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論文

Photonuclear reactions triggered by lightning discharge

榎戸 輝揚*; 和田 有希*; 古田 禄大*; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; 奥田 和史*; 牧島 一夫*; 佐藤 光輝*; 佐藤 陽祐*; 中野 俊男*; et al.

Nature, 551(7681), p.481 - 484, 2017/11

 被引用回数:26 パーセンタイル:4.38(Multidisciplinary Sciences)

Relativistic electrons accelerated by electric fields of lightnings and thunderclouds emit bremsstrahlung $$gamma$$ rays, which have been detected at ground observations. The energy of the $$gamma$$ rays is sufficiently high to potentially invoke atmospheric photonuclear reactions $$^{14}$$N($$gamma$$, n)$$^{13}$$N, which would produce neutrons and eventually positrons via $$beta^{+}$$ decay of generated unstable radioactive isotopes, especially $$^{13}$$N. However, no clear observational evidence for the reaction has been reported to date. Here we report the first detection of neutron and positron signals from lightning with a ground observation. During a thunderstorm on 6 February 2017 in Japan, an intense $$gamma$$-ray flash ($$<$$1 ms) was detected at our monitoring sites. The subsequent initial burst quickly subsided with an exponential decay constant of 40-60 ms, followed by a prolonged line emission at $$sim$$0.511MeV, lasting for a minute. The observed decay timescale and spectral cutoff at $$sim$$10 MeV of the initial emission are well explained with de-excitation $$gamma$$ rays from the nuclei excited by neutron capture. The centre energy of the prolonged line emission corresponds to the electron-positron annihilation, and hence is the conclusive indication of positrons produced after the lightning. Our detection of neutrons and positrons is unequivocal evidence that natural lightning triggers photonuclear reactions.

論文

$$^{77}$$Se($$gamma$$,n)断面積測定と$$^{79}$$Se(n,$$gamma$$)断面積の不確かさ評価

北谷 文人

核データニュース(インターネット), (114), p.44 - 49, 2016/06

$$^{79}$$Seは長寿命核分裂生成物(LLFP)の一つで、地層処分負荷軽減のために、短寿命核種・安定核種への核変換の対象である。この中性子捕獲反応断面積について不確かさを考慮したものを算出するために実施した研究についてレビューする。現時点では$$^{79}$$Seは、測定用試料の入手が困難で、断面積の直接測定ができない。そのため、この断面積は統計モデル計算等を用いて見積られている。しかし、現状では、計算値には不確かさが付与されていない不十分なものである。$$gamma$$線強度関数($$gamma$$SF)法を利用して不確かさを明らかにした$$^{79}$$Seの(n,$$gamma$$)断面積データを導出するため、$$^{76,78,80}$$Seの光核反応断面積に加え$$^{77}$$Seの光核反応断面積の測定を($$gamma$$,n)反応のしきい値から($$gamma$$,2n)反応のしきい値の領域で行った。これから得られた光核反応断面積を基に統計モデル計算での共通の物理量である$$gamma$$SFを求めた。求めた$$gamma$$SFを用いて$$^{79}$$Seの中性子捕獲反応断面積を統計モデルによって計算した。この結果、不確かさ$$pm$$26%を付加した$$^{79}$$Seの(n,$$gamma$$)断面積データを得ることができた。得られた$$^{79}$$Seの(n,$$gamma$$)断面積は、JENDL-4.0の1/3から1/4と大きく異なる値を得た。

論文

Evidence for p-process nucleosynthesis recorded at the solar system abundances

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

European Physical Journal A, 27(S1), p.123 - 128, 2006/03

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

ビックバンで、水素からリシウムまでの軽元素が生成された。より重い元素は、銀河系内に存在した、さまざまな恒星の中の核反応で生成され、星間物質に蓄積されていった。その中から、約46億年前に太陽系が誕生した。そのため、太陽組成には過去に行われた銀河系内の元素合成が記録されている。鉄より重い重元素の約99%は、2つの中性子捕獲反応過程で生成されたことが判明している。その一方で、中性子では生成できないp核と呼ばれる原子核が存在しており、過去50年間にわたり天体起源が研究されてきた。これまで提案された仮説は、高エネルギー宇宙線により破砕反応,中性子のX線バーストによる急速な陽子捕獲反応,超新星爆発の光核反応による生成,超新星爆発のニュートリノ反応による生成等である。われわれは、太陽組成から、このp核が、中性子で生成された種となる原子核から、超新星爆発のような膨大な光による光核反応で生成された証拠を発見した。

論文

Photodisintegration cross section measurements on $$^{186}$$W, $$^{187}$$Re and $$^{188}$$Os; Implications for the Re-Os cosmochronology

静間 俊行; 宇都宮 弘章*; Mohr, P.*; 早川 岳人; 後神 進史*; 牧永 あや乃*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; 太田 雅久*; 大垣 英明*; et al.

Physical Review C, 72(2), p.025808_1 - 025808_9, 2005/08

 被引用回数:34 パーセンタイル:10.78(Physics, Nuclear)

産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン$$gamma$$線を用いて、$$^{186}$$W, $$^{187}$$Re, $$^{188}$$Os核の光核反応実験を行い、中性子放出のしきい値エネルギー近傍の詳細な断面積を測定した。得られた実験データと核統計模型による計算値との比較を行い、良い一致が得られた。$$^{187}$$Os核には、励起エネルギー9.75keVに第一励起状態が存在しており、元素合成過程の高温状態下では、この状態が強く生成されていたと考えられる。そこで、今回得た光核反応$$^{188}$$Os($$gamma,n$$)の断面積データを用いて、$$^{187}$$Os第一励起状態からの中性子捕獲反応断面積の評価を行い、Re-Os宇宙時計に適用した。

論文

Photoneutron cross section measurements on $$^{186}$$W, $$^{187}$$Re and $$^{188}$$Os for cosmochronology

静間 俊行; 宇都宮 弘章*; 後神 進史*; Mohr, P.*; 早川 岳人; 牧永 あや乃*; 原 かおる*; 大垣 英明*; Lui, Y.-W.*; Goriely, S.*

Nuclear Physics A, 758, p.561c - 564c, 2005/07

産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン$$gamma$$線を用いて、$$^{186}$$W, $$^{187}$$Re, $$^{188}$$Os核に対する光核反応断面積の精密測定を行った。Hauser-Feshbach核統計模型に基づき、逆過程である$$^{185}$$W, $$^{186}$$Re及び$$^{187}$$Os核の中性子捕獲反応断面積を評価した。s過程分岐点核$$^{185}$$W, $$^{186}$$Re及び$$^{187}$$Osの第一励起状態からの中性子捕獲のs過程に対する寄与について明らかにした。さらに、この結果を、$$^{187}$$Re-$$^{187}$$Os宇宙時計に適用し、元素合成時からの年代について議論する。

論文

Scaling relations for the supernova $$gamma$$-process and the $$^{176}$$Lu nuclear cosmochronometer

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

Nuclear Physics A, 758, p.525c - 528c, 2005/07

太陽系に存在する重元素は、太陽系生成以前に存在した恒星の中で生成された。そのため、太陽系に存在する元素の同位体比(太陽組成)は、過去の元素生成を記録している。われわれは、太陽組成を分析して、p核と呼ばれる陽子過剰領域側に存在する安定同位体と、s核と呼ばれるベータ安定線に存在する安定同位体の比に、スケーリング則が存在することを発見した。これは、p核が、超新星爆発のような膨大な光が発生する環境下で、s核から光核反応で生成されたことを示す証拠である。これは、$$gamma$$過程と呼ばれる元素合成モデルと一致する。また、$$gamma$$過程において生成されるp核とs核の比が広い質量領域にわたって一定であるという$$gamma$$過程の普遍性を提案する。さらに、このスケーリング則を応用することで超新星爆発の新しい原子核宇宙時計を提案する。

論文

光核反応を用いる廃棄体中のウラン濃度検認法のモンテカルロコードによる概念検討

桜井 健; 小迫 和明*; 森 貴正

モンテカルロ計算法高度化の現状; 第3回モンテカルロシミュレーション研究会報文集, p.168 - 176, 2004/12

ウラン濃縮施設等からは、ウランを含む廃棄物(以下、「ウラン廃棄物」)が発生する。このうち、ウラン濃度が低い廃棄物については浅地中処分が可能とされている。放射性廃棄物の処分においては廃棄物にかかわる精度の高い放射能評価が必要となることから、ウラン廃棄物の浅地中処分等を進めるためには、検出感度が高くかつ迅速なウラン濃度の検認法の開発が不可欠となる。このため、本研究では光核反応を用いるウラン濃度の非破壊検認法の概念検討とこれに必要となる計算コードの作成を行った。まず、概念検討に用いるために、中性子・光子輸送計算モンテカルロコードMVPを改良し、光核反応とその結果発生する光中性子の輸送を取り扱う機能を付加した。このコード用の光核反応データライブラリーは、IAEA Photonuclear Data Library等を処理して作成した。次に、検認システムの概念検討は、金属のウラン廃棄物を溶融処理して作製される金属インゴットの廃棄物を対象として実施した。その結果、深地/浅地中処分の分別レベルをはるかに下回るクリアランスレベル相当のウラン濃度にも余裕を持つ検出限界が達成可能となる見込みを得た。

論文

Evidence for nucleosynthesis in the supernova $$gamma$$ process; Universal scaling for $$p$$-nuclei

早川 岳人; 岩本 信之; 静間 俊行; 梶野 敏貴*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*

Physical Review Letters, 93(16), p.161102_1 - 161102_4, 2004/10

 被引用回数:50 パーセンタイル:13.46(Physics, Multidisciplinary)

太陽系に存在している重元素は、太陽系生成以前に存在した恒星中の元素合成過程で生成された。そのため、太陽系の元素比・同位体比(太陽組成)は、過去の元素合成過程を記録している点で重要である。鉄より重たい重元素の約99%は、s核,r核と呼ばれ、中性子捕獲反応過程によって生成されたと考えられている。その一方で、陽子過剰領域側には小さい同位体比(0.1%から1%程度)を持つp核と呼ばれる原子核が存在しており、その起源は確定していない。われわれは、太陽組成の解析を行い、p核と、p核より中性子数が2個多いs核の同位体比に比例関係が存在する経験則を発見した。これは、$$gamma$$過程、すなわち膨大な光が発生する超新星爆発において、s核からp核が($$gamma$$,n)光核反応で生成されたことを示す証拠である。さらに、この経験則から、超新星爆発の環境に寄らない$$gamma$$過程の普遍性,銀河系の化学的進化に対して重要な新しいパラメーター,超新星爆発の原子核宇宙時計、の3つの新しい概念を提案する。

論文

$$s$$-process branching at $$^{185}$$W revised

Mohr, P.*; 静間 俊行; 植田 裕康*; 後神 進史*; 牧永 あや乃*; 原 かおる*; 早川 岳人; Lui, Y.-W.*; 大垣 英明*; 宇都宮 弘章*

Physical Review C, 69(3), p.032801_1 - 032801_4, 2004/03

 被引用回数:28 パーセンタイル:16.59(Physics, Nuclear)

逆反応過程を用いて、s過程の分岐点核である不安定核種$$^{185}$$Wの中性子捕獲反応断面積を評価した。$$^{186}$$Wの光核反応断面積の測定は、産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン$$gamma$$線を用いて行った。核統計模型から、$$s$$過程で重要な温度である$$kT=30$$keVにおいて、$$^{185}$$Wの中性子捕獲反応断面積として、$$sigma=553pm60$$mbを得た。この値は、従来のものよりも小さく、AGB星模型では、$$s$$過程において生成される$$^{186}$$Osの生成量が過大評価されることが明らかになった。

論文

Fundamental physics with an X-ray free electron laser

田島 俊樹

Plasma Physics Reports, 29(3), p.231 - 235, 2003/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:80.02(Physics, Fluids & Plasmas)

近年世界の色々の研究所で高エネルギー電子線を使った非常に輝度の高いコヒーレントなオングストローム波長帯のX線自由電子レーザーを作るための考察や計画が進んでいる。こうした第四世代光源の装置をうまく使うことで今までにない新しい応用が開かれてくる。これは、今までの放射光応用の領域(生物や物性)に加え、基礎物理の課題で今まで研究の緒につかなかったいくつかの先端領域が含まれる。例えば、光核反応,コヒーレント$$gamma$$線発生,非線型場理論の検証等である。これらについて考察を加える。

論文

Coherent $$phi$$ and $$omega$$ photoproduction from deuteron and non-diffractive channels

Titov, A. I.; 藤原 守; Lee, T.-S. H.*

Physical Review C, 66(2), p.022202_1 - 022202_5, 2002/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:41.59(Physics, Nuclear)

重水素を標的とするコーヒレント$$phi$$中間子,$$omega$$中間子生成においては、アイソベクトル型の性質を持つ$$pi$$中間子交換過程が少なくなる。この研究では(1)$$phi$$中間子発生における非回折チャンネル,(2)$$omega$$中間子発生における核子共鳴、をスピン観測量を通じて調べる可能性を検討した。

報告書

博士研究員による平成12年度研究概要報告

技術協力課*

JNC-TN1400 2001-011, 129 Pages, 2001/07

JNC-TN1400-2001-011.pdf:7.51MB

機構は、博士の学位をもった若手研究者に研究環境を提供し、人材育成を図るため、平成9年度から博士研究員制度を導入し、平成12年度で4年目を迎えた。同制度は、機構の先導的、基礎・基盤的な研究業務に関連して、独創性に富んだ若手研究者が2$$sim$$3年間の期間に機構の承認した自らの研究テーマを自主的に遂行し、研究者としての業績を得るとともに、機構の研究業務を効率的に推進することを目的としている。本報告書は、平成12年度に実施した博士研究員による16件の研究テーマ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、16件の研究テーマのうち、6件の研究テーマが平成12年度で終了した。

報告書

A Study on radiation shielding and safety analysis for synchrotron radiation beamline

浅野 芳裕

JAERI-Research 2001-006, 162 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-006.pdf:6.05MB

第3世代放射光施設の放射光ビームラインに対する遮蔽設計手法と安全解析手法について開発研究を行った。本研究では、極端に大強度でそのほとんどのエネルギーが数100keV以下の放射光に対する遮蔽安全解析の研究とビームラインに混入してくる非常にエネルギーの高い(数GeV)放射線に対する挙動解析研究より構成される。放射光に関する遮蔽研究では、放射光ビームライン遮蔽計算コード「STAC8」を開発した。このコードは再生効果や放射光の直線偏光による散乱も考慮できる。本コードの妥当性を検証するために、このコードとモンテカルロ計算コードEGS4との比較計算及びビームラインハッチ内線量分布の比較実験を行い、良い一致を得た。また、開発したコード「STAC8」を用いてそれまで意識されなかったグランドシャインを解明するとともに、もっとも有効と思われる対策を提示した。SPring-8で発生するガス制動放射線を正確にシミュレーションするための計算条件を提示し、タングステン酸鉛シンチレーターを用いて、SPring-8のビームラインに混入してくるガス制動放射線を高精度で測定した。その結果、蓄積電子のビーム発散角やビームサイズなどの電子ビーム蓄積状態との関係を得た。ガス制動放射線によって発生する光中性子による線量を、準重陽子発生及び$$pi$$中間子発生領域まで考慮して評価した。また、このガス制動放射線に付随して発生する光中性子をハッチ外の位置でスペクトル計測し、得られた線量とモンテカルロ計算結果と比較検証した。本研究で整備されたガス制動放射線とそれに付随する光中性子の解析手法を用いて、レーザー電子光ビームラインで問題となる高エネルギー光子と付随する光中性子に対する遮蔽解析を実施した。これらの研究結果から、第3世代放射光施設の放射光ビームラインにおける遮蔽設計手法が確立され、すばやく正確にハッチからの漏洩線量が評価できるようになった。

論文

Fluence to effective dose conversion coefficients for electrons from 1MeV to 100GeV

津田 修一; 遠藤 章; 山口 恭弘; 佐藤 理*

KEK Proceedings 2000-20, p.40 - 47, 2000/12

MIRD型数学人体模型と、電磁カスケード・モンテカルロコードEGS4を用いて、1MeVから100GeVまでの電子に対する、臓器線量及び実効線量換算係数を計算した。照射条件は前方、後方、側方、回転及び等方とし、入射電子の単位フルエンスあたりの臓器線量と実効線量を計算して、ほかのデータと比較、検討を行った。今回評価した光核反応の線量への影響を考慮に入れた、電子の換算係数に関する一連の研究のまとめを報告する。

報告書

ガンマ線分光法による核データ測定精度の高度化に関する研究

古高 和禎

JNC-TN8400 2000-028, 70 Pages, 2000/10

JNC-TN8400-2000-028.pdf:1.71MB

本報告は、著者が核燃料サイクル開発機構において、平成9年11月から平成12年10月までの期間に博士研究員として行った研究内容をまとめたものである。本報告は、二つの内容に分かれる。すなわち、一つは、熱中性子吸収断面積の測定の高度化に関する研究である。今一つは、HHS検出器を用いた光核反応断面積の微細構造測定の高度化に関する研究である。1)放射化法を用いた$$gamma$$線測定による熱中性子吸収断面積測定において、得られる結果の精度に影響を及ぼす主な要因には、$$gamma$$線収量の統計精度の他に(1)$$gamma$$線ピーク検出効率の校正精度、及び(2)$$gamma$$線放出率の精度があげられる。本研究では、高速三次元同時計測システムを作成することにより、(1)$$gamma$$線ピーク検出効率を精密に校正するための、$$gamma$$-$$gamma$$同時計測法を用いた標準$$gamma$$線源放射能の精密測定、及び(2)短寿命核の$$gamma$$線放出率の精密測定に用いるための、$$beta$$線検出器にプラスチックシンチレータを用いた$$beta$$-$$gamma$$同時計測法の開発及び、それを使用した100Tcの$$gamma$$線放出率の精密測定を行い、熱中性子吸収断面積測定の高度化を図った。2)熱中性子吸収断面積が小さい核種に対しては、巨大共鳴領域の$$gamma$$線を用いた光吸収反応による核変換が提案されている。光吸収反応による核変換を効率的に行うためには、光吸収断面積の入射$$gamma$$線エネルギー依存性を詳細に知る必要がある。本研究では、高分解能高エネルギー$$gamma$$線スペクトロメータ(HHS)を用いた光吸収断面積の微細構造測定をより精密で信頼できるものとするために、精密なモンテカルロシミュレーション計算を実施し、検出器の標準$$gamma$$線応答関数の整備を行った。

報告書

博士研究員による平成9年度及び平成10年度研究概要報告

技術協力課*

JNC-TN1400 2000-006, 68 Pages, 2000/07

JNC-TN1400-2000-006.pdf:2.18MB

機構は、博士の学位をもった若手研究者の人材育成を図るため、平成9年度から博士研究員制度を導入した。同制度は、機構の先導的、基礎・基盤的な研究業務に関連して、独創性に富んだ若手研究者から研究テーマを公募する。若手研究者には、1$$sim$$3年間の期間に機構の承認した自らの研究テーマを自主的に遂行し、研究者としての業績を得させるとともに、機構の研究業務を効率的に推進することを目的としている。本報告書は、平成9年度及び平成10年度に実施した博士研究員による研究テーマの実施結果についてその概要をまとめたものである。

報告書

博士研究員による平成11年度研究概要報告

技術協力課*

JNC-TN1400 2000-004, 0 Pages, 2000/07

JNC-TN1400-2000-004.pdf:4.27MB

機構は、博士の学位をもった若手研究者の人材育成を図るため、平成9年度から博士研究員制度を導入した。同制度は、平成11年度で3年目を迎え、当初の目的を達成し、研究を終了した博士研究員も出始めている。同制度は、機構の先導的、基礎・基盤的な研究業務に関連して、独創性に富んだ若手研究者が1$$sim$$3年間の期間に機構の承認した自らの研究テーマを自主的に遂行し、研究者としての業績を得るとともに、機構の研究業務を効率的に推進することを自的としている。本報告書は、平成11年度に実施した博士研究員による研究テーマ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、17件の研究テーマのうち、5件の研究テーマが平成11年度で終了した。

論文

Calculation of effective dose conversion coefficients for electrons

津田 修一; 遠藤 章; 山口 恭弘; 佐藤 理*

Proceedings of 10th International Congress of the International Radiation Protection Association (IRPA-10) (CD-ROM), 6 Pages, 2000/05

高エネルギー加速器施設の建設、利用に伴い、高エネルギー放射線に対する防護が重要となってきている。陽子、中性子等の線量換算係数については、幾つかのグループによって計算されているが、高エネルギー電子については、FLUKAコードを用いた、Ferrariらの計算に限られている。本研究では、MIRD型数学人体模型及び電磁カスケード計算コードEGS4を用いて、1MeVから100GeVまでの電子に対する単位フルエンスあたりの実効線量及び臓器線量を与える換算係数を、ICRP74に示された種々の入射条件について計算した。また、10MeV以上のエネルギー領域において線量に寄与すると考えられる、光核反応について評価し、Ferrariらの結果との比較を行った。

報告書

SPring-8におけるガス制動放射線の評価

浅野 芳裕

JAERI-Research 99-022, 28 Pages, 1999/03

JAERI-Research-99-022.pdf:1.12MB

第三世代大型放射光施設SPring-8のビームライン遮蔽安全上、重要な検討項目の一つである、蓄積リング内残留ガスと蓄積電子との相互作用によって発生する制動放射線について、電磁カスケードモンテカルロコードEGS4を用いて評価した。各々ガス制動放射線スペクトルと放出角度分布について、シミュレーション計算を行ううえで重要である、エレクトロンカットオフエネルギーやガス圧力依存性を検討し、SPring-8でのガス制動放射線シミュレーション計算条件を示した。また、発生したガス制動放射線を遮蔽するために必要な鉛遮蔽体の大きさを示した。ガス制動放射線はそのエネルギーが8GeVまで存在し、鉛遮蔽体のような厚い標的にあたると光核反応中性子を発生する。この光核反応中性子についても検討を行った。

報告書

技術説明資料

和田 幸男; 船坂 英之; 明珍 宗孝; 山本 和典; 原田 秀郎; 北谷 文人; 鈴木 政浩

PNC-TN8100 96-005, 16 Pages, 1996/01

PNC-TN8100-96-005.pdf:1.6MB

本資料は、先端技術開発室で現在実施している各種研究の内容と成果の概要および計画をまとめたものである。なお、各研究項目については、各々、投稿論文および社内報告資料として詳細に報告がなされているので、本資料はそれをダイジェスト版的にまとめたものである。

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