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論文

Performance of large volume LaBr$$_{3}$$ scintillation detector equipped with specially-designed shield for neutron resonance capture analysis

土屋 晴文; 小泉 光生; 北谷 文人; 原田 秀郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 932, p.16 - 26, 2019/07

A large-volume ($$phi$$12.0 cm$$times$$12.7 cm) LaBr$$_{3}$$ scintillation detector equipped with a specially-designed radiation shield was evaluated for neutron resonance capture analysis at the neutron time-of-flight (TOF) facility GELINA. By using the LaBr$$_{3}$$ detector with and without the shield, measurements were carried out at a 13-m TOF station with three metallic samples, namely, Ni, Cr, and Fe. In addition, Monte Carlo simulations with Geant4 were performed, and the results were compared with the measurements to analyze the observed energy spectra and TOF spectra. Energy spectra obtained with the shield showed that prompt $$gamma$$-ray peaks emitted from each sample can be used to identify the isotopes. Moreover, the signal-to-noise ratios of resonance peaks in a TOF spectrum with the shield were enhanced 1.5-2.5 in comparison with those without the shield. Furthermore, simultaneous measurements conducted using the three samples demonstrated that the shield employed herein was indispensable for identifying impurities in a composite sample such as particle-like fuel debris.

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

Measurement of neutron scattering cross section of nano-diamond with particle diameter of approximately 5 nm in energy range of 0.2 meV to 100 meV

勅使河原 誠; 土川 雄介*; 市川 豪*; 高田 慎一; 三島 賢二*; 原田 正英; 大井 元貴; 河村 幸彦*; 甲斐 哲也; 河村 聖子; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 929, p.113 - 120, 2019/06

ナノダイアモンドは、冷中性子以下のエネルギーにおける反射材として注目されている。ナノダイアモンドを用いた中性子源の高度化には、断面積データの整備が必要である。そのため、この論文では、中性子の透過率の測定から0.2meVから100meVの範囲で全断面積を測定した結果を報告する。測定した全断面積は、エネルギーが低くなるにつれて大きくなり、グラファイトと比較すると0.2meVで約2桁以上高くなることが分かった。その全断面積に占める非弾性散乱の寄与を調べるため、中性子のエネルギー1.2, 1.5, 1.9及び5.9meVで中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、測定したエネルギーにおいて、全断面積に占める非弾性散乱の寄与がほぼ無視できることも分かった。さらに、中性子小角散乱実験の結果から、全断面積の高くなる要因として、前方方向、いわゆる小角方向への散乱の寄与が高いことが示された。

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

Studies of extremely dense matter in heavy-ion collisions at J-PARC

佐甲 博之

Nuclear Physics A, 982, p.959 - 962, 2019/02

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

We aim to study extremely dense matter in heavy-ion collisions at 1-19 AGeV/c at a future project of J-PARC (JPARC-HI). We will search for the first order phase boundary and its critical end point in the QCD phase diagram. We also aim at studying the properties of dense matter related to neutron stars and neutron star mergers, in particular the equation of state (EOS). We expect to produce world's highest rate heavy-ion beams of $$10^{11}$$ with the ion species from p to U. We design spectrometers based on a large dipole magnet to measure hadrons, dimuons, and hypernuclei. We evaluate some of key performance of the spectrometers based on detailed simulations.

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

A New detector system for the measurement of high-energy prompt $$gamma$$-rays for low-energy neutron induced fission

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.*; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; A$"i$che, M.*; Astier, A.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 906, p.88 - 96, 2018/10

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

中性子誘起核分裂における即発高エネルギー$$gamma$$線を観測するための新しい測定システムの開発を行った。測定システムは核分裂片を観測するための多芯線比例計数管と$$gamma$$線測定用のLaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータから構成される。開発したシステムを仏国ラウエ・ランジュバン研究所にある高中性子束炉のPF1Bコースに設置して、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂における即発$$gamma$$線を行った。測定ではエネルギー最大20MeVまでの$$gamma$$線スペクトルの観測に成功し、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂において非常に高いエネルギーの$$gamma$$線が放出されていることを確認した。

論文

Experimental validation of the brightness distribution on the surfaces of coupled and decoupled moderators composed of 99.8% parahydrogen at the J-PARC pulsed spallation neutron source

原田 正英; 勅使河原 誠; 大井 元貴; Klinkby, E.*; Zanini, L.*; Batkov, K.*; 及川 健一; 藤 暢輔; 木村 敦; 池田 裕二郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 903, p.38 - 45, 2018/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:7.87(Instruments & Instrumentation)

At the J-PARC pulsed spallation neutron source, liquid hydrogen moderators composed of 99.8% parahydrogen associated with light-water premoderator have been providing high intensity cold and thermal neutron beams. In the design stage, simulations have shown not only high total neutron intensity in the coupled moderator but also a local neutron-brightness increase at the edges. The edge-effect-brightness increase is also exploited in the design of the European Spallation Source (ESS) moderators, which are based on 99.8% parahydrogen, but thin (thickness: 3 cm) to enhance the neutron brightness. In this study, the spatial distribution of the neutron brightness at the surface of the coupled moderator in the J-PARC pulsed spallation neutron source was directly measured with the pinhole geometry to validate the calculated edge-brightness enhancement. The brightness distribution at the moderator surface was clearly observed as predicted by a Monte Carlo simulation, proving the validity of the simulation tools used in the design-optimization process of the J-PARC and ESS moderator.

論文

Development of high-polarization Fe/Ge neutron polarizing supermirror; Possibility of fine-tuning of scattering length density in ion beam sputtering

丸山 龍治; 山崎 大; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 宮田 登*; 青木 裕之; 武田 全康; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 888, p.70 - 78, 2018/04

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

イオンビームスパッタ法で成膜されたFe/Si及びFe/Ge多層膜に対して、X線及び偏極中性子反射率、走査型透過電子顕微鏡と組み合わされたエネルギー分散型X線分光分析等のプローブによって層構造や局所元素分析を行った。その結果、Fe/Ge多層膜のGe層に含まれたスパッタリングガスであるArが含まれることにより、Ge層の散乱長密度が減少し、(-)スピンの中性子に対するFeとGeの散乱長密度のコントラストがほぼ消失し偏極中性子反射において高偏極率となることがわかった。Ge層に含まれるArは、成膜時においてAeがGeターゲットで後方散乱することに起因することが知られており、偏極スーパーミラーの高偏極率化に必要な(-)スピン中性子に対する散乱長密度コントラストを微調整する新たな手法となる可能性を示すものである。この結果を基に、Niの5倍の全反射臨界角をもつFe/Ge偏極スーパーミラーを成膜し偏極反射率測定を行った結果、(+)スピン中性子の反射率が0.70以上、偏極率はビームラインの偏極性能が正しく補正されている領域においては0.985以上という高い偏極率を達成した。

論文

Experimental setup and procedure for the measurement of the $$^7$$Be(n,p)$$^7$$Li reaction at n_TOF

Barbagallo, M.*; Andrzejewski, J.*; Mastromarco, M.*; Perkowski, J.*; Damone, L. A.*; Gawlik, A.*; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他122名*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 887, p.27 - 33, 2018/04

Following the completion of the second neutron beam line and the related experimental area (EAR2) at the n_TOF spallation neutron source at CERN, several experiments were planned and performed. The high instantaneous neutron flux available in EAR2 allows to investigate neutron induced reactions with charged particles in the exit channel even employing targets made out of small amounts of short-lived radioactive isotopes. After the successful measurement of the $$^7$$Be(n,$$alpha$$)cross section, the $$^7$$Be(n,p)$$^7$$Li reaction was studied in order to provide still missing cross section data of relevance for Big Bang Nucleosynthesis (BBN), in an attempt to find a solution to the cosmological Lithium abundance problem. This paper describes the experimental setup employed in such a measurement and its characterization.

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

The Laser and optical system for the RIBF-PALIS experiment

園田 哲*; 飯村 秀紀; Reponen, M.*; 和田 道治*; 片山 一郎*; Sonnenschein, V.*; 高松 峻英*; 富田 英生*; 小島 隆夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 877, p.118 - 123, 2018/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.17(Instruments & Instrumentation)

理化学研究所の不安定核ビーム施設(RIBF)では、低エネルギー(~40keV)の不安定核イオンビームを生成するために、レーザーイオン源(PALIS)を建設中である。このイオン源は、Arガス中に捕獲された不安定核の中性原子に、波長の異なる2本のレーザービームを照射し、不安定核原子を2段階で共鳴イオン化する。しかるに、レーザー装置とイオン源は約70m離れており、しかも実験中は放射線強度が高いためにイオン源周辺に近づけない。そこで、レーザービームを長距離輸送する、遠隔操作が可能な光学システムを開発した。開発したシステムを試験した結果、レーザービームの位置は安定しており、紫外域で50%程度の輸送効率があることから、不安定核の実験に有用であることが確認された。

論文

Systematic effects on cross section data derived from reaction rates in reactor spectra and a re-analysis of $$^{241}$$Am reactor activation measurements

$v{Z}$erovnik, G.*; Schillebeeckx, P.*; Becker, B.*; Fiorito, L.*; 原田 秀郎; Kopecky, S.*; Radulovic, V.*; 佐野 忠史*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 877, p.300 - 313, 2018/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:38.14(Instruments & Instrumentation)

原子炉中性子スペクトルで照射することにより得られる積分データから中性子断面積を導出する手法に関して、Westcottの記法を用いる断面積導出法の有効性について検討を行った。この結果、本手法で得られる精度は、中性子束エネルギー分布の精度に大きく依存すること、特に、導出される共鳴積分値が大きな影響を受けることを定量的に示した。また、中性子断面積のエネルギー依存性が既知の場合は、その情報を用いてこの影響を補正する手法を提案した。本手法を適用して、$$^{241}$$Amの熱中性子捕獲断面積を再解析した結果、720(14)bを得た。

論文

Measurement of thermal deformation of magnetic alloy cores of radio frequency cavities in 3-GeV rapid-cycling synchrotron of Japan Proton Accelerator Research Complex

島田 太平; 野村 昌弘; 田村 文彦; 山本 昌亘; 杉山 泰之*; 大森 千広*; 長谷川 豪志*; 原 圭吾*; 吉井 正人*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 875, p.92 - 103, 2017/12

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

Magnetic alloy cores loaded in radio frequency cavities are employed to achieve a high field gradient in the 3-GeV Rapid-Cycling Synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex. We use three core-types, which were manufactured in three different processes. Buckling occurred in some cores of only one of the three core types. In order to find out the mechanism of buckling, we measured thermal deformations of the two core types, which had not buckled and the core types, which had buckled, while changing their temperatures by RF heating in air. Furthermore, we calculated the thermal stress using the results of the experiments. These experiments yielded that there was no remarkable difference in the strength of thermal stress between the core types, which had not buckled, and the core types, which had buckled; however, that there was a clear difference in the behavior of thermal deformations. The local deformations appeared, when a certain temperature was exceeded, and accelerated with temperature rise in the buckled core types. This was not seen with core types that didn't show the buckling problem. We conclude that the repetition of these catastrophic and local deformations, which are accelerated with the temperature rises, lead to the buckling. This result contributes to the stable operation of RCS.

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。

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