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J-PARC に設置した中性子捕獲反応研究用装置 及び原子力分野で進行中の研究の紹介

平成 22 年 11 月 4 日 ( 木） 宇宙核物理連絡協議会主催　第三回研究戦略ワークショップ. J-PARC に設置した中性子捕獲反応研究用装置 及び原子力分野で進行中の研究の紹介. Pd-107 の中性子捕獲断面積測定.

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J-PARC に設置した中性子捕獲反応研究用装置 及び原子力分野で進行中の研究の紹介

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Presentation Transcript

  1. 平成22年11月4日(木）宇宙核物理連絡協議会主催　第三回研究戦略ワークショップ平成22年11月4日(木）宇宙核物理連絡協議会主催　第三回研究戦略ワークショップ J-PARCに設置した中性子捕獲反応研究用装置及び原子力分野で進行中の研究の紹介 Pd-107の中性子捕獲断面積測定 S.Nakamura, K.Furutaka, S.Goko, H.Harada, J.Hori, M.Igashira, T.Kamiyama, T.Katabuchi, A.Kimura, T.Kin, K.Kino, F.Kitatani, Y.Kiyanagi, M.Koizumi, M.Mizumoto, M.Ohta, M.Oshima, Y.Toh, T.Fujii, S.Fukutani and K.Takamiya

  2. OUTLINE • 本研究の目的 • 実験　　　＠J-PARC/MLF/ANNRI Pd-107濃縮試料 • Pd同位体　TOFスペクトル測定 Pd-107、106、108　　　問題点、測定の狙い • 解析　　同位体の寄与の除去 Dead Time 補正 　　　　　　 自己吸収補正 • Pd-105断面積 • Pd-107断面積 • まとめ、今後の計画

  3. MOTIVATION Palladium-107 Long half-life6.5x106yr Fission yield 3% for 239Pu 107Pd(nth,g)108Pd Cross Section *1 130 resonances from 28eV to 3.5keV *2 34 resonances below 700eV

  4. EXPERIMENTS • Accurate Neutron-Nucleus Reaction measurement Instrument

  5. Sample • 107Pd sampleby Nuclear Research and consultancy Group (NRG) • The Pd sample was analyzed in detail at Kyoto University Research Reactor Institute. Pellet 0.13737g AlHolder 0.2297g 0.917mm 1.86mmt 4.523mm 9.077mm

  6. この領域を拡大 Pd同位体TOFスペクトル測定１　107Pd濃縮試料 Run #892 1/24 京大　堀先生提供試料 Pd-107 15.3% 21.0mg Pd-10548.2%(natの2倍） 25Hz、120kW3mmΦ 66214 s　（～18H） 13.3k Evt/s 13.2eV(105) 11.8eV(105) 6.834eV(107) 5.2eV(107) 2.96eV(108) 3.92eV(107)

  7. Pd同位体TOFスペクトル測定１　107Pd濃縮試料 44.5eV 41.3eV ●：Pd-105 ●：Pd-107 ●：Pd-108 58.9(107) 28.0eV 325eV(107)まで ピークは同定

  8. Pd同位体TOFスペクトル測定２　106Pd濃縮試料　Pd同位体TOFスペクトル測定２　106Pd濃縮試料　 Run #877 1/17 Pd-106 95.96% 34.7mg 25Hz、120kW 52297 s　～14.5H 4.9k Evt/s

  9. Pd-106断面積データ　 JENDL-3.3 ＆ ENDF-B/VII JENDL-4.0 ENDF/B-VII.0

  10. Pd-106断面積データ　JENDL-4.0 & ENDF-B/VII 今回の測定で、数十eVから 百数十eVにある共鳴ピーク の存在を確認する必要。 Pd-106起因に起因するのか、 他の不純物核種によるものなのか？ 調べる必要があります。 JENDL-4.0 ENDF/B-VII.0

  11. 33.1eV 90.8eV Counts 112.8eV 2.96eV Channel 2009/6/20Run#521 Pd-108(52.7mg) 59740 s Pd同位体TOFスペクトル測定３　108Pd濃縮試料

  12. Capture gammas Ig/Ig(max) 511.85keV 100.00 616.22keV 15.70 717.35keV 19.44 1127.99keV 8.1 ANALYSIS γ± 512 g.s. 717 616 1128 g.s. Al 512KeV周辺で Gateをかけてみる BG1 BG2

  13. Pd-105濃縮試料　TOF Spectrum（512keVGated） Pd-108の共鳴ピークを除去

  14. 6.834eV 3.92eV, 5.2eV? Gated Spectra Gated at 512 keV g-ray Pd-105 Gated at 434 keV g-ray Events due to Pd-107

  15. Dead Time補正について(1/3) PulserでGateを掛け得られたTOFスペクトル(1ms/ch) Pulser数から求めた Dead Time無しの場合のCnts Pulserを入れているため約7%ほどDead Timeあり DT無しの場合のCntsと TOFのCntsの比を取り　 Dead Time補正係数 を求めた

  16. Dead Time補正について(2/3) 大きな共鳴の後に、Dead TimeによりDipが生じている。 補正係数のピークが、Dip.に対応していることが分かる。 Pd-107サンプル TOFスペクトル　#892 Dead Time補正係数

  17. Dead Time補正について(3/3) 得られた補正係数を、TOFスペクトルに乗じた場合 Dip.の部分、及び共鳴ピークが大きく補正されている。 補正後のスペクトル 補正前のスペクトル

  18. Pd-107試料 1.86mmt 9.077mm IP測定 3mmコリメータの 場合の分布関数 自己吸収係数の計算について(1/2) 堀先生が手配されたPd-107サンプルの形状、重量、同位体比を 用い、MCNPVer.4Cにて自己吸収を計算した。

  19. 自己吸収係数の計算について(2/2) Pd試料+Alケース体系で得られた自己吸収係数　1/G Pd-107サンプル TOFスペクトル　#892 自己吸収係数1/G

  20. Neutron Flux 照射位置における中性子束分布 １０B(n,ag)7Li reaction JENDL-3.3data Gated at 478-keV g-ray 7mmΦコリメータ 3mmΦ コリメータ

  21. Pd-105 Cross Section

  22. Lower limit s0=9.16±0.27(b) * Pd-107 Cross Section *S.Nakamura et al., J.Nucl.Sci.Technol., 44, 103(2007).

  23. CONCLUSION • 濃縮試料を用いPd-107, 105, 106, 108のTOF スペクトル 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＠ J-PARC/MLF/ANNRI • 基底遷移ガンマ線でゲートをかけることにより、 　　同位体の寄与をより分けて、TOF　スペクトルを抽出　 • Pd-107、105断面積を導出　　1eV～300eV • Pd-107の結果は、即発γ線で求めた熱中性子捕獲断面積を支持する結果。 今後の計画： • Pd-107、108等の再測定実施　　2010年11月末～12月中旬 • Pd-107 data　　統計をためて、ガンマ線でGateをかけて同位体の寄与を除去 • 共鳴解析　SAMMYコード

  24. ご清聴ありがとうございます。

  25. y 10 4.5 Surface # Cell999 Void 0 Cell # ③ Void 0 20 0.45385 11 12 Cell #② 30 0.225 Neutron derection 21 22 ① 0.04625 1.0 z 0.093 (cm) 31 32 Cell ①Pdsample Cell ② Al case Cell ③Void Cell 999Void

  26. 補足資料その他の遷移ガンマ線でGateをかけてTOFスペクトルを調べてみた。補足資料その他の遷移ガンマ線でGateをかけてTOFスペクトルを調べてみた。

  27. Gated Spectra (1/5) 33.1eV Gated by 332 keV Pd-108の共鳴のみを抽出 90.8eV Gated by 404 keV Pd-107の共鳴を抽出

  28. Gated Spectra (2/5) Gated by 497 keV Pd-107の共鳴を抽出 Gated by 616 keV Pd-107の共鳴を抽出

  29. Gated Spectra (3/5) Gated by 901 keV Pd-107の共鳴を抽出 Gated by 932 keV g.s. Pd-107の共鳴を抽出

  30. Gated Spectra (4/5) Gated by 1050 keV Pd-105の遷移ガンマ線1046、 1050keVの寄与が主のようである。 Pd-105の共鳴のみ Gated by 1105 keV 僅かであるがPd-107の 共鳴が見えている。

  31. Gated Spectra (5/5) Gated by 1441 keV g.s. 微弱な基底遷移ガンマ線であるので、 抽出されたCountsは僅かです。

  32. 自己吸収係数の計算について(3/3) Pd-105JENDL-3.3 factor 1/G この大きな補正係数は、 Pd-108の共鳴@90eVに対応 Pd-108JENDL-3.3 factor 1/G

  33. Pd-105濃縮試料　TOF Spectrum 616keV Gated 1128keV Gated （これを参考に、Pd-107の場合も、基底遷移ガンマ線でGateをかけて、いまくいくか….）

  34. 補足資料Prompt Gamma-ray Analysis for Pd-107

  35. Limit of application by NAA Stable nucleus Compound Target neutron A X Z Prompt g-ray +n 107Pd A+1 Y A+1 Prompt g-rays X Z+1 Z 108Pd(stable) Impossible to measure the cross-sections by NAA !! ex.107Pd （6.5x106y) 93Zr（1.53x106ｙ) Prompt g-ray spectroscopy g.s. Trans. Method a : Internal Conversion Coefficient Ig : g-ray intensity feeding to g.s. (unit：barn) Stand. Cross-section 332 (mb) of H(n,g)

  36. 8-MW Los Alamos Omega West Reactor (OWR) (Shutdown in 1994)

  37. Application to cross-section measurement for 107Pd 54 g-rays due to 107Pd(n,g) reaction Seven g.s. trans. g-rays Obtained 107Pd cross-section experimentally ! About 5 times larger than eval. data! !! Calc. values by res. parameters

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