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論文

Establishment of a novel detection system for measuring primary knock-on atoms

Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐藤 大樹; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

一次はじき出し原子(PKA)のエネルギースペクトルは、モンテカロル放射線輸送コードを用いた加速器施設設計の放射線損傷評価において重要である。しかし、計算コードに組み込まれている物理モデルは、PKAスペクトル について実験値の不足から十分に検証されていない。これまで、従来の固体検出器を用いた原子核物理実験の測定体系において、劣った質量分解能や核子あたり数MeV以上と高い測定下限エネルギーのため、実験値は限られていた。そこで本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、PKAスペクトルを測定するための2つの時間検出器と1つのdE-Eガス検出器からなる新しい測定体系を設計した。その結果、本測定体系は、質量数20から30のPKAにおいて、核子当たり0.3MeV以上のエネルギーを持つPKA同位体を区別できる。一方で、質量数20以下のPKAにおいては、PKAの質量数を識別できる下限エネルギーは核子当たり0.1MeV以下に減少する。今後、原子力機構のタンデム施設、及び東北大学のサイクロトロン・ラジオアイソトープセンターにおいて、設計した測定体系の動作テストを行う予定である。

論文

Development of differential die-away technique in an integrated active neutron NDA system for nuclear non-proliferation and nuclear security

大図 章; 前田 亮; 米田 政夫; 藤 暢輔; 小泉 光生; 瀬谷 道夫

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 4 Pages, 2018/11

A Differential Die-away Analysis (DDA) system using a compact pulsed neutron (14 MeV) generator has been newly developed for non-nuclear proliferation and nuclear security in the Japan Atomic Energy Agency (JAEA). The DDA system was designed to be able to detect a nuclear fissile material (Pu-239) of as low as 10 mg and to handle samples of a different volume: a vial bottle (20 mL), a pail container (20 L), through a Monte Carlo simulation. In the DDA system, the Fast Neutron Direct Interrogation (FNDI) technique, which utilizes fast neutrons for interrogation, was applied to measure the amount of fissile mass contained in the sample. The fundamental performance of the DDA system was investigated in the demonstration experiment. The simulation results show that the Pu-239 masses of less than 10 mg can be detected in the DDA system. The results of the experiment are discussed and compared with those of the simulation.

論文

Development of radiation resistant monitoring camera system

武内 伴照; 大塚 紀彰; 渡辺 恭志*; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

福島第一原子力発電所事故の教訓から、過酷事故時の環境でも原子炉建屋内の監視が可能な耐放射線性カメラシステムの開発を開始した。本研究は、カメラを構成する部品の要素技術開発を行い、カメラシステムの試作・性能を評価した。まず、要素技術開発として放射線環境下において100Gy未満で使用不能となるイメージセンサの劣化主因が暗電流増加であることを明らかにし、トランジスタの数を4つから3つに減らすとともに光電変換構造としてフォトゲート型を採用することで暗電流の軽減を図った。その結果、イメージセンサの耐放射線性は200kGy以上にまで向上した。また、光学系については、石英とフッ化カルシウムを用いた耐放射線プリズムとズームレンズにすることにより、1MGy照射後においても十分な性能を有することを示した。一方、その他の電子部品については、100kGy未満で故障するものもあり、一部に遮蔽構造を採用した。これらの結果を踏まえ、開発したカメラシステムが900kGy以上の照射線量でも良好な画像を取得できることを明らかにした。

論文

Measurement of very forward particle production at RHIC with $$sqrt s=$$ 510 GeV proton-proton collisions

さこ 隆志*; 谷田 聖; 他20名*

Proceedings of Science (Internet), 301, 8 Pages, 2018/07

The Relativistic Heavy Ion Collider forward (RHICf) experiment has measured neutral particles produced in the very forward direction in the $$sqrt s=$$ 510 GeV proton-proton collisions at RHIC in June 2017. The production cross sections of these particles are crucial to understand the hadronic interaction relevant to the air shower development at the cosmic-ray equivalent energy of $$1.4times 10^{14}$$ eV, just below the energy of the knee. Together with the data at LHC, accelerator data can cover the interaction in the cosmic-ray energy of 10$$^{14}$$ eV to 10$$^{17}$$ eV. In addition, RHICf is able to improve the former measurements of single-spin asymmetry in the polarized proton-proton collisions that is sensitive to the fundamental process of the meson exchange. Common data taking with the STAR experiment will shed light on the unexplored low mass diffraction process.

論文

Theoretical analysis on the $$K^{-3}$$He $$rightarrow Lambda pn$$ reaction for the $$bar{K} N N$$ bound-state search in the J-PARC E15 experiment

関原 隆泰; Oset, E.*; Ramos, A.*

Proceedings of Science (Internet), 310, 5 Pages, 2018/03

In this contribution we theoretically investigate what is the origin of the peak structure observed in the E15 experiment at J-PARC. Since the peak exists near the $$K^{-} p p$$ threshold, we expect two scenarios to produce the peak. One is that the $$Lambda (1405)$$ is generated but it does not correlate with $$p$$, and the uncorrelated $$Lambda (1405)$$-$$p$$ system subsequently decays into $$Lambda p$$. The other is that the $$bar{K} N N$$ quasi-bound state is indeed generated and decays into $$Lambda p$$. We calculate the $$Lambda p$$ invariant mass spectrum of the reaction with these two scenarios and compare it with the experimental one to interpret the experimental peak structure.

論文

Prospect of heavy-ion collision experiments at J-PARC

佐甲 博之

Proceedings of Science (Internet), 311, 10 Pages, 2018/01

In order to explore phase structures in high-baryon density regime of the QCD phase diagram and study dense quark/hadronic matter which may exist in the core of neutron stars, we proposed a heavy-ion program at J-PARC (J-PARC-HI). In heavy-ion collisions at J-PARC (1-19 AGeV/c), the maximum baryon density reaches 5-10 times the normal nuclear density. We designed heavy-ion acceleration scheme at J-PARC. A heavy-ion beam will be produced in a new heavy-ion injector (a linac and a booster ring) and accelerated in the existing 3-GeV and 50-GeV synchrotrons (Rapid-Cycling Synchrotron and Main Ring). We designed a multi-purpose large acceptance Toroidal magnet spectrometer for lepton, photon, and hadron measurements. We also designed a spectrometer which measures hadrons and nuclei only around beam rapidity region to search for various hypernuclei and strangelets. The latter spectrometer could accept the full beam intensity of J-PARC. In this talk, physics goals, experimental design of the spectrometers, and expected physics results will be discussed.

論文

Two-body wave functions, compositeness, and the internal structure of dynamically generated resonances

関原 隆泰; 兵藤 哲雄*; 慈道 大介*; 山縣(関原) 淳子*; 安井 繁宏*

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2017/05

In this contribution, I introduce the physical meaning of the compositeness, its expression, and theoretical evaluation in effective models. In particular, we show that the two-body wave function of the bound state corresponds to the residue of the scattering amplitude at the bound state pole, which means that solving the Lippmann-Schwinger equation at the bound state pole is equivalent to evaluating the two-body wave function of the bound state. Then, we evaluate the compositeness for the so-called dynamically generated resonances in the chiral unitary approach, such as $$Lambda (1405)$$, $$N (1535)$$, and $$N (1650)$$, and investigate their internal structure in terms of the hadronic molecular components.

論文

Baryon spectroscopy in $$(pi,2pi)$$ reactions with 10$$^{6}$$Hz pion beams at J-PARC

佐甲 博之; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 裕大; 今井 憲一; Hicks, K.*; Ahn, J. K.*; Kim, S. H.*; Lee, J. W.*; Hwang, S. H.*

Proceedings of Science (Internet), 5 Pages, 2017/05

バリオン励起状態(N$$^{*}$$,$$Delta^{*}$$)は長年にわたって研究されてきたが、その性質や質量スペクトルに関する我々の知見は大変限られている。最近、Dynamical-Couple Channel (DCC)模型の発展により、$$(pi,2pi)$$反応がこれらの励起状態に大きく寄与することが分かってきた。しかしながら、$$(pi,2pi)$$反応データは1970年代に測定された24万事象に限られており、決定的に不足している。そのため、我々はJ-PARCにおいて統計を二桁上げるE45実験を提案した。この実験においては、$$10^6$$Hzの$$pi$$ビームを用いて超電導Helmholtz型双極磁石に設置したTime Projection Chamberでこれらの反応を測定する。これらの測定をビーム運動量を細かく変えながら高統計で測定する。本発表では実験の設計と準備状況、シミュレーションの結果を報告する。

論文

Observation of $$Xi$$ bound states in the $$^{12}$$C$$(K^-,K^+)X$$ reaction at 1.8 GeV/$$c$$ in J-PARC

永江 知文*; 江川 弘行; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 裕大; 今井 憲一; 佐甲 博之; 佐藤 進; 杉村 仁志; 谷田 聖; et al.

Proceedings of Science (Internet), 7 Pages, 2017/05

We have carried out a pilot data taking of the J-PARC E05 experiment to search for the bound state peaks of $$^{12}_{Xi}$$Be in the $$^{12}$$C$$(K^-,K^+)X$$ reaction at 1.8 GeV/$$c$$. The measurement was performed at the K1.8 beam line of the J-PARC hadron experimental hall with a typical $$K^-$$ beam intensity of $$6 times 10^5$$ every six seconds. So far the best energy resolution of about 6 MeV FWHM was achieved with the existing SKS spectrometer. With a reasonable statistics, we have succeeded to observe peak structures in the bound region, which seems to suggest that the potential depth of $$Xi$$ would be deeper than 14 MeV estimated in the previous measurements.

論文

Multidimensional structure of chiral crystals in quark matter

Lee, T.-G.*; 安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2017/05

We discuss the possibility of a multidimensional structure of inhomogeneous chiral condensates, which might be realized in cold and dense quark matter or the core of compact stars. For one-dimensional structures, the system becomes unstable at finite temperature due to the Landau-Peierls instability attributed to the excitation of the Nambu-Goldstone modes, with the result that there is no long-range order, while quasi-long-range order is realized instead. On the other hand, chirally inhomogeneous phases with two- or three-dimensional modulations may be realized as a true long-range ordered phase at any temperature, as inferred from the Landau-Peierls theorem. We here consider possible strategies to explore a multidimensional structure of chiral crystals.

論文

First observation of doubly-Cabibbo-suppressed decay in the baryon sector at Belle; $$Lambda_{c}$$ $$rightarrow$$ $$pK^{+}$$$$pi^{-}$$

谷田 聖

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2017/02

Doubly Cabibbo suppressed decay of a charmed baryon, $$Lambda_c to p K^+ pi^-$$ is observed for the first time. The branching ratio is measured with respect to its couterpart, $$Lambda_c to p K^- pi^+$$. The result will be reported and compared to naive expectation, $$tan^4theta_c = 2.8times10^{-3}$$.

論文

Single spin asymmetries of forward neutron production in polarized $$p+p$$ and $$p$$+A collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

谷田 聖; PHENIX Collaboration*

Proceedings of Science (Internet), 5 Pages, 2016/11

In high-energy hadron collisions, most energy goes to the forward region. However, particle production mechanisms in the forward region are not well understood as perturbative QCD is not applicable at small momentum transfers. We study single spin asymmetries ($$A_N$$) of forward neutron production in the PHENIX experiment using a transversely polarized proton beam. In 2015, we took data for $$p$$ + A collisions for the first time with Au and Al beams at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV and observed a surprising A dependence. The results are presented together with discussions on possible mechanisms that could explain them.

論文

Design study on differential die-away technique in an integrated active neutron NDA system for non-nuclear proliferation

大図 章; 前田 亮; 米田 政夫; 飛田 浩; 呉田 昌俊; 小泉 光生; 瀬谷 道夫

Proceedings of 2016 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2016) (Internet), 4 Pages, 2016/00

原子力機構では、MA核変換用MA-Pu燃料などの高線量核燃料や共存物質が多数含まれるため従来の測定技術では測定が困難な難測定核物質を対象として、中性子源を用いた次世代の非破壊測定技術の開発に着手した。その測定技術は、核分裂性核種の総質量を計測するダイアウェイ時間差分析法(DDA)、固体物質を核種分析する中性子共鳴透過分析法(NRTA)、計測妨害物質等を分析する即発$$gamma$$線スペクトル分析(PGA)または中性子共鳴捕獲分析法(NRCA)、及び核種組成比を分析する遅発$$gamma$$線スペクトル分析(DGS)法から構成される。それらの技術を相補的に組み合わせることよって難測定核物質の測定を目指している。本報では、その測定技術開発の中で核分裂性物質量の高精度測定を目指して設計した次世代型DDA装置部の構造、及び シミュレーションによる設計性能に関して報告する。

論文

A Ceramic-insulated ball-anode element for two-dimensional neutron detector

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2016 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2016) (Internet), 2 Pages, 2016/00

セラミックスを絶縁体とし、球形の陽極構造を有する中性子検出素子を新たに開発し、Cf-252中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子はセラミックス絶縁体、絶縁体上に設置した陰極ライン、球形の陽極、および絶縁体背面に設置した陽極ラインで構成されている。有限要素法を用いた電界計算の結果、10$$^{7}$$V/m以上の高い電界が得られることが確認された。8$$times$$8のピクセルを有する小型の試験素子を新たに製作し、中性子照射試験を実施したところ、全てのピクセルから信号が得られることを確認した。

論文

Development of a GEM-based TPC for H-dibaryon search at J-PARC

佐甲 博之; Hwang, S.; 市川 裕大; 今井 憲一; 佐藤 進; 杉村 仁志

Proceedings of Science (Internet), 4 Pages, 2015/05

J-PARC E42実験において、H-ダイバリオン探索のためのGEM(ガス電子増幅器)を用いたTPC(Time Projection Chamber)を開発している。このTPCを設計するため、小型TPC試験機を製作しテスト実験を行い、性能評価を行った。放射線源を用いてGEMの長期計測テストを行い、E42と同等の期間での計測に成功した。大阪大学RCNPにおける陽子ビームを用いた実験では、イオンバックフローによる飛跡位置の歪みを0.2mm以下に抑えることに成功した。

論文

Scintillating fiber detector for the beam loss proton measurements at J-PARC linac

Konstantinova, O.*; 佐甲 博之; 丸田 朋史*; 三浦 昭彦

Proceedings of Science (Internet), 8 Pages, 2015/05

J-PARCリニアックの直線部下流、ACS(Annular Coupled Structure)セクションでは、H$$^{0}$$によるビームロスが問題になり、強度を上げる上で障害となった。そのためJ-PARCリニアックにおいてビームロス陽子を測定するためのシンチレーティングファイバー検出器を開発した。検出器は上流4面、下流4面のファイバー面からなり、上流側、下流側は飛行時間測定のため1.6mの間隔をあけた。ファイバー8面を貫通した荷電粒子は陽子または電子であるが、これらは飛行時間で識別する。ビームレートの絶対値を測定し、ビームパルスあたり、1.8-3.2$$times$$10$$^{5}$$であった。またH$$^{+}$$/H$$^{-}$$比は0.7-1.8$$times$$10$$^{-8}$$となり、残留ガスの圧力からの見積もり2.7$$times$$10$$^{-8}$$に近い値となった。さらに陽子のエネルギーは80-120MeVと測定され、シミュレーションの平均値90MeVと無矛盾となった。

論文

Non-uniform structures in low-density nuclear matter and neutron star crust

岡本 稔; 丸山 敏毅; 矢花 一浩*; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 6 Pages, 2012/11

中性子星クラストや超新星爆発の前段階の低密度原子核物質において、「原子核パスタ」と呼ばれる非一様構造が現れると示唆されている。多くの先行研究において、一様背景電子と「原子核パスタ」の結晶構造が仮定され、Wigner-Seitz(WS) cell近似も使われてきた。球状の「原子核パスタ」(droplet)において、体心立方(bcc)格子が、面心立方(fcc)格子や単純立方格子よりエネルギー的に安定であるとされてきた。これは同等のサイズのdropletをそれぞれの結晶格子に配置した場合のクーロンエネルギーを比較することによって決定された。より正確には、電子の非一様性とdropletの結晶格子に応じたサイズを考慮しなければならない。われわれは相対論的平均場理論とThomas-Fermi模型に基づいてベータ平衡下の低密度原子核物質に対して空間3次元の計算を行った。発表では、エネルギー的に最も安定な構造、WS cell近似を用いた場合との比較、dropletのfccとbccにおける差異などについて述べる。また、中性子星クラスト物質の弾性率に対するdropletの有限サイズ効果や結晶構造の影響についても言及する。

論文

Pasta structures in neutrino-degenerate nuclear matter

丸山 敏毅; 安武 伸俊*; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 6 Pages, 2012/11

ニュートリノがトラップされた原子核物質の非一様構造と物質の性質を調べた。理論的枠組みとしては相対論的平均場とトーマス-フェルミ近似を用いた。ニュートリノを含まないわれわれの以前の研究では、電子含有率を固定した場合、いわゆるパスタ構造が現れたが、ベータ平衡物質では、球形核のみが見られた。今回の研究では、レプトン含有率を固定した計算を行ったところ、ニュートリノの圧力を下げるように陽子密度が上昇し、陽子-中性子の強い引力がもたらすクラスター生成により非一様パスタ構造の出現が促進されることがわかった。また、ニュートリノの存在が状態方程式に与える影響についても報告する。

論文

Quark-hadron mixed phase with hyperons in protoneutron stars

安武 伸俊*; 丸山 敏毅; 巽 敏隆*

Proceedings of Science (Internet), 5 Pages, 2011/00

原始中性子星を形成する有限温度での高密度物質の構造と性質を調べた。ハドロンからクォークへの相転移では、ハドロンとクォークの混合相が存在し、それぞれの相が荷電粒子から成るために、パスタと呼ばれる非一様構造が現れることが予想されている。温度ゼロの場合や、有限温度でもニュートリノが混じらない場合のハドロン-クォークの混合相はわれわれの先行研究でもよく調べられている。すなわち有限サイズ効果(表面張力やクーロン斥力)を考えないバルクな計算では、Gibbs条件を満たす混合相が広い密度領域で現れるが、非一様なパスタ構造に対する有限サイズ効果を考慮すると、力学的不安定な領域が増え、混合相が狭い領域に制限される。今回、原始中性子星の特徴であるニュートリノがトラップされた状況を計算に取り入れた。ニュートリノが含まれると電子の混合率が高くなり、クォーク相での正電荷のuクォークが増加し、結果的にハドロンとクォークの荷電の差が減少することがわかった。これにより混合相の現れる密度領域や、系の状態方程式にも影響が予想される。

論文

Photodisintegration of $$^{80}$$Se as a probe of neutron capture for the s-process branch-point nucleus $$^{79}$$

牧永 あや乃*; 芳原 新也*; 宇都宮 弘章*; 後神 進史*; 海堀 岳史*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; Goriely, S.*; 豊川 弘之*; 原野 英樹*; et al.

Proceedings of Science (Internet), 4 Pages, 2006/10

$$^{79}$$Se核は、恒星内で中性子捕獲反応によって進行する元素合成(s過程)の分岐核であり、その中性子捕獲断面積は星の環境下での温度や中性子密度を見積る際の重要な基礎データである。産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン$$gamma$$線ビームを用いて、$$^{80}$$Seの光中性子反応断面積を反応しきい値付近で測定した。この原子核の光中性子反応断面積のデータを、統計モデル計算に対する制約条件として用い、$$^{79}$$Seの中性子捕獲断面積の評価を行った。

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