J-PARC ANNRIビームラインにおける偏極熱外中性子利用

遠藤 駿典; 奥平 琢也*

波紋, 33(2), p.68 - 72, 2023/05

J-PARC・MLFに設置されている中性子ビームラインの一つであるANNRIでは、Ge検出器、NaI検出器、LaBr検出器などのガンマ線検出器を用いた核反応測定が行われている。さらに近年、偏極中性子生成デバイスであるHeスピンフィルタをANNRIにおいて導入可能となり、偏極中性子を用いた新たな核反応測定が行われるようになった。Snなどのp波共鳴において、中性子の偏極方向とガンマ線の放出方向に依存する断面積の測定が行われた。また偏極中性子と円偏光度測定を組み合わせた新たな核データや角相関項の測定が今後行われていく予定である。本稿ではこれらANNRIにおける偏極中性子利用に関しての現状について解説する。

Laser-driven neutron generation realizing single-shot resonance spectroscopy

余語 覚文*; Lan, Z.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; Wei, T.*; 森 隆人*; Golovin, D.*; 早川 岳人*; 岩田 夏弥*; et al.

Physical Review X, 13(1), p.011011_1 - 011011_12, 2023/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.13.011011

Neutrons are powerful tools for investigating the structure and properties of materials used in science and technology. Recently, laser-driven neutron sources (LDNS) have attracted the attention of different communities, from science to industry, in a variety of applications, including radiography, spectroscopy, security, and medicine. However, the laser-driven ion acceleration mechanism for neutron generation and for establishing the scaling law on the neutron yield is essential to improve the feasibility of LDNS. In this paper, we report the mechanism that accelerates ions with spectra suitable for neutron generation. We show that the neutron yield increases with the fourth power of the laser intensity, resulting in the neutron generation of in at a maximum, with Wcm, 900 J, 1.5 ps lasers. By installing a "hand-size" moderator, which is specially designed for the LDNS, it is demonstrated that the efficient generation of epithermal (0.1-100 eV) neutrons enables the single-shot analysis of composite materials by neutron resonance transmission analysis (NRTA). We achieve the energy resolution of 2.3% for 5.19-eV neutrons 1.8 m downstream of the LDNS. This leads to the analysis of elements and isotopes within sub-s times and allows for high-speed nondestructive inspection.

Effect of sample density in prompt -ray analysis

前田 亮; 瀬川 麻里子; 藤 暢輔; 遠藤 駿典; 中村 詔司; 木村 敦

Scientific Reports (Internet), 12(1), p.6287_1 - 6287_8, 2022/06

https://doi.org/10.1038/s41598-022-08594-2

A high-accuracy analytical method is broadly required to obtain reliable research results. Thus, prompt -ray analysis (PGA), one of the most accurate non-destructive analytical methods, has been employed in various fields. However, the measurement accuracy of PGA is also known to degrade in hydrogenous samples. The degradation is caused by variation in the measurement sensitivity (counts per milligram) following the change in neutron energy due to scattering with hydrogen nucleus. Number of scatterings is well known to depend on the hydrogen content in a sample. However, considering multiple scatterings, hydrogen density, which has not been taken into account as yet, may also lead to the accuracy degradation. In this research, the effect of the hydrogen density in PGA is investigated by evaluating the measurement sensitivity of samples with the same hydrogen content and different densities. The results showed that the measurement sensitivity varies by more than 30% depending on the hydrogen density even at the same hydrogen content. The variation is a particularly serious problem for PGA requiring a few percent accuracy in most cases. Additionally, although the variation is apparently observed in hydrogenous samples, the similar phenomenon can occur in other nuclides with a large scattering cross section; it may affect nuclear cross-section measurements using neutrons in such fields as astrophysics and nuclear energy.

Investigation of radioactive samples for neutron capture reaction measurements using energy-resolved neutron imaging

瀬川 麻里子; 藤 暢輔; 甲斐 哲也; 木村 敦; 中村 詔司

Annals of Nuclear Energy, 167, p.108828_1 - 108828_5, 2022/03

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108828

To obtain accurate analytical results via neutron-capture reactions, the effects of sample shapes must be considered. However, the estimations of the effects were difficult to verify in some cases such as sealed samples and valuable objects. In this study, the shape effects for sealed radioactive samples were estimated experimentally. The significant localization of the I sample was confirmed only by an energy-resolved neutron imaging. It is revealed that the shape effect was necessary to be corrected at the neutron resonance peaks. Consequently, we conclude that the energy-resolved neutron imaging will be quite effective to improve the analytical accuracy.

レーザークリーニングによる鋼材表面塗装膜の分離・除去

山根 いくみ; 高橋 信雄; 澤山 兼吾; 西脇 大貴; 松本 孝志; 小川 潤平; 野村 光生; 有馬 立身*

JAEA-Technology 2021-038, 18 Pages, 2022/02

JAEA-Technology-2021-038.pdf:1.61MB

人形峠環境技術センターの設備解体撤去による解体物の発生予想量は全体で約13万トンである。そのうち放射性廃棄物でない廃棄物(以下NR: Nonradioactive wasteという)となる非放射性廃棄物は約80%である。しかしながら、このNR対象となる鋼材の一部には汚染された可能性を否定できないものがあり、これらについては汚染が疑われる部分の表面塗装膜を分離・除去させた後、搬出のためのサーベイを実施してからNRとしている。現在の分離・除去方法ではグラインダー等の回転研磨工具による手作業を採用しているが、この方法は粉塵の飛散と吸入防止のためのグリーンハウスの設置や作業員のタイベックスーツと全面マスクの着用を必要とする。このため、分離・除去方法のさらなる改良による作業の短時間化(低コスト化)、作業員への負荷低減、そして、過剰な研磨による二次廃棄物発生の抑制が望まれている。そこで本研究では、工事現場等で塗装膜分離・除去に使用されるレーザークリーニング技術に着目した。NR対象物の塗装膜分離・除去技術の向上を目的とし、レーザークリーニング装置を用いたNR鋼材表面塗装膜の分離・除去性能評価、高速度カメラによる塗装膜飛散挙動の観測と塗装膜回収方法の検討、鋼材表面の粉体に対するレーザー分離・除去性能評価、鋼材表面上のウラン化合物の熱力学的評価を行った。またこれらに基づいて、今後のレーザークリーニング技術の導入による実作業への適合性についても検討して今後の展開について整理した。

Neutron total and capture cross-section measurements of Gd and Gd in the thermal energy region with the Li-glass detectors and NaI(Tl) spectrometer installed in J-PARCMLFANNRI

木村 敦; 中村 詔司; 遠藤 駿典; Rovira Leveroni, G.; 岩本 修; 岩本 信之; 原田 秀郎; 片渕 竜也*; 寺田 和司*; 堀 順一*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 19 Pages, 2022/00

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2134224

Neutron total and capture cross-section measurements of Gd and Gd were performed in the ANNRI at the MLF of the J-PARC. The neutron total cross sections were determined in the energy region from 5 to 100 meV. At the thermal neutron energy, the total cross sections were obtained to be 59.41.7 and 251.94.6 kilobarn for Gd and Gd, respectively. The neutron capture cross sections were determined in the energy region from 3.5 to 100 meV with an innovative method by taking the ratio of the detected capture event rate between thin and thick samples. At the thermal energy, the capture cross sections were obtained as 59.02.5 and 247.43.9 kilobarn for Gd and Gd, respectively. The present total and capture cross sections agree well within the standard deviations. The results for Gd were found to be consistent with the values in JENDL-4.0 and the experimental data given by Mastromarco et al. and Leinweber et al. within one standard deviation. Moreover, the present results for Gd agreed with the evaluated data in JENDL-4.0 and the experimental data by Mller et al. within one standard deviation and agreed with the data by Mastromarco et al. within 1.4 standard deviations. However, they disagree (11% larger) with the experimental result by Leinweber et al.

Development of a neutron sintillator for a compact NRTA system

伊藤 史哲*; Lee, J.; 弘中 浩太; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 堀 順一*; 寺田 和司*; 小泉 光生

KURNS Progress Report 2020, P. 98, 2021/08

文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源(LDNS)を用いたコンパクトな核共鳴透過分析(NRTA)システムの技術開発を行っている。NRTAにおいては、パルス中性子源から放出される中性子エネルギーが、飛行時間(TOF)法を用いて測定される。LDNSは、短い飛行距離でも高精度なTOF測定を行うために必要となる、短いパルス幅を持つという特性等から注目されている。短距離TOF測定では、減速材中の水素への中性子捕獲による2.2MeVガンマ線の飛来タイミングと、共鳴エネルギー付近の中性子の飛来タイミングが重なり、大きなガンマ線背景事象が存在することとなる。また、LDNSは発展途上であるため、中性子フラックスが十分ではなく、検出効率の高い検出器を用いることが望ましい。このため、我々は、高エネルギーガンマ線に対する検出効率が低く、かつ高い中性子感度を持つ検出器(多層型中性子検出器)を開発してきた。令和3年度の実験結果の一つとして、多層型中性子検出器が、高エネルギーガンマ線に対して低感度であることが確かめられた。

Neutron capture cross sections of curium isotopes measured with ANNRI at J-PARC

川瀬 頌一郎*; 木村 敦; 原田 秀郎; 岩本 信之; 岩本 修; 中村 詔司; 瀬川 麻里子; 藤 暢輔

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(7), p.764 - 786, 2021/07

https://doi.org/10.1080/00223131.2020.1864492

The neutron capture cross sections of Cm and Cm were measured for the neutron energy range of 1-1000 eV via the neutron time-of-flight method with ANNRI at MLF of the J-PARC. The world's most intense neutron pulses from the Japan Spallation Neutron Source enable the accurate measurement of neutron capture cross sections. Besides, single-bunched neutron pulses allow the analysis in a higher neutron energy region than the previous measurement at ANNRI. The resonance analyses were performed up to 1000 eV by using a resonance shape analysis code REFIT. The spectra of prompt gamma-rays from neutron capture reactions of Cm and Cm were also obtained, and 43 and 10 prompt gamma-ray peaks from Cm(n,) and Cm(n,) reactions were newly observed, respectively.

Isomer production ratio of the Cd()Cd reaction in an -process branching point

早川 岳人*; 藤 暢輔; 木村 敦; 中村 詔司; 静間 俊行*; 岩本 信之; 千葉 敏*; 梶野 敏貴*

Physical Review C, 103(4), p.045801_1 - 045801_5, 2021/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.103.045801

A -decay unstable isomer with a half-life of 14.1 y at 264 keV in Cd is a branching point in the process, from which a weak branch reaches to a rare tin isotope Sn whose astrophysical origin has been an open problem. We have measured rays decaying to the ground state or the isomer in the Cd()Cd reaction using high-energy resolution detectors in conjunction with a time-of-flight method. The relative production ratios of the isomer to the total following the neutron capture reactions on Cd have been evaluated in an energy region of up to 9 keV, and the spin and parity of several resonances have been assigned.

ウラン濃縮研究棟の廃止措置

石仙 順也; 赤坂 伸吾*; 清水 修; 金沢 浩之; 本田 順一; 原田 克也; 岡本 久人

JAEA-Technology 2020-011, 70 Pages, 2020/10

JAEA-Technology-2020-011.pdf:3.37MB

日本原子力研究開発機構原子力科学研究所のウラン濃縮研究棟は、昭和47年に建設され、ウラン濃縮技術開発に関する研究等に用いられてきた。本施設では、平成元年度に発煙事象、平成9年度に火災事故が発生している。本施設は、平成10年度にウラン濃縮に関する研究は終了し、平成24年度に核燃料物質の搬出等を行い廃止措置に着手した。令和元年度、フード等の設備及び火災等による汚染が残存している管理区域の壁, 天井等の解体撤去を行い、管理区域内に汚染が残存していないことを確認して管理区域を解除し、廃止措置を完了した。解体撤去作業において発生した放射性廃棄物は、可燃性廃棄物が約1.7t、不燃性廃棄物が約69.5tである。今後は一般施設として、コールド実験等に利用される。