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論文

The Impact of nuclear shape on the emergence of the neutron dripline

角田 直文*; 大塚 孝治; 高柳 和雄*; 清水 則孝*; 鈴木 俊夫*; 宇都野 穣; 吉田 聡太*; 上野 秀樹*

Nature, 587, p.66 - 71, 2020/11

与えられた陽子数に対し、どれだけの中性子数の原子核が存在可能であるかという問いは、原子核物理における最も基本的な問題の一つである。原子核は独立粒子描像がよく成り立つため、従来は陽子数で決まるポテンシャルが作る束縛状態の個数で決まると考えられてきた。この研究では、最近実験で確定した、フッ素からナトリウムに対する中性子ドリップ線(最も中性子数の多い同位体)を、核力から出発した第一原理的な大規模殻模型計算によって再現し、そのメカニズムを理論的に解析した。ハミルトニアンを単極相互作用と多重極相互作用に分解し、さらに多重極相互作用を対相互作用と残りの部分に分け、基底状態におけるそれぞれの項の寄与を調べた。その結果、多重極相互作用の変形エネルギーに相当する部分が中性子ドリップ線を決めるのに非常に重要な役割を果たしていることがわかった。すなわち、中性子数が増えていくと徐々に変形エネルギーが増大するものの、ある中性子数でそれが飽和し、その後は減少していくが、その減少過程で中性子ドリップ線が決まるというシナリオである。本研究は、ドリップ線に対する新しい見方を与え、天体中の元素合成過程の理解に重要な貢献をすることが期待される。

論文

High-precision quadrupole moment reveals significant intruder component in $$^{33}_{13}$$Al$$_{20}$$ ground state

Heylen, H.*; De Rydt, M.*; Neyens, G.*; Bissell, M. L.*; Caceres, L.*; Chevrier, R.*; Daugas, J. M.*; 市川 雄一*; 石橋 陽子*; Kamalou, O.*; et al.

Physical Review C, 94(3), p.034312_1 - 034312_5, 2016/09

AA2016-0115.pdf:0.4MB

 被引用回数:26 パーセンタイル:6.76(Physics, Nuclear)

フランスGANIL研究所にて、中性子過剰核$$^{33}$$Alの電気的四重極モーメントの高精度測定を$$beta$$-NQR法を用いて行った。この領域の不安定核では、$$^{32}$$Mgでは中性子数20魔法数が消滅しており、$$^{34}$$Siでは中性子数20魔法数が保たれていることが知られている。その中間にある$$^{33}$$Alで魔法数が消滅しているか否かは大きな興味を持たれているが、これまでの実験では魔法数消滅の程度に対する決定的なデータは存在しなかった。この実験では、魔法数の消滅の程度に敏感と考えられている電気的四重極モーメントを高精度で測定し、$$|Q|=141(3)$$mbが得られた。この値を殻模型計算と比較したところ、$$^{33}$$Alでは魔法数が50%以上消滅していることが明らかになった。

論文

Direct measurement of nanoscale lithium diffusion in solid battery materials using radioactive tracer of $$^{8}$$Li

石山 博恒*; Jeong, S.-C.*; 渡辺 裕*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; Jung, H. S.*; 宮武 宇也*; 小柳津 充広*; 長 明彦; 乙川 義憲; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 376, p.379 - 381, 2016/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:37.33(Instruments & Instrumentation)

We have developed an in situ and nanoscale Li diffusion measurement method in Li battery materials using an $$alpha$$-emitting radioactive $$^{8}$$Li tracer. In this method, while implanting a low-energy (8 keV) $$^{8}$$Li beam, the $$alpha$$ particles emitted at a small angle (10$$^{circ}$$) relative to the sample surface were detected as a function of time. Measurement for Li diffusion coefficients in a spinel phase LiMn$$_4$$O$$_4$$ (LMO) thin film has been started, which is used as an electrode in a Li ion secondary battery. An obvious Li diffusion effect in LMO was observed at the sample temperature of 623 K, and the further measurement is underway.

論文

Nanoscale diffusion tracing by radioactive $$^{8}$$Li tracer

石山 博恒*; Jeong, S.-C.*; 渡辺 裕*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; 宮武 宇也*; 小柳津 充広*; 片山 一郎*; 長 明彦; 乙川 義憲; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 53(11), p.110303_1 - 110303_4, 2014/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:82.03(Physics, Applied)

We have developed a nanoscale diffusion measurement method using an $$alpha$$-emitting radioactive $$^{8}$$Li tracer. In this method, while implanting a pulsed 8 keV $$^{8}$$Li beam, the $$alpha$$ particles emitted at a small angle (10$$^{circ}$$) relative to the sample surface were detected as a function of time. The method has been successfully applied to measuring lithium diffusion coefficients for an amorphous Li$$_{4}$$SiO$$_{4}$$-Li$$_{3}$$VO$$_{4}$$ (LVSO) thin film with a thickness of several hundred nanometers, demonstrating that the present method is sensitive to diffusion coefficients down on the order of 10$$^{-12}$$cm$$^{2}$$/s, which is more sensitive by about two orders of magnitude than that previously achieved.

論文

Erosion of $$N$$=20 shell in $$^{33}$$Al investigated through the ground-state electric quadrupole moment

島田 健司*; 上野 秀樹*; Neyens, G.*; 旭 耕一郎*; Balabanski, D. L.*; Daugas, J. M.*; Depuydt, M.*; De Rydt, M.*; Gaudefroy, L.*; Gr$'e$vy, S.*; et al.

Physics Letters B, 714(2-5), p.246 - 250, 2012/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:57.89(Astronomy & Astrophysics)

中性子過剰核における魔法数消滅の研究を目的として、フランスGANIL研究所にて、ベータNMR法を用いて中性子過剰核$$^{33}$$Alの電気的四重極モーメント($$Q$$モーメント)の測定を行った。得られた$$Q$$モーメントの値の絶対値は、133(18)$$e$$mbとなった。この実験値を殻模型及び粒子・振動結合模型の二つの理論模型の値と比較した。その結果、中性子数20の閉殻構造消失を考慮に入れていない従来の殻模型計算では、$$Q$$モーメントを過小評価する一方、魔法数消滅を考慮に入れた大規模殻模型計算では実験値を正しく再現した。同様の値が、中性子数20の閉殻構造消失を考慮に入れた粒子・振動結合模型でも得られた。その結果、中性子20の閉殻構造は$$^{33}$$Al核でも相当程度消失していることが判明した。

論文

Precision measurement of the electric quadrupole moment of $$^{31}$$Al and determination of the effective proton charge in the sd-shell

De Rydt, M.*; Neyens, G.*; 旭 耕一郎*; Balabanski, D. L.*; Daugas, J. M.*; Depuydt, M.*; Gaudefroy, L.*; Gr$'e$vy, S.*; 挾間 優佳*; 市川 雄一*; et al.

Physics Letters B, 678(4), p.344 - 349, 2009/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:32.81(Astronomy & Astrophysics)

フランスGANIL研究所にて中性子過剰核$$^{31}$$Alを$$^{36}$$Sの核破砕反応により生成し、その基底状態の電気的四重極モーメントをベータNMR法にて初めて測定した。実験で得られたモーメントを機構にてなされたモンテカルロ殻模型計算で求められた値と比較した。実験値で得られた134.0(16)mbに対し、標準的な有効電荷を用いた計算値は155mbとおおむね良い値を与えているものの多少の相違があることがわかった。これまでの磁気モーメントの測定値から、この原子核では魔法数20の殻ギャップを超える励起の確率は小さく、理論計算は良い波動関数を与えていると考えられる。したがって、この相違は有効電荷に帰せられると考えられ、標準的な値よりもやや小さな有効電荷を用いることにより実験値をよく再現することがわかった。この小さな有効電荷は不安定核特有の中性子の緩い束縛と関係すると考えられる。

論文

Application of archaeological analogues for a repository safety case; Arguments supporting the waste container lifetime

吉川 英樹; 上野 健一; 油井 三和

Proceedings of Safety Cases for Deep Geological Disposal of Radioactive Waste; Where do we stand ?, p.365 - 371, 2008/00

X線CT測定により、遺跡からの出土物である数百年から約1000年間埋没していた約40試料の鉄器の腐食量評価を実施した。地層処分で想定されている炭素鋼のオーバーパックの腐食代は1000年間で40mmと想定しているが、出土鉄器の腐食量はそれよりも1桁以上小さく、オーバーパックの腐食量が十分保守的に評価されていることがわかった。このように、考古学的試料を用いた研究は材料の地中における長期安定性に対する重要な傍証となる。

論文

Application of archaeological analogues for a repository safety case; Arguments supporting the waste container lifetime

吉川 英樹; 上野 健一; 油井 三和

Proceedings of Safety Cases for Deep Geological Disposal of Radioactive Waste; Where do we stand ?, p.365 - 371, 2008/00

日本における高レベル放射性廃棄物処分では、炭素鋼がオーバーパック材料の候補材として考えられており、約1000年間での腐食量を40mmと見積もられている。この処分場デザインの健全性を示す目的で考古学試料を用いたナチュラルアナログ研究を行った。約40の試料をX線CTを用いて非破壊で測定し、それらの腐食量を分析した。分析した結果、1000年間での40mmという設定値よりも1桁低い腐食量が見いだされ、設定値の保守性が検証された。

論文

人工バリアのナチュラルアナログ研究

宮原 要; 吉川 英樹; 上野 健一

放射性廃棄物安全研究年次計画(平成13年度$$sim$$平成17年度)研究成果報告集, p.233 - 239, 2006/03

平成13年度から17年度まで実施された安全研究のうち「人工バリアのナチュラルアナログ研究」についてとりまとめた。

論文

RF property of the prototype cryomodule for ADS superconducting linac

加古 永治*; 野口 修一*; 大内 徳人*; 宍戸 寿郎*; 赤岡 伸雄*; 小林 秀樹*; 大内 伸夫; 植野 智晶*; 原 博史*; 松岡 雅則*; et al.

Proceedings of 9th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2004) (CD-ROM), p.1042 - 1044, 2004/07

加速器駆動核変換システム用超伝導リニアック開発の一環として、日本原子力研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構は共同でクライオモジュールの試作を実施した。クライオモジュールは、972MHz,9セル超伝導空洞を2台実装したものである。超伝導空洞は高純度ニオブ(RRR250)製であり、製作後のプリチューニングにより軸上電場分布98%以内を実現した。クライオモジュール組み込み前の最終洗浄として高圧超純水洗浄を実施した。超伝導空洞に高周波電力を導入するための高周波入力カプラは円盤状の窓を有する同軸型である。単体の大電力高周波試験においては、最終的にピーク電力1MW,パルス幅0.6ms,繰返し50Hzまでクリアした。高調波取り出しカプラのフィルタ特性については、HFSSコードによる計算結果と単体試験の結果との良好な一致を見た。クライオモジュールの冷温冷却試験において、低レベルの高周波特性試験を実施した。超伝導空洞の外部Q値については、設計値に対して20%程度低い測定結果となった。チューナーの感度については計算値と測定値の一致は良好であった。

論文

Cryogenic performance of the prototype cryomodule for ADS superconducting linac

大内 徳人*; 加古 永治*; 野口 修一*; 宍戸 寿郎*; 土屋 清澄*; 赤岡 伸雄*; 小林 秀樹*; 大内 伸夫; 植野 智晶*; 原 博史*; et al.

Proceedings of 9th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2004), p.1033 - 1035, 2004/00

日本原子力研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構は、共同で加速器駆動核変換システム(ADS)用超伝導リニアック開発の一環として、9セル超伝導空洞2台を実装したクライオモジュールを試作し、最初の冷却試験を実施した。超伝導空洞の被冷却質量はステンレス33kg,チタン100kg,ニオブ117kgであり、290Kから7.5Kまでの冷却には9時間を要し、液体ヘリウム430Lを消費した。超伝導空洞冷却用の液体ヘリウム容器を減圧することにより2.05Kまでの冷却に成功した。超伝導空洞への熱侵入量の導出は、液体ヘリウムの蒸発速度を測定することにより実施し、測定結果は11.3Wであった。これは設計値4.8Wを大きく上回るものである。クライオモジュール内部の温度分布測定結果を元に、主要熱伝導パスからの熱侵入量を積算した結果10.4Wとなり、実測値をよく再現した。主要な熱侵入源は、チューナーシステムと空洞位置調整機構であることが判明した。

報告書

ガラスの高アルカリ変質試験に関する研究

林 真紀*; 上野 健一; 吉川 英樹; 油井 三和

JNC-TN8400 2003-029, 33 Pages, 2003/11

JNC-TN8400-2003-029.pdf:3.55MB

ガラス固化体の処分環境における溶解/鉱物化とそれに伴う核種浸出の機構を実験的、解析的に明らかにし、より現実的な長期浸出挙動の評価およびモデル化に資することを目的として、模擬ガラス(P0798 ガラス)を用いて変質試験を行った。本研究では、溶液pH 一定(pH = 11)でNa 濃度を変化させた条件でP0798 ガラスの変質試験を行い、ガラスの溶解、鉱物化、Cs 浸出に及ぼすNa 濃度の影響を評価した。試験後、浸出液について、ICP-AAS,ICP-AES,ICP-MS 分析法を用いて元素浸出量を分析した。また反応前後ガラスについて、X 線回折装置(XRD)、比表面積測定装置(BET)、電子顕微鏡(SEM/EDS)を用いてガラスの状態を分析した。これらの試験、分析から以下の結論を得た。1) 本試験条件では、Na-バイデライト(スメクタイトグループ)が生成する可能性がある。2) ガラス(P0798 ガラス)の溶解量は時間の平方根に比例して増加し、本試験条件では溶液中の溶存Na 濃度に依存しないことがわかる。3) ガラス(P0798 ガラス)から浸出したCs の多くは、ガラス表面の変質層形成と係わることが推定される。

報告書

地球化学用マイクロPIXE測定システムの高度化研究; PIXEによる鉱物と流体包有物の微量元素定量法の開発(先行基礎工学研究に関する共同研究報告書)

黒澤 正紀*; 上野 健一; 吉川 英樹; 油井 三和

JNC-TY8400 2003-005, 67 Pages, 2003/05

JNC-TY8400-2003-005.pdf:2.74MB

本報告書は、筑波大学が核燃料サイクル開発機構との共同研究により実施した研究成果に関するものである。本研究では、岩石中の核種移行と花崗岩起源流体に対する基礎的研究手法の確立を目的に、マイクロPIXE法による鉱物と流体包有物の微量元素定量法の開発を行った。鉱物の微量元素定量法は Campbell (1995)の手法とガラス標準物質を用いた検出感度決定法に基づいており、その方法によってガラスや鉱物中の微量元素を相対誤差$$pm$$10%(平均)で定量できた。流体包有物の元素定量法は、Ryan et al. (1993)とCampbell (1995)の手法を組み合わせて開発した。この方法により、理想状態では流体包有物中の微量元素を$$pm$$7%の相対平均誤差で定量できた。ただし、天然の流体包有物分析では、包有物の埋没深度を光学顕微鏡で決定する際の誤差が加わる。筑波大学の測定条件では、石英中の半径30$$mu$$m、埋没深度20$$mu$$mの流体包有物を分析する場合、Caを$$pm$$40%で、Feを$$pm$$16%で、Znを$$pm$$13%で、Srを$$pm$$12%、BrとRbを$$pm$$11%の総合誤差で定量できる。開発した定量法によって花崗岩起源の熱水石英脈の流体包有物を分析した結果、花崗岩起源の熱水流体には、数十$$sim$$数万ppmのCa, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Pb、更には微少量のBaと軽希土類元素が含まれていることが分かった。

論文

Analysis of the Excavated Archaeological Iron Using Xray-CT as Natural Analogue

吉川 英樹; 上野 健一; 油井 三和; 本田 卓*; 山口 新吾*

9th International Conference on Environmental Remediation Ra, 0 Pages, 2003/00

ナチュラルアナログ研究として、土壌中に長期間埋まっていた鉄製品についての腐食評価を行った。試料は、約700年前の出雲大社境内遺跡から出土した鉄製品について、X線CT装置を用いて母材鉄部分と錆部分の測定を行い腐食量を見積もった。その結果出土した鉄製品の腐食量は、100年以下の埋没試料から外挿して推定した約700年相当の値を超えないことが分かった。

論文

Analysis of the Excavated Archaeological Iron Using Xray-CT

吉川 英樹; 上野 健一; 本田 卓*; 山口 新吾*; 油井 三和

9th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM '03), 0 Pages, 2003/00

ナチュラルアナログ研究として、約700年前の出雲大社境内遺跡から出土した鉄製品について、土壌中に長期間埋まっていた鉄製品についての腐食評価を行った。試料は、X線CT装置を用いて母材鉄部分と錆部分の測定を行い腐食量を見積もった。その結果出土した鉄製品の腐食量は、100年以下の埋没試料から外挿して推定した約700年相当の値を超えないことが分かった。

口頭

Electric quadrupole moment measurement using a new RF-application system

長江 大輔; 竹村 真*; 上野 秀樹*; 亀田 大輔*; 旭 耕一郎*; 吉見 彰洋*; 杉本 崇*; 長友 傑*; 小林 義男*; 内田 誠*; et al.

no journal, , 

電気四重極モーメント($$Q$$モーメント)は原子核の電荷分布に敏感な物理量で、これを測定することによって核の形が球形からどれだけ変形したかがわかる。不安定核の$$Q$$モーメント測定には$$beta$$-detected nuclear-quadrupole resonance法を用いた。$$Q$$モーメント測定では電気四重極相互作用によって$$2I$$個($$I$$は核スピン)に分離した共鳴周波数を印加しなくてはならない。この$$2I$$個の周波数を印加する方法は2つある。一つは$$2I$$個の周波数を順次印加する方法(時系列法)で一つのRFに対して十分なパワーを供給できるため、スピン反転で有利となる。もう一つは$$2I$$個の周波数を同時に印加する方法(混合周波数法)でRF印加時間が短くできるため、短寿命の原子核に対して有効である。われわれはこの二つの印加方法を一つの装置で行えるようなシステムを新たに構築した。システム評価のため、機知である$$^{12}$$Bの$$Q$$モーメントを二つの印加方法で測定し、どちらでもスピン反転に成功した。このシステムを使って、未知の$$^{31, 32}$$Alの$$Q$$モーメント測定を行い、それぞれ$$|Q(^{31}{rm Al})|=104(9)$$$$e$$$$cdot$$mb and $$|Q(^{32}{rm Al})|=24(2)$$$$e$$$$cdot$$mbを得た。

口頭

J-PARC核破砕中性子源の水銀ターゲットから生じる気体廃棄物の取扱い

甲斐 哲也; 関 正和; 植野 英樹; 木下 秀孝; 大都 起一; 勅使河原 誠; 粉川 広行; 春日井 好己

no journal, , 

J-PARC核破砕中性子源の水銀循環系では、さまざまな放射性核種が生成される。水銀ターゲット容器交換等、系を大気に開放する必要がある作業では、揮発性であるトリチウム(半減期12年)とXe-127(半減期36日)の放出を抑制する必要がある。このため、ヘリウムガスフラッシングにより系内を浄化するが、これに伴う大量の廃棄ガスの処理が課題となっている。そこで、廃棄ガスからXe-127を除去することを目的とした試験を行った。この結果、液体窒素で冷却した活性炭トラップを用いて、Xe-127の濃度を6時間で1/100まで減少させることに成功した。また、活性炭トラップを100$$^{circ}$$Cまで昇温し、Xe-127を脱離させることに成功した。本試験の結果により、冷却活性炭トラップを用いて廃棄ガス中のXe-127を十分に除去できることが確認された。

口頭

気体廃棄物処理設備が水銀ターゲット容器交換で果たす役割

甲斐 哲也; 内田 敏嗣; 木下 秀孝; 関 正和; 植野 英樹; 羽賀 勝洋; 粉川 広行; 涌井 隆; 直江 崇; 高田 弘

no journal, , 

J-PARC核破砕中性子源施設では、2014年夏に水銀ターゲット容器からの照射後試験(PIE)試料片切出し、及び容器交換作業を行った。容器内に生成・蓄積したトリチウムは、作業前にヘリウムを注入しこれを気体廃棄物処理設備に引き込むフラッシングを行っても十分に回収できず、容器が大気開放された時に設計目標の放出管理値に近い量が排気される懸念があった。対策として、大気開放時には気体廃棄物処理設備でガス引込運転を行い、水銀循環系の内部へ向かう気流を形成し、外部への放射性ガスの放出を抑制した。この結果、PIE試験片切出作業における放射性ガス放出量を、2011年に行った気流制御を伴わない同作業と比較して、1/6程度に留めることができた。今回の累積ビーム照射量を考慮すると、気流制御による実質的な抑制効果は1/30程度と評価できる。また、ターゲット容器交換作業(2011年にも気流制御を実施)では、使用済ターゲット容器配管に閉止栓をすることや、合理的な気流制御を行った結果、放出量は累積ビーム照射量の比から推定した量の7割程度となった。この一連の作業により、放射性ガスの放出量を、施設計画時の設計目標値を下回るように制御する手法の見通しを得た。

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