Measurement of 107-MeV proton-induced double-differential thick target neutron yields for Fe, Pb, and Bi using a fixed-field alternating gradient accelerator at Kyoto University

岩元 大樹; 中野 敬太; 明午 伸一郎; 佐藤 大樹; 岩元 洋介; 杉原 健太; 西尾 勝久; 石 禎浩*; 上杉 智教*; 栗山 靖敏*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(4), p.435 - 449, 2023/04

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2115423

加速器駆動核変換システム(ADS)の研究開発及び京都大学臨界実験装置(KUCA)におけるADS未臨界炉物理の基礎研究を目的として、固定磁場強収束(FFAG)加速器を用いて107MeV陽子による鉄、鉛及びビスマス標的に対する二重微分中性子収量(TTNY)を測定した。TTNYは8個の中性子検出器(各検出器は小型のNE213液体有機シンチレータと光電子増倍管より構成される)からなる中性子検出器システムを用いて飛行時間法により得られたものである。測定で得られたTTNYを、粒子・重イオン輸送コードシステム(PHITS)に組み込まれたモンテカルロ法に基づく核破砕反応モデル(INCL4.6/GEM, Bertini/GEM, JQMD/GEM, JQMD/SMM/GEM)及び評価済み高エネルギー核データライブラリ(JENDL-4.0/HE)による計算結果と比較した。JENDL-4.0/HEを含む比較対象のモデルは、検出器角度5度における高エネルギーピークを再現しないなどの特徴的な不一致が見られた。測定で得られたTTNYとPHITSによって評価した20MeV以下のエネルギー及び角度積分中性子収率を比較した結果、INCL4.6/GEMがKUCAにおけるADS炉物理実験のモンテカルロ輸送シミュレーションに適していることが示された。

Nondestructive quantitative analysis of difficult-to-measure radionuclides Pd and Tc

藤 暢輔; 瀬川 麻里子; 前田 亮; 常山 正幸*; 木村 敦; 中村 詔司; 遠藤 駿典; 海老原 充*

Analytical Chemistry, 93(28), p.9771 - 9777, 2021/07

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c01233

Considering the expanding demand for nuclear waste management of the spent nuclear fuel materials in near future, a non-destructive analytical scheme applicable to the most difficult-to-measure nuclide of Pd, which emits no decay gamma-rays and whose half-life is too long to be decayed out during a human lifetime, was designed. The scheme consists of a sophisticated instrument capable of the detection of gamma-rays by Ge detectors coupled with time-of-flight measurement of neutrons and a high-intensity pulsed neutron beam, and can simultaneously perform TOF-coupled prompt gamma-ray analysis (TOF-PGA) as well as PGA and NRCA. An analytical capability was evaluated by applying to simulated samples of the Tc-platinum group metals (Tc-PGMs) obtained by the group partitioning process of spent nuclear fuels, which contain not only Pd but also Tc and another difficult-to-measure fission product. It was confirmed that, although PGA and NRCA could accurately analyze both nuclides in individual single substances, only TOF-PGA can analyze Pd as well as Tc in the Tc-PGMs simulated sample. The TOF-PGA measurement technique can be widely used for the non-destructive analysis of Pd and Tc in nuclear wastes.

Neutron emission spectrum from gold excited with 16.6 MeV linearly polarized monoenergetic photons

桐原 陽一; 中島 宏; 佐波 俊哉*; 波戸 芳仁*; 糸賀 俊朗*; 宮本 修治*; 武元 亮頼*; 山口 将志*; 浅野 芳裕*

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(4), p.444 - 456, 2020/04

https://doi.org/10.1080/00223131.2019.1691073

兵庫県立大学ニュースバル放射光施設ビームラインBL01において、MeVの単色直線偏光光子ビームをAuへ照射したときの中性子放出スペクトルを、飛行時間法により測定した。これより光核反応によって生成される2成分の中性子スペクトルを測定した。このうちの1つ成分(A)は、4MeVまでのエネルギーであり蒸発に類似したスペクトル形状を示した。もう一方の成分(B)は、4MeV以上のエネルギーでありバンプに類似したスペクトル形状を示した。中性子の放出強度において、成分(A)は角度依存は見られなかったが、成分(B)は偏光と検出器方向を成す角度の関数として、の関係を示すことがわかった。

Measurement of the isomer production ratio for the Cd()Cd reaction using neutron beams at J-PARC

早川 岳人*; 藤 暢輔; Huang, M.; 静間 俊行*; 木村 敦; 中村 詔司; 原田 秀郎; 岩本 信之; 千葉 敏*; 梶野 敏貴*

Physical Review C, 94(5), p.055803_1 - 055803_6, 2016/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.94.055803

The astrophysical origin of a rare isotope Sn has remained still an open question. An isomer (=14.1 y) in Cd is an s-process branching point from which a nucleosynthesis flow reaches to Sn. The -process abundance of Sn depends on the isomer production ratio in the Cd()Cd reaction. However, the ratio has not been measured in an energy region higher than the thermal energy. We have measured rays following neutron capture reactions on Cd using two cluster HPGe detectors in conjunction with a time-of-flight method at J-PARC. We have obtained the result that the relative -ray intensity ratio of the isomer is almost constant in an energy region of up to 5 keV. This result suggests that the -process contribution to the solar abundance of Sn is negligibly small. We have found that the ratio of a resonance at 737 eV shows about 1.5 times higher than other ratios. This enhancement can be explained by a -wave neutron capture. This result suggests measurements of decay rays to isomers are effective to assign the spin and parity for neutron capture resonances.

鉛スペクトロメータを用いたテクネシウム-99の中性子捕獲断面積測定の予備検討

小林 捷平*

JNC TJ9400 2000-009, 63 Pages, 2000/02

JNC-TJ9400-2000-009.pdf:2.48MB

本研究の前半では、長半減期を有する核分裂生成物(FP)の代表的核種であるTc-99について、まず、中性子核データの現状、評価済核データについて調査を行った。次に、京都大学原子炉実験所の電子線型加速器と組み合わせて付設されている京都大学鉛スペクトロメータ(KULS)を用いて、99Tc(n,)100Tc反応断面積を熱中性子から1keVのエネルギー領域において測定した。中性子捕獲によって放出される即発ガンマ線は、アルゴンガス入り比例計数管を用いて測定した。入射中性子束/スペクトルの測定はBF3比例計数管によって行い、捕獲断面積の絶対値は10B(n,)反応によって求めた相対測定値をTc-99の熱中性子断面積に規格化した。Tc-99試料に対する中性子自己遮蔽効果は、MCNPコードを用いた計算によって補正した。Chouらが鉛スペクトロメータを用いて測定したTc-99の中性子捕獲断面積は、本測定値より全体に高いがエネルギー依存性はよく一致している。ENDF/B-VI、JENDL-3.2の評価済核データは、5.6、20eV共鳴領域及び数100keV以上で高くなっている。本研究の後半では、鉛スペクトロメータの原理とその構築、諸特性についてまとめた。中でも、KULSの特性として(1)中性子減速時間t(s)とエネルギーE(keV)の関係(ビスマス孔:E=190/tの2乗、鉛孔:E=156/tの2乗)及び(2)エネルギー分解能(ビスマス孔、鉛孔共に約40%)に関しては共鳴フィルターを用いて実験的に求め、(3)飛行時間分析法によってKULS体系中の中性子スペクトルを測定した。一方、MCNPコードを用いてKULSの諸特性を計算した結果、全体に実験値とよい一致を示した。

共鳴イオン化生成プラズマから高周波電圧印加により引き出したイオンのエネルギー

柴田 猛順; 小倉 浩一

JAERI-Research 99-008, 10 Pages, 1999/02

JAERI-Research-99-008.pdf:0.86MB

共鳴イオン化により生成したネオジムプラズマに高周波電圧を印加して、イオンを引き出し、そのエネルギーを飛行時間法により測定した。回収電極に2MHz、振幅140Vの高周波電圧を印加したときのイオンエネルギーは54~65eVで、この値は高周波平行平板放電の解析値とほぼ一致した。これにより、原子法レーザー同位体分離で、高周波電圧印加により回収時間を短くできるだけでなく、回収イオンのエネルギーも低くできることが確認できた。

MA核種の高速中性子核分裂断面積の測定

平川 直弘*

PNC TJ9601 98-002, 115 Pages, 1998/03

PNC-TJ9601-98-002.pdf:2.57MB

新しい核燃料サイクルの一つとして考えられているアクチニドリサイクルにおいては、炉心燃料にマイナーアクチニド(MA:Np,Am等)を比較的多く含有することとなるため、これらMAの高速炉の炉心特性への影響を精度良く評価することが不可欠となる。そのためには、正確なMAの核反応断面積が必要である。そこで本研究ではMA核種の高速中性子微分核分裂断面積の測定を実施した。本研究では、まず、高精度で高時間分解能を持つ測定手法の開発を行った。本研究で開発したあるいは実験的な改良を加えたものは以下の通りである。(1)密封型核分裂計数管の開発、(2)Li中性子発生ターゲットの高強度化、(3)飛行時間系測定回路の高時間分解能化、(4)高質量のMA(Np237,Am241,Am243)試料の導入と(5)高純度のウラン試料の導入である。これらの改良された測定装置並びに試料を用いて、本研究では、まず、Np237に対する核分裂断面積測定を実施し、10-100keVの中性子エネルギー領域に対するNp237の核分裂断面積を測定した。さらに、Am241及びAm243については、kt=25.3keVのMaxwell分布を持つ中性子スペクトル平均の核分裂断面積を測定した。

Application of the time-of-flight technique to pressure measurements in XHV by a quadrupole mass spectrometer

荻原 徳男; 三代 康彦; 上田 泰照*

Vacuum, 47(6-8), p.575 - 578, 1996/00

https://doi.org/10.1016/0042-207X(96)00023-1

我々はSpindt型の電界放出電子源(FEA)を用いた四重極質量分析計を開発し、超高・極高真空の測定を行ってきた。従来の熱フィラメント使用時に比べて、イオン源周辺部からのガス放出量を10%以下に低減することができた。しかしながら、気相中の気体からのイオンと真空容器表面から電子衝撃脱離(ESD)によって生ずるイオンとが区別できないことにより真の分圧組成を知ることが困難であるという問題が残されていた。これに対して、ESDイオンが約5eV以上の初期エネルギーを有する一方、気相を起源とするイオンの初期エネルギーは無視しうる程小さいことを用いて、FEAから引き出す電子ビームをパルス化する飛行時間法を応用し、これらのイオンを時間的に分離し独立に測定することを可能とした。これにより気相を起源とするイオンのみの測定が可能となり、真の分圧組成を知ることができる。

レーザー共鳴イオン化生成プラズマからの回収イオンエネルギーの飛行時間法による測定

相島 幸則*; 池畑 隆*; 真瀬 寛*; 小倉 浩一; 柴田 猛順

JAERI-M 94-056, 11 Pages, 1994/03

JAERI-M-94-056.pdf:0.47MB

レーザーの共鳴イオン化生成ネオジムプラズマから、電極に正負の電圧を印加してイオンを回収した。回収イオンのエネルギーを、負電極側に設けたゲート電極を用いた飛行時間法により、イオン回収の開始時から終了までの任意の時間で測定できるようにした。平行平板電極にV(V)の電圧を印加した場合イオン回収の開始時から終了まで常にイオンのエネルギーがV(eV)になっていることが確認された。今後、本測定手法を細線電圧印加や高周波電圧印加等の効率的イオン回収時の回収イオンエネルギー測定に用いる予定である。

飛行時間法を用いた静電場イオン回収時のイオンエネルギー測定

小倉 浩一; 柴田 猛順

JAERI-M 93-099, 12 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-099.pdf:0.53MB

平行平板電極間のガドリニウム原子をパルスレーザー光でイオン化し、これを電極間に印加する静電場によりイオンを負電極に回収した。このとき負電極に回収されるイオンのエネルギーを飛行時間法で測定した。平行平板電極にV(V)の電圧を印加すると、生成イオン密度が高い場合、プラズマが残り、そのポテンシャルは正電極電位と等しく回収イオンエネルギーはV(eV)となること、また、生成イオン密度が低い場合は電極間のポテンシャルは、イオン生成のない場合とほとんど同じで回収イオンエネルギーは1/2V(eV)であることが確かめられた。イオンのある場所のポテンシャルは高密度領域から低密度領域へ連続的に遷移し、その遷移点でのイオン密度は印加電圧V(V)に比例する。この値は簡単な一次元モデルでも容易に推定できることがわかった。