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論文

Optimized TES microcalorimeters with 14 eV energy resolution at 30 keV for $$gamma$$-ray measurements of the $$^{229}$$Th isomer

村松 はるか*; 林 佑*; 湯浅 直樹*; 紺野 良平*; 山口 敦史*; 満田 和久*; 山崎 典子*; 前畑 京介*; 菊永 英寿*; 滝本 美咲; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 200(5-6), p.452 - 460, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

We have developed a four-pixel array of superconducting transition-edge sensors with gold absorbers for the detection of a 29.2 keV $$gamma$$-ray doublet decay from $$^{229}$$Th. To identify the decay, an energy resolution better than 20 eV full width at half maximum (FWHM) is needed. We measured an energy resolution of 14 eV FWHM for 26 keV $$gamma$$-ray decay from an $$^{241}$$Am isotope in combined data of three pixels. We describe the design and the performance of the devices and discuss the baseline correction method to compensate the variation in the baseline, which was observed during the evaluation of the performance using the $$^{241}$$Am isotope.

論文

Energy of the $$^{229}$$Th nuclear clock isomer determined by absolute $$gamma$$-ray energy difference

山口 敦史*; 村松 はるか*; 林 佑*; 湯浅 直樹*; 中村 圭佑; 滝本 美咲; 羽場 宏光*; 小無 健司*; 渡部 司*; 菊永 英寿*; et al.

Physical Review Letters, 123(22), p.222501_1 - 222501_6, 2019/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:86.53(Physics, Multidisciplinary)

The low-lying isomeric state of $$^{229}$$Th provides unique opportunities for high-resolution laser spectroscopy of the atomic nucleus. We determine the energy of this isomeric state by measuring the absolute energy difference between two $$gamma$$-decays from the 29.2-keV second-excited state. A transition-edge sensor microcalorimeter was used to measure the absolute energy of the 29.2-keV $$gamma$$-ray with improved precision. Together with the cross-band transition energy (29.2 keV$$rightarrow$$ground) and the branching ratio of the 29.2-keV state measured in a recent study, the isomer energy was determined to be 8.30$$pm$$0.88 eV. Our result is in agreement with latest measurements based on different experimental techniques, which further confirms that the isomeric state of $$^{229}$$Th is in the laser-accessible vacuum ultraviolet range.

論文

A Study on precipitation behavior of plutonium and other transuranium elements with N-cyclohexyl-2-pyrrolidone for development of a simple reprocessing process

森田 泰治; 川田 善尚*; 峯尾 英章; 古志野 伸能*; 浅沼 徳子*; 池田 泰久*; 山崎 和彦*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*; 菊池 俊明*

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(3), p.354 - 360, 2007/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:69.08(Nuclear Science & Technology)

沈殿法のみによる使用済燃料の簡易再処理プロセス開発のため、焼却可能な有機試薬であるNCP(N-シクロヘキシル-2-ピロリドン)によるPu及びほかの超ウラン元素の沈殿挙動を検討した。Puのみの硝酸溶液では、NCPによりPu(VI)でもPu(IV)でも沈殿したが、U(VI)沈殿の場合よりも多くのNCPを必要とした。U(VI)とPu(IV)の混合溶液において、NCPを[NCP]/[U]=1.4の比で加え、十分な時間撹拌することで、U(VI)の選択的沈殿を達成した。また、U(VI)-Pu(VI)溶液あるいはU(VI)-Pu(IV)溶液において十分な量のNCPを加えることでU及びPuをともに定量的に沈殿させることができた。このU-Pu共沈殿では、沈殿物の物理的性状からPuの原子価はVI価が望ましい。そこで、Pu(IV)のPu(VI)への酸化について検討し、溶液を加熱する方法が本プロセスでは適切な方法であることを見いだした。さらに、選択的U沈殿においてもU-Pu共沈殿においても、Am(III)及びNp(V)は沈殿しないことを明らかにした。以上の結果から、NCP沈殿法による再処理の成立性を実証した。

論文

Development of a simple reprocessing process using selective precipitant for uranyl ions; Precipitation behaviors of plutonium and other transuranium elements

森田 泰治; 川田 善尚*; 峯尾 英章; 古志野 伸能*; 浅沼 徳子*; 池田 泰久*; 山崎 和彦*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*; 菊池 俊明*

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

NCP(N-シクロヘキシル-2-ピロリドン)がウラニルイオンと選択的に沈殿を生成するという極めて特異な性質と沈殿物の取扱いの容易な点を利用し、使用済燃料溶解液中の大部分のウラニルイオンを選択的に沈殿させ、さらにプルトニウムをウランとともに沈殿させる、NCP沈殿法のみによる簡易再処理プロセスの開発研究を外部機関との連携で実施した。原研では、プロセス成立性の鍵を握るPu及び他の超ウラン元素の沈殿挙動について実験的に調べ、その結果プロセス成立性について十分な見通しを得た。

論文

Development of a simple reprocessing process using selective precipitant for uranyl ions; Engineering studies for precipitating and separating systems

山崎 和彦*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*; 菊池 俊明*; 森田 泰治; 川田 善尚*; 峯尾 英章; 古志野 伸能*; 浅沼 徳子*; 原田 雅幸*; et al.

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 4 Pages, 2005/10

NCP(N-シクロヘキシル-2-ピロリドン)がウラニルイオンと選択的に沈殿を生成するという極めて特異な性質と沈殿物の取扱いの容易な点を利用し、使用済燃料溶解液中の大部分のウラニルイオンを選択的に沈殿させ、さらにプルトニウムをウランとともに沈殿させる、NCP沈殿法のみによる簡易再処理プロセスの開発研究を実施した。本発表では、実機概念をもとに設計・製作した沈殿生成槽,沈殿分離機の操作性,性能試験の結果について述べる。

口頭

ウラニルイオン選択的沈殿法による簡易再処理システムの開発

菊池 俊明*; 山崎 和彦*; 草間 誠*; 近沢 孝弘*; 田巻 喜久*; 半沢 正利*; 古志野 伸能*; 浅沼 徳子*; 原田 雅幸*; 川田 善尚*; et al.

no journal, , 

本技術開発の目的は、ウラニルイオン選択的沈殿法を再処理主工程に適用することにより、簡易FBR再処理システムを構築することである。本検討では、まず、NCP(N-シクロヘキシル-2-ピロリドン:沈殿剤)の硝酸溶液中での選択的沈殿能の発現機構の解明,沈殿条件の詳細検討,TRU核種に対する沈殿能の把握などを行い、次いでこれらの知見をもとに、提案再処理システムの成立性について安全性,経済性などの見地から検討した。3年間に渡り実施した研究開発の成果を総括して発表する。

口頭

トリウム229異性体のX線マイクロカロリメータを用いた分光実験

村松 はるか*; 湯浅 直樹*; 林 佑*; 紺野 良平*; 山口 敦史*; 満田 和久*; 山崎 典子*; 菊永 英寿*; 中村 圭佑; 滝本 美咲; et al.

no journal, , 

物理定数である微細構造定数の恒常性については常に検証の対象であり、その測定方法の一つに異種の原子時計の周波数を比較する方法がある。さらに新たな可能性として$$^{229}$$Thの29.19keVから遷移する基底準位と異性体準位のエネルギーの差を使用した原子核時計を用いることで、微細構造定数の時間変動に対する精度が5桁も向上すると期待されている。$$^{229}$$Th異性体準位エネルギー測定方法には29.19keVダブレットの直接観測と他の崩壊系列から間接的に推定する方法があり、$$^{229}$$Th異性体準位エネルギーは間接的な推定から7.8$$pm$$0.5eVと求められている。しかし、このエネルギーに相当するシンクロトロン光で$$^{229}$$Thの基底準位が直接励起された報告はなく、0.5eV以上の系統誤差が存在する可能性がある。現在可能性のある$$^{229}$$Th異性体準位エネルギーは$$^{229}$$Thイオンの半減期から見積もられた6.3-18.3eVである。この広帯域をシンクロトロン光にてスキャンすることは困難であり、系統誤差を抑えるためにも$$gamma$$線分光による29.19keVダブレットの直接観測が望まれる。そこで我々は、29.19keVダブレットの直接分光を可能とするTES型X線マイクロカロリメータの開発を行った。そして$$sim$$30keVのエネルギーに対して15eVのエネルギー分解能を有する素子を開発し、29.19keVダブレットの直接観測が可能となることをシミュレーションを用いて示した。本講演では、検出器の開発、評価結果とシミュレーション結果について報告する。

口頭

Challenge to improve the $$^{229}$$Th isomer energy measurement with TES calorimeters

田中 圭太*; 平野 航亮*; 山口 敦史*; 村松 はるか*; 林 佑*; 湯浅 直樹*; 中村 圭佑; 滝本 美咲; 羽場 宏光*; 白崎 謙次*; et al.

no journal, , 

Determination of the isomer energy of $$^{229}$$Th is essential to realize a nuclear clock by an UV laser excitation. Several experiments such as spectroscopy of internal conversion electrons or $$gamma$$-ray spectroscopy using TES or magnetic calorimeters have been made and the isomer energy seems to converge to around 8 eV. In 2019, we have measured the energy of the 29.2-keV $$gamma$$-ray with a single-pixel TES, and determined the isomer energy to be 8.30$$pm$$0.92 eV (A. Yamaguchi et al. 2019). We continued our experiments at Tohoku University to reduce the statistical errors and determination of the isomer energy with smaller uncertainty. We optimized a TES design and achieved an improved energy resolution of about 20 eV (H. Muramatsu et al. 2020). By using 3 pixels of this new TES elements with a 5 times stronger $$^{233}$$U source, the new measurements we reperformed. We are also trying to resolve two emission lines separating by the isomer energy, which were successfully demonstrated with magnetic calorimeters (T. Sikorskyet al. 2020). We will report the results obtained in our new measurement campaigns.

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