NIST開発の量子センサーが核物質の監視を改善(NIST-Developed Quantum Sensors Improve Nuclear Monitoring)

2026-09-10 米国国立標準技術研究所(NIST)

米国国立標準技術研究所(NIST)の研究チームは、遷移端センサー(TES)と呼ばれる超高感度な量子センサーを用いて、ウラン、プルトニウム、ネプツニウムから放出されるX線を従来より高精度に測定する技術を開発した。これらのX線は核物質のガンマ線とエネルギー領域が重なり、核物質の量や組成を評価する際の妨害信号となっていた。極低温に冷却した超伝導膜を利用するTESは、1個のX線光子が与える極微小な熱による電気抵抗の変化を検出し、X線エネルギーを高分解能で測定できる。今回、測定誤差を従来の約3分の1~8分の1まで低減し、X線バックグラウンドを正確に除去することで、核物質の同位体組成をより精密かつ迅速に評価できることを示した。核施設の核物質計量や国際的な核物質保障措置の高度化に加え、原子力発電所の燃料評価を迅速化し、効率向上やコスト削減にもつながる可能性がある。

NIST開発の量子センサーが核物質の監視を改善(NIST-Developed Quantum Sensors Improve Nuclear Monitoring)
Image shows an array of about 250 gamma-ray transition edge sensors developed at NIST and used in the new study. Credit: NIST

<関連情報>

測定値と理論値K⁢U、Np、PuのX線放出線幅 Measured and Theoretical K⁢ X-Ray Emission Linewidths of U, Np, and Pu

Abigail Wessels, Jonathan W. Dean, Daniel T. Becker, Douglas A. Bennett, Matthew H. Carpenter, Mark Croce, Joseph W. Fowler, Johnathon D. Gard, Paul Indelicato
Physical Review Letters  Published: 10 September, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/tcbz-kqk1

Abstract

We present measurements of the K⁢1 and K⁢2 natural x-ray linewidths of uranium, neptunium, and plutonium (Z=92, 93, 94) obtained using a superconducting transition-edge sensor microcalorimeter array. The relative uncertainties range from 0.5% to 1.5%, improving upon previous values by factors ranging from 3 to 8. These refined linewidths reduce systematic errors in gamma-ray spectroscopy assays of Pu-bearing materials, where K⁢ x-rays overlap with diagnostic gamma lines. We also present multiconfiguration Dirac-Fock calculations of the K⁢ linewidths for U, Np, and Pu, providing a benchmark for theory and experiment. These calculations reveal a discrepancy between ab initio theory and experiment possible to observe only with the improved experimental accuracy achieved in this work.

2004放射線利用
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