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論文

短パルス中性子源とエネルギー分析型中性子イメージング装置RADEN(螺鈿)による可視化技術

甲斐 哲也; 篠原 武尚; 廣井 孝介; Su, Y. H.; 及川 健一

非破壊検査, 67(5), p.209 - 216, 2018/05

RADENの機器構成とその役割、及び中性子ラジオグラフィ、トモグラフィの実例を示し、解説を行う。また、パルス中性子を利用した、ストロボ撮影、中性子共鳴吸収イメージング、ブラッグエッジイメージング、偏極中性子イメージングについても、手法の解説と簡単な測定例の紹介を行う。

論文

Laser ablation absorption spectroscopy for isotopic analysis of plutonium; Spectroscopic properties and analytical performance

宮部 昌文; 大場 正規; Jung, K.; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 加藤 政明; 音部 治幹; Khumaeni, A.*; 若井田 育夫

Spectrochimica Acta, Part B, 134, p.42 - 51, 2017/08

https://doi.org/10.1016/j.sab.2017.05.008
 被引用回数：30 パーセンタイル：91.46(Spectroscopy)

炉心溶融事故により生成された燃料デブリやデブリで汚染された廃棄物の核種組成分析では、ウランやプルトニウムなどの核燃料物質の分析性能が重要である。本研究ではプルトニウムの同位体分析のため、レーザーアブレーションと共鳴吸収法を組み合わせて、プルトニウム原子種の分光特性を調べた。Puの中性原子およびイオンの17個の光学遷移について、測定した吸収スペクトルのフォークトプロファイル近似から、吸光度、同位体シフト、超微細構造分裂幅を求め、分析に適した遷移として3つの候補を選定した。これらの遷移を利用して得られる分析性能を評価し、吸光度とプルトニウム濃度の相関係数として0.9999、プルトニウム濃度の検出下限値として30-130ppm、濃度2.4%の$$^{240}$$Pu信号に対する相対標準偏差として約6%を得た。これらの結果から、レーザーアブレーション吸収分光法が、複数のアクチノイド元素を含む高い放射能を有する燃料デブリや廃棄物の遠隔同位体分析に適用可能であることが分かった。

論文

J-PARC/ANNRIにおける即発$$gamma$$線分析法開発

藤 暢輔; 海老原 充*; Huang, M.; 木村 敦; 中村 詔司; 原田 秀郎

放射化学, (33), p.1 - 9, 2016/03

中性子即発$$gamma$$線分析(PGA)は、中性子捕獲反応に伴って放出される即発$$gamma$$線により元素分析を行う方法で、迅速に多元素を非破壊分析できるという特長がある。そのため、宇宙化学・環境・考古学・材料など幅広い分野で用いられ、多くの研究に貢献している。PGAはこれまでに同時計数法や反同時計数法によって検出限界や峻別性能の改良がおこなわれてきたが、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)における大強度パルス中性子ビームによって、飛行時間法を用いた即発$$gamma$$線分析(TOF-PGA)の利用が可能となった。本稿では同時計数法による即発$$gamma$$線分析(MPGA)のほか、MLFに設置された中性子核反応測定装置(ANNRI)の概要と本装置によって可能となるTOF-PGAについて解説する。

論文

BL04「ANNRI」における元素分析法の開発

藤 暢輔; Huang, M.; 木村 敦; 中村 詔司; 原田 秀郎; 海老原 充*

四季, 28, P. 4, 2015/09

http://www.j-neutron.com/pdf/vol28.pdf#page=4

中性子核反応測定装置ANNRIは、高検出効率の即発$$gamma$$線検出装置、高性能なデータ収集系等を備えているほか、広いエネルギーレンジの中性子を用いることができる。中性子を用いた非破壊分析法の一つである即発$$gamma$$線分析(PGA)は、非破壊・多元素同時・バルク分析などの特徴を持つため貴重な試料や破壊が困難な試料の分析に有効である。ANNRIではパルス中性子を用いることができるため、中性子捕獲反応における共鳴を使った分析(中性子共鳴捕獲分析法)も行うことができる。物質・生命科学実験施設MLFから得られる大強度パルス中性子と大立体角を持つゲルマニウム検出器等を用いることによってゲルマニウム検出器でも中性子共鳴捕獲分析を行うことを可能とし、2つの手法を融合した新しい手法を確立した。これによってPGAと中性子共鳴捕獲分析の2つの結果が同時に得られるだけでなく、2つの分析手法の融合による相乗効果が得られる。つまり、PGAでも中性子共鳴捕獲分析でも測定が困難であるものでも分析できるようになった。本論文では、開発した手法について混合標準試料を用いた実験をもとにその特長についての解説を行う。

論文

大強度パルス中性子ビームを用いた新しい非破壊元素分析法の開発

藤 暢輔; 海老原 充*; Huang, M.; 木村 敦; 中村 詔司; 原田 秀郎

Isotope News, (736), p.22 - 26, 2015/08

http://www.jrias.or.jp/books/pdf/201508_RIYOUGIJYUTU_TOH_HOKA.pdf

中性子核反応測定装置(ANNRI)は、J-PARC MLFに設置された即発$$gamma$$線測定実験のための装置であり、主に核データ測定、天体核物理および元素分析の研究開発が行われている。中性子ビームを用いた元素分析法には2つの代表的な手法があり、一つは中性子捕獲$$gamma$$線のエネルギーを用いる即発$$gamma$$線分析(PGA)、もう一つは飛行時間法(TOF)から得られる中性子エネルギーを用いる中性子共鳴捕獲分析である。ANNRIでは大強度パルス中性子ビームと高効率Ge検出器を用いることによって、前述の2つの元素分析法を融合した新しい元素分析法を行うことができる。新しい手法では3次元スペクトル(TOF-PGAスペクトル)を解析することによって従来法では解析が困難な場合でも正確な値が得られることを混合標準試料の測定結果によって示した。今後は非破壊分析が望まれる様々な分野において用いられるものと期待している。

論文

Impact of systematic effects on results of neutron resonance transmission analysis

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 木村 敦; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 767, p.364 - 371, 2014/12

https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.09.009
 被引用回数：10 パーセンタイル：60.98(Instruments & Instrumentation)

中性子共鳴吸収透過法(NRTA)による面密度の測定に対するサンプル厚の影響を検証するために、EC/JRC/IRMMの中性子飛行時間施設GELINAにおいて、NRTA実験を実施した。実験では、厚みの異なる円盤状の銅金属を用いて、GELINAの25m飛行導管を利用した。実験データから面密度を導出するために、共鳴解析コードREFITを用いて、共鳴解析を行った。その結果、推奨共鳴パラメータ値を用いると、求めた面密度が質量や面積から計算できる面密度から大きくずれることがわかった。そこで、0.25mm厚のサンプルを用いた実験データをREFIT用いて解析して、中性子幅と共鳴エネルギーを導出した。新たに求めた共鳴パラメータ値を使って、面密度を導出し、サンプルの厚みはもちろん、共鳴の強さが面密度の測定におよぼす影響を議論した。

論文

超短パルス超高強度レーザーと物質との相互作用

大道 博行

レーザー研究, 31(11), p.698 - 706, 2003/11

https://doi.org/10.2184/lsj.31.698

現在、集光レーザー光強度10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$が達成されておりターゲット照射実験が活発に行われている。レーザーパルス幅を10フェムト秒程度にすることができれば、エネルギー1J程度で強度10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$が達成可能である。このレーザーのコヒーレントエネルギーがプラズマ中の電子の相対論的運動エネルギーに変換される過程を論文中で詳しく紹介している。この変換過程はレーザーのコヒーレンスを物質中のコヒーレントエネルギーに変換する過程とも解釈でき、電子はレーザー光伝播方向に集団加速される。発生する高エネルギーイオン,X線等にも指向性が生じる。相互作用を工夫するとエネルギー領域のスペクトルを狭くすることも可能であるとのシミュレーション結果もあり、アイデアを先鋭化させる必要がある。これらの結果は基礎科学に大きく貢献するのみならず、小型高繰り返し運転に支えられた産業利用への発展も示している。

論文

Decay heat measurement of fusion related materials in an ITER-like neutron field

森本 裕一*; 落合 謙太郎; 前川 藤夫; 和田 政行*; 西谷 健夫; 竹内 浩

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1052 - 1056, 2002/12

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)01296-5
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Materials Science, Multidisciplinary)

崩壊熱を正しく予測することは、ITERの事故時安全性の確保のうえで重要である。特に、銅,ステンレス鋼,タングステンの崩壊熱については精度15%以内で予測する必要がある。本研究では、これらのうち銅とステンレス鋼をITERを模擬した中性子スペクトル下で照射し、その崩壊熱を全エネルギー吸収スペクトロメーターで測定した。測定結果を中性子輸送計算コードMCNPによる予測値と比較した結果、崩壊熱を正しく評価するには、銅及びステンレス鋼ともに共鳴吸収に対する自己遮へい効果を適切に考慮する必要があることがわかった。

論文

中性子共鳴吸収を利用する新しい即発$$gamma$$線分析

松江 秀明

ぶんせき, 2002(11), P. 645, 2002/11

https://ci.nii.ac.jp/naid/10010385365

多くの中・重元素は、熱外中性子エネルギー領域に原子核固有の大きな中性子共鳴吸収をもつ。加速器によって発生するパルス中性子ビームを利用し、中性子の飛行時間(TOF)と即発$$gamma$$線測定を組み合わせることによって、この共鳴吸収を利用した元素あるいは同位体分析が可能である。近年、このような試みがベルギー・ギールの欧州連合共同研究センターのGELINA実験施設及び日本の高エネルギー加速器研究機構の中性子科学研究施設で行われ、研究論文として報告された。本発表はこれらの研究論文の概要を日本分析化学会の学会誌である「ぶんせき」のトピックス欄において紹介するものである。

論文

Emission of MeV multiple-charged ions from a metallic foils irradiated with an ultrashort laser pulse

Zhidkov, A.*; 佐々木 明; 田島 俊樹*

Physical Review E, 61(3), p.R2224 - R2227, 2000/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.61.R2224
 被引用回数：44 パーセンタイル：83.29(Physics, Fluids & Plasmas)

p偏光、強度10$$^{16}$$~10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$、パルス幅1psの斜め入射短パルスレーザーで薄膜ターゲットを照射する方式に基づく、高エネルギーイオン(1MeV以上)が効果的に発生される条件を新たに明らかにした。衝突過程をランジュバン方程式で考慮し、原子過程を組みこんだPICコードで解析を行い、プラズマのスケール長が$$lambda$$$$_{L}$$/10程度になることでレーザー光が効率的に共鳴吸収で吸収され多量の高速電子を生成すること、これによってプラズマの膨張が駆動されるとともに、表面に電荷分離による強い静電場が生じることを明らかにした。さらに電子衝突電離によって多価電離状態となった媒質イオンが1MeVを超えるエネルギーまで加速されること、入射レーザー光の高エネルギーイオンへのエネルギー変換効率が10%に及ぶことを明らかにした。

論文

Energetic-multiple-charged-ion sources on short-laser-pulse irradiated foils

Zhidkov, A. G.; 佐々木 明; 田島 俊樹*

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.931 - 934, 2000/02

https://doi.org/10.1063/1.1150349
 被引用回数：9 パーセンタイル：52.82(Instruments & Instrumentation)

短パルスレーザー照射薄膜のMeVエネルギーの領域のイオン源としての有用性をシミュレーションにより明らかにした。衝突過程を含み、原子過程を組み込んだPICコードを用いた解析により、斜め入射、強度10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$、1psのレーザーで薄膜を照射すると、レーザー光が共鳴吸収で効率的に吸収されるとともに、OFIや衝突電離による多価イオンの生成と、表面に生成する強い加速電界に駆動されたプラズマの高速な膨張が起こり、イオンが加速されることを明らかにした。イオンの最高エネルギーは高速電子のエネルギーと価数の積で決まり1MeV以上である。本方式は、イオン加速器や、テーブルトップサイズの装置で核物理実験を行うためのイオン源として有用と考えられる。フェムト秒レーザーで照射された固体ターゲットから放出される高速イオンのスペクトルの解析を行った結果についても議論する。

論文

Dynamical breaking of charge neutrality in intrinsic Josephson junctions; Common origin for microwave resonant absorptions and multiple-branch structures in I-V characteristics

町田 昌彦; 小山 富男*; 立木 昌

Physical Review Letters, 83(22), p.4618 - 4621, 1999/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.83.4618
 被引用回数：129 パーセンタイル：94.49(Physics, Multidisciplinary)

高温超伝導体,特に異方性の高い物質は、超伝導状態においてジョセフソン接合を自然に与えることが知られている。本論文では、この系が示すマイクロ波共鳴吸収と電流・電圧特性における多重ブランチが共通の起源を持つことを示す。高温超伝導体の超伝導層は、非常に薄く、その厚さは、わずかに2Å程度である。また、ジョセフソン接合の絶縁層に相当する部分もまた、13Å程度と、ジョセフソン接合といっても、人工的に合成された接合と違い完全に原子スケールである。こうした系では、超伝導層の電荷中性条件は簡単に破れてしまい通常のジョセフソン接合の理論を当てはめることはできない。そこで本論文では、この系を記述するモデル・ラグランジアンを与え、それから得られる運動方程式を理論的・数値的に調べることで、特徴的な実験結果を説明した。

報告書

汎用詳細炉定数の整備

高野 秀機*; 金子 邦男*

PNC TJ9500 98-002, 126 Pages, 1998/03

PNC-TJ9500-98-002.pdf:2.51MB

これまでの炉定数整備・改良研究の予測精度研究を発展させて、近年の多様なスペクトルを採用した高速炉、中速中性子炉及び熱中性子炉の炉心・遮蔽領域において一貫した解析評価を行うため、新たなフォーマットを採用した汎用の詳細解析用炉定数の概念を検討し、整備を行った。この汎用詳細炉定数の概念は、熱領域についてはSRACライブラリー、共鳴吸収領域は40keVまで拡張した超詳細群ライブラリー、高エネルギーは20MeVまでに拡張し、遮蔽計算にも適用できるようにVITAMIN構造の175群を採用している。ここでは、高速炉の国際ベンチマーク問題に対応できるように20核種について、20MeVまでの175群ライブラリーと重核についての超詳細群ライブラリー作成した。また、73群及び163群ライブラリーを作成して比較検討を行った。比較した核特性は、keff'中心反応率比及び反応率分布である。核特性計算は均質の1次元ベンチマークモデルで行い、従来の70群ライブラリーと比較した。その結果、keffについては-0.43$$sim$$0.26%の差が見られるが平均的には同等であった。中心反応率比及び反応率分布への影響は小さかった。

論文

Magnetic properties of tetravalent praseodymium perovskites BaPrO$$_{3}$$, BaCe$$_{y}$$Pr$$_{1-y}$$O$$_{3}$$, and Sr$$_{y}$$Ba$$_{1-y}$$PrO$$_{3}$$

日夏 幸雄

Journal of Solid State Chemistry, 119, p.405 - 411, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0022-4596(95)80059-X
 被引用回数：12 パーセンタイル：48.34(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

4価プラセオジムペロブスカイトBaPrO$$_{3}$$、BaCe$$_{y}$$Pr$$_{1-y}$$O$$_{3}$$、Sr$$_{y}$$Ba$$_{1-y}$$PrO$$_{3}$$を合成し、その磁化率を4.2Kから室温まで測定した。BaPrO$$_{3}$$で見られる磁気的秩序(転移温度11.6K)は、BaサイトをSrで置換するよりも、PrをCeで置換する方がはるかに弱まることがわかった。いずれの化合物でも4.5Kでヒステリシスが見られた。転移温度以上の磁化率は、Pr$$^{4+}$$の小さな磁気モーメントと、大きな温度に依存しない常磁性で特徴付けられることがわかった。Sr$$_{y}$$Ba$$_{1-y}$$PrO$$_{3}$$の有効磁気モーメントはSr置換が進むにつれ、大きくなることもわかり、この結果はSr$$_{y}$$Ba$$_{1-y}$$CeO$$_{3}$$中にドープしたPr$$^{4+}$$の常磁性共鳴吸収の結果に一致した。

論文

Magnetic properties of ordered perovskites Ba$$_{2}$$MUO$$_{6}$$(M=Fe,Co,Ni)

日夏 幸雄

Journal of Alloys and Compounds, 215, p.161 - 167, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0925-8388(94)90835-4
 被引用回数：9 パーセンタイル：60.03(Chemistry, Physical)

秩序化ペロブスカイト構造を持つウラン-遷移金属複合酸化物Ba$$_{2}$$MUO$$_{6}$$(M=Fe,Co,Ni)を合成し、磁化率と常磁性共鳴(EPR)吸収スペクトルの測定を通して、結晶中のUとMの電子状態を検討した。Ba$$_{2}$$FeUO$$_{6}$$は120Kでフェリ磁性転移することを見い出した。EPRスペクトルを室温で測定し、g値は2.00だった。化合物中での鉄は+3価の酸化状態にあり、ウランは+5価の酸化状態にあることを明らかにした。Ba$$_{2}$$CoUO$$_{6}$$とBa$$_{2}$$NiUO$$_{6}$$は、9K,25Kで強磁性転移することを見い出した。Ba$$_{2}$$NiUO$$_{6}$$では5Kで、10000G以上の磁場で、磁化の完全な飽和を見い出した。EPRスペクトルを室温で測定し、g値は2.17だった。これらの化合物中では、コバルトとニッケルは+2価、ウランは+6価の酸化状態にあることを明らかにした。

論文

Electron paramagnetic resonance spectrum of Pr$$^{4+}$$ in BaCeO$$_{3}$$

日夏 幸雄; Edelstein, N.*

Journal of Solid State Chemistry, 112, p.53 - 57, 1994/00

https://doi.org/10.1006/jssc.1994.1263
 被引用回数：46 パーセンタイル：89.26(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

BaCeO$$_{3}$$にドープしたPr$$^{4+}$$の常磁性共鳴吸収スペクトルを8.5Kで測定した。$$^{141}$$Prの核スピンとの相互作用による非常に大きな超微細相互作用を測定した。許容遷移に加えて、禁制遷移も観測できた。結果をBreit-Rabi式で解析し、|g|=0.745、超微細結合定数|A|=0.0606cm$$^{-1}$$を得た。得られたパラメータから、BaCeO$$_{3}$$中のPr$$^{4+}$$のエネルギーレベルを計算した。

論文

ウラン複合酸化物の磁気的性質

日夏 幸雄

日本原子力学会誌, 36(8), p.714 - 726, 1994/00

https://doi.org/10.3327/jaesj.36.714
 被引用回数：1 パーセンタイル：17.88(Nuclear Science & Technology)

螢石型構造またはペロブスカイト型構造を持つウラン複合酸化物の磁気的性質をまとめ、固体中での5f電子の挙動を議論した。螢石型構造を持つMyU$$_{1-y}$$O$$_{2+x}$$(M=希土類、アルカリ土類金属)の磁化率をレビューし、Ce$$_{y}$$U$$_{1-y}$$O$$_{2}$$固溶体で見い出した電荷移動を議論した。MUO$$_{3}$$(M=アルカリ金属)、秩序化ペロブスカイトBa$$_{2}$$MUO$$_{6}$$(M=希土類、遷移金属、アルカリ土類金属)の磁化率と常磁性共鳴吸収(EPR)をレビューした。低温で見い出されるウランイオン間の磁気的相互作用のEPRのg値を議論した。また、磁気的相互作用の臨界U-U距離を導いた。

論文

Mono-energetic mono-directional resonance neutron activation of natural indium metal target

C.Ertek*; 大井川 宏之

Proceedings of 8th ASTM-EURATOM Symposium on Reactor Dosimetry (ASTM STP 1228), p.187 - 193, 1994/00

トルコCekmece核研究センターの研究炉TR-I(1MW+h)の1.456eV単色中性子ビームを使った天然インジウム箔の照射実験について解析を行った。照射したインジウム箔は26,28,44$$mu$$mの3枚であり、これらを重ね合わせて垂直に中性子が入射するように配置した。天然インジウムの主要核種であるIn-115は1.46eVに大きな共鳴吸収断面積を持つため、3枚の箔の放射化率を調べることにより中性子の箔内での減衰の様子が分かり、断面積の評価を行うことができる。JENDL-Dosimetry fileを使った解析的な計算では実験的に見られる中性子の深層への透過が再現できないことが分かった。今後、核データの誤りと計算の高度化の両面から検討を行う必要がある。

論文

アクチノイドイオンと化合物の磁気的性質

日夏 幸雄

日本原子力学会誌, 35(8), p.701 - 717, 1993/08

https://doi.org/10.3327/jaesj.35.701
 被引用回数：0 パーセンタイル：3.85(Nuclear Science & Technology)

アクチノイドイオンと化合物の磁気的性質についてレビューした。アクチノイドイオンの磁気的性質は、アクチノイド系列を体系化している5f電子のスピン角運動量と軌道角運動量による。このレビューでは、対象を、固体中のアクチノイドイオンと化合物中で5f電子が局在した、いわゆる結晶場理論が適用される系に限った。主に磁化率と常磁性共鳴吸収の結果について、レビューし、論じた。

論文

Magnetic studies on BaUO$$_{3}$$, BaPrO$$_{3}$$ and BaTbO$$_{3}$$

日夏 幸雄

Journal of Alloys and Compounds, 193, p.113 - 115, 1993/00

https://doi.org/10.1016/0925-8388(93)90325-H
 被引用回数：14 パーセンタイル：72.81(Chemistry, Physical)

ペロブスカイト型化合物、BaUO$$_{3}$$,BaPrO$$_{3}$$,BaTbO$$_{3}$$を合成し、磁化率、常磁性共鳴吸収スペクトルを測定した。X線回折からBaUO$$_{3}$$は理想的なペロブスカイト構造を、またBaPrO$$_{3}$$,BaTbO$$_{3}$$では斜方晶に歪んだ擬ペロブスカイト構造をとることがわかった。BaUO$$_{3}$$は温度に依存しない常磁性を、またBaPrO$$_{3}$$,BaTbO$$_{3}$$では11.5,32.7Kで磁気転移を起こすことがわかった。常磁性共鳴吸収スペクトルの測定では、BaPrO$$_{3}$$では$$^{141}$$Prに基づく超微細構造が測定され、BaTbO$$_{3}$$ではg=2.00のスペクトルが測定できた。

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