O ] r ^ J l 9 dEl .c & B p# + E D O v jË [ x Xá 5 U k o t x U p v 9æÆ ñ · 2017. 3. 21. · O...

ŏŝŲŞŊŬĹ��dEl�.cĦłp#īŅńŏŶŪËśŸŘá�ĵ ŕūůŴŸŕŰŶĹæÆ�ñ�

vHÛĠ=�Ã�®¹�ġ»3:ïvxŞůŸŜŲŠ®¹�

3{4-5wĝ�*CH

QPCHĎ¢ĜØ-ĜĀ�

2012B0025 (D�Gd�ªJĉź: P¥ÕVĝÖýÍĝ Rĝ�¥çĎŹQCźĝĎ ýGÑ(³iC)ĝ|~sĎĝ-¥´ù(JAEA)

2014B0124 (155Gd, 157Gd�ªJĉ): P¥ÕVĝ RĝP.DasĝM.ReenĝO�¦ ĝ�¥çĎŹQCźĝ ĜĜýGÑ(³iC)ĝ|~sĝ-¥´ùĝR}��ĝ�~ã2Ď(JAEA)

¬��

1. ®¹Îyŷ¬ª 2. Jĉ�Ý 3. JĉśŸŘá�ĵŕūůŴŸŕŰŶ 4. γË÷µĹvŮśų�¾ 5. á�Ĺ¡� 6. ĽĵĿ

2017/2/14� Đ�

1-1. ŏŝŲŞŊŬ(Gd)Ň¤ģįŞůŸŜŲŠß��

νe p n

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Gd

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Á30µsec Á50cm�! l�°�90%�

2017/2/14 đ�®¹Îyŷ¬ª�

-510

-310

-110 10

310

510

110

210

310

410

510

610

710

1-2. �qŏŝŲŞŊŬŇ�ĤĹĦ�

5��D�F<�

[%]��dEl�uĆ¸

[barn(10-24cm2)]�152Gd 0.20 735 154Gd� 2.18� 85�

155Gd� 14.80� 60900 ŹD��Ã�2¨¬ź�

156Gd� 20.47� 1.8�

157Gd� 15.65� 254000 ŹD��Ã�zCź�

158Gd� 24.84� 2.2�160Gd� 21.86� 1.4

n+155Gd→156Gd*→156Gd+γ’s n+157Gd→158Gd*→158Gd+γ’s

GdĹ��dEl�.c�

4âÁ8MeVĵĶń ÜtĹγËŇp#ĭńĞ�

>ªĶ-E�ĴĹuĆ¸σ=4πa2=1[barn]Źa:-E�,]ź�

ę�ċķŁńCĨĶuĆ¸� ĚĊģγËp#ŌşųŐŸ�

Neutron Energy [eV]�

Cro

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157GdĹ�dEl�uĆ¸�

2017/2/14� Ē�®¹Îyŷ¬ª�

5œŘ�

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1-3. �dEŷ-E�.cĹ�a�

l�.cħnûª�

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158Gd共鳴状態�

158Gd@X�f�

γ�

γ�

γ�

31.4meV�

l�.cĹ�Z;

'îŌşųŐŸ�

157Gd@X�f�m

n=93

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7.93

7MeV�

…�

…�

�dE ŌşųŐŸ�

Gd��γ�� γ� ��

157Gdĺ��dEŇl�ĭńĵ158GdĹ�ċ�fĵĶńĞ �ċ�fĦłĺÜtĹŌşųŐŸ��ŇÇ¦ĬĳγËŇp#ĭńĞ�

n+A→B+γŹl�.cź

2017/2/14 ē�®¹Îyŷ¬ª�

\drĝl�.c ĹľħîĪń�

×Ą¿Eŀp#īŅń n+A→A+nŹ\drź n+A→A+p,α

Ge�#9 : º�àĎ22%BGO�#9Ď: º�à 55%�

�dE�

BGO�Ge�

ANNRI�

70mm�

2-1. Jĉ�ÝĜJ-PARC/ MLF/ ANNRI�2016/9/22 Ĕ�

�dEţŸŬ��§zĊ[YĹŢųŗ>ţŸŬ�(ΔEn/En~1%ĝĂE[Y300kW)�

Ge�#9� ĊÀYĴγËŌşųŐŸ�Iħ0Ï(ΔEγ[email protected])

BGO�#9� Ge�#9Ħł�Ņ#ĳģń�ëŇ�#Ĭ¯�(VETO)

78mm�

Jĉ�Ý�

2-2. JĉeA�2016/9/22� ĕ�

BGO

Ge n

ANNRI Detector

BGO

Ge

2012 B0025� 2014 B0124�

�Iw 2013/3/14~3/17� 2014/12/11~12/16�

�ª�ŷD�Gd(99.99%) �5mm×5mm×10,20μm�

ŷ�ÌGd A=155(91.65%) 157(88.4%)ŷNaCl(ñ�¤)�

/`Ê�ët� 3×109events� 8×109events�

�#9Ĺñ��

60Co, 137Cs� 22Na, 60Co, 137Cs, 152Eu�

B0025JĉŹD�GdźĵB0124JĉŹ�ÌGdź�

Jĉ�Ý�

2-3. �#9æÆ�γËĹ�#ķĺĝ�#97ŃĹ�ìþĹ¢áħüÝĴĢńĞANNRI�#9ĹæÆL�ĺÓĩ¢á#�ĳĥŃĝĪĹ;ĆħŕūůŴŸŕŰŶķ&¤īŅńĞ

2017/2/14� Ė�Jĉ�Ý�

3-1. �ëø%�

25meV�

4meV� 100meV�

Neutron Energy (157Gd)�

•  TOF�IķŁŃ4~100meVĹ�dEŌşųŐŸć?Ňøj •  Ge�#9ķŁİĳ0.2~9MeVĹγË�ëŇ/` •  γËBüYķŁń$%

(MultiplicityŹγËĹ}tź, Hit CrystalŹγËĹWħŃź)�

BüY3ĽĴĹ��

íÔħHitĬįGe�#9Ň²ĭĞ�

2017/2/14� ė�JĉśŸŘá�ĵŕūůŴŸŕŰŶ�

0 2000 4000 6000 80001

10

210

310

410

510 ŸŻBüY1, ŸŻBüY4 ŸŻBüY2, ŸŻBüY5 ŸŻBüY3

Cou

nts [

1/ke

V]�

Energy [keV]�

BüY�Ĺ�ët� BüY�ĹŌşųŐŸ$T�

157GdĹ��dEl�.cķŁŃ£gīŅńγË�

3-2. γËBüYķŁńŌşųŐŸ$T�BüY1Ĺ�ëħnûªĴĢńĞ

→1}ĹγËķŁń�ëħĊÈâŹÁ107�ëźĴ`łŅįĞ 3BüYŹγËĹ}tźĴĹŌşųŐŸ$TŇ`įĞ

2017/2/14� Ę�JĉśŸŘá�ĵŕūůŴŸŕŰŶ�

1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8

1 2 3 4 5

Num

ber

of E

vent

s�

BüY ŹγËĹ}tź�

0 100 200 300 400 500 600 700 800

2−10

1−10

Energy [keV]2000 4000 6000 8000

Peak

Effi

cien

cy [%

]

0

0.05

0.1

0.15

0.2

3-3. γË1}ĴĹŕūůŴŸŕŰŶä��

60CoË�� 137CsË��

ŸĎ: ŕūůŴŸŕŰŶ ▲ : 152Eu ě : 35Cl(n,γ)

ŌşųŐŸ$T

ŔŶŧŜŶrķŁńγËĹ WħŃĹä��

ŤŸő�#(��

0.2~9MeVĴĹË�śŸŘĵ�#9ŕūůŴŸŕŰŶħÓĩ�ÒŹ±7%ÀYźĬĳģńĞ�

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

5−10

4−10

3−10

2−10

1−10

Energy [keV]� Energy [keV]�

1173keV� 1332keV� 662keV�

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Energy [keV]� Energy [keV]�

1173keV� 1332keV�

2017/2/14 Đď�JĉśŸŘá�ĵŕūůŴŸŕŰŶ�

Ratio[%]� JĉśŸŘ�

ŌşųŐŸ[keV]� H=1� H=2 H=3�

1173 BüY1� 71.2±0.3� 26.3±0.3� 2.0±0.09�BüY2� -� 0.4±0.04� 0.03±0.01�

1332�BüY1� 70.7±0.3� 26.7±0.3� 2.2±0.1�BüY2� -� 0.4±0.04� 0.01±0.07�

8578�BüY1� 48.6±1.4� 37.7±1.9� 11.6±2.1�BüY2� -� -� -�

Ratio[%]� ŕūůŴŸŕŰŶ�

ŌşųŐŸ[keV]� H=1� H=2� H=3�

1173 BüY1� 69.9±1.2� 27.4±0.6� 2.1±0.2�BüY2� -� 0.54±0.08� 0.01±0.01�

1332�BüY1� 68.3±1.1� 28.6±0.6� 2.2±0.2�BüY2� -� 0.76±0.09� 0.03±0.02�

8578�BüY1� 45.5±0.3� 39.4±0.3� 12.0±0.1�BüY2� -� 1.2±0.04� 0.25±0.02�

3-4. γË1}ĴĹ BüY¢á�

60CoË�ĵ35Cl(n,γ).cĹγËŇ¤ģĳĝ1}ĹγËĹBüYŇJĉśŸŘĵŕūůŴŸŕŰŶĴ�ñĬįĞ�

γË1}Ĺ�#9!ĴĹWħŃŇ5%ÀYĴ¢á#�įĞīłķĝ1}ĹγËħBüY2ķ$ĈīŅń°�ĺÁ1%¶YĴĢńĵÞ¸ŀłŅįĞ�

2017/2/14� ĐĐ�JĉśŸŘá�ĵŕūůŴŸŕŰŶ�

4-1. γË÷µĹvŮśų�¾�

@X�f�

tM

eV�

'î�f�

2.ărª÷µ�Energy�

��

@X�f�

tM

eV�

'î�f�

1.ôÉª÷µ�Energy�

��

Energy [keV]0 2000 4000 6000 8000

Arb

itrar

y

1

10

210

310

410

510

610

Ÿ : natural Gd ŸĎ: 157Gd data Ÿ : 155Gd data�

ărª÷µ�

ôÉª÷µ�

GdĦłp#īŅńγËĺôÉª÷µ(97.1%)ĵărª÷µ(2.9%)ķC%ĭńĞGdĺ��ħKķåĽİĳģńįĿĝôÉª÷µħnûªķĶńĞ�

γËŌşųŐŸ$T�

2017/2/14� Đđ�γË÷µĹvŮśų�¾�

Cou

nts [

1/ke

V]�

4-2. ôÉª÷µ��EaĦłEγĹγËŇp#Ĭĳ��Ebķ÷µĭń°�$TPĺĝ ťŋųūĹČÿ^Ź°�żkU2×��tźĦł�ĽńĞ�

共鳴状態�

@X�f�

Eγ�

Ea�

ΔEb�

'îŌşųŐŸ�

1st

2nd

3rd

4th

Eγ→CŻŹT→Cĝρ→Oź °�$TĹüĸ4ņĮħô

Éª÷µĵĬĳ"¡īŅńĞ TĵρĹ�ĺzvĹ�śŸŘŚŸŦųĦł`įĞ

Ð'îĹ�Z;�1Ħł4¨¬ĹγËĹ°�$T�

P�Eb = T (E�)�(Eb)�Eb

��KY�

K�

©�

2017/2/14 ĐĒ�γË÷µĹvŮśų�¾�

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 �γ-ray Energy [MeV]�

T (E�) = 2�E3�f(E�)

T(Eγ) : E1÷µóõ�t f(Eγ) : PSF ρ(Eb) : ��KY�

DANCEJĉĴĺŖŗŧŵŞŊŬ(Dy)Ň�İĳJĉ�ĵ¢ê�Ň�ñĬĝHFBŮśųĴÓģ�ÒŇ`įĞhğĹvŮśųĴŀHFBŮśųŇ�¤ĬįĞ�

2017/2/14� Đē�

4-3. ŌşųŐŸ��KYρ�

DANCE Experiment� RIPL-3 Database (158Gd)�

A.Chyzh et al.: Phys. Rev. C 84 (2011) 014306�

γË÷µĹvŮśų�¾�

4-4. ÷µ[YātĎf�

Energy (Ei)[MeV] Strength(σi)[mb] Width(Γi) [MeV]

156Gd11.2 180.0� 2.6�15.2� 242.0� 3.6�

158Gd11.7� 165.0� 2.6�14.9� 249.0� 3.8�

f (E�) =1

3 (��c)2

2�

i=1

�iE��2i�

E2� � E2

i

�2+ E2

��2i

T (E�) = 2�E3�f (E�)

i = 2 GDRs (E1, electric dipole)�

γËĄ±÷µ[Yf(Eγ)ĺĝĎò.cγ+Gdàn+GdķŁŃ�ú�IīŅĝE1÷µ[YātĵĬĳŢűŭŸŘ)īŅĳģńĞ�

Ref. Kopecky, PhysRevC.47.312�

2017/2/14� ĐĔ�γË÷µĹvŮśų�¾�

4-2. ôÉª÷µ��EaĦłEγĹγËŇp#Ĭĳ��Ebķ÷µĭń°�$TPĺĝ ťŋųūĹČÿ^Ź°�żkU2×��tźĦł�ĽńĞ�

共鳴状態�

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1st

2nd

3rd

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Éª÷µĵĬĳ"¡īŅńĞ TĵρĹ�ĺzvĹ�śŸŘŚŸŦųĦł`įĞ

Ð'îĹ�Z;�1Ħł4¨¬ĹγËĹ°�$T�

P�Eb = T (E�)�(Eb)�Eb

��KY�

K�

©�

2017/2/14 Đĕ�γË÷µĹvŮśų�¾�

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 �γ-ray Energy [MeV]�

T (E�) = 2�E3�f(E�)

T(Eγ) : E1÷µóõ�t f(Eγ) : PSF ρ(Eb) : ��KY�

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

50

100

150

200

250

4-5. ărª÷µ�2016/9/22� ĐĖ�

1107�

1187� Q value (7934keV)�

6750keV�

g.s.�

1187keV(50±2%)�

1107keV(50±2%)�

80keV�

�ÌGdJĉśŸŘŇ�ģĝQ�Ħł�ărª÷µĹŌşųŐŸŇ�ĭńĞ� 6750keV�

?�

n� 157Gd�

Energy [keV]�

Cou

nts [

1/ke

V]�


�ċ�fĎ�

6750 keV

@X�f�

1187 1107

1187�

80�

Jp�

2-�

2+�

2+�

0+�

261�4+�

7937�

4-6. ărª÷µ�γË÷µ[YŇhğĹJĉśŸŘĦłä�Ĭĝ15}Ĺărª÷µĹÇðŇ�IĬįĞ�

1.ôÉª÷µ[97.1%] 2.ărª÷µ[2.9%]Ź15}ź

5.167MeV [0.25%] 5.436MeV [0.068%] 5.543MeV [0.099%] 5.595MeV [0.27%] 5.669MeV [0.26%] 5.784MeV [0.083%] 5.903MeV [0.49%] 6.001MeV [0.066%] 6.420MeV [0.14%] 6.672MeV [0.080%] 6.750MeV [1.0%] 6.914MeV [0.053%] 6.960MeV [0.0085%] 7.857MeV [0.0097%] 7.937MeV [0.0023%]�

vŮśųĻN��

2017/2/14� Đė�γË÷µĹvŮśų�¾�

4-7. JĉśŸŘĵvŮśųĹ�ñ�JĉśŸŘĵvŮśųŇ3BüYŹγËĹ}tź�Ĵ�ñĬįĞ ŌşųŐŸ$T�ŹJĉ� / â½�źĦłĝèS26%�!ĴĹ�ÒŇ`įĞ

0 2000 4000 6000 80001

10

210

310

M=3, H=3, c7

0 2000 4000 6000 80001

10

210

310

410

510 M=2, H=2, c7

Energy [keV]�

Energy [keV]�

157GdĹ��dEl�.cķŁŃ£gīŅńγË�

0 2000 4000 6000 8000

10

210

310

410

510

610 M=1, H=1, c7

Energy [keV]�

0 10002000300040005000600070008000

10

210

310

410

510

610

0 1 2 3 4 5 6 7 80.00.51.01.52.0

Mean 0.041± 1

RMS 0.029± 0.26

0.0 0.5 1.0 1.5 2.00

2

4

6

8

10

12

14

16 Mean 0.041± 1

RMS 0.029± 0.26

γË1}� γË2}�

γË3}�

Jĉ� / â½�

č Ë í , ą , Å

ŻJĉśŸŘ ŻŕūůŴŸŕŰŶ�

Cou

nts�

2017/2/14� ĐĘ�γË÷µĹvŮśų�¾�

4-8. 157GdĦłp#īŅńγËBüY�

JĉśŸŘ�

Ratio[%]� H=1� H=2� H=3� H=4�BüY1� 69.936±0.008� 17.161±0.007� 2.315±0.003� (2.364±0.009)×10-1�

BüY2� -� 7.401±0.005� 2.056±0.003� (4.01±0.01)×10-1�

BüY3� -� -� (2.96±0.01)×10-1� (8.47±0.05)×10-2�

BüY4� -� -� -� (5.9±0.1)×10-3�

vŮśų�

Ratio[%]� H=1� H=2� H=3� H=4�BüY1� 63±1� 20.2±0.4� 3.21±0.06� (3.68±0.07)×10-1�

BüY2� -� 8.5±0.1� 3.21±0.05� (7.5±0.1)×10-1�

BüY3� -� -� (3.77±0.06)×10-1� (1.35±0.02)×10-1�

BüY4� -� -� -� (7.0±0.2)×10-3�

2017/2/14� đď�

157Gd(n,γ).cĦłp#īŅńγËĹBüYŹγËĹ}tźĵŕūůŴŸŕŰŶĴÓģ�ÒŇ`įĞ�


4-9. JĉśŸŘĵ�ŮśųĴĹ�ñ�

0 1 2 3 4 5 6 7 802468101214161820

M=1, H=1, c7

Energy [MeV]�

Jĉ�

/ â½��

γË1}�

●� : vŮśų(RMS:0.26±0.03)�ě� : Geant4��(RMS:3.3±0.6)�▲ : GLG4sim(RMS:0.8±0.2) �

hğĹJĉśŸŘĵ3·ĈĹŮśųŇ�ñĬįĞ Geant4��ŮśųŹèSÁ330%źĵGLG4simŮśųŹèSÁ80%źķMĬĳĝvŮśųĴĺèS26%�!ķĽĴo8ĬįĞ

1→�

2017/2/14 đĐ�γË÷µĹvŮśų�¾�

2017/2/14 đđ�

5-1. γËĹ}t�Ĺá��á�Ĺ¡��

157Gd(n,γ).cĦłp#īŅń1}ĹγËķıģĳÓĩ¢á#�įĞ ¡<ĝ2γśŸŘĹá�Ň¡<ÚİĳģńĞ(¥�ũŗŘŸ)

→1st γĵ2nd γĹ[Y →àY$TĎ�

157Gd(n,γ).cĦłp#īŅńγË$T� γË}tķŁńöģ�ŸŻ1}(1γ) ŸŻ2}(2γ) ŸŻ3}(3γ)�

5-2. àY$Tá�Ĺ¡��2017/2/14 đĒ�

1− 0.8− 0.6− 0.4− 0.2− 0 0.2 0.4 0.6 0.8 14600480050005200540056005800600062006400

Z=cosθ

W(Z

)

Fittingāt� χ2/ndf

W(Z)=A(1+Z2/8+Z4/24) 21.81/16

W(Z)=A 142.4/16

1− 0.8− 0.6− 0.4− 0.2− 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1150

200

250

300

350

400

Z=cosθ

W(Z

)

Fittingāt� χ2/ndf

W(Z)=A(1+Z2/8+Z4/24) 13.94/15

W(Z)=A 29.78/15

60CoË�Ĝ[1173keV, 1332keV]� 157Gd(n,γ).cĎ[6750keV, 1187keV]�

2505�

1332keV�

1173keV�

1332�

4+�

2+�

0+�

5+��ċ�f�

6750keV

@X�f�

1187keV 1107keV

1187�

80�

2-�

2+�

2+�0+�

7937�

60CoË�ĵ157Gd(n,γ).cĦłp#īŅńγËĹ1ıĹŨŉŇ�İĳàY�FŇéļįĞ�

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