes, L.*; Venard, C.*; Serre, F.*; Chanteclair, F.*; Chenaud, M.-S.*; Dechelette, F.*; Hourcade, E.*; Plancq, D.*; et al.

EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 7, p.15_1 - 15_8, 2021/00

フランス(CEAおよびFRAMATOME)と日本(原子力機構、三菱重工業および三菱FBRシステムズ)は、ナトリウム冷却高速炉の概念に関する共通の技術的知見を確立するための研究開発協力を実施した。これは、フランス/日本の両方で利用し得る実現可能な共通の設計コンセプトを開発する方法について日仏共同で検討を進めたものである。本論文は、これらナトリウム冷却高速炉の設計コンセプトに関する共同設計検討の概要をまとめたものである。

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