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論文

Measurement of thick target neutron yield at 180$$^{circ}$$ for a mercury target induced by 3-GeV protons

松田 洋樹; 岩元 大樹; 明午 伸一郎; 竹下 隼人*; 前川 藤夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 483, p.33 - 40, 2020/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

大強度陽子加速器施設J-PARCにおいて、3GeV陽子入射による水銀標的から180度方向に放出される中性子のエネルギースペクトルを測定した。得られた結果は、粒子輸送計算コードPHITSによる計算結果と明らかな差異が見られ、その傾向はインジウムやニオビウムの放射化箔を用いた反応率実験の結果と一致することがわかった。鉛標的に対するGeV領域陽子入射中性子二重微分断面積の後方角におけるエネルギースペクトルの実験データとPHITSの核反応モデルを比較したところ、この差異は3GeV付近における核反応モデルによる中性子生成あるいは弾性散乱外断面積の記述に起因していることが示唆された。

論文

Experimental evaluation of wall shear stress in a double contraction nozzle using a water mock-up of a liquid Li target for an intense fusion neutron source

近藤 浩夫*; 金村 卓治*; 朴 昶虎*; 小柳津 誠*; 平川 康; 古川 智弘

Fusion Engineering and Design, 146(Part A), p.285 - 288, 2019/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

核融合中性子源では重陽子ビームターゲットに液体金属リチウムの壁面噴流(Liターゲット)を採用し、Liターゲットは真空中(10$$^{-3}$$Pa)を高速(15m/s)で流れ、重陽子との核反応で中性子を発生させるともにビーム入熱(10MW)を除去する。本研究では、IFMIF/EVEDA工学実証活動で建設した液体リチウム試験ループ(ELTL)の構造健全性評価のため、Liターゲットを生成するノズル内流動場の評価を行った。ターゲットアッセンブリのアクリルモデルおよび作動流体として水を用い、ノズル内の流速分布をレーザードップラー流速計により計測し、せん断応力分布を評価した。結果として、2段縮流ノズルの2段目付近でせん断応力が最大値をとることが明らかになり、この箇所の腐食損傷を調査する必要があることを示した。

論文

Thick target neutron yields from 100- and 230-MeV/nucleon helium ions bombarding water, PMMA, and iron

Tsai, P.-E.; Heilbronn, L. H.*; Lai, B.-L.*; 岩田 義之*; 村上 武*; Sheu, R.-J.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 449, p.62 - 70, 2019/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

100および230MeV/核子のヘリウムイオンが厚い鉄, PMMA,水ターゲットで止まった際に放出される二次中性子について波形弁別法と飛行時間法を用いて液体シンチレータで測定した。測定値を分析したところ、二次中性子は入射粒子の破砕、入射粒子と標的原子核の重複部からの放出、標的核の蒸発の成分に分類できることが分かった。測定された中性子収量の二重微分,角度微分,生成総量については、PHITS, FLUKA, MCNPの各計算コードのベンチマークに使用した。デフォルトのモデルを使用したこれらのコードの計算値は、低中エネルギーで中大角度に放出された場合の、実験値とよく一致した。一方、PHITSの核反応モデルは一部の核反応メカニズムで改善が必要なことも見いだされ、本実験結果はモデル改良にとって重要な参考データとなる。

論文

Impact of PHITS spallation models on the neutronics design of an accelerator-driven system

岩元 大樹; 西原 健司; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 松田 規宏; 佐藤 達彦; 原田 正英; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1585 - 1594, 2016/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:81.57(Nuclear Science & Technology)

The impact of different spallation models and parametrisations of nucleon-nucleus interactions in PHITS on nuclear characteristics of an accelerator-driven system (ADS) is investigated. Cut-off neutrons below 20 MeV calculated by a current default option of the spallation model (i.e., Li${`e}$ge Intranuclear Cascade (INC) model version 4.6, INCL4.6) are found to be 14% less than those by the old spallation model (it i.e. Bertini INC model). This decrease increases the proton beam current that drives the 800-MW thermal power, and impacts various ADS parameters, including material damage, nuclear heating of the proton beam window (PBW), and the inventory of spallation products. To validate these options based on the ADS neutronics design, we conduct benchmark calculations of the total and nonelastic cross sections, thick target neutron yields, and activation reaction rate distributions. The results suggest that Pearlstein-Niita systematics, which is a default option of the nucleon-nucleus interaction parametrisation, would be best option and that the Bertini INC is better suited for cut-off neutrons than INCL4.6. However, because of the difficulty in making a definite conclusion on the spallation models, we conclude that relatively large uncertainty in the cut-off neutrons, which is the difference between the two spallation models (i.e. 14%), should be considered.

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:45.27(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

Measurements of neutron spectra produced from a thick iron target bombarded with 1.5-GeV protons

明午 伸一郎; 執行 信寛*; 伊賀 公紀*; 岩元 洋介*; 木附 洋彦*; 石橋 健二*; 前畑 京介*; 有馬 秀彦*; 中本 建志*; 沼尻 正晴*

AIP Conference Proceedings 769, p.1513 - 1516, 2005/05

核破砕中性子源等のビームライン機器の設計に使用される核子・中間子輸送計算コードの計算精度検証のためには、薄いターゲットを用いた微分断面積測定データのみならず、厚いターゲットの実験が有効である。今回はKEKにおいて鉄ターゲットから生成される中性子スペクトルを測定した。実験はKEKの東カウンターホール内で行った。1.5GeV陽子を20cm厚の鉄ターゲットに入射し、生成中性子のスペクトルを飛行時間法により測定した。測定で得た結果とNMTC/JAMによる計算結果との比較を行った。計算は実験と全体的によい一致を示しており、特に重金属ターゲットに見られた過小評価は見られない。また媒質効果を考慮した核子・核子断面積を用いることにより、計算はさらに実験とよい一致を示し、最大でも50%以内の精度で予測できることがわかった。この結果は、鉄製機器の核特性評価を行ううえで本計算手法が十分な精度を有していることを示す。

論文

Thick target benchmark test for the code used in the design of high intensity proton accelerator project

明午 伸一郎; 原田 正英; 高田 弘

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1059 - 1067, 2003/07

J-PARC施設の中性子工学設計において、NMTC/JAM, MCNPX及びMARSコード使用される。これらのコードの適用性を確認するために、厚いターゲットに陽子を入射する場合に生成する中性子スペクトルの実験との比較を行った。低い入射エネルギーの場合として、256MeV陽子の実験と比較を行った結果、NMTC/JAM及びMCNPXは実験と2倍以内で良い一致を示すことがわかった。MARSは軽い核種のターゲットに対して良い一致を示すものの、ウランターゲットでスペクトル形状が異なることがわかった。さらに、高い入射エネルギーの場合としてKEKで行われた0.5及び1.5GeV陽子の結果と比較した。わずかな違いはあるものの、NMTC/JAM, MCNPX及びMARSは実験と2倍以内で良い一致を示すことがわかった。

論文

Shielding experiments and analyses on proton accelerator facility at TIARA

中島 宏; 坂本 幸夫*; 田中 俊一; 田中 進; 馬場 護*; 中村 尚司*; 平山 英夫*; 秦 和夫*; 加速器遮蔽・原研・大学プロジェクト共同研究グループ

Proceedings of 6th International Meeting on Nuclear Applications of Accelerator Technology (AccApp '03), p.959 - 968, 2003/00

陽子加速器施設遮蔽設計法の確立を目的として、数十MeV領域における一連の遮蔽実験を原研TIARAで行った。この一連の実験では、荷電粒子による厚いターゲットからの中性子収量測定,準単色中性子源を用いた鉄,コンクリート,ポリエチレン遮蔽体透過実験,白色中性子源を用いた迷路状通路放射線ストリーミング実験が含まれている。これらの測定結果は、MCNPXやNMTC/JAERIなどの高エネルギー粒子輸送計算コードの精度検証に用いられたほか、moving source modelを用いた解析的手法や秦の式によるDUCT-III等の簡易計算コードの検証にも用いられた。本報告では、これら実験結果及び解析結果について紹介する。

論文

Photofission of $$^{209}$$Bi at intermediate energies

羽場 宏光; 笠岡 誠*; 五十嵐 学*; 鷲山 幸信*; 松村 宏*; 大浦 泰嗣*; 柴田 誠一*; 坂本 浩*; 古川 路明*; 藤原 一郎*

Radiochimica Acta, 90(7), p.371 - 382, 2002/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:17.59(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

最大エネルギー(E$$_{0}$$)=450-1100MeVの制動放射線を$$^{209}$$Bi標的に照射し、生成核質量数領域56$$leq$$A$$leq$$135において総計63核種の光核分裂収率を測定した。これらの収率値に、most probable charge(Z$$_{p}$$)をAの一次関数Z$$_{p}$$=RA+S,分布の半値幅FWHM$$_{CD}$$をAによらず一定と仮定したガウス関数を最小二乗フィットさせ荷電分布を求めた。Z$$_{p}$$並びにFWHM$$_{CD}$$値は、E$$_{0}$$$$geq$$600MeVで変化せず一定でR=0.421$$pm$$0.001, S=0.6$$pm$$0.1, FWHM$$_{CD}$$=2.1$$pm$$0.1c.d.であった。これらの荷電分布パラメータを基に収率データがある質量数で質量収率を求めた。得られた対称的質量収率分布はガウス関数で再現でき、その半値幅(FWHM$$_{MD}$$)とmost probable mass(A$$_{p}$$)はそれぞれFWHM$$_{MD}$$=33$$pm$$1m.u.,A$$_{p}$$=96$$pm$$1m.u.であった。本研究で得られた$$^{209}$$Biの荷電分布,質量収率分布は、$$^{197}$$Auの同様の実験結果並びに光子誘起核内カスケード理論計算PICA3/GEM(Photon-induced Intranuclear Cascade Analysis code combined with the Generalized Evaporation Model)と比較しながら議論する。

論文

Analysis of neutron spectra from thick targets bombarded with 710-MeV $$alpha$$ particles by quantum molecular dynamics plus statistical decay model

明午 伸一郎; 千葉 敏; 秦 和夫*

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(3), p.250 - 255, 1999/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.53(Nuclear Science & Technology)

量子論的動力学(QMD)と統計崩壊モデル(SDM)を用いて、710MeV$$alpha$$粒子を厚いターゲット(水、炭素、鉄及び鉛)に照射した場合に生成する中性子のスペクトルの計算を行い、実験との比較を行った。QMD+SDMによる計算は、核内カスケードモデルのHETC-KFA1コードを用いた計算に比べて、すべてのターゲットに対して実験とよりよい一致を示した。20MeV中性子の平均自由行程よりも厚いターゲットにおける後方角の中性子スペクトルを再現するためには、輸送効果が重要であることがわかった。

論文

Comments on the cross sections of $$^{186}$$Re in the $$^{186}$$W(p,n) and $$^{186}$$W(d,2n) reactions in connection to the paper given by Z.H.Zhu et at. and correction of the calculated yields of $$^{186}$$Re in the $$^{186}$$W(p,n) reaction

石岡 典子; 関根 俊明; R.M.Lambrecht*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 241(2), 383 Pages, 1999/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:52.33(Chemistry, Analytical)

J.Radioanal.Nucl.Chem.にZ.H.Zhuらによって発表された論文``An improved Re/W separation protocol for preparation of carrier-free $$^{186}$$Re''における誤った記述を指摘すると同時にわれわれが以前に発表したデータを一部訂正する。この論文の中で彼らは、$$^{186}$$W(p,n)$$^{186}$$Re反応は$$^{186}$$W(d,2n)$$^{186}$$Re反応に比べて反応断面積が大きいと解釈される記述をしているが、われわれが以前同雑誌で発表した$$^{186}$$W(p,n)$$^{186}$$Re反応における実験的及び理論的な反応断面積のデータに関する論文も引用し、読者に正確な情報を伝えるべきであることを指摘した。われわれの反応断面積データは、Szelecsenylらによって追試され信頼性が高いことが確認されている。なお、Szelecsenylからの指摘により、反応断面積に基づいたThick target yeildの再計算を行ったところ、一部間違いが見つかったので訂正する。

論文

Measurements of neutron spectra produced from a thick lead target bombarded with 0.5- and 1.5-GeV protons

明午 伸一郎; 高田 弘; 千葉 敏; 中本 建志*; 石橋 健二*; 松藤 成弘*; 前畑 京介*; 執行 信寛*; 渡辺 幸信*; 沼尻 正晴*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 431(3), p.521 - 530, 1999/00

 被引用回数:35 パーセンタイル:91.14(Instruments & Instrumentation)

中間エネルギーの粒子輸送のベンチマークデータ取得のために、0.5及び1.5GeV陽子を厚い鉛ターゲットに入射した場合の中性子スペクトル測定を行った。測定では1.6MeV以上のエネルギー領域における、精度の良い中性子スペクトルが得られた。実験結果をNMTC/JAERI-MCNP4Aコードシステムによる計算結果と比較した。この結果、計算は10MeV以下のエネルギー領域において実験を良く再現できることがわかった。しかし、20から80MeVにおいては実験値よりも50%程度小さい値を与えている。この不一致は、核子核子散乱断面積に媒質効果を考慮することにより縮少した。

論文

Water experiment of high-speed, free-surface, plane jet along concave wall

中村 秀夫; 伊藤 和宏*; 久木田 豊*; 井田 瑞穂*; 加藤 義夫; 前川 洋

Eighth Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-8), 3, p.1268 - 1275, 1997/00

IFMIF装置の液体リチウムターゲットを水流で模擬し、その凹面壁を流下する高速の板状噴流の安定性を、約17m/s以下の流速で調べた。今回新たに採用した直列2段の2次元レデューサノズルは、内壁で剥離を生ずること無く、安定で均一な流速分布の噴流を生成した。噴流の表面には長さに沿って2次元、3次元の界面波が生じたが、全長130mmに渡り、大きさの変化は小さかった。噴流内の流速分布は、ノズル出口付近で自由渦の流速分布(半径に反比例)に変化し、この結果噴流の厚さが増加した。1次元運動方程式を用いた厚さ予測は、この変化を考慮に入れることで実験結果を良く予測した。

論文

Neutron yields from actinoide oxides

木村 貴海; 小林 義威; 吾勝 常勲; 五藤 博

Appl.Radiat.Isot., 37(2), p.121 - 125, 1986/00

アクチノイド酸化物(PuO$$_{2}$$とAmO$$_{2}$$)から、アクチノイドの自発核分裂により放出される中性子と、アクチノイドからの$$alpha$$粒子と酸素との($$alpha$$.n)反応により放出される中性子を区分して測定した。その結果、測定した自発核分裂からの中性子収率は自発核分裂の$$nu$$値と半減期から計算した値と実験誤差の範囲内で一致した。一方、測定した($$alpha$$.n)反応からの中性子収率は、stopping power と酸素の thick target yield から計算した値より約10%大きな値であった。この原因は計算に使用した thick target yield の精度に問題があると考えられる。

報告書

$$alpha$$粒子衝撃によって放出される中性子の収量

中嶋 龍三*

JAERI-M 82-117, 66 Pages, 1982/09

JAERI-M-82-117.pdf:1.14MB

シグマ委員会の燃料サイクル核データ・ワーキンググループの要求に応えることを目的として、厚いターゲットに10MeV以下の$$alpha$$粒子を衝撃した際に放出される中性子の収量を、それらの反応断面積を使って計算した。原子番号が14以下の元素については、利用できる既存の中性子収量計算値および測定値との比較をした。より大きな原子番号の元素に対しては、実験データのあるものについて計算値あるいは測定結果の外挿値を示した。

口頭

Measurement of the energy spectrum of spallation neutron emitted to the most backward angle of 180$$^circ$$ produced from thick mercury target irradiated with 3 GeV protons

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 竹下 隼人*

no journal, , 

加速器駆動システム(ADS)や大強度核破砕中性子源の陽子ビーム入射側となる最後方に放出される中性子のエネルギースペクトルは遮蔽設計において重要であるが、その実験データは乏しい。そこでJ-PARCの物質・生命科学実験施設の水銀標的に3GeV陽子を照射し、陽子ビーム方向に対し180$$^circ$$に発生した核破砕中性子のスペクトル測定を行った。実験では液体シンチレータ(NE213)を用い飛行時間法による中性子スペクトルを測定した。エネルギ分解能を高めるため、検出器は水銀標的から126mに設置し、1MeV程度の低エネルギ中性子を測定するため直径8mmの小型のシンチレータを用いた。中性子の絶対的な検出効率はSCINFUL-Rコードの計算値を用いた。10MeV以下のエネルギ領域では$$^{252}$$Cf線源を用いた実験結果による補正を行った。その結果、INCL4.6/GEMモデルを用いたPHITS計算が20MeV以下のエネルギ範囲において実験値とよい一致を示すことが分かった。

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