Evaluation of the performance of event reconstruction algorithms in the JSNS experiment using a Cf calibration source

Lee, D. H.*; 百々 拓; 羽賀 勝洋; 原田 正英; 長谷川 勝一; 春日井 好己; 木下 秀孝; 増田 志歩; 明午 伸一郎; 酒井 健二; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1072, p.170216_1 - 170216_6, 2025/03

https://doi.org/10.1016/j.nima.2025.170216

JSNS investigates short-baseline neutrino oscillations using a 24-meter baseline and a 17-tonne Gd-loaded liquid scintillator target. Accurate event-reconstruction algorithms are crucial for analyzing experimental data. The algorithms undergo meticulous validation through calibration with a Cf source. This paper outlines the methodology and evaluates the reconstruction performance, focusing on neutrino interactions up to approximately 50 MeV for sterile neutrino searches. Both Cf and Michel electron events are studied to evaluate reconstruction accuracy. The analysis concludes that the uncertainty of the fiducial volume, with an appropriate correction, is much less than the requirement of JSNS requirement (10%). Furthermore, the energy resolution is measured to be 3.3 0.1% for the Michel electron endpoint and 4.3 0.1% for the n-Gd peak in the central region.

First measurement of missing energy due to nuclear effects in monoenergetic neutrino charged-current interactions

Marzec, E.*; 百々 拓; 羽賀 勝洋; 原田 正英; 長谷川 勝一; 春日井 好己; 木下 秀孝; 増田 志歩; 明午 伸一郎; 酒井 健二; et al.

Physical Review Letters, 134, p.081801_1 - 081801_9, 2025/00

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.081801

We present the first measurement of the missing energy due to nuclear effects in monoenergetic, muon neutrino charged-current interactions on carbon, originating from decay at rest (), performed with the J-PARC Sterile Neutrino Search at the J-PARC Spallation Neutron Source liquid scintillator based experiment. Toward characterizing the neutrino interaction, ostensibly or C N, we define the missing energy as the energy transferred to the nucleus () minus the kinetic energy of the outgoing proton(s), , and relate this to visible energy in the detector, . The missing energy, which is naively expected to be zero in the absence of nuclear effects (e.g., nucleon separation energy, Fermi momenta, and final-state interactions), is uniquely sensitive to many aspects of the interaction, and has previously been inaccessible with neutrinos. The shape-only, differential cross section measurement reported, based on a pure double-coincidence kaon decay-at-rest signal (621 total events), provides detailed insight into neutrino-nucleus interactions, allowing even the nuclear orbital shell of the struck nucleon to be inferred. The measurement provides an important benchmark for models and event generators at hundreds of MeV neutrino energies, characterized by the difficult-to-model transition region between neutrino-nucleus and neutrino-nucleon scattering, and relevant for applications in nuclear physics, neutrino oscillation measurements, and Type-II supernova studies.

Effect of carbon segregation at prior austenite grain boundary on hydrogen-related crack propagation behavior in 3Mn-0.2C martensitic steels

岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; 木村 勇次*; 山口 正剛; 海老原 健一; 辻 伸泰*

Acta Materialia, 280, p.120288_1 - 120288_14, 2024/11

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120288

The present study aimed at strengthening prior austenite grain boundary (PAGB) cohesive energy using carbon segregation and investigated the effect of carbon segregation at PAGB on the microscopic crack propagation behavior of hydrogen-related intergranular fractures in high-strength martensitic steels. At the low hydrogen content (below 0.2 wt. ppm), the fracture initiation toughness () and tearing modulus (), corresponding to crack growth resistance, were significantly improved by carbon segregation. In contrast, and did not change by carbon segregation at the high hydrogen content (above 0.5 wt. ppm). Considering the non-linear relationship between the toughness properties and the PAGB cohesive energy, the experimentally evaluated toughness properties ( and ) and the GB cohesive energy previously calculated by first-principles calculations were semi-quantitatively consistent even at the high hydrogen content. The microstructure observation confirmed that the plastic deformation associated with crack propagation, such as the local ductile fracture of uncracked ligaments and the formation of dislocation cell structures/nano-voids, played an important role in the non-linear relationship between the toughness properties and PAGB cohesive energy.

宇宙開発機器のためのJ-PARCにおける陽子ビーム

明午 伸一郎; 山口 雄司; 岩元 大樹

Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.32 - 37, 2024/10

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2024/proceedings/PDF/WEOA/WEOA01.pdf

宇宙機器の開発において必要な400MeV以上の陽子が供給が可能な加速器施設は世界的に少なく、国内ではJ-PARCが唯一となる。しかし、J-PARCでは二次粒子を安定に継続する必要があるため、試験装置を加速器の真空槽に設置することは困難となる。J-PARCで進めている「陽子ビーム照射施設」により試験を進める計画としている。本施設ではLINACの400MeV Hビームから、レーザーにより微弱な陽子ビームを取り出し、デグレーダにより利用者が要求するエネルギーの陽子を供給する予定となる。本報ではこの施設の詳細について報告する。また、宇宙開発での陽子利用は極めて高く、宇宙航空研究開発機構(JAXA)および情報通信研究機構(NICT)では、衛星搭載の宇宙線センサーにおける試験の強い要求があった。しかし、加速器を安定に運転させる必要があるため、真空槽に試験装置を組み込むのは困難となり、さらに試験で必要な微弱なビームを得るのは困難となる。我々はビーム窓の散乱による陽子を利用する方法を開発し、JAXAおよびNICTとセンサーの試験を開始した。陽子ビーム散乱のデータは加速器において重要なデータとなるもののデータはほとんど存在しないため、この測定を開始した。

Dataset of nuclide production from nuclear capture reaction of negative muon based on Monte Carlo simulation

山口 雄司; 原田 正英; 羽賀 勝洋

JAEA-Data/Code 2024-008, 91 Pages, 2024/08

JAEA-Data-Code-2024-008.pdf:1.24MB
JAEA-Data-Code-2024-008-appendix(CD-ROM).zip:0.09MB

負ミュオンを利用可能な実験施設における試料の放射化に伴う放射線安全の観点から、負ミュオンの原子核捕獲に伴う放射性核種生成量の評価が重要であるが、実験データの報告例が少ないのが現状である。そこでモンテカルロ計算によって、自然界に安定に存在する全元素に対して放射性核種生成量を求め、データ集を作成した。また、データの利用例として照射試料の放射化量を見積もった。本報告書は放射線安全をはじめ、様々な分野で負ミュオンを用いた実験を行う際の基礎データを提供するものである。

地層処分の生活圏評価手法検討のためのモデル集水域の作成

山口 正秋; 鈴木 祐二*; 樺沢 さつき; 加藤 智子

JAEA-Data/Code 2024-001, 21 Pages, 2024/03

JAEA-Data-Code-2024-001.pdf:3.45MB
JAEA-Data-Code-2024-001-appendix(CD-ROM).zip:8.0MB

高レベル放射性廃棄物地層処分の生活圏評価において、地形や水系、土地利用等の具体的な表層環境条件を考慮できる評価手法の検討に資することを目的として、モデル集水域を作成した。ここでは、地形の特徴の異なる3種類のモデル集水域(Type13、流域面積:約730770km)を作成した。Type13の各モデル集水域は、既存のツール(地形・処分場深度変遷解析ツール)を用いて作成した集水域の地形データ(標高、陰影)と、地形データから作成した土地被覆データ(傾斜、水系・集水域、土地利用、人口分布)、および地形データと土地被覆データを用いて計算した河川流量・土砂移動データの地理情報からなる。本報告書では、これらの地理情報を地理情報システム(GIS)ソフトウェアなどで利用可能なデータ集としてとりまとめた。作成したモデル集水域は、わが国の表層環境の主要な特徴を可能な限り反映して仮想的に作成したものであることから、地形はもとよりさまざまな環境条件をパラメータとしたGBIやコンパートメントモデルの設定に係る水理・物質移行解析等を試行するテストベッドとして活用することが可能である。

The Acrylic vessel for JSNS-II neutrino target

Shin, C. D.*; 百々 拓; 羽賀 勝洋; 原田 正英; 長谷川 勝一; 春日井 好己; 木下 秀孝; 増田 志歩; 明午 伸一郎; 酒井 健二; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 18(12), p.T12001_1 - T12001_9, 2023/12

https://doi.org/10.1088/1748-0221/18/12/T12001

The JSNS (J-PARC Sterile Neutrino Search at J-PARC Spallation Neutron Source) is an experiment designed for the search for sterile neutrinos. The experiment is currently at the stage of the second phase named JSNS-II with two detectors at near and far locations from the neutrino source. One of the key components of the experiment is an acrylic vessel, that is used for the target volume for the detection of the anti-neutrinos. The specifications, design, and measured properties of the acrylic vessel are described.

Proceedings of the 2021 Symposium on Nuclear Data; November 18-19, 2021, On-line Connection Conference

山口 雄司; 明午 伸一郎

JAEA-Conf 2022-001, 226 Pages, 2022/11

JAEA-Conf-2022-001.pdf:17.97MB

2021年度核データ研究会は、2021年11月18日19日にオンライン形式で開催された。本研究会は、日本原子力学会核データ部会が主催し、日本原子力学会「シグマ」調査専門委員会、J-PARCセンター、日本原子力研究開発機構(原子力機構)原子力基礎工学研究センター、および高エネルギー加速器研究機構(KEK)が共催した。チュートリアルとして「TALYSの新展開とTENDL-2021」および「ADSの役割と開発課題」を企画し実施した。講演・議論のセッションとして、「J-PARCおよび原子力機構の施設」、「核データ研究の現状と展望」および「医療、アイソトープ生成および分析」の3セッションを企画し実施した。さらに、ポスターセッションでは、実験、理論、評価、ベンチマーク、応用等、幅広い研究内容について発表が行われた。参加者総数は132名であった。それぞれの口頭発表及びポスター発表では活発な質疑応答が行われた。本報告集は、本研究会における口頭発表14件、ポスター発表22件の合計36の論文を掲載している。

The JSNS detector

味村 周平*; 羽賀 勝洋; 原田 正英; 長谷川 勝一; 春日井 好己; 木下 秀孝; 増田 志歩; 明午 伸一郎; 酒井 健二; 鈴谷 賢太郎; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1014, p.165742_1 - 165742_15, 2021/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165742

The JSNS (J-PARC Sterile Neutrino Search at J-PARC Spallation Neutron Source) experiment aims to search for oscillations involving a sterile neutrino in the eV mass-splitting range. The experiment will search for the appearance of electron antineutrinos oscillated from muon antineutrinos. The electron antineutrinos are detected via the inverse beta decay process using a liquid scintillator detector. A 1MW beam of 3 GeV protons incident on a spallation neutron target produces an intense and pulsed neutrino source from pion, muon, and kaon decay at rest. The JSNS detector is located 24m away from the neutrino source and began operation from June 2020. The detector contains 17 tonnes of gadolinium (Gd) loaded liquid scintillator (LS) in an acrylic vessel, as a neutrino target. It is surrounded by 31 tonnes of unloaded LS in a stainless steel tank. Optical photons produced in LS are viewed by 120 R7081 Hamamatsu 10-inch Photomultiplier Tubes (PMTs). In this paper, we describe the JSNS detector design, construction, and operation.

Gas barrier properties of chemical vapor-deposited graphene to oxygen imparted with sub-electronvolt kinetic energy

小川 修一*; 山口 尚登*; Holby, E. F.*; 山田 貴壽*; 吉越 章隆; 高桑 雄二*

Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 11(21), p.9159 - 9164, 2020/11

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02112

原子レベルで薄いグラフェン層は軽量であり、酸素などの腐食反応物質を直接ブロックする表面保護膜としての活用が提案されている。しかし、数十年という長期的な保護が望まれていることや、合成された実際のグラフェンには欠陥が存在するため、保護膜としての有用性は不明である。本研究では、酸素分子に運動エネルギーを与えることで、本来不浸透であるはずのグラフェンに対して、サブeVの運動エネルギーを持つ高速酸素分子では触媒的な浸透特性を示すことを実証した。この分子は熱分布のごく一部であるため、この暴露実験は数十年にわたる暴露を理解するための加速ストレステストとしての役割を果たす。グラフェンの透過率は、低速酸素分子と比較して2桁の増加を示した。また、グラフェンは、高速酸素分子が透過した後も、低速酸素分子に対する相対的な不透過性を維持しており、このプロセスが非破壊的であり、暴露された物質の基本的な特性であることを示している。