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論文

Validation of the multinucleon transfer method for the determination of the fission barrier height

Kean, K. R.; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Vermeulen, M. J.; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; Andreyev, A.; Tsekhanovich, I.*; 千葉 敏*

Physical Review C, 100(1), p.014611_1 - 014611_6, 2019/07

The validity of the multinucleon transfer (MNT) approach for deduction of fission barrier heights was investigated in an experiment carried out at the JAEA tandem accelerator facility. By using the $$^{18}$$O+$$^{237}$$Np reaction, fission barrier heights were inferred from fission probabilities of the nuclei $$^{239}$$Np and $$^{239,240}$$Pu produced in the $$2n$$ and $$pn/p2n$$ transfer channels, respectively. The deduced values of fission barriers agree well with the literature data, thus demonstrating the potential of the MNT reactions for obtaining fission-barrier data for nuclei not accessible for fission studies via neutron- or light charged particle-induced reactions.

論文

Origin of the dramatic change of fission mode in fermium isotopes investigated using Langevin equations

宮本 裕也*; 有友 嘉浩*; 田中 翔也; 廣瀬 健太郎; 西尾 勝久

Physical Review C, 99(5), p.051601_1 - 051601_7, 2019/05

The fission of even-even fermium nuclides $$^{250-260}$$Fm at low excitation energy was studied using Langevin equations of three-dimensional nuclear-shape parametrization. The mass distributions of fission fragments show a dramatic change from an asymmetric shape for the lighter fermium isotopes to sharp symmetric fission for the heavier isotopes. The time evolution of the nuclear shape on the potential surface reveals that the lighter fermium isotopes showing asymmetric fission are trapped in the second minimum for a substantial length of time before overcoming the second saddle point. This behavior changes dramatically for the compact symmetric fission found in the heavier neutron-rich fermium nuclei that disintegrate immediately after overcoming the first saddle point, without feeling the second barrier, resulting in a fission time two orders of magnitude shorter.

論文

Observation of the competing fission modes in $$^{178}$$Pt

Tsekhanovich, I.*; Andreyev, A.; 西尾 勝久; Denis-Petit, D.*; 廣瀬 健太郎; 牧井 宏之; Matheson, Z.*; 森本 幸司*; 森田 浩介*; Nazarewicz, W.*; et al.

Physics Letters B, 790, p.583 - 588, 2019/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:14.11(Astronomy & Astrophysics)

Fragment mass distributions from fission of the excited compound nucleus $$^{178}$$Pt have been deduced from the measured fragment velocities. The $$^{178}$$Pt nucleus was created at the JAEA tandem facility in a complete fusion reaction $$^{36}$$Ar+$$^{142}$$Nd, at beam energies of 155, 170 and 180 MeV. The data are indicative of a mixture of the mass-asymmetric and mass-symmetric fission modes associated with higher and lower total kinetic energies of the fragments, respectively. The measured fragment yields are dominated by asymmetric mass splits, with the symmetric mode contributing at the level of $$approx$$ 1/3. This constitutes the first observation of a multimodal fission in the sub-lead region. Most probable experimental fragment-mass split of the asymmetric mode, $$A_{rm L}$$/$$A_{rm H}$$ $$approx$$ 79/99, is well reproduced by nuclear density functional theory using the UNEDF1-HFB and D1S potentials. The symmetric mode is associated by theory with very elongated fission fragments, which is consistent with the observed total kinetic energy/fragment mass correlation.

論文

A New detector system for the measurement of high-energy prompt $$gamma$$-rays for low-energy neutron induced fission

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.*; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; A$"i$che, M.*; Astier, A.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 906, p.88 - 96, 2018/10

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

中性子誘起核分裂における即発高エネルギー$$gamma$$線を観測するための新しい測定システムの開発を行った。測定システムは核分裂片を観測するための多芯線比例計数管と$$gamma$$線測定用のLaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータから構成される。開発したシステムを仏国ラウエ・ランジュバン研究所にある高中性子束炉のPF1Bコースに設置して、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂における即発$$gamma$$線を行った。測定ではエネルギー最大20MeVまでの$$gamma$$線スペクトルの観測に成功し、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂において非常に高いエネルギーの$$gamma$$線が放出されていることを確認した。

論文

Role of breakup processes in deuteron-induced spallation reactions at 100-200 MeV/nucleon

中山 梓介; 古立 直也; 岩本 修; 渡辺 幸信*

Physical Review C, 98(4), p.044606_1 - 044606_8, 2018/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:49.68(Physics, Nuclear)

近年、長寿命核分裂生成物(LLFP)の核変換処理に中高エネルギーにおける重陽子入射核破砕反応を利用することが提案されている。重陽子ビームを用いた核変換システムの設計研究のためには、LLFPに対する精度の良い重陽子入射反応断面積のデータが不可欠である。本研究では、核子当たり100-200MeVでの$$^{93}$$Zrおよび$$^{107}$$Pdに対する重陽子入射反応からの残留核生成断面積を、分解過程を明示的に考慮した計算コードDEURACSで計算した。その結果、計算値は実験データを定量的に良く再現した。また、成分に分けた解析から、非弾性分解後の核子吸収過程が残留核生成に大きな寄与を果たしていることがわかった。こうした結果は、重陽子入射反応における残留核生成の精度の良い予測のためには分解過程を考慮することが本質的に重要であることを強く示すものである。

論文

First accurate normalization of the $$beta$$-delayed $$alpha$$ decay of $$^{16}$$N and implications for the $$^{12}$$C($$alpha$$,$$gamma$$)$$^{16}$$O astrophysical reaction rate

Kirsebom, O. S.*; Tengblad, O.*; Andreyev, A.; 他41名*

Physical Review Letters, 121(14), p.142701_1 - 142701_6, 2018/10

The $$^{12}$$C($$alpha$$,$$gamma$$)$$^{16}$$O reaction plays a central role in astrophysics, but its cross section at energies relevant for astrophysical applications is only poorly constrained by laboratory data. The reduced $$alpha$$ width, $$gamma_{rm 11}$$, of the bound 1$$^{-}$$ level in $$^{16}$$O is particularly important to determine the cross section. The magnitude of $$gamma_{11}$$ is determined via sub-Coulomb $$alpha$$-transfer reactions or the $$beta$$-delayed $$alpha$$ decay of $$^{16}$$N, but the latter approach is presently hampered by the lack of sufficiently precise data on the $$beta$$-decay branching ratios. Here we report improved branching ratios for the bound 1$$^{-}$$ level ($$b_{beta,11}$$) and for $$beta$$-delayed $$alpha$$ emission ($$b_{beta alpha}$$). Our value for $$b_{beta alpha}$$ is 33 $$%$$ larger than previously held, leading to a substantial increase in $$gamma_{11}$$. Our revised value for $$gamma_{11}$$ is in good agreement with the value obtained in $$alpha$$-transfer studies and the weighted average of the two gives a robust and precise determination of $$gamma_{11}$$, which provides significantly improved constraints on the $$^{12}$$C($$alpha$$,$$gamma$$)$$^{16}$$O cross section in the energy range relevant to hydro static He burning.

論文

Release and transport behaviors of non-gamma-emitting fission products and actinides in steam and hydrogen atmospheres

三輪 周平; Ducros, G.*; Hanus, E.*; Bottomley, P. D. W.*; Van Winckel, S.*; 逢坂 正彦

Nuclear Engineering and Design, 326, p.143 - 149, 2018/01

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

水蒸気及び水素雰囲気下での非$$gamma$$線放出核種の核分裂生成物(FP)及びアクチニド13核種の放出移行挙動を、FP放出移行実験VERCORSにおける沈着物の化学分析結果に基づいて評価した。化学平衡計算による化学形態を考慮して放出移行挙動を評価した結果、ストロンチウムの放出は水素雰囲気で促進され、一部は低温領域まで移行していくこと、ウランの放出は水蒸気雰囲気で促進される一方で、高温領域に留まること等、新規な知見を得た。

論文

Nuclear fission; A Review of experimental advances and phenomenology

Andreyev, A.; 西尾 勝久; Schmidt, K.-H.*

Reports on Progress in Physics, 81(1), p.016301_1 - 016301_61, 2018/01

 被引用回数:20 パーセンタイル:4.68(Physics, Multidisciplinary)

In the last two decades, through technological, experimental and theoretical advances, the situation in experimental fission studies has changed dramatically. With the use of advanced production and detection techniques both much more detailed and precise information can now be obtained for the traditional regions of fission research and, crucially, new regions of nuclei have become routinely accessible for fission studies. This work first of all reviews the recent developments in experimental fission techniques, in particular the resurgence of transfer-induced fission reactions with light and heavy ions, the emerging use of inverse-kinematic approaches, both at Coulomb and relativistic energies, and of fission studies with radioactive beams. The emphasis on the fission-fragment mass and charge distributions will be made in this work, though some of the other fission observables, such as prompt neutron and $$gamma$$-ray emission will also be reviewed. The review will conclude with the discussion of the new experimental fission facilities which are presently being brought into operation, along with promising "next-generation" fission approaches, which might become available within the next decade.

論文

核データ研究の最前線; たゆまざる真値の追及、そして新たなニーズへ応える為に,3; 核分裂データの最前線; 実験と理論

西尾 勝久; 千葉 敏*

日本原子力学会誌, 59(12), p.717 - 721, 2017/12

核分裂は原子力エネルギー利用の基礎となる現象であるが、その複雑さのため質および量ともに限られた実験データを現象論によって記述し、核データとして利用されるにとどまっていた。近年、新規の実験技術確立に加え高性能計算機を活かした理論計算に大きな進展があったので、最新成果を見ながら議論する。

論文

Four-dimensional Langevin approach to low-energy nuclear fission of $$^{236}$$U

石塚 知香子*; Usang, M. D.*; Ivanyuk, F. A.*; Maruhn, J. A.*; 西尾 勝久; 千葉 敏

Physical Review C, 96(6), p.064616_1 - 064616_9, 2017/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:8.11(Physics, Nuclear)

We developed a four-dimensional (4D) Langevin model, which can treat the deformation of each fragment independently and applied it to low-energy fission of $$^{236}$$U, the compound system of the reaction n + $$^{235}$$U. The potential energy is calculated with the deformed two-center Woods-Saxon (TCWS) and the Nilsson-type potential with the microscopic energy corrections following the Strutinsky method and BCS pairing. The transport coefficients are calculated by macroscopic prescriptions. It turned out that the deformation for the light and heavy fragments behaves differently, showing a sawtooth structure similar to that of the neutron multiplicities of the individual fragments $$nu$$(A). Furthermore, the measured total kinetic energy TKE(A) and its standard deviation are reproduced fairly well by the 4D Langevin model based on the TCWS potential in addition to the fission fragment mass distributions. The developed model allows a multi-parametric correlation analysis among, e.g., the three key fission observables, mass, TKE, and neutron multiplicity, which should be essential to elucidate several longstanding open problems in fission such as the sharing of the excitation energy between the fragments.

論文

Role of multichance fission in the description of fission-fragment mass distributions at high energies

廣瀬 健太郎; 西尾 勝久; 田中 翔也*; L$'e$guillon, R.*; 牧井 宏之; 西中 一朗*; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; Vermeulen, M. J.; et al.

Physical Review Letters, 119(22), p.222501_1 - 222501_6, 2017/12

 被引用回数:12 パーセンタイル:11.2(Physics, Multidisciplinary)

JAEAタンデム加速器施設で行った$$^{18}$$O+$$^{238}$$U反応における多核子移行チャンネルを用いた実験により、$$^{237-240}$$U, $$^{239-242}$$Np、および$$^{241-244}$$Puの核分裂質量分布を励起エネルギー10$$sim$$60MeVにおいて測定した。これらのうち、$$^{240}$$U, $$^{240,241,242}$$Npのデータは本実験により初めて観測された。原子核の殻効果の減衰によって対称分裂すると予想されていた高励起エネルギーにおいても、質量分布が非対称を示すことがわかった。搖動散逸定理に基づく動力学モデル計算との比較から、この振る舞いはマルチチャンス核分裂によるものであることを明らかにした。

論文

Study of fission using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Vermeulen, M. J.; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 佐藤 哲也; 永目 諭一郎; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 163, p.00041_1 - 00041_6, 2017/11

 パーセンタイル:100

We are promoting a study of fission using multi-nucleon transfer (MNT) reactions, where excited states in neutron-rich actinide nuclei, which cannot be accessed by particle capture and/or fusion reactions, are populated. Also, the excited states in the fissioning nucleus are widely populated by the MNT reactions, from which effects of excitation energy on fission properties can be investigated. Experiments were carried out at the JAEA tandem facility in Tokai, Japan. We studied reactions using the $$^{18}$$O beam and several actinide target nuclei such as $$^{232}$$Th, $$^{238}$$U, $$^{237}$$Np, $$^{248}$$Cm. Ejectile nucleus was identified by a silicon $$Delta$$E-E telescope to identify transfer channel and hence the compound nucleus. Fission fragments were detected by multi-wire proportional counters, and fission fragment mass distributions (FFMDs) were measured for each isotope. Measured FFMDs are reproduced by a calculation based on the fluctuation-dissipation model, and importance of multi-chance fission concept is investigated. Fission fragment angular distribution relative to the recoil direction suggested the increase of the spin of the fissioning nucleus with the number of transferred nucleons.

論文

Estimation of $$Delta$$${it R}$/${it R}$ values by benchmark study of the M$"o$ssbauer Isomer shifts for Ru, Os complexes using relativistic DFT calculations

金子 政志; 安原 大樹*; 宮下 直*; 中島 覚*

Hyperfine Interactions, 238(1), p.36_1 - 36_9, 2017/11

AA2016-0447.pdf:0.46MB

 パーセンタイル:100

Ru, Os錯体の結合状態に対する密度汎関数計算の妥当性を評価することを目的として、$$^{99}$$Ru, $$^{189}$$Osのメスバウアー異性体シフト実験値を用いて理論計算手法のベンチマークを行った。結果、Ru錯体およびOs錯体の原子核位置での電子密度の計算値はメスバウアー異性体シフト実験値とよく相関した。

論文

Method to reduce long-lived fission products by nuclear transmutations with fast spectrum reactors

千葉 敏*; 若林 利男*; 舘 義昭; 高木 直行*; 寺島 敦仁*; 奥村 森*; 吉田 正*

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.13961_1 - 13961_10, 2017/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:42.02(Multidisciplinary Sciences)

放射性廃棄物の課題を克服するため、高速炉中性子を利用した6種の長寿命核分裂生成物を元素分離で核変換する技術の開発を進めている。効果的かつ効率的な核変換のため、重水素化イットリウムを減速材としたシステムを考案した。モンテカルロコードMVP-II/MVP-BURNを使った核変換率とサポートファクタの評価を行った。高速炉炉心のブランケット領域および反射体領域に重水素化イットリウムと装荷した場合、すべての核種の実効半減期が10$$^{6}$$から10$$^{2}$$へ劇的に低減し、サポートファクタも1を上回ることが確認できた。この高速中性子を利用した核変換システムは放射性廃棄物の低減に大きく貢献する。

論文

Experimental fission study using multi-nucleon transfer reactions

西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; L$'e$guillon, R.*; 牧井 宏之; Orlandi, R.; 塚田 和明; Smallcombe, J.*; 千葉 敏*; 有友 嘉浩*; 田中 翔也*; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.04009_1 - 04009_6, 2017/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:4.05

The objective of this work is to extend fission data for actinide nuclei not investigated so far in order to understand the fission mechanism, especially for neutron-rich nuclei. Multi-nucleon transfer reactions were used to populate the compound nuclei which cannot be accessed by particle capture or fusion reactions. The experiment was carried out at the tandem facility of Japan Atomic Energy Agency. In the multi-nucleon transfer reactions using $$^{18}$$O beam, a wide variety of nuclei around a target nucleus was produced. By identifying transfer channels, fission data of nuclei more than fifteen compound nuclei were generated in one experiment. Another feature of transfer reaction is that the excitation energies of a compound nucleus can be populated continuously from the ground state up to several tens MeV, allowing us to study the excitation energy dependence of fission properties. From the excitation function of fission probabilities, fission-barrier heights of neutron-rich actinide nuclei were obtained. Experiments were carried out in the reactions of $$^{18}$$O + $$^{238}$$U, $$^{232}$$Th, $$^{248}$$Cm, $$^{237}$$Np. The obtained fission fragment mass distributions were reproduced by a model calculation based on a fluctuation dissipation model.

論文

準核分裂過程と超重元素の合成

西尾 勝久

原子核研究, 62(1), p.89 - 94, 2017/09

超重元素の生成断面積は極めて小さいため、生成断面積の絶対値とその励起関数を少しでも正確に予測することが元素合成の戦略をたてる上で重要である。ここでは、超重元素の生成断面を決める要因の一つとなっている"融合確率"、すなわち反応を起こす2つの重原子核が接触してから複合核を生成する確率を決定する方法について議論する。

論文

長寿命核種の分離変換技術の現状,1; 分離変換の意義と分離変換システム

湊 和生; 辻本 和文; 田辺 博三*; 藤村 幸治*

日本原子力学会誌, 59(8), p.475 - 479, 2017/08

本稿は、日本原子力学会「放射性廃棄物の分離変換」研究専門委員会において、国内外における分離変換技術や関連する技術の研究開発状況について調査・分析してきた結果を基に、長寿命核種の分離変換技術の現状について、4回に分けて紹介するものである。第1回にあたる本稿では、分離変換の意義は何であるのかを解説するとともに、分離変換を効果的・効率的に行うために研究開発が進められている分離変換のシステムについて解説する。分離変換の意義については、放射性廃棄物を経口摂取した場合の被ばく線量で定義される潜在的有害度低減の観点から、使用済み燃料の潜在的有害度が原料とした天然ウランの潜在的有害度を下回るまでに要する時間はおよそ10万年であるが、再処理後は約1万年、分離変換後は数百年まで短縮されることを示した。また、潜在的な吸入摂取毒性の低減にはMAの分離変換の効果が顕著であることから、数十万年の超長期にわたる人間活動や地殻変動の予測等に相当の不確実性が伴うことから、分離変換は処分場影響の不確実性低減にも寄与すると考えられることを示した。分離変換システムについては、総合的なシステムとして分離変換技術を捉えた場合、比較的有望な概念として考えられている発電用の高速炉を用いたシステム(高速炉利用型)と核変換専用の小規模な燃料サイクルを商用発電サイクルに付加したシステム(階層型)を紹介するとともに、プルトニウムや核分裂生成物を核変換対象とするその他のシステムも紹介した。

論文

Simultaneous measurement of neutron-induced fission and capture cross sections for $$^{241}$$Am at neutron energies below fission threshold

廣瀬 健太郎; 西尾 勝久; 牧井 宏之; 西中 一朗*; 太田 周也*; 永山 達郎*; 田村 信行*; 後藤 真一*; Andreyev, A.; Vermeulen, M. J.; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 856, p.133 - 138, 2017/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:27.27(Instruments & Instrumentation)

Fission and capture reactions were simultaneously measured in the neutron-induced reactions of $$^{241}$$Am at J-PARC. Data were taken with the TOF method in $$E_n$$ = 0.1$$sim$$20 eV. The fission events were observed by detecting prompt fission neutrons using liquid organic scintillators. The capture reaction was measured by detecting $$gamma$$ rays from the compound nuclei using the same detectors, where the prompt fission neutrons and capture $$gamma$$ rays were separated by a pulse shape analysis. The cross sections were obtained by normalizing the relative yields at the first resonance to evaluations or other experimental data. The ratio of the fission to capture cross sections at each resonance is compared with those from an evaluated nuclear data library and other experimental data. Some differences were found between the present values and the library/literature values at several resonances.

論文

Study of the reaction $$^{48}$$Ca + $$^{248}$$Cm $$rightarrow$$ $$^{296}$$Lv$$^{ast}$$ at RIKEN-GARIS

加治 大哉*; 森田 浩介*; 森本 幸司*; 羽場 宏光*; 浅井 雅人; 藤田 訓裕*; Gan, Z.*; Geissel, H.*; 長谷部 裕雄*; Hofmann, S.*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 86(3), p.034201_1 - 034201_7, 2017/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:12.59(Physics, Multidisciplinary)

理化学研究所のガス充填型反跳核分離装置GARISを用いて$$^{48}$$Ca + $$^{248}$$Cm $$rightarrow$$ $$^{296}$$Lv$$^{ast}$$融合反応を調べた。116番元素$$^{292}$$Lv, $$^{293}$$Lvと思われる核反応生成物に起因するアルファ線と自発核分裂の崩壊連鎖が7事象観測された。崩壊連鎖中に観測された原子核の性質は過去の報告値とよく一致したが、1つの崩壊連鎖で一部矛盾が観測された。これは$$^{285}$$Cnの新しい自発核分裂分岐比の存在、あるいは新同位体$$^{294}$$Lv生成の可能性を示唆するものと思われる。

論文

Towards saturation of the electron-capture delayed fission probability; The New isotopes $$^{240}$$Es and $$^{236}$$Bk

Konki, J.*; Khuyagbaatar, J.*; Uusitalo, J.*; Greenlees, P. T.*; Auranen, K.*; Badran, H.*; Block, M.*; Briselet, R.*; Cox, D. M.*; Dasgupta, M.*; et al.

Physics Letters B, 764, p.265 - 270, 2017/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:18.72(Astronomy & Astrophysics)

The new neutron-deficient nuclei $$^{240}$$Es and $$^{236}$$Bk were synthesised at the gas-filled recoil separator RITU. They were identified by their radioactive decay chains starting from $$^{240}$$Es produced in the fusion-evaporation reaction $$^{209}$$Bi($$^{34}$$S,3n)$$^{240}$$Es. Half-lives of 6(2)s and 22$$^{+13}_{-6}$$s were obtained for $$^{240}$$Es and $$^{236}$$Bk, respectively. Two groups of $$alpha$$ particles with energies $$E_{alpha}$$=8.19(3) MeV and 8.09(3) MeV were unambiguously assigned to $$^{240}$$Es. Electron-capture delayed fission branches with probabilities of 0.16(6) and 0.04(2) were measured for $$^{240}$$Es and $$^{236}$$Bk, respectively. These new data show a continuation of the exponential increase of ECDF probabilities in more neutron-deficient isotopes.

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