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論文

Systematic effects on cross section data derived from reaction rates in reactor spectra and a re-analysis of $$^{241}$$Am reactor activation measurements

$v{Z}$erovnik, G.*; Schillebeeckx, P.*; Becker, B.*; Fiorito, L.*; 原田 秀郎; Kopecky, S.*; Radulovic, V.*; 佐野 忠史*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 877, p.300 - 313, 2018/01

 被引用回数:1

原子炉中性子スペクトルで照射することにより得られる積分データから中性子断面積を導出する手法に関して、Westcottの記法を用いる断面積導出法の有効性について検討を行った。この結果、本手法で得られる精度は、中性子束エネルギー分布の精度に大きく依存すること、特に、導出される共鳴積分値が大きな影響を受けることを定量的に示した。また、中性子断面積のエネルギー依存性が既知の場合は、その情報を用いてこの影響を補正する手法を提案した。本手法を適用して、$$^{241}$$Amの熱中性子捕獲断面積を再解析した結果、720(14)bを得た。

論文

中性子共鳴濃度分析法の性能評価,2; 中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 呉田 昌俊; Becker, B.*; Kopecky, S.*; Heyse, J.*; Paradela, C.*; Mondelaers, W.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

粒子状の溶融燃料デブリに含まれるウランやプルトニウム同位体を非破壊で定量することを目的に、中性子共鳴濃度分析法(NRD)の技術開発を進めてきた。NRDは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)に中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法(NRCA)、あるいは即発$$gamma$$線分析法(PGA)を組み合わせた技術である。NRDにおけるNRCA/PGAの役割は、主に$$^{137}$$Csによる高放射線場においてデブリ中の原子炉や建屋の構造材、ボロンなどの不純物を同定することである。これを実現するため、LaBr$$_3$$結晶を用いた新型の$$gamma$$線検出器やそれ専用の遮蔽体を開発した。これらの$$gamma$$線検出器や遮蔽体を用いて、ベルギーの中性子飛行時間施設GELINAにおいて公開デモ実験を実施した結果、第三者によってブラックボックス内に密封された試料(Hf, Gd, Ni)を同定することに成功した。本発表では、開発した$$gamma$$線検出器の設計概念と測定原理、及びNRCAデモ実験結果について報告する。

論文

中性子共鳴濃度分析法の性能評価,1; 中性子共鳴透過分析法

北谷 文人; 原田 秀郎; 小泉 光生; 土屋 晴文; 呉田 昌俊; Becker, B.*; Kopecky, S.*; Heyse, J.*; Paradela, C.*; Mondelaers, W.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

平成24年度から平成26年度にかけて、粒子状の溶融燃料デブリに含まれるウランやプルトニウム同位体を非破壊で定量する技術として、中性子共鳴濃度分析法(NRD)の開発を進めてきた。NRDは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)と中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法(NRCA)あるいは即発$$gamma$$線分析法(PGA)を組み合わせた技術である。NRDにおけるNRTAの役割は、溶融燃料デブリ中の核燃料物質(U, Pu等)の同位体を定量することである。この目的のために飛行時間法(Time of Flight: TOF)を利用した中性子吸収測定を実施する。これについて。ベルギーの中性子飛行時間施設GELINAにて性能評価デモ実験を実施した。その結果、Au, W, Rh, Nb, Cu. Co, Mn, Bをランダムに選択して、封をされたブラックボックス内の試料を定量することに成功した。本発表では、開発したNRTAの測定原理を述べ、実施したデモ実験の詳細を発表する。

論文

Systematic effects on cross-section data derived from reaction rates at a cold neutron beam

$v{Z}$erovnik, G.*; Becker, B.*; Belgya, T.*; Genreith, C.*; 原田 秀郎; Kopecky, S.*; Radulovi$'c$, V.*; 佐野 忠史*; Schillebeeckx, P.*; Trkov, A.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 799, p.29 - 36, 2015/11

 被引用回数:4

冷中性子ビームを用いた測定から、熱中性子捕獲断面積を導出する際の問題点を指摘するとともに、導出する中性子捕獲断面積の系統誤差を低減するための手法について提案するものである。これまでの冷中性子を用いた測定では、標準断面積との相対値より、熱中性子捕獲断面積が導出されてきた。本研究では、冷中性子ビームのエネルギー分布によっては、中性子捕獲断面積のエネルギー依存性が1/v則からずれる核種について、10%以上もの系統的誤差を生じることを明らかとした。中性子捕獲断面積のエネルギー依存性を考慮した断面積導出方法を適用することにより、この系統誤差は補正できることを示した。また、これまでに報告された文献値のいくつかには、冷中性子ビームのサンプル中での自己吸収補正が行われていない問題点があることも指摘した。

論文

Generalized analysis method for neutron resonance transmission analysis

原田 秀郎; 木村 敦; 北谷 文人; 小泉 光生; 土屋 晴文; Becker, B.*; Kopecky, S.*; Schillebeeckx, P.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(6), p.837 - 843, 2015/06

 被引用回数:2

Neutron resonance densitometry (NRD) is a non-destructive analysis method, which can be applied to quantify special nuclear materials (SNM) in small particle-like debris of melted fuel that is formed in severe accidents of nuclear reactors such as the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. NRD uses neutron resonance transmission analysis (NRTA) to quantify SNM and neutron resonance capture analysis (NRCA) to identify matrix materials and impurities. In order to generalize NRD for the characterization of arbitrary-shaped thick materials, a generalized method to analyze NRTA data has been developed. The method has been applied on data resulting from transmission through non-uniform thick samples with varying areal density of SNM up to 0.253 at/b ($$approx$$100 g/cm$$^{2}$$). The investigation shows that NRD could be used to quantify SNM in not only uniform samples made of small particle-like debris but also non-uniform samples made of large rock-like debris with high accuracy by utilizing the generalized analysis method for NRTA.

論文

NRD demonstration experiments at GELINA

Paradela, C.*; Alaerts, G.*; Becker, B.*; 原田 秀郎; Heyse, J.*; 北谷 文人; 小泉 光生; Kopecky, S.*; Mondelaers, W.*; Moens, A.*; et al.

EUR-27507-EN, 16 Pages, 2015/04

Neutron Resonance Densitometry (NRD), a non-destructive analysis method, is presented. The method has been developed to quantify special nuclear material (SNM) in debris of melted fuel that will be produced during the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. The method is based on Neutron Resonance Transmission Analysis (NRTA) and Neutron Resonance Capture Analysis (NRCA). The quantification of SNM relies on the NRTA results. The basic principles of NRD, which are based on well-established methodologies for neutron resonance spectroscopy, are explained. To develop NRD for the characterization of rock- and particle like heterogeneous samples a JAEA/JRC collaboration has been established. As part of this collaboration a NRD demonstration workshop was organized at the TOF facility GELINA of the JRC-IRMM. The results of this workshop are presented. They illustrate the potential of measurements of complex mixtures of different elements. It is demonstrated that the elemental composition of an unknown sample predicted by NRTA deviated on average by less than 2% from the declared value. In addition the potential to identify the presence of light elements by NRCA is shown.

論文

NRDの開発,2; NRTAによる面密度測定に対するサンプル厚の系統的な影響の検証

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 木村 敦; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第35回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/01

福島第一原子力発電所での過酷事故のような事例で発生するとされる粒子状溶融燃料デブリ中の核物質を非破壊で定量することを目的とし、中性子共鳴透過分析法(NRTA)と中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法を合わせた中性子共鳴濃度分析法(NRD)を開発している。NRDの開発のために、IRMMの中性子飛行時間施設GELINAにて、NRTA実験を行った、実験では、サンプル厚の効果を調べるため、異なる厚みの銅サンプルを用い、混合物の影響を検証するために、銅にB$$_{4}$$Cを重ねたサンプルを用いた。銅の面密度を得るには、共鳴解析コードREFITを用いた。その結果、推奨共鳴パラメータを使った解析で得た面密度は、サンプルの質量や面積から計算した面密度から大きくずれるとわかった。そこで、実験データから銅の中性子幅を新たに求め、面密度が期待値と2%以内で一致することを確かめた。加えて、混合物のNRTA測定に与える影響も議論する。

論文

NRDの開発,1;中性共鳴濃度分析法のためのLaBr$$_{3}$$シンチレーション検出装置の開発

小泉 光生; 土屋 晴文; 北谷 文人; 原田 秀郎; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 瀬谷 道夫; 木村 敦; 飯村 秀紀; Becker, B.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第35回年次大会論文集(インターネット), 8 Pages, 2015/01

粒子状デブリ中の核物質を定量するため、中性子共鳴濃度分析法(neutron resonance densitometry: NRD)を開発している。これは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)と、中性子共鳴捕獲分析法(NRCA)または即発$$gamma$$線分析法(PGA)の2つの手法を組み合わせたものである。NRCA/PGAは、NRTAでは測定が難しい混入物の同定を行う。中性子捕獲$$gamma$$線を測定するために、LaBr$$_{3}$$検出器で構成されるスペクトロメータを開発している。導入したデータ収集系は、500kイベント/秒の信号を8チャンネルで扱うことができる。本講演では、NRDの研究開発状況ならびにスペクトロメータシステムの開発状況について発表する。

論文

Neutron resonance spectroscopy for the characterization of materials and objects

Schillebeeckx, P.*; Becker, B.*; 原田 秀郎; Kopecky, S.*

Landolt-B$"o$rnstein Group 1, Vol.26; Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology, Subv.A; Neutron Resonance Parameters, p.4 - 52, 2015/00

中性子と原子核が反応する確率は、入射中性子のエネルギーに大きく依存し、多くの原子核で中性子共鳴が現れる。この性質を利用した非破壊分析法として、中性子共鳴透過分析法と中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分光法がある。本報告では、各分析法の原理を解説すると共に、両手法の利点を組み合わせた新たな非破壊分析法として開発を進めている中性子共鳴濃度分析法について解説する。

論文

Recent progress in research and development in neutron resonance densitometry (NRD) for quantification of nuclear materials in particle-like debris

小泉 光生; 北谷 文人; 土屋 晴文; 原田 秀郎; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 瀬谷 道夫; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

Nuclear Back-end and Transmutation Technology for Waste Disposal, p.13 - 20, 2015/00

溶融燃料中の核物質の計量管理するための技術として、中性子共鳴濃度分析法(Neutron Resonance Densitometry (NRD))を提案している。この手法は、Neutron Resonance Transmission Analysis(NRTA)とNeutron Resonance Capture Analysis (NRCA)もしくはPrompt Gamma ray Analysis (PGA)の2つの手法を組み合わせたもので、パルス中性子源を装備した飛行時間(TOF)測定装置を用いる。この測定法を確立するために、検出器の開発を進めるとともに、EC-JRC-IRMMのGELINA TOF実験施設で、共同研究を進めている。研究進捗について、総括的に報告する。

論文

Impact of systematic effects on results of neutron resonance transmission analysis

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 木村 敦; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 767, p.364 - 371, 2014/12

 被引用回数:5

中性子共鳴吸収透過法(NRTA)による面密度の測定に対するサンプル厚の影響を検証するために、EC/JRC/IRMMの中性子飛行時間施設GELINAにおいて、NRTA実験を実施した。実験では、厚みの異なる円盤状の銅金属を用いて、GELINAの25m飛行導管を利用した。実験データから面密度を導出するために、共鳴解析コードREFITを用いて、共鳴解析を行った。その結果、推奨共鳴パラメータ値を用いると、求めた面密度が質量や面積から計算できる面密度から大きくずれることがわかった。そこで、0.25mm厚のサンプルを用いた実験データをREFIT用いて解析して、中性子幅と共鳴エネルギーを導出した。新たに求めた共鳴パラメータ値を使って、面密度を導出し、サンプルの厚みはもちろん、共鳴の強さが面密度の測定におよぼす影響を議論した。

論文

Thickness and mixed sample effects on areal density measurement with NRTA for particle like debris of melted fuel

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 木村 敦; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 6 Pages, 2014/07

Neutron resonance densitometry (NRD) is based on a combination of neutron resonance transmission analysis (NRTA) and neutron resonance capture analysis (NRCA). This technique is a non-destructive method to quantify nuclear materials in particle-like debris of melted fuel that is generated by a severe accident like the one at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. To verify the effectiveness of NRD, the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) and the Joint Research Center, Institute for Reference Materials and Measurements (EC-JRC-IRMM) started collaboration in 2012. One of the main objectives of this collaboration is to quantitatively investigate all uncertainty components on results of NRD measurements. Clearly, systematic effects due to the characteristics of samples such as the sample inhomogeneity, presence of impurities, radioactivity and temperature have a strong impact on the accuracy. To study the uncertainty due to the sample characteristics, NRTA and NRCA experiments are in progress at the time-of-flight facility GELINA (Geel Electron LINear Accelerator) of the EC-JRC-IRMM. In this presentation, we show results considering mixed sample effect on NRTA measurements. Data are analyzed with the resonance shape analysis code REFIT to derive the elemental composition of the sample and the areal density of the main components. In addition the effect of neutron absorbing matrix material will be discussed.

論文

Developments of a LaBr$$_3$$ scintillation detector system for neutron resonance densitometry (NRD)

小泉 光生; 土屋 晴文; 北谷 文人; 原田 秀郎; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 瀬谷 道夫; 木村 敦; 飯村 秀紀; Becker, B.*; et al.

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2014/07

Neutron resonance densitometry (NRD) has been proposed as a method to quantify the amount of special nuclear materials in particle-like debris of melted fuel. The requirements of a $$gamma$$-ray detector system for the NRD measurements are: (1) good energy resolution to identify elements (2) fast response not to be suffocated by the radiation from debris samples and (3) good signal to noise ratio. The quantification of $$^{10}$$B is considered to be the most important for NRD because of its very large neutron cross-sections. However, the Compton peak of the $$gamma$$ rays from $$^{137}$$Cs, which is probably the strongest radioactivity in debris, overlaps the $$^{10}$$B $$gamma$$ peak; and it makes the measurements difficult. We, therefore, designed a well-type LaBr$$_{3}$$ scintillation spectrometer to reduce the Compton peak. The progress of the research and development of the spectrometer is reported.

論文

Development of neutron resonance densitometry

原田 秀郎; Schillebeeckx, P.*; 土屋 晴文; 北谷 文人; 小泉 光生; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 木村 敦; 瀬谷 道夫; et al.

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 8 Pages, 2014/07

Neutron resonance densitometry (NRD) has been developed to quantify nuclear materials in particle-like debris of melted fuel formed in severe accidents of nuclear reactors such as Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. NRD is a method combining NRTA (neutron resonance transmission analysis) and NRCA (neutron resonance capture analysis). It relies on neutron TOF technique using a pulsed white neutron source. A specially designed $$gamma$$-ray spectrometer for NRCA has been developed for the characterization of contamination materials mixed with nuclear fuel materials. Achievable accuracy is studied based on Monte Carlo simulations and experimental data measured at the time-of-flight facility GELINA of the EC-JRC-IRMM. Analysis method of NRTA for particle-like debris has been developed by adding a function in a resonance analysis code REFIT. In this contribution, these achievements on NRD for the characterization of nuclear materials mixed with highly radioactive nuclides are reviewed, and its applicability is discussed.

論文

Measurement of the direct particle transport through stochastic media using neutron resonance transmission analysis

Becker, B.*; Kopecky, S.*; 原田 秀郎; Schillebeeckx, P.*

European Physical Journal Plus, 129(4), p.58_1 - 58_9, 2014/04

 被引用回数:10

A measurement of the uncollided neutron flux passing through a sample containing a stochastic mixture of tungsten and sulfur grains has been performed using neutron resonance transmission analysis in the 3-200 eV energy region. The impact of the heterogeneous characteristic of the sample is shown based on a comparison of the measurement with a calculated transmission spectrum of a homogeneous sample, which was verified by a measurement with a homogeneous metallic disc. By using a single strong resonance of tungsten, the particle self-shielding factor between 0.2-0.9 was directly measured. The experimental data have been compared with model calculations using the Markovian Levermore-Pomraning model. The measured transmission has been used to determine the effective characteristic chord length and volume fraction of the tungsten grains within the sample.

論文

Neutron resonance densitometry for particle-like debris of melted fuel

原田 秀郎; 北谷 文人; 小泉 光生; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 土屋 晴文; 飯村 秀紀; 瀬谷 道夫; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

Nuclear Data Sheets, 118, p.502 - 504, 2014/04

 被引用回数:3

Feasibility study of neutron resonance densitometry (NRD) has been started to quantify of nuclear materials in particle-like debris of melted fuel formed in severe accidents of nuclear reactor such as Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. The NRD here is a combined method of NRTA (neutron resonance transmission analysis) and NRCA (neutron resonance capture analysis) using a pulsed neutron generator and TOF (time of flight) measurement. The presentation includes the proposed compact NRD system, the spectrometer design for NRCA using LaBr$$_{3}$$ detectors by Monte Carlo simulations, and analytical studies on achievable accuracies. The experimental results using particle-like Cu samples measured at the GELINA facility in IRMM are also shown in comparison with analytical studies. Required nuclear data for the NRD will be also discussed.

論文

Particle size inhomogeneity effect on neutron resonance densitometry

Becker, B.*; 原田 秀郎; Kauwenberghs, K.*; 北谷 文人; 小泉 光生; Kopecky, S.*; Moens, A.*; Schillebeeckx, P.*; Sibbens, G.*; 土屋 晴文

ESARDA Bulletin, (50), p.2 - 8, 2013/12

Neutron Resonance Densitometry (NRD) represents a possible option to determine the heavy metal content in melted nuclear fuel. This method is based on the well-established methodology of neutron time-of-flight (TOF) transmission and capture measurements. In particular, NRD can measure both the isotopic and the elemental composition. It is a non-destructive method and is applicable for highly radioactive material. The details of this method are explained in another contribution to this symposium. The accuracy of NRD depends among other factors on sample characteristics. Inhomogeneities such as density variations in powder samples can introduce a significant bias in the determination of the composition. In this contribution, the impact of the particle size distribution of such powder samples on results obtained with NRD is investigated. Various analytical models, describing the neutron transport through powder, are compared. Stochastic numerical simulations are used to select a specific model and to estimate the introduced model uncertainty. The results from these simulations will be verified by dedicated measurements at the TOF-facility GELINA of the EC-JRC-IRMM.

論文

Development of neutron resonance densitometry at the GELINA TOF facility

Schillebeeckx, P.*; Abousahl, S.*; Becker, B.*; Borella, A.*; Emiliani, F.*; 原田 秀郎; Kauwenberghs, K.*; 北谷 文人; 小泉 光生; Kopecky, S.*; et al.

ESARDA Bulletin, (50), p.9 - 17, 2013/12

Neutrons can be used as a tool to study properties of materials and objects. An evolving activity in this field concerns the existence of resonances in neutron induced reaction cross sections. These resonance structures are the basis of two analytical methods which have been developed at the EC-JRC-IRMM Neutron Resonance Capture Analysis (NRCA) and Neutron Resonance Transmission Analysis (NRTA). They have been applied to determine the elemental composition of archaeological objects and to characterize nuclear reference materials. A combination of NRTA and NRCA together with Prompt Gamma Neutron Analysis, referred to as Neutron Resonance Densitometry (NRD), is being studied as a non-destructive method to characterize particle-like debris of melted fuel that is formed in severe nuclear accidents such as the one which occurred at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants. This study is part of a collaboration between JAEA and EC-JRC-IRMM. In this contribution the basic principles of NRTA and NRCA are explained based on the experience in the use of these methods at the time-of-flight facility GELINA of the EC-JRC-IRMM. Specific problems related to the analysis of samples resulting from melted fuel are discussed. The programme to study and solve these problems is described and results of a first measurement campaign at GELINA are given.

論文

NRTAによる粒子状溶融燃料デブリ中の核物質定量化に対するサンプルの厚さの影響

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; Becker, B.*; Kopecky, S.*; Kauwenberghs, K.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第34回年次大会論文集(インターネット), 8 Pages, 2013/10

福島第一原子力発電所の事故のような現象で発生する粒子状の溶融燃料デブリの核物質を定量するため、中性子共鳴濃度分析法を開発している。これは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)と中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法を組合せたものである。デブリは、形状や大きさ、含まれる不純物の量などに関して、大きなばらつきがあると予測される。こうした不確定性が測定の精度にどのような影響を与えるのかを把握する一環として、サンプルの厚みが中性子共鳴透過測定に与える影響を調べた。2012年12月から2013年2月にIRMMの中性子飛行時間測定施設で、厚みが0.125, 0.25, 0.7mmと異なる銅のサンプルを用いて測定を実施した。得られたデータから、厚みごとの面密度を導出し、それらは2%以内で期待される面密度と一致することを確認した。

論文

粒子状溶融燃料デブリに対する中性子共鳴濃度分析法開発に関する進展

原田 秀郎; 北谷 文人; 小泉 光生; 土屋 晴文; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 瀬谷 道夫; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第34回年次大会論文集(インターネット), 6 Pages, 2013/10

福島第一原子力発電所の事故のような事象で発生する粒子状の溶融燃料デブリに含有される核物質を定量可能とするために、中性子共鳴濃度分析法を提案し、技術開発を進めている。中性子共鳴濃度分析法とは、中性子共鳴透過分析法と中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法を組合せたものである。中性子共鳴透過分析法により、U及びPu同位体の定量を行い、その解析で必要となる溶融燃料デブリ含有物質(ボロンや鉄等)を中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法により同定するものである。中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法を高い放射能を含有するサンプルの分析に適用可能とするために、革新的$$gamma$$線スペクトロメータ概念を提案した。本手法の有効性を確認するため、モンテカルロシミュレーションによる研究、及びEU/JRC/IRMMの中性子TOF研究施設GELINAを用いた実験研究を実施している。本発表では、分析原理,研究計画,最新の研究成果について、総括的に報告する。

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