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論文

廃棄物ドラム缶のウラン量を短時間で精度良く定量できる革新的アクティブ中性子非破壊測定技術; 高速中性子直接問いかけ法の実用化

大図 章; 米田 政夫; 呉田 昌俊; 中塚 嘉明; 中島 伸一

日本原子力学会誌, 59(12), p.700 - 704, 2017/12

ウラン廃棄物ドラム缶内のウラン量を定量する従来の非破壊測定法では、内容物の種類やウランの偏在に起因する測定誤差の大きさが問題となるケースや、さらに長時間の測定時間が必要となる測定上の問題がある。このような問題を解決する高速中性子直接問いかけ法というアクティブ中性子非破壊測定法を開発し、実廃棄物ドラム缶のウラン定量に実用化することができた。本報では、本測定法を概説するとともに今後の展望について解説する。

論文

Present status of the laser charge exchange test using the 3-MeV linac in J-PARC

武井 早憲; 千代 悦司; 平野 耕一郎; 近藤 恭弘; 明午 伸一郎; 三浦 昭彦; 森下 卓俊; 小栗 英知; 堤 和昌

Proceedings of 5th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2016) (Internet), p.736 - 739, 2017/03

加速器駆動システム(ADS)は、原子炉で発生するマイナーアクチニド(MA)などの長寿命放射性核種を核変換する一つの候補である。このMAを効率良く核変換するためには、ADS炉心における中性子分布を精度よく予想することが必要不可欠である。ADS用の未臨界体系における中性子工学の特性評価のため、J-PARCでは核変換物理実験施設(TEF-P)の建設を計画している。TEF-Pは、安定な陽子ビーム(最大10W)を必要としており、大強度負水素イオン(H$$^{-}$$)ビーム(エネルギー400MeV、出力250kW)から微弱なビームを安定かつ精度よく取り出す方法が必要となる。この要求のため当セクションでは、レーザー荷電変換技術(LCE)を開発している。候補となるLCEでは、陽子ビーム輸送系の偏向電磁石中においてレーザー光によりH$$^{-}$$ビームの電子を剥ぎ取り、中性陽子(H$$^{0}$$)ビームを分離する。候補となるLCEの性能評価のため、J-PARC LINACのテストスタンドにおけるRFQ加速器から出射される3MeVのH$$^{-}$$ビームを用いてLCEによる取り出し実験を実施した。その結果、荷電変換した陽子ビームを14時間程度安定に取り出すことに成功した。また、TEF-Pに入射するビーム相当(400MeV)に換算し約5Wの荷電変換した陽子ビームが得られ、TEF-Pの要求出力を概ね満足した。

論文

J-PARC 3MeVリニアックにおけるレーザ荷電変換試験の結果(速報)

武井 早憲; 平野 耕一郎; 堤 和昌; 千代 悦司; 三浦 昭彦; 近藤 恭弘; 森下 卓俊; 小栗 英知; 明午 伸一郎

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.987 - 991, 2016/11

加速器駆動システム(ADS)は、原子炉で発生するマイナーアクチノイド(MA)などの長寿命放射性核種を核変換する一つの候補である。このMAを効率よく核変換するためには、ADS炉心における中性子分布を精度よく予想することが必要不可欠である。ADS用の中性子データを収集するために、J-PARCでは核変換物理実験施設(TEF-P)の建設を計画している。TEF-Pは、未臨界炉の熱出力が500W以上にならないように、安定な陽子ビーム(最大10W)を必要とする。このため、大強度負水素イオン(H$$^{-}$$)ビーム(エネルギー400MeV、出力250kW)から微弱なビームを安定かつ精度よく切り出す方法を開発しなければならない。この要求を満たすために、レーザー荷電変換技術(LCE)を開発している。開発しているLCE装置は、1パルス当たり1.6J、繰り返し数25HzのYAGレーザー、及びレーザー光の位置を精度良く制御する制御系から構成されている。そして、陽子ビーム輸送系の偏向電磁石中で、レーザー光によってH$$^{-}$$ビームの電子を剥ぎ取り、H$$^{0}$$を分離している。現在、レーザー光を用いてH$$^{-}$$ビームの荷電を変換することを確認するため、J-PARCのRFQテストスタンドでエネルギー3MeVのH$$^{-}$$ビームを用いてLCE試験を実施している。本論文では、LCE試験の現状について報告する。

論文

Measurement of neutron spectra produced in the forward direction from thick graphite, Al, Fe and Pb targets bombarded by 350 MeV protons

岩元 洋介; 谷口 真吾*; 中尾 徳晶*; 糸賀 俊朗*; 中村 尚司*; 中根 佳弘; 中島 宏; 佐藤 大樹; 八島 浩*; 山川 裕司*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 562(2), p.789 - 792, 2006/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:52.55(Instruments & Instrumentation)

J-PARC施設遮蔽では、詳細計算手法として、モンテカルロ輸送計算コードMCNPX, PHITS等を用いている。これら設計コードの計算精度を検証し、設計への適用性を検討するには、厚いターゲットから前方方向に放出される中性子のエネルギースペクトル実験データが重要である。しかし100MeVを超える入射エネルギー,前方方向の実験データはほとんどないのが現状である。そこで本研究では、設計コードの計算精度を検証することを目的として、大阪大学核物理研究センター(RCNP)・サイクロトロンに設置されたTOFコースにおいて、350MeV陽子入射によるTTY(Thick Target Neutron Yield)測定実験を行った。実験では、炭素,アルミニウム,鉄,鉛ターゲットから放出する前方方向の中性子エネルギースペクトルを、NE213液体有機シンチレータを用いて飛行時間法により測定した。実験では、測定におけるエネルギー分解能を上げるために、低エネルギー領域の測定では11.4m、高エネルギー領域では95mの飛行距離を用いた。実験結果をモンテカルロ輸送計算コードMCNPX, PHITSコードによる計算値と比較した結果、約20%以内で再現し、現在のJ-PARC施設遮蔽設計計算が十分な精度を有していることを検証した。

論文

Focused microbeam formation for heavy ion beam from AVF cyclotron

横田 渉; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 酒井 卓郎; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 福田 光宏

JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.291 - 292, 2006/01

高崎研究所のTIARAでは、高LET重イオンを用いた生体機能の解明や、宇宙用半導体のシングルイベント発生機構の解明等に利用するため、サイクロトロンで加速した数百MeVの重イオンビームを、4連四重極磁気レンズにより1$$mu$$m以下の直径に集束するマイクロビーム形成装置の開発を進めている。ビームのエネルギーの広がり($$Delta$$E/E)を1$$mu$$mの達成に必要な0.02%以下にするために、サイクロトロンにおいてフラットトップ加速を導入するとともに、主要ビームラインの再アラインメント及びビーム径計測方法の改良を行った。この結果、260MeV-Neビームを用いて、最小で2$$mu$$m以下のマイクロビームが形成されたことを確認した。

論文

Experiment and analyses for 14 MeV neutron streaming through a dogleg duct

山内 通則*; 落合 謙太郎; 森本 裕一*; 和田 政行*; 佐藤 聡; 西谷 健夫

Radiation Protection Dosimetry, 116(1-4), p.542 - 546, 2005/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.02(Environmental Sciences)

核融合炉にはRF加熱ポートや計測用プラグ周りの間隙等、屈曲を設けた放射線ストリーミング経路が幾つかあり、遮蔽設計上の問題となる。モンテカルロ計算はストリーミング効果の詳細評価に重要であるが、一方簡易計算はストリーミング効果を軽減するための設計オプションの選定に有効である。実験と解析によりこれらの計算法の信頼性を評価した。実験は原研FNSの14MeV中性子源により、高さ170cm,幅140cm,厚さ180cmの遮蔽体に断面が30cm$$times$$30cmの2回屈曲ダクトを設けた体系で行った。モンテカルロ計算は実験体系,線源周り構造体、及び実験室を詳細にモデル化し、MCNP/4CコードとFENDL/2及びJENDL-3.3ライブラリーを用いて行った。実験値との差は30%以内であった。簡易計算はDUCT-IIIコードによって行った。その結果は屈曲によるストリーミング成分の変化を良好に再現し、充分な信頼性を持つことを確認した。すなわち、モンテカルロ計算法とともに簡易計算法もまた遮蔽設計評価のために有効な役割を果たすと期待できる。

論文

TIARA3MVタンデム加速器によるフラーレン加速

齋藤 勇一; 千葉 敦也; 鳴海 一雅

第18回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.47 - 49, 2005/11

TIARAでは、高速クラスターイオンの大きな線形エネルギー付与(LET)に注目し、新たなイオンビーム応用技術の開拓を目指して、生成・照射技術の開発を行っている。今回、3MVタンデム加速器を用いて、C$$_{60}$$(フラーレン)の加速を行い、最大エネルギー10MeV(ターミナル電圧2.5MV, C603+)のイオンの観測に成功した。また、これらMeVエネルギーC$$_{60}$$イオンとC1イオン(通常の単原子炭素イオン)の、同一エネルギーにおけるSSD(Si)検出器のパルス波高を比較した結果、5MeVのC1に対して、大きな波高欠損がC$$_{60}$$に見られた。

論文

Integral benchmark experiments of the Japanese Evaluated Nuclear Data Library (JENDL)-3.3 for the fusion reactor design

西谷 健夫; 落合 謙太郎; 前川 藤夫; 柴田 恵一; 和田 政行*; 村田 勲*

IAEA-CN-116/FT/P1-22 (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11

JENDL-3.3は最新の実験データをもとに評価した337核種の中性子断面積であり、核融合炉の核設計で重要な非等方中性子輸送で重要となる2重微分断面積の充実,同位体ごとの断面積,共分散データの充実を特徴としている。本報告では、鉄,バナジウム,タングステン等の核融合関連の核種の核データの精度検証を目的として、それらの核種の積分実験を実施し、その結果に対し、JENDL-3.3とその旧版であるJENDL-3.2及びIAEAの核融合核データライブラリFENDL-2を用いてベンチマーク解析を実施した。実験は原研東海研究所の加速器ベースの14MeV中性子発生装置である核融合中性子源FNSにおいて実施した。14MeV中性子発生用トリチウムターゲットの前方に核融合関連材料からなる平板体系を設置して、14MeV中性子を体系に入射し、体系内及び体系外において中性子及び2次$$gamma$$線のエネルギースペクトルを測定した。試験体系としては、単一元素材料として、鉄,銅,バナジウム,タングステン,複合元素材料としてSS316L, LiAlO$$_{2}$$, SiCを使用した。積分ベンチマーク実験の結果、JENDL-3.3は旧版であるJENDL-3.2及びFENDL-2.0に比べて、精度が改善しており、核融合炉の核設計に対し十分な精度を有していることを確認した。

論文

14MeV中性子直接問かけ法による高感度検出,1; 金属系ウラン廃棄物

春山 満夫; 高瀬 操*; 飛田 浩; 森 貴正

日本原子力学会和文論文誌, 3(2), p.185 - 192, 2004/06

核燃料濃縮施設や核燃料加工施設から発生する廃棄物のほか、このような施設のデコミッショニング計画によって、今後、膨大な量のコンクリート瓦礫や金属系のウラン廃棄物が発生すると予想される。そして、これらの廃棄物のほとんどの部分はクリアランスレベル濃度以下と推測され、このようなウラン廃棄物のクリアランス弁別と高精度な濃度決定に有用な測定技術の開発が待たれている。そこで著者らは、前に提案した14MeV中性子直接問かけ法をウラン廃棄物の測定に用いることを考え、その場合の検出性能について検討した。著者らの考案した14MeV中性子直接問かけ法は悪影響を及ぼす中性子減速・吸収効果を巧みに利用して逆に有効な効果に変えた方法であり、廃棄体マトリックスがコンクリートである場合、従来法に比べて位置感度差がほとんど無く、高感度検出を実現でき、他に比類の無い優れた手法であることを報告した。今回、各種廃棄物のうちドラム缶に金属のみが入れられているようなウラン廃棄物に対し、本検出法が効果的に適用できるか否かの検討をMVP計算コードを用いた計算機実験によって行った。その結果、本検出法は金属系ウラン廃棄物のクリアランス濃度を十分に検認できるものであった。

報告書

MeVエネルギークラスターイオンと物質との相互作用及び照射効果に関する研究会要約集; 2003年2月20日$$sim$$2月21日,高崎研究所,高崎市

放射線フロンティア研究委員会; ビーム利用将来計画専門部会

JAERI-Review 2004-009, 122 Pages, 2004/04

JAERI-Review-2004-009.pdf:9.68MB

世界的にみて、高エネルギークラスターイオンの研究は端緒についたばかりであり、物質との相互作用についてはあまり明らかにされていない。TIARAではMeVエネルギークラスターイオンビームを実験利用に提供している国内唯一の施設として、他機関に先駆けてイオンビーム利用の新たな可能性を探ることが重要である。そこで、これまでのMeVエネルギークラスターイオンと物質との相互作用に関する研究の現状について総括するとともに、TIARAで採択された実験課題の研究内容と展開の方向性を議論するための研究会を高崎研で開催した。本報告書は、この研究会の講演用OHP原稿をまとめたものである。

論文

Neutron transmission experiment of boron-doped resin for the JT-60SC neutron shield using 2.45 MeV neutron source

森岡 篤彦; 佐藤 聡; 落合 謙太郎; 逆井 章; 堀 順一; 山内 通則*; 西谷 健夫; 神永 敦嗣; 正木 圭; 櫻井 真治; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.109 - 112, 2004/03

定常炉心試験装置(JT-60SC)のポート部分の中性子遮へいは、ポリエチレンよりも温度特性に優れたレジン(商標名: KRAFTON)を使用した設計となっている。超伝導コイルの核発熱量低減のための遮へい性能を保ちつつ、ポート重量を軽減させるため、筆者らはレジンに天然ボロンを添加した、ボロン入りレジンを開発した。ボロン添加量を変えた数種類の試料に、DD反応で発生する2.45MeV中性子を照射し、透過中性子を測定し、ボロン入りレジンの遮へい性能を比較した。高速中性子の遮へい性能はボロン添加量に依存せず同じであった。一方、低エネルギー中性子の遮へい性能はボロン2重量%の試験体がボロン1重量%の試験体より約25%良く、ボロン添加の効果が観測された。

論文

Shutdown dose evaluation experiment for ITER

森本 裕一*; 落合 謙太郎; 佐藤 聡; 堀 順一; 山内 通則*; 西谷 健夫

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.643 - 648, 2003/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.61

ITERでは、運転停止後にクライオスタット内で人間による直接保守作業を実現することが重要な課題であり、停止後の線量を精度よく評価する必要がある。しかしながら停止後線量評価手法の精度は実験的に確認されていなかった。原研FNS(Fusion Neutronics Source)では、線量評価手法の精度評価を目的としたベンチマーク実験を実施した。実験は、線源領域と直管ダクトでつながれたキャビティー(作業空間)を模擬した体系で実施し、14MeV中性子を合計60時間照射後、冷却期間をITERで想定されている10$$^6$$秒(11.6日)として線量を測定した。ITER JCTで開発されたモンテカルロ法に基づく線量評価手法を用いて、照射10$$^6$$秒後における1cm線量当量率を評価した結果、この手法は実験値を10%以内の精度で再現可能であることがわかった。

論文

Development of high performance negative ion sources and accelerators for MeV class neutral beam injectors

谷口 正樹; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 柏木 美恵子; 森下 卓俊; 奥村 義和; 清水 崇司; 高柳 智弘; 渡邊 和弘; et al.

Nuclear Fusion, 43(8), p.665 - 669, 2003/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:60.11(Physics, Fluids & Plasmas)

メートル級の真空長ギャップにおいて負イオン源加速器に相当する条件での放電特性を実験的に明らかにし、ITER等のNBI運転条件で1MVの高圧を保持できる見通しを示した。上記のデータに基づき、真空絶縁方式のMeV級負イオン加速器を設計製作し、その耐電圧と負イオン加速実証試験を行った。その結果、世界で初めて真空絶縁方式による負イオン加速器によって、ほぼ定格のエネルギーである970keVまでの負イオン加速に成功し、本方式の実現性を実証した。また、負イオン生成の効率改善の研究として、低ガス圧力で高密度の負イオン生成の可能なイオン源を開発した。従来0.3Pa程度の動作圧力であったものを、イオン源フィルター磁場等の改良により0.1Paの極めて低い圧力条件でも31mA/cm$$^{2}$$の高密度負イオンを生成する事に世界で初めて成功した。

論文

Observation of transient current induced in silicon carbide diodes by ion irradiation

大島 武; Lee, K. K.; 小野田 忍; 神谷 富裕; 及川 将一*; Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 伊藤 久義

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206(1-4), p.979 - 983, 2003/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.16

炭化ケイ素(SiC)半導体のシングルイベント耐性評価の一環として、pn接合ダイオードを試作しMeV級イオン照射により発生する過渡電流測定を行った。SiCダイオードのベースはn型エピタキシャル6H-SiCであり、800$$^{circ}C$$でのAl注入後1800$$^{circ}C$$での熱処理を行うことで表面層にp型領域を形成した。12MeVニッケルイオンマイクロビームを用いてSiCダイオードの過渡イオンビーム誘起電流(TIBIC)測定を行い、過渡電流波形を取得した。これよりダイオード電極への収集電荷量を解析した結果、印加電圧が30Vでは(1.7-1.8)$$times$$10$$^{-13}$$Q程度と見積もられた。また、この結果より収集効率を求めると85から93%が得られた。

論文

The JAERI-KEK joint RIB project

竹内 末広

AIP Conference Proceedings 680, p.229 - 236, 2003/00

原研とKEK(高エネルギー加速器機構)の素粒子原子核研究所と合同で原研東海研究所タンデム加速器施設に放射性イオンビーム(RIB)を加速し実験する装置を設置する開発計画を進めている。この計画では、タンデム加速器をRIBを発生するための駆動器とし陽子などのビームをウランなどの標的に衝突させ核分裂生成物などから放射性核種を発生し、イオン化し質量分析し加速するもので、RIBの加速器としてはKEKで既に開発したRIB用加速器をタンデムの旧ターゲット室に設置して利用する。得られるビームのエネルギーは1核子あたり1.1MeVである。これでは核反応を起こすには不十分なエネルギーであるので、2期計画としてさらに中段の加速器を入れてタンデムの超伝導ブースターで5-9MeV/核子まで加速する計画を考えている。CAARIの会議ではRIB加速のセッションがあり、この計画の概要と個々の加速装置の概要と開発の現状を紹介する。

論文

In situ transmissivity measurements of KU1 quartz in the UV range under 14 Mev neutron irradiation

西谷 健夫; 杉江 達夫; 河西 敏; 金子 順一*; 山本 新

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1264 - 1267, 2002/12

 被引用回数:21 パーセンタイル:18.18

紫外域の分光計測は炭素等の軽元素不純物のモニターとして重要である。ITERにおいてロシア製KU-1溶融石英は可視及び紫外域の窓材の有力な候補であるが、紫外域の中性子照射下における透過損失のデータはほとんどない。そこでFNSを使用して、KU-1溶融石英窓の14MeV中性子照射下における透過損失の実時間測定を行った。直径16mm,厚さ8mmのKU-1溶融石英サンプルはFNSの回転トリチウムターゲットの直前に設置した。重水素ランプにより紫外線をサンプルに入射し、透過光を光ファイバーに集光させ、照射室外の分光器で200-400nmの波長域の透過率を測定した。中性子フルエンスは7.4$$times$$10$$^{19 }$$n/m$$^{2}$$であった。照射による著しい損失増加が200-300nmの波長域で観測され、特に215nmと245nmにおいて吸収ピークを確認した。215nmの吸収ピークでは5$$times$$10$$^{19 }$$n/m$$^{2}$$のフルエンスで透過率が厚さ1cmに対し10%まで減少することがわかった。このことからITERにおける分光測定では窓の透過率をその場較正する必要があることを示した。

報告書

Curves and tables of neutron cross sections in JENDL-3.3

中川 庸雄; 川崎 弘光*; 柴田 恵一

JAERI-Data/Code 2002-020, 327 Pages, 2002/11

JAERI-Data-Code-2002-020-Part1.pdf:12.62MB
JAERI-Data-Code-2002-020-Part2.pdf:18.38MB

JENDL-3.3に収納されている337核種の中性子断面積を図と表で示した。表には、0.0253eVと14MeVの断面積,マックスウェル平均断面積(kT=0.0253eV),共鳴積分値,核分裂中性子スペクトル平均値を示した。また、典型的な炉心の中性子スペクトル平均値も示した。さらに、核分裂あたりの遅発中性子数と全中性子数を図で示した。

論文

Fusion power measurement based on $$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N reaction in flowing water

西谷 健夫; 宇野 喜智; 金子 純一*; 落合 謙太郎; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.1139 - 1142, 2002/08

FNSで行った実験結果に基づき、流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。水配管は径20mmとし、照射端は赤道面のフィラーブランケットモジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外のピットに設置し、照射端からの距離は20mとした。この配置に基づき、各種特性をMCNP-4bコードを用いて評価を行った。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms( ITER要求値)以下となった。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。$$gamma$$線測定ステーションにおいて異なる検出効率の$$gamma$$線検出器を2台用いることによって、100kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。

報告書

Design of neutron monitor using flowing water activation for ITER

西谷 健夫; 海老澤 克之*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2002-033, 40 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-033.pdf:1.54MB

流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。照射端は赤道面のフィラー遮蔽モジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外の上部ピットに設置し、照射端からの距離は20mとした。真空容器、ブランケットモジュール、フィラー遮蔽モジュール、第1壁を3次元モデル化し、JENDL 3.2核データライブラリーを使用したMCNP-4bコードを用いて各種特性を評価した。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms(ITER要求値)以下であり、100kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。

報告書

Reliability assessment of high energy particle induced radioactivity calculation code DCHAIN-SP 2001 by analysis of integral activation experiments with 14MeV neutrons

甲斐 哲也; 前川 藤夫; 春日井 好己; 小迫 和明*; 高田 弘; 池田 裕二郎

JAERI-Research 2002-005, 65 Pages, 2002/03

JAERI-Research-2002-005.pdf:2.75MB

14-MeV中性子を用いた積分放射化実験解析を通して、高エネルギー粒子誘導放射能計算コードDCHAIN-SP 2001の信頼性評価を行った。解析を行った実験は、原研FNSのD-T中性子源を用いて行われた(1) 核融合炉材料の崩壊$$gamma$$線測定実験,(2) 32種の核融合炉材料に対する崩壊熱測定実験,(3)水銀の積分放射化実験、の3件である。解析の結果、DCHAIN-SP 2001による計算は、(1)$$sim$$(3)の実験値をそれぞれ30%,20%,20%以内で予測することができた。Beteman方程式の解法アルゴリズム,及び20MeV以下の放射化断面積と付属の崩壊データについて適切であるという結論が得られた。

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