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1
Technical developments for accurate determination of amount of samples used for TOF measurements
寺田 和司; 中尾 太郎; 中村 詔司; 木村 敦; 岩本 修; 原田 秀郎; 高宮 幸一*; 堀 順一*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.03019_1 - 03019_4, 2017/09
革新炉や核変換処理の研究開発のため、高精度なマイナーアクチニド(MA)の中性子捕獲断面積が求められている。しかし、現状の精度と要求される精度の間には倍以上の隔たりがある。そこで、MAの断面積精度向上を目的として「マイナーアクチニドの中性子核データ精度向上に係る研究開発」が進められている。精度の良い断面積を得るためには、測定に用いるMA試料のサンプル量を正確に決めることが必要不可欠である。そのため、本プロジェクトの研究課題の一つとして、$$gamma$$線分光法とカロリーメーターを用いた熱測定という2つの異なる手法を用いてサンプル量の高精度決定のための技術開発を進めている。$$gamma$$線分光法では、サンプルからの崩壊$$gamma$$線測定による定量精度向上のために、MAの崩壊$$gamma$$線の高精度測定を実施し、$$gamma$$線放出率を2%以下の精度で決定した。カロリーメーターを用いた熱測定では、MAのQ値が精度よく分かっているため崩壊熱を精密に測定することでMAの放射能値を決定することができる。本発表では、これら2つの手法の開発及び得られた結果について発表する。
2
Application of modified REFIT code for J-PARC/MLF to evaluation of neutron capture cross section on $$^{155,157}$$Gd
水山 一仁; 岩本 信之; 岩本 修; 長谷美 宏幸*; 木野 幸一*; 木村 敦; 鬼柳 善明*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.11042_1 - 11042_4, 2017/09
ガドリニウムは$$^{155,157}$$Gdが非常に大きな中性子捕獲断面積をもつため原子炉の中性子吸収材料として用いられる。しかしながら、$$^{157}$$GdのRPIデータとJENDL-4.0ではばらつきがあることが知られている。原子炉の臨界性は捕獲断面積に敏感であり、RPIのデータはICSBEPにあるガドミニウム溶液体系の臨界性を大きくしてしまうことがわかっている。近年、$$^{155,157}$$Gdの中性子捕獲断面積がJ-PARC/MLFでANNRIを用いた実験で飛行時間法によって測定された。J-PARCの中性子パルスはダブルバンチ構造を持っており、また、高精度な共鳴解析には中性子パルスの時間分解能関数も適切に考慮して行う必要がある。そこで、本研究では、中性子パルスのダブルバンチ構造やANNRI用の時間分解能関数を組み込んだ改良REFITを用いて中性子捕獲断面積の実験データをフィットし、共鳴パラメータを導出する。
3
Neutron capture cross section measurements of $$^{120}$$Sn, $$^{122}$$Sn and $$^{124}$$Sn with the array of Ge spectrometer at the J-PARC/MLF/ANNRI
木村 敦; 原田 秀郎; 中村 詔司; 藤 暢輔; 井頭 政之*; 片渕 竜也*; 水本 元治*; 堀 順一*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.11031_1 - 11031_4, 2017/09
Accurate neutron capture cross section data of $$^{126}$$Sn, which is one of the most important long-lived fission products (LLFPs), is required in the study of transmutation of radioactive waste. However, there is only one experimental data at the thermal energy. A $$^{126}$$Sn sample for a nuclear data experiment contaminated with a large amount of tin stable isotopes, $$^{115, 117-120, 122, 124}$$Sn, because these stable isotopes also have fission yields. These isotopes have large effects on neutron-capture cross-section measurements for $$^{126}$$Sn. To obtain accurate cross-section data for $$^{126}$$Sn, a series of neutron-capture cross-section measurements of all the tin stable isotopes are required. Therefore, the measurements of all tin stable isotopes have been started with Accurate Neutron-Nucleus Reaction measurement Instrument (ANNRI) of Materials and Life science experimental Facility (MLF) in Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). In this presentation, preliminary results of the neutron-capture cross-section measurements of $$^{120, 122, 124}$$Sn are reported in the neutron energy region from 10 meV to 2 keV.
4
Developments of a new data acquisition system at ANNRI
中尾 太郎; 寺田 和司; 木村 敦; 中村 詔司; 岩本 修; 原田 秀郎; 片渕 竜也*; 井頭 政之*; 堀 順一*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.03021_1 - 03021_4, 2017/09
J-PARC物質・生命科学実験施設ANNRIビームラインのデータ収集系更新作業が行われた。MLFのビームパワーは2008年に比較して2015年には20倍以上となり、ビーム量の増大によりビームラインユーザーはより高統計の実験データを取得できるようになった。ビームパワー増大に対応するため、ANNRIにおけるGe検出器アレイのデータ収集システムが更新された。データ収集システムは同時に、中性子全断面積測定のために整備されているLi glass検出器の信号取得のためにも用いられる予定である。コミッショニング実験が0.1mm厚の金サンプルを用いてJ-PARCの500kW陽子ビームを用いて行われた。捕獲断面積および全断面積測定両方について飛行時間法の適用性が試験された。Ge検出器アレイについて、ADCおよびTDCの非線形性、エネルギー分解能、多チャンネルコインシデンスおよび不感時間の性能が測定された。Ge検出器の不感時間は従来のデータ収集システムに比較して、少しのエネルギー分解能劣化を許容すれば1/4になっていた。
5
Research and development for accuracy improvement of neutron nuclear data on minor actinides
原田 秀郎; 岩本 修; 岩本 信之; 木村 敦; 寺田 和司; 中尾 太郎; 中村 詔司; 水山 一仁; 井頭 政之*; 片渕 竜也*; et al.
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.11001_1 - 11001_6, 2017/09
A nuclear data project entitled Research and development for Accuracy Improvement of neutron nuclear data on Minor ACtinides (AIMAC) is being performed in Japan. The objective of the project is to improve accuracy of neutron nuclear data for minor actinides and some fission products, which is required for developing innovative nuclear system transmuting these nuclei. Following research items have been conducted to achieve the objective: (1) Measurements of thermal neutron capture cross-sections by activation methods, (2) High-precision quantifications of shielded sample amounts used for TOF measurement, (3) Resonance parameter determinations at J-PARC/ANNRI and KURRI/LINAC, (4) Extension of capture cross sections to high energy neutrons at J-PARC/ANNRI, (5) High quality evaluation based on iterative communication with experimenters. The achievement of the project is presented.
6
Improving nuclear data accuracy of $$^{241}$$ Am and $$^{237}$$ Np capture cross sections
$v{Z}$erovnik, G.*; Schillebeeckx, P.*; Cano-Ott, D.*; Jandel, M.*; 堀 順一*; 木村 敦; Rossbach, M.*; Letourneau, A.*; Noguere, G.*; Leconte, P.*; et al.
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.11035_1 - 11035_4, 2017/09
There is a serious gap between required accuracy and current accuracy on nuclear data for developing innovative nuclear reactor systems. To bridge this gap, an international joint activity entitled Improving Nuclear Data Accuracy of $$^{241}$$Am and $$^{237}$$Np capture cross sections (INDA) has being performed under WPEC. In this joint study, the forefront knowledge of energy dependent cross section measurements, spectrum averaged experiments, relevant nuclear structure data, and evaluations are intended to be integrated on the capture cross sections of $$^{241}$$Am and $$^{237}$$Np. From the joint study, it was shown that integration of knowledge from the independent specialities enables us not only to crosscheck between data obtained by different techniques but also to improve the measurement accuracy of each other.
7
Characterization of the n_TOF EAR-2 neutron beam
Chen, Y. H.*; Tassan-Got, L.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他130名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.03020_1 - 03020_4, 2017/09
CERNの中性子飛行時間測定施設において、長い中性子飛行距離を有する第1実験室に加え、短い中性子飛行距離位置に第2実験室を設計・建設した。パラレル・プレート・アバランチェ・カウンター(PPAC)を用いて、第2実験室における中性子ビームの空間的広がり及びエネルギー分布を測定した。また、第1実験室で観測され時間校正に使用されてきた$$gamma$$線フラッシュは観測されないという知見が得られ、本観測結果に基づき、$$gamma$$線フラッシュの物理的起源に関する考察結果を示した。
8
The $$^{33}$$S(n, $$alpha$$)$$^{30}$$Si cross section measurement at n_TOF-EAR2 (CERN); From 0.01 eV to the resonance region
Sabat$'e$-Gilarte, M.*; Praena, J.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他126名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.08004_1 - 08004_4, 2017/09
CERNのn_TOF第2実験室において、$$^{10}$$B(n,$$alpha$$)を標準断面積として用い、$$^{33}$$S(n, $$alpha$$)$$^{30}$$Si反応断面積を測定した。本実験室では初めてとなる0.01eVから100keVまでの実験データを取得し、本データより0.01eVから10keVまでの中性子断面積を導出した。本反応は、$$^{10}$$B(n, $$alpha$$)反応とともに放射線療法への利用が期待されているが、従来報告された断面積値間には大きな差異がある。本研究により導出した断面積は、信頼性ある断面積評価に反映されることが期待される。
9
Dissemination of data measured at the CERN n_TOF facility
Dupont, E.*; 大塚 直彦*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他224名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.07002_1 - 07002_4, 2017/09
CERNのn_TOF中性子飛行時間測定施設は、高品質の核データを熱エネルギーから数百MeVまでのエネルギー範囲で測定するために利用されている。CERNのデータ公開ポリシーに従い、核物理、宇宙核物理、原子力技術分野の広いコミュニティーに対し取得データを提供するため、n_TOF国際共同研究により取得されたデータは、標準的なフォーマットでの公開を目指している。本論文では、n_TOF国際共同研究によりこれまでに得られた様々なデータ及び関連情報を集約するとともに、国際的標準フォーマットであるEXFOR形式での整備状況について報告する。
10
New measurement of the $$^{242}$$Pu(n, $$gamma$$) cross section at n_TOF-EAR1 for MOX fuels; Preliminary results in the RRR
Lerendegui-Marco, J.*; Guerrero, C.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他115名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.11045_1 - 11045_4, 2017/09
軽水炉及び高速炉でのMOX燃料利用にあたり、高精度の中性子捕獲断面積及び核分裂断面積が必要とされており、NEAの専門家会合WPEC-26の報告書によれば、特に$$^{242}$$Puの中性子捕獲断面積について、500eVから500keVのエネルギー領域に対して7$$sim$$12%の精度が必要とされている。しかしながら、keV領域の測定値としては、不確かさが約35%と大きな1970年代のデータしかこの40年間存在しなかった。本論文では、n_TOF施設の第1実験室において測定実験を実施し、取得したデータを解析して得られた個々の中性子共鳴パラメータ及びその平均値について暫定結果を示す。
11
The Measurement programme at the neutron time-of-flight facility n_TOF at CERN
Gunsing, F.*; Aberle, O.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他147名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.11002_1 - 11002_6, 2017/09
CERNのn_TOF中性子飛行時間測定施設は、2001年の事業開始以来、数多くの実験データ取得に利用されてきた。長期に渡り利用された中性子飛行距離185mの第1実験室に加え、2014年からは中性子飛行距離20mの第2実験室が利用可能となり、施設の測定能力が大幅に向上した。n_TOF施設における核データ測定研究活動について総括的に報告する。
12
Measurement of the $$^{240}$$Pu(n,f) cross-section at the CERN n_TOF facility; First results from experimental area II (EAR-2)
Stamatopoulos, A.*; Tsinganis, A.*; Colonna, N.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他126名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.04030_1 - 04030_4, 2017/09
The accurate knowledge of the neutron-induced fission cross-sections of actinides and other isotopes involved in the nuclear fuel cycle is essential for the design of advanced nuclear systems, such as Generation-IV nuclear reactors. Such experimental data can also provide the necessary feedback for the adjustment of nuclear model parameters used in the evaluation process, resulting in the further development of nuclear fission models. In the present work, the $$^{240}$$Pu(n,f) cross-section was measured at CERN n_TOF facility relative to the well-known $$^{235}$$U(n,f) cross section, over a wide range of neutron energies, from meV to almost MeV, using the time-of-flight technique and a set-up based on Micromegas detectors. This measurement was the first experiment to be performed at n_TOF new experimental area (EAR-2), which offers a significantly higher neutron flux compared to the already existing experimental area (EAR-1).Preliminary results as well as the experimental procedure, including a description of the facility and the data handling and analysis, are presented.
13
Monte Carlo simulations of the n_TOF lead spallation target with the Geant4 toolkit; A Benchmark study
Lerendegui-Marco, J.*; Cort$'e$s-Giraldo, M. A.*; Guerrero, C.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他114名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.03030_1 - 03030_4, 2017/09
Monte Carlo (MC) simulations are an essential tool to determine fundamental features of a neutron beam, such as the neutron flux or the $$gamma$$ ray background, that sometimes can not be measured or at least not in every position or energy range. Until recently, the most widely used MC codes in this field had been MCNPX and FLUKA. However, the Geant4 toolkit has also become a competitive code for the transport of neutrons after the development of the native Geant4 format for neutron data libraries, G4NDL. In this context, we present the Geant4 simulations of the neutron spallation target of the n TOF facility at CERN, done with version 10.1.1 of the toolkit. The first goal was the validation of the intra-nuclear cascade models implemented in the code using, as benchmark, the characteristics of the neutron beam measured at the first experimental area (EAR1), especially the neutron flux and energy distribution, and the time distribution of neutrons of equal kinetic energy, the so-called Resolution Function. The second goal was the development of a Monte Carlo tool aimed to provide useful calculations for both the analysis and planning of the upcoming measurements at the new experimental area (EAR2) of the facility.
14
$$^7$$Be(n,$$alpha$$) and $$^7$$Be(n,p) cross-section measurement for the cosmological lithium problem at the n_TOF facility at CERN
Barbagallo, M.*; Colonna, N.*; Aberle, O.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他125名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.01012_1 - 01012_4, 2017/09
The Cosmological Lithium Problem refers to the large discrepancy between the abundance of primordial $$^7$$Li predicted by the standard theory of Big Bang Nucleosynthesis and the value inferred from the so-called "Spite plateau" in halo stars. A possible explanation for this longstanding puzzle in Nuclear Astrophysics is related to the incorrect estimation of the destruction rate of $$^7$$Be, which is responsible for the production of 95% of primordial Lithium. While charged-particle induced reactions have mostly been ruled out, data on the $$^7$$Be(n,$$alpha$$) and $$^7$$Be(n,p) reactions are scarce or completely missing, so that a large uncertainty still affects the abundance of $$^7$$Li predicted by the standard theory of Big Bang Nucleosynthesis. Both reactions have been measured at the n_TOF facility at CERN, providing for the first time data in a wide neutron energy range._1
15
The n_TOF facility; Neutron beams for challenging future measurements at CERN
Chiaveri, E.*; Aberle, O.*; Andrzejewski, J.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他111名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.03001_1 - 03001_4, 2017/09
The CERN n_TOF neutron beam facility is characterized by a very high instantaneous neutron flux, excellent TOF resolution at the 185m long flight path (EAR-1), low intrinsic background and coverage of a wide range of neutron energies, from thermal to a few GeV. The overall efficiency of the experimental program and the range of possible measurements has been expanded with the construction of a second experimental area (EAR-2), located 20m on the vertical of the n_TOF spallation target. This upgrade, which benefits from a neutron flux 30 times higher than in EAR-1, provides a substantial extension in measurement capabilities, opening the possibility to collect data on neutron cross-section of isotopes with short half-lives or available in very small amounts. We will discuss the innovative features of the EAR-2 neutron beam that make possible to perform very challenging measurements on short-lived radioisotopes or sub-mg samples, out of reach up to now at other neutron facilities around the world. Finally, the future perspectives of the facility will be presented.
16
Time-of-flight and activation experiments on $$^{147}$$Pm and $$^{171}$$Tm for astrophysics
Guerrero, C.*; Lerendegui-Marco, J.*; Domingo-Pardo, C.*; 原田 秀郎; 木村 敦; n_TOF Collaboration*; 他113名*
EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.01007_1 - 01007_4, 2017/09
The neutron capture cross section of several key unstable isotopes acting as branching points in the s-process are crucial for stellar nucleosynthesis studies, but they are very challenging to measure due to the difficult production of sufficient sample material, the high activity of the resulting samples, and the actual (n,$$gamma$$) measurement, for which high neutron fluxes and effective background rejection capabilities are required. Capture cross section of $$^{147}$$Pm and $$^{171}$$Tm have been measured for time-of-flight measurements at the CERN n_TOF facility using the 19 and 185m beam lines. Activation experiments on the same $$^{147}$$Pm and $$^{171}$$Tm targets with a high-intensity 30 keV quasi-Maxwellian flux of neutrons will be performed using the SARAF accelerator and the Liquid-Lithium Target (LiLiT) in order to extract the corresponding Maxwellian Average Cross Section (MACS). The status of these experiments and preliminary results will be presented and discussed as well.
17
Hydrogen production by $$gamma$$-ray irradiation from different types of zeolites in aqueous solution
熊谷 友多; 木村 敦*; 田口 光正*; 渡邉 雅之
Journal of Physical Chemistry C, 121(34), p.18525 - 18533, 2017/08
 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)
水の放射線分解による水素発生に対するゼオライトの影響を理解するため、水とゼオライトとの混合物の$$gamma$$線照射による水素発生を研究した。構造および組成の異なる4種類のゼオライトについて種々の含水率の試料を調製し、脱気条件および空気溶存条件にて水素発生を比較した。脱気条件下では、組成に占めるアルミニウムの比率が高いゼオライトを用いた場合に、特に低含水率で高い水素発生量を観測した。水素発生量とゼオライトの化学分析との比較から、ゼオライトに含まれる骨格外アルミニウムが水素発生量を増加させることが示唆された。一方、空気溶存条件かつ高含水率の場合には、水の放射線分解により過酸化水素が生成するため水素発生量の低下が観測された。この水素発生量の低下はアルミニウム含有率の高いゼオライトで顕著であり、その結果4種のゼオライトからの水素発生量は同程度となった。構造および組成の異なるゼオライトで同等の水素発生が観測された結果から、骨格外アルミニウムの関与する反応とは別に、ゼオライトの影響を受けにくい水素発生反応過程が存在すると考えられる。
18
High-precision mass analysis of RI sample for cross-section measurements
中村 詔司; 芝原 雄司*; 上原 章寛*; 藤井 俊行*; 木村 敦; Hales, B. P.; 岩本 修
KURRI Progress Report 2016, P. 66, 2017/07
ImPACTプロジェクトの分担研究において、放射化法による$$^{135}$$Cs中性子捕獲断面積測定に使用する試料として$$^{137}$$Cs標準溶液中に含まれる$$^{135}$$Csの利用を考えて、$$^{137}$$Cs溶液の高精度の質量分析を行なった。わずか10Bq(pgオーダー)の$$^{137}$$Cs溶液を分析し、不純物として含まれている$$^{135}$$Csを確認するとともに、$$^{135}$$Csと$$^{137}$$Csの同位体比を0.5%の精度で導出することができた。
19
第29回NEA核データ評価国際協力ワーキングパーティ(WPEC)会合報告
原田 秀郎; 岩本 修; 木村 敦; 横山 賢治; 多田 健一
核データニュース(インターネット), (117), p.36 - 51, 2017/06
経済開発協力機構原子力機関(OECD/NEA)の第29回核データ評価国際協力ワーキングパーティ(WPEC)会合が、2017年5月15日$$sim$$19日にOECD本部で開催された。期間中に開催されたWPEC本会合及びサブグループ会合について報告する。
20
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
 パーセンタイル:100(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.