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論文

Construction of a Compton camera-equipped robotic system capable of moving autonomously towards the radiation source

佐藤 優樹; 角藤 壮*; 田中 孝幸*; 嶋野 寛之*

European Physical Journal; Special Topics, 10 Pages, 2025/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Multidisciplinary)

In decommissioning the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, understanding the distribution of radioactive substances is crucial to developing detailed decontamination plans and minimizing worker exposure. In this study, an autonomous mobile radiation source detection system based on a mecanum wheel robot equipped with a Compton camera was constructed. The Compton camera visualizes the radiation source, and software embedded in the robot system reads the results to recognize the radiation source and move the robot toward it. If the robot's depth camera detects an obstacle while moving, it changes direction, visualizes the radiation source again using the Compton camera, and repeats moving the robot toward the radiation source. Furthermore, two demonstration tests were conducted in the laboratory using a $$^{137}$$Cs radiation source to confirm that the robot can reach it where there are obstacles or a narrow region. We have also summarized issues that must be identified to apply this system to actual decommissioning sites.

論文

Circular polarization measurement for individual gamma rays in capture reactions with intense pulsed neutrons

遠藤 駿典; 安部 亮太*; 藤岡 宏之*; 猪野 隆*; 岩本 修; 岩本 信之; 河村 しほり*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 小林 龍珠*; et al.

European Physical Journal A, 60(8), p.166_1 - 166_10, 2024/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Nuclear)

Measurements of $$gamma$$-ray circular polarization emitted from neutron capture reactions provide valuable information for nuclear physics studies. The spin and parity of excited states can be determined by measuring the circular polarization from polarized neutron capture reactions. Furthermore, the $$gamma$$-ray circular polarization in a neutron capture resonance is crucial for studying the enhancement effect of parity nonconservation in compound nuclei. The $$gamma$$-ray circular polarization can be measured using a polarimeter based on magnetic Compton scattering. A polarimeter was constructed, and its performance indicators were evaluated using a circularly polarized $$gamma$$-ray beam. Furthermore, as a demonstration, the $$gamma$$-ray circular polarization was measured in $$^{32}$$S(n,$$gamma$$)$$^{33}$$S reactions with polarized neutrons.

論文

Spectroscopy of $$^{187}$$Tl; Shape coexistence

Guo, C. Y.*; Andreyev, A. N.; 他38名*

European Physical Journal A, 60(8), p.165_1 - 165_10, 2024/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Nuclear)

The prompt and delayed $$gamma$$-ray spectra of $$^{187}$$Tl was studied via the $$^{142}$$Nd($$^{50}$$Cr, $$3p2n$$)$$^{187}$$Tl fusion-evaporation reaction. The collective bands with one-quasiparticle configurations from the 2$$f_{7/2}$$, 1$$h_{9/2}$$, 1$$h_{11/2}$$, and 1$$i_{13/2}$$ orbitals and high-lying structures with possible three-quasiparticle configurations are investigated in terms of the tilted axis cranking covariant density functional theory. At low excitation energy, the rotational bands with one-quasiparticle configurations reflect coexistence of three shapes: prolate, triaxial, and oblate. The possible shapes of two microsecond isomers at high excitation energy are proposed.

論文

Numerical intercomparison of PHITS and Geant4 Monte Carlo codes for fast neutron inelastic scattering applications

Meleshenkovskii, I.*; Van den Brandt, K.*; 小川 達彦; Datema, C.*; Mauerhofer, E.*

European Physical Journal Plus (Internet), 139, p.565_1 - 565_9, 2024/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Multidisciplinary)

速中性子散乱による非破壊分析は物質の成分分析手法として有用であるが、分析に用いられる中性子ビームや測定器には様々なパラメータがあり、実際の応用のためにはモンテカルロ放射線輸送計算コードによるシミュレーションなどで最適化する必要がある。しかし、モンテカルロ放射線輸送計算コードは核データや反応モデルによって散乱反応の観測量を計算していることから、既存コードが速中性子散乱を正確に描像できるかどうか、またコード間で観測量にどれほどの差異が生じるかは、信頼性の高いシミュレーションのために必要となる。そこで本研究では、世界的に広く用いられているモンテカルロ放射線輸送計算コードとしてPHITSとGeant4を例にとり、速中性子散乱における観測量を計算して相互に比較した。標的としてはホウ素、鉄、ネオジム、ディスプロシウムを用い、これらが2.5MeVの中性子に照射された際に、標的から出射する中性子のエネルギースペクトルを計算した。また、中性子照射された標的から生じるガンマ線を検出することを想定し、100keVから9000keVのガンマ線を、CeBrガンマ線検出器で検知した場合の波高スペクトルを計算した。これらの計算の結果、標的からの出射中性子スペクトルはホウ素ターゲットの場合に弾性散乱ピークと非弾性散乱成分の間に両コードで異なる傾向が見えるほかは、よく合致することが分かった。この傾向についても、弾性散乱の計算アルゴリズムの違いが原因であることが示唆されている。

論文

Neutron capture cross section measurement of $$^{129}$$I and $$^{127}$$I using the NaI(Tl) spectrometer of the ANNRI beamline at J-PARC

Rovira Leveroni, G.; 木村 敦; 中村 詔司; 遠藤 駿典; 岩本 修; 岩本 信之; 藤 暢輔; 瀬川 麻里子; 前田 亮; 片渕 竜也*

European Physical Journal A, 60(5), p.120_1 - 120_14, 2024/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Nuclear)

The neutron capture cross section of $$^{129}$$I and $$^{127}$$I were measured from the thermal to the keV energy region with the NaI(Tl) spectrometer of the Accurate Neutron-Nucleus Reaction Measurement Instrument beamline in the Materials and Life Science Experimental Facility of the Japan Proton Accelerator Research Complex. The neutron capture yield was determined by means of the total energy detection principle with the pulse-height weighting technique. The present cross section results for $$^{127}$$I were normalized using the saturated resonance method with a thick-enough $$^{197}$$Au and provide good agreement with JENDL-5 from thermal to about 500 keV. A resonance analysis with the REFIT code was performed and the resonance parameters for $$^{127}$$I below 310 eV are presented in this work. In the case of $$^{129}$$I, the three largest resonances of $$^{127}$$I were employed for the cross section normalization. The present results for $$^{129}$$I are the first experimental data for the neutron region between thermal and 20 eV. The present data display a different energy dependence than that in the JENDL-5 and JEFF-3.3 and much similar to that in ENDF/B-VIII.0. Notwithstanding, good agreement was found at the thermal region between the present measurement of 31.6 $$pm$$ 1.3 b and both evaluated and most experimental data.

論文

Study on the accidental background of the JSNS$$^2$$ experiment

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.

European Physical Journal C, 84, p.409_1 - 409_6, 2024/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:53.60(Physics, Particles & Fields)

JSNS$$^2$$ (J-PARC Sterile Neutrino Search at J-PARC Spallation Neutron Source) is an experiment that searches for sterile neutrinos via the observation of $$bar{nu}_{mu} to bar{nu}_{e}$$ appearance oscillations using muon decay-at-rest neutrinos. The JSNS$$^2$$ experiment performed data taking from 2021. In this manuscript, a study of the accidental background is presented. The rate of the accidental background is (9.29$${pm}$$0.39)$${times}$$10$$^{-8}$$ / spill with 0.75 MW beam power and comparable to the expected number of signal events.

論文

Measurement of the prompt fission $$gamma$$-rays from slow neutron-induced fission of $$^{235}$$U with STEFF

Wright, T.*; 原田 秀郎; 木村 敦; 他121名*

European Physical Journal A, 60(3), p.70_1 - 70_11, 2024/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Nuclear)

The average energy and multiplicity of prompt $$gamma$$-rays from slow neutron-induced fission of $$^{235}$$U have been measured using the STEFF spectrometer at the neutron time-of-flight facility n_TOF. The individual responses from 11 NaI scintillators were corrected for multiple $$gamma$$-ray interactions, prompt fission neutrons and background counts before being deconvolved to estimate the emitted spectrum of prompt fission $$gamma$$-rays. The results give an average $$gamma$$-ray energy $$bar{E}_{gamma}$$ of 1.71(5) MeV and multiplicity $$bar{nu}_{gamma}$$ of 2.66(18) considering $$gamma$$-rays emitted within the energy range from 0.8 to 6.8 MeV. The n_TOF data has a slightly larger $$bar{E}_{gamma}$$ and smaller $$bar{nu}_{gamma}$$ than other recent measurements, however the product of the two is in agreement within the quoted uncertainties.

論文

Bottom-charmed baryons in a nonrelativistic quark model

Song, Q.-F.*; L$"u$, Q.-F.*; 保坂 淳

European Physical Journal C, 84(1), p.89_1 - 89_15, 2024/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:53.60(Physics, Particles & Fields)

ボトム、チャームクォークを含むバリオンの質量や崩壊巾を非相対論的クォーク模型によって調べた結果を報告する。特に、崩壊様式は3体の波動関数に敏感であることを指摘した。

論文

Measurements of neutron total and capture cross sections of $$^{139}$$La and evaluation of resonance parameters

遠藤 駿典; 河村 しほり*; 奥平 琢也*; 吉川 大幹*; Rovira Leveroni, G.; 木村 敦; 中村 詔司; 岩本 修; 岩本 信之

European Physical Journal A, 59(12), p.288_1 - 288_12, 2023/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:30.87(Physics, Nuclear)

ランタン(La)-139の断面積と共鳴パラメータは、原子力分野への応用や基礎核物理の研究にとって重要である。本論文では、大強度陽子加速器施設(J-PARC)のANNRIにてLaの中性子全断面積と捕獲断面積を測定した。Negative共鳴を含む4つの共鳴の共鳴パラメータを、共鳴解析コードREFITを用いて求めた。その結果いくつかの共鳴パラメータにおいて、評価済み核データライブラリとの不一致が見られた。さらに全断面積を再現するために、スピン依存する散乱半径もフィットした。得られた散乱半径は、評価済み核データライブラリで記録されたものよりも大きいことがわかった。

論文

PANDORA Project for the study of photonuclear reactions below $$A=60$$

民井 淳*; Pellegri, L.*; S$"o$derstr$"o$m, P.-A.*; Allard, D.*; Goriely, S.*; 稲倉 恒法*; Khan, E.*; 木戸 英治*; 木村 真明*; Litvinova, E.*; et al.

European Physical Journal A, 59(9), p.208_1 - 208_21, 2023/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:73.33(Physics, Nuclear)

光核反応は原子核構造の観点からも応用の観点からも重要であるにも関わらず、その反応断面積は未だに不定性が大きい。近年、超高エネルギー宇宙線の起源を探るために、鉄よりも軽い原子核の光核反応断面積を正確に知る必要が指摘されている。この状況を打破するため、原子核物理の実験、理論、宇宙物理の共同研究となるPANDORAプロジェクトが始まった。本論文はその計画の概要をまとめたものである。原子核実験ではRCNP、iThembaによる仮想光子実験とELI-NPによる実光子実験などが計画されている。原子核理論では、乱雑位相近似計算、相対論的平均場理論、反対称化分子動力学、大規模殻模型計算などが計画されている。これらで得られた信頼性の高い光核反応データベースと宇宙線伝搬コードを組み合わせ、超高エネルギー宇宙線の起源の解明に挑む。

論文

Nuclear structure in parity doublet model

Mun, M.-H.*; Shin, I. J.*; Paeng, W.-G.*; 原田 正康*; Kim, Y.*

European Physical Journal A, 59(7), p.149_1 - 149_6, 2023/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:73.33(Physics, Nuclear)

Using an extended parity doublet model with the hidden local symmetry, we study some properties of nuclei in the mean field approximation to see if the parity doublet model could reproduce nuclear properties and also to estimate the value of the chiral invariant nucleon mass $$m$$$$_{0}$$ preferred by nuclear structure. We first determine our model parameters using the inputs from free space and from nuclear matter properties. Then, we study some basic nuclear properties such as the nuclear binding energy with several different choices of the chiral invariant mass. We observe that our results approach the experimental values as $$m$$$$_{0}$$ is increased until $$m$$$$_{0}$$= 700 MeV and start to deviate more from the experiments afterwards with m0 larger than $$m$$$$_{0}$$ = 700 MeV. From this observation, we conclude that $$m$$$$_{0}$$ = 700 MeV is preferred by nuclear properties. We then calculate some properties of several selected nuclei with $$m$$$$_{0}$$ = 700 MeV and compare them with experiments. Finally, we study the neutron-proton mass difference in some nuclei.

論文

Advances and new ideas for neutron-capture astrophysics experiments at CERN n_TOF

Domingo-Pardo, C.*; 木村 敦; 他135名*

European Physical Journal A, 59(1), p.8_1 - 8_11, 2023/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:90.02(Physics, Nuclear)

This article presents a few selected developments and future ideas related to the measurement of (n, $$gamma$$) data of astrophysical interest at CERN n_TOF. The MC-aided analysis methodology for the use of low-efficiency radiation detectors in time-of-flight neutron-capture measurements is discussed, with particular emphasis on the systematic accuracy. Several recent instrumental advances are also presented, such as the development of total-energy detectors with $$gamma$$-ray imaging capability for background suppression, and the development of an array of small-volume organic scintilla tors aimed at exploiting the high instantaneous neutron-flux of EAR2.

論文

Collaboration with Dr. Efrem Sh. Soukhovitsukii; Our fortuitous experiences on optical model analysis, his contribution to nuclear data activities of Japan and a posthumous study on light-nuclei

国枝 賢; 岩本 修; 深堀 智生; 千葉 敏*

European Physical Journal A, 59(1), p.2_1 - 2_8, 2023/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:50.39(Physics, Nuclear)

原子核の変形並びに回転や振動を記述する軟回転体模型を構築し、チャンネル結合法に基づいて核構造の情報を光学模型に取り入れたことは故Soukhovitsukii博士の偉大な成果である。また、博士と原子力機構との共同研究により得られた数々の光学模型解析結果やOPTMANコードは日本の核データライブラリJENDLの開発に多大なる貢献を果たした。本論文では、主に軟回転体模型による核構造解析や光学模型本シャルについての同氏との共同研究成果をレビューする。また、軽原子核に対する原子核の変形と断面積の関係や模型の適用限界など、同氏の没後に得られた新たな解析結果を報告する。

論文

$$^{74}$$Ge(n,$$gamma$$) cross section below 70 keV measured at n_TOF CERN

Lederer-Woods, C.*; 原田 秀郎; 木村 敦; 他128名*

European Physical Journal A, 58(12), p.239_1 - 239_9, 2022/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Physics, Nuclear)

Neutron capture reaction cross sections on $$^{74}$$Ge are of importance to determine $$^{74}$$Ge production during the astrophysical slow neutron capture process. We present new resonance data on $$^{74}$$Ge(n,$$gamma$$) reactions below 70 keV neutron energy. We calculate Maxwellian averaged cross sections, combining our data below 70 keV with evaluated cross sections at higher neutron energies. Our stellar cross sections are in agreement with a previous activation measurement performed at Forschungszentrum Karlsruhe by Marganiec et al., once their data has been re-normalised to account for an update in the reference cross section used in that experiment.

論文

Post fission time evolution calculation by FIFRELIN coupled with PHITS and DCHAIN

小川 達彦; Litaize, O.*; Mancusi, D.*; Chebboubi, A.*; Serot, O.*

European Physical Journal A, 58(8), p.153_1 - 153_9, 2022/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:19.30(Physics, Nuclear)

CEAが開発を進めるFIFRELINは、核分裂における観測量を計算する目的で開発された核分裂計算コードである。同コードは、実験値やデータベースを活用することで、核分裂の観測量である残留核分布や中性子収量などを高精度に予測することができ、核データ評価や核分裂実験の計画などに使われてきた。しかしながら、FIFRELINは残留核のベータ崩壊を扱うことができず、残留線量や崩壊熱の計算ができないという問題があった。また、中性子やガンマ線などの即発二次粒子についても、エネルギースペクトルを計算することはできるものの、その後の輸送計算で巨大な外部ファイルを生成する方法しかなく、即発二次粒子の検出などのシミュレーションの障害になっていた。そこで、これらの課題を解決するため、放射線輸送計算コードPHITSとFIFRELINの接続を行った。PHITSのうち燃焼計算コードであるDCHAINをFIFRELINと接続することにより、FIFRELINが計算した残留核分布に基づいて燃焼計算が可能になった。その計算法を適用して$$^{235}$$U(n$$_{th}$$,fission)反応後の崩壊熱を計算したところ、最新バージョンのFIFRELINとDCHAINを使うことで精度よく先行研究の文献値を再現できることが確認できた。また、FIFRELINで計算した即発二次粒子のエネルギースペクトルをPHITSの粒子輸送機能に読ませることで、即発二次粒子の輸送や反応のシミュレーションが可能になった。

論文

High accuracy, high resolution $$^{235}$$U(n,f) cross section from n_TOF (CERN) from 18 meV to 10 keV

Mastromarco, M.*; Amaducci, S.*; Colonna, N.*; 木村 敦; 他118名*

European Physical Journal A, 58(8), p.147_1 - 147_13, 2022/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:56.09(Physics, Nuclear)

The $$^{235}$$U(n,f) cross section was measured in a wide energy range (18 meV - 170 keV) at the n_TOF facility at CERN, relative to $$^6$$Li(n,t) and $$^{10}$$B(n,$$alpha$$) standard reactions, with a setup based on a stack of six samples and six silicon detectors placed in the neutron beam. A resonance analysis has been performed up to 200 eV, with the code SAMMY. A good agreement, within 0.5%, is found on average between the new results and the latest evaluated data files ENDF/B-VIII.0 and JEFF-3.3, as well as with respect to the broad group average fission cross section established in the framework of the standard working group of IAEA. However, some discrepancies, of up to 4%, are still present in some specific energy regions.

論文

Charmed baryon pair production in proton-antiproton collisions in effective Lagrangian and Regge approaches

Sangkhakrit, T.*; Shim, S.-I.*; Yan, Y.*; 保坂 淳

European Physical Journal A, 58(2), p.32_1 - 32_11, 2022/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:46.68(Physics, Nuclear)

Strange and charmed baryon pair productions in proton-antiproton collisions are studied in the effective Lagrangian and Regge approaches. Unknown parameters of both models are determined from the comparison with the existing data for strangeness productions. Then, we predict charm production cross sections by extrapolating the amplitudes for strangeness productions to those for charm. As a result, the total cross sections are about 10$$^{-4}$$ to 10$$^{-5}$$ times smaller than those of strangeness productions, depending on the final states. By using the known total cross sections for strangeness, similar to 10$$^{2}$$ $$mu$$b for $$Lambda$$ $$overline{Lambda}$$ and, similar to 10$$^{1}$$ $$mu$$b for $$Sigma$$ $$overline{Lambda}$$, the total cross sections for charm productions are predicted to be similar to 10$$^{-2}$$ $$mu$$b for $$Lambda$$$$_{c}$$ $$overline{Lambda}$$$$_{c}$$, similar to 10$$^{-3}$$ $$mu$$b for $$Sigma$$$$_{c}$$ $$overline{Lambda}$$$$_{c}$$, and similar to 10$$^{-4}$$ $$mu$$b for $$Sigma$$$$_{c}$$ $$overline{Sigma}$$$$_{c}$$. Our results can be tested in the future experiments at $$overline{rm P}$$ANDA.

論文

A Review of quarkonia under strong magnetic fields

岩崎 幸生*; 岡 眞; 鈴木 渓

European Physical Journal A, 57(7), p.222_1 - 222_14, 2021/07

 被引用回数:26 パーセンタイル:72.19(Physics, Nuclear)

クォーコニウムとは、チャームクォークやボトムクォークのような「重い」クォークとその反クォークから構成される中間子であり、水素原子やポジトロニウムなどの原子物理との類似点を持ちつつも、量子色力学(QCD)由来の性質も併せ持つ興味深い系である。ハドロン物理における典型的なスケールに匹敵する強磁場は、相対論的重イオン衝突実験や強磁場中性子星(マグネター)と関連して注目を集めている。本論文は、強磁場中のクォーコニウムの性質についてまとめたレビュー論文である。磁場中のクォーコニウムにおける特徴的な物理現象として、(1)異なるスピン固有状態間の混合効果、(2)クォーク自由度に対するランダウ準位とハドロン波動関数の変形現象、(3)クォーク・反クォーク間ポテンシャルの修正、(4)運動的シュタルク効果について解説を行う。また、磁場中のクォーコニウムを記述するための理論手法のまとめとして、(1)構成子クォーク模型、(2)有効ラグランジアンによる手法、(3)QCD和則、(4)ホログラフィックQCDについて解説する。さらに、有限温度,有限密度,有限渦度などの磁場以外の外場効果による影響についても述べる。付録において磁場中のクォーコニウムの典型的な質量スペクトルや波動関数を例示する。

論文

Imaging neutron capture cross sections; i-TED proof-of-concept and future prospects based on Machine-Learning techniques

Babiano-Su$'a$rez, V.*; 原田 秀郎; 木村 敦; 他132名*

European Physical Journal A, 57(6), p.197_1 - 197_17, 2021/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:86.35(Physics, Nuclear)

i-TED is an innovative detection system which exploits Compton imaging techniques to achieve a superior signal-to-background ratio in (n,$$gamma$$) cross-section measurements using time-of-flight technique. This work presents the first experimental validation of the i-TED apparatus for high resolution time-of-flight experiments and demonstrates for the first time the concept proposed for background rejection. To this aim, the $$^{197}$$Au(n,$$gamma$$) and $$^{56}$$Fe(n,$$gamma$$) reactions were studied at CERN n_TOF using an i-TED demonstrator based on three position-sensitive detectors. The i-TED prototype built for this study shows a factor of about 3 times higher detection sensitivity than traditional $$C_6D_6$$ detectors in the 10 keV neutron-energy region. This paper explores also the perspectives of further enhancement in performance attainable with the final i-TED array consisting of twenty position-sensitive detectors and new analysis methodologies based on Machine-Learning techniques.

論文

Mass spectrum and strong decays of tetraquark $$bar c bar s qq$$ states

Wang, G.-J.*; Meng, L.*; Xiao, L.-Y.*; 岡 眞; Zhu, S.-L.*

European Physical Journal C, 81(2), p.188_1 - 188_12, 2021/02

 被引用回数:36 パーセンタイル:91.71(Physics, Particles & Fields)

クォーク模型を用いて、S波の$$bar c bar s qq$$テトラクォーク状態の質量を計算し、さらに$$D^{-(*)}K^{(*)}$$チャネルへの崩壊幅の計算を行った。これらは、最近LHCbで報告されている$$X^0(2900)$$状態の理解につながる。また、対応する$$I=0$$の状態として、$$X(2649)$$を予言した。この状態が実験的に見つかることで、この模型が実証されてインパクトが大きい。

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