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論文

Ion beam induced luminescence of complexes formed in adsorbent for MA recovery process

渡部 創; 片井 雄也*; 松浦 治明*; 加田 渉*; 江夏 昌志*; 佐藤 隆博*; 新井 剛*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 450, p.61 - 65, 2019/07

Ion-beam induced luminescence (IBIL) analysis on MA recovery adsorbent was performed to give chemical states of complexes formed in the adsorbent as fundamental information for process design, and EXAFS analysis was also carried out to support discussions. The IBIL spectra of the binary extractants system seemed to be superposition of individual ones, however it has also original peaks. As intensities of those peaks rapidly decreased with iteration time of measurements and the original peaks were not observed for the adsorbent without charging Eu(III), they were attributed to complexes of Eu(III) with organic compounds. Contributions of CMPO and HDEHP extractants for Eu(III) extraction must be not only individual ones but also cooperative.

論文

Thick target neutron yields from 100- and 230-MeV/nucleon helium ions bombarding water, PMMA, and iron

Tsai, P.-E.; Heilbronn, L. H.*; Lai, B.-L.*; 岩田 義之*; 村上 武*; Sheu, R.-J.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 449, p.62 - 70, 2019/06

100および230MeV/核子のヘリウムイオンが厚い鉄, PMMA,水ターゲットで止まった際に放出される二次中性子について波形弁別法と飛行時間法を用いて液体シンチレータで測定した。測定値を分析したところ、二次中性子は入射粒子の破砕、入射粒子と標的原子核の重複部からの放出、標的核の蒸発の成分に分類できることが分かった。測定された中性子収量の二重微分,角度微分,生成総量については、PHITS, FLUKA, MCNPの各計算コードのベンチマークに使用した。デフォルトのモデルを使用したこれらのコードの計算値は、低中エネルギーで中大角度に放出された場合の、実験値とよく一致した。一方、PHITSの核反応モデルは一部の核反応メカニズムで改善が必要なことも見いだされ、本実験結果はモデル改良にとって重要な参考データとなる。

論文

Radiocarbon variations in tree rings since 1960 near the Tokai nuclear facility, Japan

松中 哲也*; 笹 公和*; 高橋 努*; 細谷 青児*; 松村 万寿美*; 佐藤 志彦; Shen, H.*; 末木 啓介*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 439, p.64 - 69, 2019/01

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

炭素14による環境影響を評価するため、東海原子力発電所周辺で採取した松の切り株から加速器質量分析を使用して炭素14の量を測定した。1959年から2013年までの間において232-403Bq/kgCが確認され、1959-1965年および2011-2013年はバックグラウンドレベルだった。1966-2010年の間は東海原子力発電所および東海再処理工場の公開されている運転履歴にマッチした。一方、これらの炭素14から受ける放射線量は1年あたり3.9$$mu$$Sv以下であり、影響は十分無視できるレベルである。

論文

Applications of ion channeling in accelerator mass spectrometry

松原 章浩*; 藤田 奈津子; 石井 邦和*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 437, p.81 - 86, 2018/12

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

AMSにおける同重体分別技術の開発が盛んに行われている。本論文では、2つの新しい同重体分離技術を提案する。一つはチャネリングディグレーダーともう一つはコヒーレント共鳴励起(RCE)に基づく同重体分離である。両方とも、イオンが結晶チャネルを通過すると、大きな角度のイオン散乱を大幅に減少させる現象である「イオンチャネリング」に基づいている。チャネリングディグレーダーではイオンの透過性を上げることに成功した。またRCEに基づく同重体分離については結晶内での電離段階を利用した同重体分離を行っている。

論文

Fluoropolymer-based nanostructured membranes created by swift-heavy-ion irradiation and their energy and environmental applications

八巻 徹也*; Nuryanthi, N.*; 喜多村 茜; 越川 博*; 澤田 真一*; Voss, K.-O.*; Severin, D.*; Tautmann, C.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 435, p.162 - 168, 2018/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

フッ素系高分子膜(PVDF及びETFE)に直径数十から数百nmのイオントラックを作製し、化学エッチング処理によってイオン穿孔を、またグラフト重合によってイオン交換膜を作製する技術をそれぞれ開発した。PVDF膜におけるイオン穿孔膜に関しては、穿孔径がLETに依存することがわかり、高い精度で形状制御が可能であることを示した。また、グラフト重合によるETFEのイオン交換膜は燃料電池の電解質膜に適することを示した。このように我々が開発した技術は、水質管理や石油精製などのろ過技術、及び燃料電池の分野に貢献する。

論文

Implementing displacement damage calculations for electrons and $$gamma$$ rays in the Particle and Heavy-Ion Transport code System

岩元 洋介

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 419, p.32 - 37, 2018/03

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

電子及び$$gamma$$線照射による原子当たりのはじき出し数(DPA)を計算するため、粒子・重イオン輸送計算コードシステム(PHITS)のモンテカルロはじき出し損傷計算手法を改良した。電子及び$$gamma$$線の損傷について、PHITSはEGS5アルゴリズムを用いて電磁カスケードを模擬し、電子に対する反跳原子のエネルギーからDPA値を計算する。PHITSとモンテカルロ支援の古典的手法(MCCM)による計算の比較から、10MeV以下の$$gamma$$線照射によるシリコン及び鉄のDPA値について、両者の計算値はよく一致することがわかった。10MeV以上において、PHITSは電子だけでなく光核反応から生成する荷電粒子によるDPA値を計算できる。30GeV以上の陽子照射による90cm厚さの炭素の損傷において、全DPA値に対する二次電子のDPA値の割合は10%以上であり、入射エネルギーが増えるにつれてその割合は増加することがわかった。

論文

Benchmark of neutron production cross sections with Monte Carlo codes

Tsai, P.-E.; Lai, B.-L.*; Heilbronn, L. H.*; Sheu, R.-J.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 416, p.16 - 29, 2018/02

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

薄膜ターゲットを用いた15種類の照射条件について、中性子生成断面積のベンチマークを実施した。条件は、核子当たり135$$sim$$600MeVの$$^{12}$$C, $$^{20}$$Ne, $$^{40}$$Ar, $$^{84}$$Kr, $$^{132}$$Xeイオン照射、$$^{nat}$$Li, $$^{nat}$$C, $$^{nat}$$Al, $$^{nat}$$Cu, $$^{nat}$$Pbターゲットを組み合わせたものである。実験値を4つのシミュレーション法(1)PHITS 2.73 (JQMDとGEMモデル)、(2)PHITS 2.82 (JQMD 2.0とGEMモデル)、(3)FLUKA 2011.2c (RQMD 2.4とFLUKA脱励起モデル)、及び(4)MCNP6-1.0 (LAQGSM 03.03とGEM2モデル)による結果と比較した。本研究は計算コードユーザーだけでなく、PHITS-JQMDモデル開発者にとっても有益な情報をもたらすものであり、加速器施設安全や重粒子線治療、宇宙放射線科学の発展に資する将来の重イオン核反応物理モデルの改良へも寄与するものである。

論文

Temperature of thermal spikes induced by swift heavy ions

松崎 勝太*; 林 宏明*; 中嶋 薫*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 406(Part B), p.456 - 459, 2017/09

Few-nm sized gold, platinum and palladium nanoparticles were deposited on amorphous silicon nitride films. These films were irradiated with 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. Temperature distributions of thermal spikes produced by these ions were evaluated by observing desorption of the nanoparticles from the target surfaces upon ion impact. It was found that the temperature of the thermal spike produced by 420 MeV Au is higher than 100 MeV Xe. The observed temperature of the thermal spike at the entrance surface is slightly lower than that at the exit surface both for 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. These results can be well explained by the inelastic thermal spike model.

論文

Local structure and distribution of remaining elements inside extraction chromatography adsorbents

渡部 創; 佐野 雄一; 塩飽 秀啓; 矢板 毅; 大野 真平*; 新井 剛*; 松浦 治明*; 江夏 昌志*; 佐藤 隆博*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 404, p.202 - 206, 2017/08

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

Extraction chromatography is one of the most promising technology for minor actinide (MA(III): Am and Cm) recovery from high level liquid waste generated in the reprocessing. A brand-new adsorbent proposed by our group are expected to achieve more efficient MA(III) recovery than usual procedure. Fundamental MA(III) adsorption/elution performances of the adsorbents have been demonstrated. An appropriate washing process of lanthanides (Ln(III)) is necessary to be established to design a process flow. In this study, chemical state and distribution of Eu inside the adsorbent before and after contacting with candidate eluents for MA(III) or Ln(III) were evaluated by EXAFS measurements and micro-PIXE analysis, respectively. Two-dimensional PIXE images showed that adsorbed Eu and residual Eu after contacting with the eluents for MA(III) were uniformly distributed on the particle. However, EXAFS oscillation revealed that local structure around Eu drastically changes by the contact. Those results suggest that the Eu remained inside the particle without distinct shift and that they form various complexes with extractants in the particle.

論文

Including Delbr$"u$ck scattering in GEANT4

Omer, M.; 羽島 良一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 405, p.43 - 49, 2017/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:64.68(Instruments & Instrumentation)

原子核あるいは原子による$$gamma$$線の弾性散乱は、$$gamma$$線と物質の相互作用に関連付けられ、レイリー散乱、核トムソン散乱及びデルブリュック散乱がある。$$gamma$$線の弾性散乱を模擬するモンテカルロシミュレーションコードのほとんどは、現状では弾性散乱の全体像をカバーしていなく、レイリー散乱の寄与のみを取り扱い、核トムソン散乱及びデルブリュック散乱は無視されている。われわれは弾性散乱を模擬(シミュレート)するために、最も一般的なオープンソースのGeant4に、レイリー散乱に加えて、核トムソン散乱及びデルブリュック散乱を取込んだコードを開発した。この際のシミュレーションでは、これまでのフォームファクタ近似に基づくデータに代り、二次散乱行列に基づく微分散乱断面積を使っている。また、これらの3つの散乱プロセスの重ね合わせは、散乱振幅の複素数表示を考慮して慎重に行わった。このシミュレーションは、$$gamma$$線エネルギー範囲0.01$$leq$$E$$leq$$3MeVと1$$leq$$Z$$leq$$99の原子番号を持つすべての元素をカバーしている。さらに、われわれは、以前の実験で測定された微分断面積とシミュレーションから得られる微分断面積とを比較することによって、シミュレーションを検証した。この検証では、シミュレーションの結果は、実験の測定値と良い一致を示している。実験とシミュレーションとの違いは、$$gamma$$線エネルギーが2.754MeVで、ウランで21%、鉛で24%、タンタルで3%、及びセリウムで8%であった。高Z.(ウランや鉛)における比較的大きな差は、デルブリュック散乱振幅に対するクーロン補正により説明できる。

論文

Microscopic analyses of complexes formed in adsorbent for Mo and Zr separation chromatography

安倍 諒治*; 名越 航平*; 新井 剛*; 渡部 創; 佐野 雄一; 松浦 治明*; 高木 秀彰*; 清水 伸隆*; 江夏 昌志*; 佐藤 隆博*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 404, p.173 - 178, 2017/08

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

Molybdenum and zirconium obstruct the efficient recovery of minor actinides (MA(III): Am(III) and Cm(III)) by extraction chromatography; hence, the removal of these elements prior to MA(III) recovery is desirable. The use of an adsorbent impregnated with bis(2-ethylhexyl) hydrogen phosphate (HDEHP) for Mo and Zr decontamination was evaluated in this report. The adsorption/elution and column separation experiments showed that Mo and Zr in the simulated HLLW were selectively adsorbed on the particles, and that Mo was eluted by H$$_{2}$$O$$_{2}$$. EXAFS analysis and SAXS patterns of the adsorbent containing Zr revealed that the Zr-HDEHP complex had a crystal-like periodic structure similar to the structure of the precipitate produced in the solvent extraction system. Micro-PIXE analysis revealed that distribution of the residual Zr on the adsorbent was uniform.

論文

Observation of doubly-charged ions of francium isotopes extracted from a gas cell

Schury, P.*; 和田 道治*; 伊藤 由太*; 加治 大哉*; 羽場 宏光*; 平山 賀一*; 木村 創大*; 小浦 寛之; MacCormick, M.*; 宮武 宇也*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 407, p.160 - 165, 2017/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:27.27(Instruments & Instrumentation)

Ac, Ra, FrやRnといった様々な同位体を$$^{48}$$Caビームを用いた原子核融合-蒸発反応にて生成した。エネルギーを持ったイオンはヘリウムガスセル内で止まり、そして引き出される。引き出された個々のイオンは多反射時間飛行質量分光器を用いて同定されるが、アルカリ金属であるFrを含むイオンの荷電状態の主要な価数が(+1価でなく)+2価となるという結果を観測した。

論文

Comparative study of Monte Carlo particle transport code PHITS and nuclear data processing code NJOY for recoil cross section spectra under neutron irradiation

岩元 洋介; 小川 達彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 396, p.26 - 33, 2017/04

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

中性子照射による一次はじき出し原子(PKA)が金属中に欠陥を生成するため、PKAスペクトル計算の妥当性を検証することは放射線損傷の評価において重要である。本研究では、評価済核データライブラリーTENDL2015、ENDF/B-VII.1等と粒子・重イオン輸送計算コードPHITSのイベントジェネレータモード及び核データ処理コードNJOYとを組み合わせて、原子炉で使用される代表的な材料のPKAスペクトルを計算し、計算値の相互比較を行った。また、PKAスペクトルの積分値である熱値をPHITSを用いて計算し、核データライブラリーのACEファイルに格納されている値と比較した。その結果、全ての核種に対して、TENDL2015とPHITS及びNJOYを組み合わせて得られたPKAスペクトルの差は小さくなった。また、ENDF/B-VII.1の$$^{72}$$Ge, $$^{75}$$As, $$^{89}$$Y及び$$^{109}$$Agにおける反跳核のエネルギーと角度分布が正しくない、TENDL2015のACEファイルに格納されている熱値は、中性子捕獲反応の$$gamma$$線データが正しくないため、本反応が起こるエネルギー領域で問題があること等が確認された。一方、PHITS+TENDL2015は全ての核種に対してPKAスペクトルや熱値を正しく計算できることがわかった。

論文

Distributions of neutron yields and doses around a water phantom bombarded with 290-MeV/nucleon and 430-MeV/nucleon carbon ions

佐藤 大樹; 梶本 剛*; 執行 信寛*; 板敷 祐太朗*; 今林 洋一*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*; 佐波 俊哉*; 中尾 徳晶*; 魚住 祐介*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 387, p.10 - 19, 2016/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:57.25(Instruments & Instrumentation)

重粒子線治療施設における治療室の合理的な遮蔽設計のためには、患者と重粒子線との核反応で生成される中性子の収量および線量分布を精度よく知る必要がある。本研究では、患者を模擬した水ファントムに治療で用いる核子当たり290MeVおよび430MeVの炭素イオンを入射して、生成される中性子を液体有機シンチレータからなる検出システムを用いて測定した。シンチレータは、ビーム軸に対して15$$^{circ}$$から90$$^{circ}$$方向に15$$^{circ}$$おきに配置した。また、測定した中性子生成二重微分収量にAP照射に対する実効線量への換算係数を乗じ、測定における検出下限エネルギーである2MeV以上で積分することで、水ファントム周りの実効線量分布を導出した。得られた実験値は、モンテカルロ計算コードPHITSの計算値と比較した。その結果、PHITSは水ファントムからの中性子収量をよく再現しており、治療室を含めた重粒子線治療施設の線量分布予測において有益な評価手段であることを示した。

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:2 パーセンタイル:57.25(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

Lattice structure transformation and change in surface hardness of Ni$$_3$$Nb and Ni$$_3$$Ta intermetallic compounds induced by energetic ion beam irradiation

小島 啓*; 吉崎 宥章*; 金野 泰幸*; 千星 聡*; 堀 史説*; 齋藤 勇一; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 372, p.72 - 77, 2016/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.29(Instruments & Instrumentation)

複雑な結晶構造を示す金属間化合物Ni$$_3$$Nb and Ni$$_3$$Taを、室温で16MeV Au$$^{5+}$$を使い照射した。X線回折測定の結果、これらの金属間化合物の構造が、照射によって、秩序型構造からアモルファス状態へと変化したことが分かった。照射によるアモルファス化により、ビッカース硬度が上昇した。これらの結果は、以前得られたNi$$_3$$AlおよびNi$$_3$$Vの結果と比較し、試料固有の構造の点から議論された。

論文

Particle induced X-ray emission-computed tomography analysis of an adsorbent for extraction chromatography

佐藤 隆博; 横山 彰人; 喜多村 茜; 大久保 猛; 石井 保行; 高畠 容子; 渡部 創; 駒 義和; 加田 渉*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 371, p.419 - 423, 2016/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:57.25(Instruments & Instrumentation)

The cross-sectional distribution of neodymium (Nd) simulating minor actinides (MA) in a minute globular adsorbent of less than 50 $$mu$$m in diameter was measured using PIXE (particle induced X-ray emission)-CT (computed tomography) with a 3-MeV proton microbeam for the investigation of residual MA in extraction chromatography of spent fast reactor fuel. The measurement area was 100 $$times$$ 100 $$mu$$m$$^2$$ corresponding to 128 $$times$$ 128 pixels of projection images. The adsorbent target was placed on an automatic rotation stage with 9$$^{circ}$$ step. Forty projections of the adsorbent were finally measured, and image reconstruction was carried out by the modified ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) method. As a result, the cross-sectional distribution of Nd in the adsorbent was successfully observed, and it was first revealed that Nd remained in the region corresponding to internal cavities of the adsorbent even after an elution process. This fact implies that the internal structure of the adsorbent must be modified for the improvement of the recovery rate of MA.

論文

Enabling ${{it in situ }}$ thermometry using transmission nuclear resonance fluorescence

Angell, C.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 368, p.9 - 14, 2016/02

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

Transmission nuclear resonance fluorescence (NRF) has been proposed for use as an assay and detection technique for nuclear security and safeguards applications because of its isotope-specific sensitivity and the penetrating capability of $$gamma$$-rays. It can also be used for in situ thermometry because the absorbing resonance profile is sensitive to temperature. Using transmission NRF for thermometry could provide a new avenue for studying the ion temperature evolution of laser-induced plasmas using the upcoming ELI-NP facility. It could also be used for applications where thermometry would be otherwise infeasible, such as for determining the average fuel temperature of spent nuclear fuel, a step that would reduce the assay uncertainty using transmission NRF. Beyond thermometry, an application of temperature effects was found in the improvement of transmission NRF efficacy for assay and detection: using a cryogenic witness target will reduce the required measurement time by 40%.

論文

Surface modifications of hydrogen storage alloy by heavy ion beams with keV to MeV irradiation energies

阿部 浩之; 徳平 真之介*; 内田 裕久*; 大島 武

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part A), p.214 - 217, 2015/12

ニッケル水素電池の負極材として広く使用されている水素吸蔵合金LaNi$$_{4.6}$$Al$$_{0.4}$$に対して、keVからMeVオーダー領域での重イオン照射を行い表面改質を図った。これまでに、水素吸蔵合金に対してイオン照射することで水素吸蔵能が向上すること、表面付近に形成された酸化被膜等により吸蔵能が影響されることを明らかにしている。そこで今回は、酸素イオンを選択し、試料表面付近に酸素注入できるkeVから内部まで侵入させることのできるMeVオーダーまでのエネルギーで、1$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$までのフルエンスを照射した。その結果、酸素イオン照射した試料は水素吸蔵初期反応速度が未照射に比べ数倍向上すること、表面付近に酸素を導入できるkeVオーダーの照射はMeVオーダーの照射に比べて水素吸蔵初期反応速度の向上に有用であることが判明した。

論文

Simulation study of radial dose due to the irradiation of a swift heavy ion aiming to advance the treatment planning system for heavy particle cancer therapy; The Effect of emission angles of secondary electrons

森林 健悟

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part B), p.592 - 595, 2015/12

Aiming to advance the treatment planning system for heavy particle cancer therapy and to study cluster DNA damage, we have been developing a simulation model for radial dose due to the irradiation of a heavy ion. Now, two types of radial dose distributions have been available in the treatment planning system for heavy particle cancer therapy. However, these distributions had been developed without the detailed examinations of physical phenomena that occur near the trajectory of an incident ion, though this region is important to estimate the cell survival. The progress of computers allows us to execute such detailed examinations through simulations and to obtain radial dose closer to reality. We compare radial dose distribution obtained from our simulations with the conventional distributions and we suggest which conventional ones should be selected according to incident ion energies. Our simulation model, which has become possible in this century, is the only way to examine physical phenomena that occurs near the trajectory of an incident ion now as far as we know.

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