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石田 武和*; Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 小山 富男*; et al.
Journal of Low Temperature Physics, 214(3-4), p.152 - 157, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Applied)We built a new cryostat to apply a current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) for conducting neutron transmission imaging of room temperature samples under pulsed neutrons. A Wood's metal alloy of melting temperature 75.2
C was placed at room temperature to inspect the measurement system at J-PARC. Since one of the four phases of Wood's metal is a fine Cd-rich needle phase (width 
25 
m and length 5 mm), it is suitable for observing fine mosaic structure selectively by neutron imaging. The spatial resolution of the CB-KID imager was estimated as 10 m by using a Gd Siemens-star pattern. The CB-KID system is useful to conduct transmission imaging for various materials rather easily at room temperature.
雨森 道紘*; 土屋 晴文; Tibet AS
Collaboration*; 他116名*
Astrophysical Journal, 954(2), p.200_1 - 200_7, 2023/09
被引用回数：1 パーセンタイル：50.15(Astronomy & Astrophysics)Gamma rays from HESS J1849-000, a middle-aged TeV pulsar wind nebula (PWN), are observed by the Tibet air shower array and the muon detector array. The detection significance of gamma rays reaches 
and 
levels above 25 TeV and 100 TeV, respectively. The energy spectrum measured between 40 TeV 
E 320 TeV for the first time is described with a simple power-law function of dN/dE = 
. The gamma-ray energy spectrum from the sub-TeV to sub-PeV ranges including the results of previous studies can be modeled with the leptonic scenario, Inverse Compton Scattering by high-energy electrons accelerated by the PWN of PSR J1849-0001, but the scenario requires sophisticated theoretical modeling. On the other hand, the gamma-ray energy spectrum can be simply modeled with the hadronic scenario in which gamma rays are generated from the decay of neutral pions produced by collisions between accelerated cosmic-ray protons and the ambient molecular cloud found in the gamma-ray emitting region. The cutoff energy of cosmic-ray protons 
is estimated at 
, suggesting that protons are accelerated up to the PeV energy range. Our study proposes that HESS J1849-000 should be further investigated as a new candidate for a Galactic PeV cosmic-ray accelerator, or "PeVatron".
single crystals based on Bragg-dip analysis using a delay-line superconducting sensor宍戸 寛明*; Vu, TheDang*; 相澤 一也; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 曽山 和彦; 宮嶋 茂之*; et al.
Journal of Applied Crystallography, 56(4), p.1108 - 1113, 2023/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Chemistry, Multidisciplinary)Recent progress in high-power pulsed neutron sources has stimulated the development of the Bragg dip and Bragg edge analysis methods using a two-dimensional neutron detector with high temporal resolution to resolve the neutron energy by the time-of-flight method. A delay-line current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) is a two-dimensional superconducting sensor with a high temporal resolution and multi-hit capability. Here, it is demonstrated that a delay-line CB-KID with a 
B neutron conversion layer can be applied to high-spatial-resolution neutron transmission imaging and spectroscopy up to 100 eV. Dip structures are observed in the transmission spectra of YbSn single crystals, induced by Bragg diffraction and nuclear resonance absorption. The orientation mapping of YbSn crystals is successfully drawn based on the analysis of observed Bragg dip positions in the transmission spectra.
木村 祥紀; 土屋 兼一*
Radioisotopes, 72(2), p.121 - 139, 2023/07
核検知や核セキュリティ事案の現場において、迅速かつ正確な放射性物質の判定は、検知警報や事案への迅速な対応を行うための重要な技術的課題の一つである。本稿では、携帯型ガンマ線検出器に適用可能な深層ニューラルネットワークモデルを用いた放射性核種の判定アルゴリズムを提案する。本アルゴリズムでは、シミュレーションで作成した模擬ガンマ線スペクトルで学習した深層ニューラルネットワークモデルにより、各放射性核種に起因する計数寄与率(CCR)を推定し、放射性核種を自動で判定する。この自動核種判定アルゴリズムにより、放射線測定の経験や知識が十分でない核検知や核セキュリティ事象の初動対応者を支援することが可能となる。2種類の異なる深層ニューラルネットワークモデルを用いたアルゴリズムを高エネルギー分解能及び低エネルギー分解能の携帯型ガンマ線検出器に適用し、提案アルゴリズムの性能を評価した。提案したアルゴリズムは、実際の測定ガンマ線スペクトルにおける人工放射性核種の判定で高い性能を示した。また、深層ニューラルネットワークモデルによるCCR推定値を解析することで、
Uの検知やウランの自動分類にも適用できることを確認した。さらに筆者らは、提案したアルゴリズムの性能を従来の核種判定手法と比較し、深層ニューラルネットワークモデルベースの核種判定アルゴリズムの性能を向上させる具体的な方策についても議論した。
小澤 太教; 菅沼 拓朗; 本間 史隆; 東村 圭祐*; 鵜飼 隆由*; 齋藤 賢司
JAEA-Technology 2023-007, 24 Pages, 2023/06
JAEA-Technology-2023-007.pdf:2.24MB
HTTR広領域中性子検出器の高温環境下における信頼性向上を目的として、広領域中性子検出器の構造変更を検討した結果、リード線によってMIケーブル芯線と金属管を接合する構造を廃止し、MIケーブル芯線と金属管を直接接合する構造が短時間で対応できる最も信頼性が高い方法であることが明らかとなった。この方法で接続部分のモックアップを製作して熱サイクル試験及び高温耐久試験を実施した結果、HTTRの使用条件においても接続部分の健全性が保たれることが明らかとなった。
北山 佳治
Gamma Ray Imaging; Technology and Applications, p.165 - 179, 2023/00
ガンマ線イメージャーは放射線源分布をイメージングするための強力なツールである。近年は福島第一原子力発電所の廃止措置に応用されている。廃止措置現場においては、小型軽量でかつ定量評価が可能であることが求められている。小角コンプトン散乱を用いたガンマ線イメージャー(Gamma-ray Imager using Small-Angle Scattering: GISAS)はそれらすべての要求を満たしたイメージャーである。GISASは遮蔽体を必要としない指向性ガンマ線検出器群によって構成される。シミュレーションと実験によって、本手法の実現可能性の検討を実施した。適切なエネルギーウインドウを散乱体と吸収体に設定することで、超昇格散乱イベントのみを選別し指向性を得ることが可能であることを実証した。
-edge to assess the U(V) electronic structure in FeUO
蓬田 匠; 秋山 大輔*; 大内 和希; 熊谷 友多; 東 晃太朗*; 北辻 章浩; 桐島 陽*; 河村 直己*; 高橋 嘉夫*
Inorganic Chemistry, 61(50), p.20206 - 20210, 2022/12
被引用回数：4 パーセンタイル：36.89(Chemistry, Inorganic & Nuclear)近年、U(VI)が(IV)に還元される時の中間体や、長期安定性をもつU(V)化合物の特異的な物性に関する研究が注目されている。しかし、U(V)の電子状態を詳細に分析した例は少ない。本研究では、U(V)の化合物のFeUO中のU(V)の電子状態を高エネルギー分解能蛍光検出(HERFD)-X線吸収端微細構造分光法(XANES)によって調べた。X線発光分光器を用いて取得したFeUO中のUのL端HERFD-XANESスペクトルから、従来のXANESスペクトルにはないピーク分裂をはじめて観測することができた。理論計算によるXANESスペクトルのシミュレーションの結果、このピーク分裂が良く再現でき、6d軌道の分裂によるものであることが明らかになった。この発見により、環境中で従来検出が困難であったU(V)の検出が容易になると期待され、環境科学をはじめとした幅広い分野での応用が期待される。
中村 龍也; 藤 健太郎; 小泉 智克; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 海老根 守澄; 坂佐井 馨
Proceedings of 2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference (2022 IEEE NSS MIC RTSD) (Internet), 2 Pages, 2022/11
J-PARC物質・生命科学実験施設に設置されたSENJU回折計用として、新たに薄型の位置敏感シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器は既設のオリジナル検出器と同等の有感面積(256
256mm)とピクセル分解能(44mm)を保持しつつ、奥行きは12cm(オリジナルの40%)の薄型へと改良した。製作した6台の検出器はいずれも検出効率60%(2A)、計数均一性5-8%と良好な性能を示した。現在、これらの検出器はビームライン内の回折計に装填されており、数か月の安定動作が確認されている。
Cs activity in spent nuclear fuel with calculated detector response function佐藤 駿介*; 名内 泰志*; 早川 岳人*; 木村 康彦; 鹿島 陽夫*; 二上 和広*; 須山 賢也
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(6), p.615 - 623, 2022/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)使用済燃料中のCs放射能を非破壊で評価する新しい方法を提案し、燃焼度クレジット導入における物理的測定について実験的に実証した。Cs放射能は、Cs放射能がよく知られている参照燃料を用いずに、線測定と数値検出器応答シミュレーションを用いて定量された。燃料サンプルは、商業用加圧水型炉(PWR)で53GWd/tまで照射された先行使用集合体(LUA)から取得した。試料から放出された線は、ホットセルに取り付けたコリメータを通して、ゲルマニウム酸ビスマス(BGO)シンチレーション検出器を用いて測定された。検出器による線の検出効率は、測定ジオメトリを考慮して粒子輸送計算コードPHITSを用いて計算した。試料に対する検出器応答のより正確なシミュレーションのために、試料中の
Cs, Cs, 
Euの相対放射能を高純度ゲルマニウム(HPGe)検出器で測定した。検出器の絶対効率は、別のジオメトリの標準ガンマ線源を測定することにより校正された。測定された計数率と検出効率を用いて、燃料試料中のCs放射能を定量した。定量されたCs放射能は、MVP-BURN燃焼計算コードで推定されたCs放射能とよく一致した。
深谷 裕司; 沖田 将一朗; 中川 繁昭; 後藤 実; 大橋 弘史
Annals of Nuclear Energy, 168, p.108911_1 - 108911_7, 2022/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)中性子飛程の長い炉心に移動検出器を用いた出力分布測定システムを提案した。高温ガス炉と高速炉は、軽水炉とは異なり中性子飛程が長く、炉心の中心にある燃料集合体からの中性子が遠く離れた検出器に到達する。この特性を利用すると、X線CTと同様に、少ない検出器を移動することで出力分布を測定できる。小型炉の場合、出力分布は炉外検出器のみで測定できる。大型炉で炉内検出器で出力分布を測定する場合、材料健全性に関する温度環境など制約で検出器の配置が炉内位置で制限される場合でも測定が可能である。成立性に関しては、高温ガス炉炉心と検出器応答を数値的に模擬することにより確認した。本手法は、高温や照射による損傷が大きいため、炉心内検出器を継続的に配備することが困難な高温ガス炉と高速炉の炉心における出力分布測定に資することが期待できる。
柴田 裕司; 武内 伴照; 関 美沙紀; 柴田 晃; 中村 仁一; 井手 広史
JAEA-Data/Code 2021-018, 42 Pages, 2022/03
JAEA-Data-Code-2021-018.pdf:2.78MB
JAEA-Data-Code-2021-018-appendix(CD-ROM).zip:0.15MB
日本原子力研究開発機構大洗研究所に設置されている材料試験炉(Japan Materials Testing Reactor: JMTR)では過去30年以上、多様な原子炉材料や照射技術及び計測装置の開発が行われてきた。その中では自己出力型の中性子検出器(Self-Powered Neutron Detectors: SPNDs)やガンマ線検出器(Self-Powered Gamma Detectors: SPGDs)の開発も行われており、複数の研究成果が報告されている。しかし、それら成果のほとんどは検出器の開発に関する創意工夫と炉内照射試験、コバルト60によるガンマ線照射試験の結果を整理又は考察したものであり、検出器出力の理論的な解析及び評価はあまり行われてこなかった。そこで、これら自己出力型放射線検出器の理論的な評価を行うための準備として1974年にH.D. WarrenとN.H. Shahが著した論文『Neutron and Gamma-Ray Effects on Self-Powered In-Core Radiation Detectors』を基に数値計算コードの作成を行った。本稿は作成した数値計算コードの内容について報告を行うものである。
原賀 智子; 齋藤 伸吾*
分析化学, 70(12), p.671 - 679, 2021/12
放射性試料に含まれるランタノイド(Ln)イオンやアクチノイド(An)イオンの総量を簡便・迅速・安全に分析する手法として、キャピラリー電気泳動-レーザー励起蛍光検出法(CE-LIF)を用いた分析法を開発した。本論文では、CE-LIFで機能するLn及びAnイオン検出用蛍光プローブを開発し、プローブ錯体の効率的なCE分離のための動的三元錯体平衡反応を導入した例を紹介する。アミノカルボン酸錯形成部位と蛍光団及び両部位を接続するスペーサーから成る数種のプローブ分子の中で、Ln及びAnイオンを検出可能なものを探索し、使用済核燃料中Ndイオン検出、Am-Cmイオン間分離検出及び実放射性試料中UO
の特異的検出に成功した例について詳細に説明する。
宍戸 寛明*; 西村 和真*; Vu, TheDang*; 相澤 一也; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 曽山 和彦; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31(9), p.2400505_1 - 2400505_5, 2021/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Electrical & Electronic)中性子イメージングは、重金属に対する高透過性、軽元素に対する高感度、同位体と中性子との特異な核反応による同位体選択性などの中性子ビームの特徴を活かした非破壊検査の有力な手段の一つである。本研究では、超伝導検出器である電流バイアス運動インダクタンス検出器(CB-KID)を用いて、パルス中性子源を用いた飛行時間法による波長分解中性子イメージングを行った。遅延時間型CB-KIDを用いて、GdAl単結晶を成長させたGd-Al合金試料の中性子透過像を取得した。その結果、単結晶はAl-Gd合金全体に渡って、形状,分布ともに良好に観察することができた。また、中性子の波長0.03nm以上でGdによる特徴的な中性子の吸収を確認した。さらに、15m
12mという限られた検出面で、同位体と中性子の核反応によって生じる
Gd共鳴ディップを観測することができた。また、Gdの共鳴ディップを用いてGd選択的イメージングを行ったところ、中性子の波長幅が1pmという限られた範囲で、明確なGd核の元素選択イメージング像を取得することに成功した。
持丸 貴則*; 小泉 光生; 高橋 時音; 弘中 浩太; 木村 祥紀; 佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 山西 弘城*; 若林 源一郎*
第42回日本核物質管理学会年次大会会議論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/11
日本原子力研究開発機構では、文部科学省核セキュリティ強化等補助事業の下、大規模公共イベント等において、核・放射性物質を用いたテロ行為等を未然に防ぐため、イベント会場にそれらが持ち込まれた場合に迅速に検知するための技術・装置の開発を目的とし、広域における放射性物質検知技術開発を4年計画で進めている。本講演では、プロジェクトの概要を説明するとともに、技術開発の進捗状況を一部紹介する。
北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 鳥居 建男
Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 7(4), p.042006_1 - 042006_7, 2021/10
Gamma-ray imaging is a technique to visualize the spatial distribution of radioactive materials. Recently, gamma-ray imaging has been applied to research on decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) accident and environmental restoration, and active research has been conducted. This study is the elemental technology study of the new gamma-ray imager GISAS (Gamma-ray Imager using Small-Angle Scattering), which is assumed to be applied to the decommissioning site of FDNPS. GISAS consists of a set of directional gamma-ray detectors that do not require a shield. In this study, we investigated the feasibility of the shield free directional gamma-ray detector by simulation. The simulation result suggests that by measuring several keV of scattered electron energy by scatterer detector, gamma rays with ultra-small angle scattering could be selected. By using Compton scattering kinematics, a shield-free detector with directivity of about 10 could be feasible. By arranging the directional gamma-ray detectors in an array, it is expected to realize the GISAS, which is small, light, and capable of quantitative measurement.
中村 龍也; 藤 健太郎; 小泉 智克; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 海老根 守澄; 坂佐井 馨
Proceedings of 2020 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2020), Vol.1, p.483 - 484, 2021/09
J-PARCに設置されたSENJU回折計に増設するためのコンパクトな2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器では設置部の空間制約に対応するため、オリジナルと同様の有感面積(256256mm)とピクセル分解能(44mm)を保持しつつ、奥行き170mm(従来比40%減)へ再設計し製作した。また、新開発のコンパレータボードを装填することでPMT印加電圧の低減と計数均一性を改善した。4台製作した増設用検出器はいずれも検出効率50-60% (2
)、
Coガンマ感度110
、計数均一性3-6%であり良好な性能を有することを確認した。
雨森 道紘*; 土屋 晴文; Tibet AS
Collaboration*; 他111名*
Physical Review Letters, 127(3), p.031102_1 - 031102_6, 2021/07
被引用回数：18 パーセンタイル：87.51(Physics, Multidisciplinary)We report observations of gamma-ray emissions with energies in the 100-TeV energy region from the Cygnus region in our Galaxy. Two sources are significantly detected in the directions of the Cygnus OB1 and OB2 associations. Based on their positional coincidences, we associate one with a pulsar PSR J2032 + 4127 and the other mainly with a pulsar wind nebula PWN G75.2 + 0.1, with the pulsar moving away from its original birthplace situated around the centroid of the observed gamma-ray emission. This work would stimulate further studies of particle acceleration mechanisms at these gamma-ray sources.
雨森 道紘*; 土屋 晴文; Tibet AS Collaboration*; 他93名*
Nature Astronomy (Internet), 5(5), p.460 - 464, 2021/05
被引用回数：66 パーセンタイル：98.97(Astronomy & Astrophysics)Cosmic rays (protons and other atomic nuclei) are believed to gain energies of petaelectronvolts (PeV) and beyond at astrophysical particle accelerators called "PeVatrons" inside our Galaxy. Although a characteristic feature of a PeVatron is expected to be a hard gamma-ray energy spectrum that extends beyond 100 teraelectronvolts (TeV) without a cut-off, none of the currently known sources exhibit such a spectrum owing to the low maximum energy of accelerated cosmic rays or owing to insufficient detector sensitivity around 100 TeV. Here, we report the observation of gamma-ray emission from the supernova remnant G106.3+2.7 above 10 TeV. This work provides flux data points up to and above 100 TeV and indicates that the very-high-energy gamma-ray emission above 10 TeV is well correlated with a molecular cloud rather than with the pulsar PSR J2229+6114. Regarding the gamma-ray emission mechanism of G106.3+2.7, this morphological feature appears to favour a hadronic origin via the 
decay caused by accelerated relativistic protons over a leptonic origin via the inverse Compton scattering by relativistic electrons. Furthermore, we point out that an X-ray flux upper limit on the synchrotron spectrum would provide important information to firmly establish the hadronic scenario as the mechanism of particle acceleration at the source.
雨森 道紘*; 土屋 晴文; Tibet AS Collaboration*; 他93名*
Physical Review Letters, 126(14), p.141101_1 - 141101_7, 2021/04
被引用回数：119 パーセンタイル：99.57(Physics, Multidisciplinary)We report, for the first time, the long-awaited detection of diffuse gamma rays with energies between 100 TeV and 1 PeV in the Galactic disk. Particularly, all gamma rays above 398 TeV are observed apart from known TeV gamma-ray sources and compatible with expectations from the hadronic emission scenario in which gamma rays originate from the decay of 
's produced through the interaction of protons with the interstellar medium in the Galaxy. This is strong evidence that cosmic rays are accelerated beyond PeV energies in our Galaxy and spread over the Galactic disk.
和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 小高 裕和*; 古田 禄大; 土屋 晴文
Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 125(20), p.e2020JD033193_1 - e2020JD033193_17, 2020/10
被引用回数：3 パーセンタイル：15.82(Meteorology & Atmospheric Sciences)We report simulation results of photonuclear reactions in the atmosphere triggered by a downward terrestrial gamma-ray flash in lightning. Possible channels of reactions in the atmosphere and their cross sections are verified with the ENDF/B-VII.1 library. Monte-Carlo simulations with two stages are then performed with the Geant4 framework. In the first stage, electrons following the relativistic runaway electron avalanche spectrum are produced in a mass model of the atmosphere, and production of photoneutrons and 
-decay nuclei is calculated based on the nuclear data library. In total 1
neutrons and 4
-decay nuclei are produced by 
energetic electrons above 1 MeV. In the second stage, propagation of the photoneutrons and positrons from the -decay nuclei in the previous stage is calculated. As a result, we model on-ground distributions of fluxes and energy spectra for neutrons, neutron-related gamma rays, and annihilation ones. The simulation model is to be compared with photonuclear events detected in low-charge-center winter thunderstorms.
