Development and application of a He neutron spin filter at J-PARC

奥平 琢也; 奥 隆之; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 高橋 慎吾*; 相澤 一也; 遠藤 仁*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 977, p.164301_1 - 164301_8, 2020/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164301

We are developing a neutron polarizer with polarized He gas, referred to as a He spin filter, based on the Spin Exchange Optical Pumping (SEOP) for polarized neutron scattering experiments at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). A He gas-filling station was constructed at J-PARC, and several He cells with long spin relaxation times have been fabricated using the gas-filling station. A laboratory has been prepared in the MLF beam hall for polarizing He cells, and compact pumping systems with laser powers of 30 W and 110 W, which can be installed onto a neutron beamline, have been developed. A He polarization of 85% was achieved at a neutron beamline by using the pumping system with the 110 W laser. Recently, the first user experiment utilizing the He spin filter was conducted, and there have been several more since then. The development and utilization of He spin filters at MLF of J-PARC are reported.

JRR-3の多彩な中性子利用とユーザーフレンドリーな供用体制の構築を目指して

松江 秀明

放射線(インターネット), 45(2), p.77 - 88, 2019/07

日本原子力研究開発機構が有する研究炉JRR-3は、中性子を利用するための熱出力20MWの研究用原子炉である。平成23年3月11日の東日本大震災後に制定された新規制基準への対応のために運転を停止しているが、ラジオグラフィによる可視化、放射化分析による元素分析、回折測定による構造解析など非破壊検査から構造解析まで様々な分野で、多彩な学術研究、産業応用に広く利用されてきた。本報告では、平成32年度に運転再開を目指すJRR-3の多彩な炉内照射利用、中性子ビーム利用のうち、大学側が装置を有していない即発ガンマ線分析,中性子ラジオグラフィ,中性子残留応力測定等について紹介するとともに、中性子利用者のためのワンストップ窓口を目指すJRR-3ユーザーズオフィスの取組みについて紹介する。

Systematic effects on cross-section data derived from reaction rates at a cold neutron beam

erovnik, G.*; Becker, B.*; Belgya, T.*; Genreith, C.*; 原田 秀郎; Kopecky, S.*; Radulovi, V.*; 佐野 忠史*; Schillebeeckx, P.*; Trkov, A.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 799, p.29 - 36, 2015/11

https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.07.008

冷中性子ビームを用いた測定から、熱中性子捕獲断面積を導出する際の問題点を指摘するとともに、導出する中性子捕獲断面積の系統誤差を低減するための手法について提案するものである。これまでの冷中性子を用いた測定では、標準断面積との相対値より、熱中性子捕獲断面積が導出されてきた。本研究では、冷中性子ビームのエネルギー分布によっては、中性子捕獲断面積のエネルギー依存性が1/v則からずれる核種について、10%以上もの系統的誤差を生じることを明らかとした。中性子捕獲断面積のエネルギー依存性を考慮した断面積導出方法を適用することにより、この系統誤差は補正できることを示した。また、これまでに報告された文献値のいくつかには、冷中性子ビームのサンプル中での自己吸収補正が行われていない問題点があることも指摘した。

Multiple prompt -ray analysis and construction of its beam line

大島 真澄; 藤 暢輔; 木村 敦; 海老原 充*; 大浦 泰嗣*; 伊藤 泰男*; 澤幡 浩之*; 松尾 基之*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 271(2), p.317 - 321, 2007/02

https://doi.org/10.1007/s10967-007-0210-5

多重線検出法を中性子放射化分析と組合せることにより、従来の放射化分析より優れた感度と分解能が得られることを実証した。われわれは今回多重線検出法を即発線分析に適用するために、原子力機構(旧原研)研究炉JRR-3の冷中性子ガイドホールに新たなビームラインを設置した。これはビームシャッター,ビーム減衰器,多重線検出装置,試料交換機,ビームストッパーからなる。この分析のために最適化した高効率多重線検出装置を建設中であり、その性能をモンテカルロシミュレーションコードGEANT4.5.0で評価した。

The Recommended k-factors for neutron-induced prompt -ray analysis and the prompt -ray emission probabilities

松江 秀明; 米澤 仲四郎

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 262(1), p.49 - 55, 2004/07

https://doi.org/10.1023/B:JRNC.0000040853.53889.34

これまでに原研JRR-3Mの冷及び熱中性子ビームで測定された即発線分析用のk係数のうち、中性子スペクトルの影響が無くPGAによる分析が有効な24元素について合計81本のk係数の推奨値を統計処理により求めた。得られたk係数の推奨値から正確なデータが得られている原子量,同位体存在比,熱中性子断面積を使用し、即発線放出率のデータを求めた。得られた線放出率をENSDFと比較した結果、両データの標準偏差はENSDFに近年の測定値が反映されたCaまでの軽元素では10%とよく一致したが、古いデータが含まれる重元素では40%と大きな違いが見られた。

Multielement determination of typical diet reference materials by neutron-induced prompt -ray analysis using k standardization

松江 秀明; 米澤 仲四郎

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 249(1), p.11 - 14, 2001/06

https://doi.org/10.1023/A:1013278624744

原研JRR-3Mの冷及び熱中性子ガイドビームポートに設置された即発線分析装置を用いて、k-中性子即発線分析法(k-PGA)により食事及びそれに関連する標準物質の多元素定量の検討を行った。PGAにkを適用することで、比較標準試料を使用しないで多元素を正確に定量できる。しかし、k-PGAの問題点として、元素の絶対濃度を直接求めることができない点がある。その解説策として、標準添加法により試料中の1元素を定量し、その値から各元素の絶対濃度を求める方法を検討した。その結果、国立環境研究所及び米国標準技術研究所(NIST)の食事あるいはミルク粉末標準物質中の軽元素を中心とした水素、炭素、窒素、ナトリウム、イオウ、塩素、カリウム及びカルシウムの8元素の定量が可能であった。また、NIST標準物質の分析結果はNISTの認証値に対して7%以内で一致した。

k standardization approach in neutron-induced prompt -ray analysis at JAERI

松江 秀明; 米澤 仲四郎

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 245(1), p.189 - 194, 2000/04

https://doi.org/10.1023/A:1006799213794

k法は、比較標準試料を使用することなく多元素を同時定量できることから、中性子放射化分析法の定量法として注目されている。近年ハンガリー同位体研究所(IKI)及び米国NISTにおいて中性子即発線分析(PGA)へ内標準法に基づくk法の適用が試みられ、塩素を内標準とする十数元素のk値が報告された。PGAにk法を適用することで、比較標準試料を使用しないで、多元素を正確に定量でき、得られたk値は他の施設と共用できることから、原研においてもk-PGA法の適用を試みた。本研究ではJRR-3M熱及び冷中性子ビームにおける塩素を内標準とするk値の測定を行い、得られた値をIKI及びNISTの報告値と比較した。その結果、冷中性子ビームで27元素、熱中性子ビームで22元素のk値を求めることができた。得られたk値はIKI及びNISTのk値とも良い一致を示した。

先行基礎工学分野に関する平成10年度 研究協力概要報告

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JNC TN1400 99-016, 171 Pages, 1999/08

JNC-TN1400-99-016.pdf:8.97MB

機構は、大学及び研究機関(以下「大学等」という。)との研究協力の推進を図るため、平成7年度から先行基礎工学研究協力制度を発足させた。同制度は、平成10年度で4年目を迎え、研究協力テーマが増加し、順調に推移している。同制度は、機構の施設及び設備を主に利用し、機構が取り組むプロジェクト研究に先行した基礎・基盤的研究を大学等との研究協力により推進することを目的とする。同制度は、機構が設定した研究協力テーマに対して、大学等からの研究協力課題及び研究協力者の応募をもとに、研究協力課題及び研究協力者を選考し、大学等との共同研究の実施、客員研究員あるいは研究生の受け入れ、もしくはこれらの組み合わせにより研究協力を実施している。本報告書は、平成10年度に実施した高速増殖炉関係及び環境技術関係の先行基礎工学分野に関する34件の研究協力課題の実施結果についてその概要をまとめたものである。なお、34件の研究協力課題のうち、高速増殖炉関係の9件及び環境技術関係の3件の合計12件については、平成10年度で終了した。

Decomposition of prompt -ray spectra including the Doppler-broadened peak for boron determination

間柄 正明; 米澤 仲四郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 411(1), p.130 - 136, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(98)00303-9

ホウ素の中性子誘起即発線は非常に幅の広いものとして観測され、多くの元素の即発線と重なる。そこで、中性子誘起即発線分析によるホウ素定量のためのピーク分解法を開発した。本研究では、幅の広いピークがガウス関数の積分であらわされると仮定し、非線形の最小二乗法を用いてホウ素の幅広いピークと妨害ピークを分離した。この方法を、ホウ素とNa,Ni,Coのうち一つ又は二つの元素との混合物の分析に適応し、この方法の正確さと検出限界を、この方法の分析結果とreference line法の結果及び混合物を作る時に添加したホウ素量と比較することにより確認した。その結果、この方法が妨害元素を含む試料のホウ素の定量に有効であることが確認でき、さらに適応限界を決定することができた。

冷中性子計算機断層撮影の定量性におけるビームスペクトルの影響

小田 将広*; 玉置 昌義*; 松林 政仁; 森 千鶴夫*

日本原子力学会誌, 39(8), p.647 - 656, 1997/00

https://doi.org/10.3327/jaesj.39.647

冷中性子によるラジオグラフィでは通常用いられている熱中性子ラジオグラフィと比較して冷中性子領域における干渉性散乱の消失による断面積の低下、1/則による断面積の増大などが特徴として表現される。このため熱中性子を用いた計算機断層撮影(CT)と異なり、冷中性子CTでは均質な試験体を撮影した場合でも再構成画像は不均質なものと提示されることがある。この問題を解決するため二つの方法を提案・検討した。一つは、試験体物質の中性子透過曲線に基づき投影データの中性子透過率が厚さゼロに外挿した減衰係数を用いる方法で逆関数と呼ぶ。他方はベリリウム等の中性子フィルタを用いて冷中性子ビームのスペクトル幅を狭め、物質のスペクトル依存による減衰係数の変動を低減する方法でスペクトル調整法と呼ぶ。両補正法とも冷中性子CTの定量性向上に有効であることが実験的に確認された。