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岩元 大樹
核データニュース(インターネット), (128), p.13 - 25, 2021/02
近年、核破砕反応で発生する中性子を利用した物質科学研究や産業応用が世界規模で展開されている。そこでは、施設の利用や放射線安全の観点から、核破砕反応で生み出される二次粒子や核破砕生成物に起因する放射線量や放射能量に対する予測精度の向上が求められている。本稿では、核破砕反応の基礎およびこれを記述するための核反応モデルが直面している課題について説明するとともに、この課題を解決すべく取り組んだ研究および研究成果(2020年度核データ部会賞学術賞受賞)について紹介する。
岩元 大樹; 明午 伸一郎; 松田 洋樹
EPJ Web of Conferences, 239, p.06001_1 - 06001_6, 2020/09
被引用回数：1 パーセンタイル：71.91(Nuclear Science & Technology)モンテカルロ粒子輸送計算コードは、加速器駆動核変換システム(ADS)及びJ-PARC等の高エネルギー陽子加速器・大強度中性子源施設の遮蔽設計で重要な役割を演じるが、モンテカルロ粒子輸送計算コードに組み込まれている核反応モデルは高度化の余地が残されている。本研究では、被ばく線量評価・放射能量評価で重要な核破砕生成物の核種生成断面積に関する実験データ及びモンテカルロ粒子輸送計算コード(PHITS, MCNP6及びGEANT4)で使用される最新の核反応モデル(INCL4.6/GEM, Bertini/GEM, JQMD2/GEM, JQMD2/SMM/GEM, CEM03.03, INCL++/GEMINI++, INCL++/ABLA07等)による解析結果と比較することで、現状のPHITS核反応モデルの予測精度を把握し、高度化に向けた課題を摘出した。実験値との比較では、ADS及び核破砕中性子源施設で重要な400MeVから1GeVの陽子入射エネルギー領域及び重標的核種に対する実験値を対象とし、ドイツGSIで測定された逆運動学による実験データ及びJ-PARCで測定された最新の結果を含む放射化法による実験データを使用した。比較の結果、PHITS推奨の核反応モデルINCL4.6/GEMは、核分裂生成物を過小評価し、蒸発残留核について同一元素に対して中性子過剰に評価する傾向を示すことが分かった。さらに、実験データが少ない中重核領域及び核分裂生成核種と蒸発残留核種の間の領域で、モデル間の差異が顕著であることを明らかにした。
小林 薫*; 神永 雅紀; 羽賀 勝洋; 木下 秀孝; 麻生 智一; 勅使河原 誠; 日野 竜太郎
JAERI-Tech 2002-005, 118 Pages, 2002/02
JAERI-Tech-2002-005.pdf:9.71MB
核破砕水銀ターゲットシステムの放射線安全を検討するにあたり、核破砕反応で生成される核破砕生成物の化学形態を明確にしておく必要がある。大量の核破砕生成物が存在するターゲット容器内の水銀について、水銀中の核破砕生成物の化学形態を、2元状態図と核破砕生成物の生成量に基づく熱化学平衡計算に基づき推定した。その結果、水銀は、Al, As, B, Be, Bi, C, Co, Cr, Fe, Ga, Ge, Ir, Mo, Nb, Os, Re, Ru, Sb, Si, Ta, Tc, V, Wを元素状態で、Ag, Au, Ba, Br, Ca, Cd, Ce, Cl, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, F, Gd, Hf, Ho, I, In, K, La, Li, Lu, Mg, Mn, Na, Nd, Ni, O, Pb, Pd, Pr, Pt, Rb, Rh, S, Sc, Se, Sm, Sn, Sr, Tb, Te, Ti, Tl, Tm, Y, Yb, Zn, Zrを無機水銀化合物として溶解することがわかった。一方、セイフティハル内の冷却水については、冷却水中の酸素の核破砕反応で生成するBe-7がメンテナンス時の外部被曝の主要因となる。そこで、Be-H
O系を対象とした熱化学平衡計算により冷却水中のベリリウムの化学形態を推定した。その結果、ベリリウムの冷却水中でのモル分率が10E-8以下では、陽イオン(BeOH
,BeO,Be
)の形態で冷却水中に存在することがわかった。
前川 藤夫; 松田 洋樹; 明午 伸一郎; 佐々 敏信; 宮原 信哉*; 有田 裕二*; 大平 直也*
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)の標的兼冷却材である鉛ビスマス共晶合金(LBE)中の核破砕生成物の物理化学形態評価のため、J-PARCのADSターゲット試験施設(TEF-T)のLBEループについて、PHITSコードにより核破砕生成物量を評価した。
宮原 信哉*; 大平 直也*; 有田 裕二*; 佐々 敏信; 前川 藤夫; 松田 洋樹; 明午 伸一郎
no journal, ,
ADSターゲット試験施設(TEF-T)の鉛ビスマス(LBE)中における代表的な核破砕生成元素を選定し、統合型熱力学計算システムThermo-Calcを用いてLBE中で生成され得るSP元素の化合物とそれらの濃度を1点平衡計算で求めた。
岩元 大樹; 明午 伸一郎
no journal, ,
加速器駆動システムを含めた核破砕中性子源施設の研究開発において、核破砕反応から生成される核分裂片の収量を高い精度で予測することが求められている。なかでも、キセノン, ヨウ素, クリプトン等の揮発性核種の収量予測は気体廃棄物処理を適切かつ安全に進めていくうえで重要である。本研究では、核分裂片収量の予測精度向上を目的として、モンテカルロ粒子・重イオン輸送計算コードPHITSに含まれる一般化蒸発モデル(GEM)の核分裂確率の記述を修正した。核分裂確率はProkofievによる陽子入射核分裂断面積の現象論的系統式と核内カスケードモデル(INCL4.6)から推測して求めた。実験値との比較の結果、修正したモデルは、陽子, 中性子及び重陽子入射の核分裂断面積を、閾エネルギーからGeV領域までの幅広い入射エネルギーで、かつ広範囲の標的核種に対して、従来モデルよりも高精度に予測できることを明らかにした。本発表では、モンテカルロ粒子輸送計算コードMCNP6に組み込まれている他の核破砕反応モデルとの比較結果についても報告する。
岩元 大樹; 明午 伸一郎; 松田 洋樹
no journal, ,
モンテカルロ粒子輸送計算コードPHITSは、加速器駆動核変換システム(ADS)及び大強度陽子加速器施設の核特性評価において重要な役割を担うが、PHITSに組み込まれている核反応モデルは高度化の余地が残されている。本研究は、放射能量評価で重要な核破砕生成物の核種生成断面積に関する実験データ及び他のモンテカルロ粒子輸送計算コード(MCNP6及びGEANT4)で使用される最新の核反応モデルによる解析結果と比較することで、現状のPHITS核反応モデルの予測精度を把握し、さらなる高度化に向けた課題を摘出することを目的とした。ADS及び核破砕中性子源施設で重要な400MeVから1GeVの陽子入射エネルギー領域及び重標的核種に関する実験を対象とし、ドイツGSIで測定された逆運動学による実験データ及びJ-PARCで測定された最新の結果を含む放射化法による実験データと、計算モデルによる結果と比較した。その結果、PHITS推奨の核反応モデルINCL4.6/GEMは、核分裂生成物を過小評価し、蒸発残留核種について、同一元素に対して中性子過剰に評価する傾向を示すことがわかった。さらに、GSI実験データが存在しない中重核(IMF)領域(
=10-40)及び核分裂生成核種と蒸発残留核種の間の領域(=120-160)において、計算モデル間の差異が顕著であることが示された。
山田 結也*; 藤原 卓真*; 宮原 信哉*; 有田 裕二*; 佐々 敏信; 武井 早憲; 前川 藤夫; 大林 寛生; 中野 敬太
no journal, ,
加速器駆動システム(ADS)では、核破砕中性子ターゲット材および冷却材として鉛ビスマス共晶(LBE)を使用する。陽子ビームによる核破砕反応により、LBE中に様々な放射性核破砕生成物(SP)が生成し、LBEが放射化する。このため、通常運転や事故時の放射線障害の観点から、LBEからカバーガス中などへの核破砕生成物の放出と輸送挙動を把握することが重要である。今回、アルカリ金属元素の中で生成量が多いCs及びRbがLBEから蒸発する挙動を把握するため、Knudsen流出質量分析装置を用いて、それらの蒸発する化学種や蒸気圧を測定した。その結果CsやRbはLBE中から揮発しやすいことがわかった。
