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論文

中性子共鳴濃度分析法の性能評価,2; 中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 呉田 昌俊; Becker, B.*; Kopecky, S.*; Heyse, J.*; Paradela, C.*; Mondelaers, W.*; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

粒子状の溶融燃料デブリに含まれるウランやプルトニウム同位体を非破壊で定量することを目的に、中性子共鳴濃度分析法(NRD)の技術開発を進めてきた。NRDは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)に中性子共鳴捕獲$$gamma$$線分析法(NRCA)、あるいは即発$$gamma$$線分析法(PGA)を組み合わせた技術である。NRDにおけるNRCA/PGAの役割は、主に$$^{137}$$Csによる高放射線場においてデブリ中の原子炉や建屋の構造材、ボロンなどの不純物を同定することである。これを実現するため、LaBr$$_3$$結晶を用いた新型の$$gamma$$線検出器やそれ専用の遮蔽体を開発した。これらの$$gamma$$線検出器や遮蔽体を用いて、ベルギーの中性子飛行時間施設GELINAにおいて公開デモ実験を実施した結果、第三者によってブラックボックス内に密封された試料(Hf, Gd, Ni)を同定することに成功した。本発表では、開発した$$gamma$$線検出器の設計概念と測定原理、及びNRCAデモ実験結果について報告する。

論文

核セキュリティ・核不拡散のための先進核物質非破壊検知・測定基礎技術開発

瀬谷 道夫; 直井 洋介; 小林 直樹; 中村 孝久; 羽島 良一; 曽山 和彦; 呉田 昌俊; 中村 仁宣; 原田 秀郎

核物質管理学会(INMM)日本支部第35回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/01

日本原子力研究開発機構(JAEA)の核不拡散・核セキュリティ総合支援センターは、JAEAの他部門と協力して、核セキュリティ・核不拡散のための以下の先進核物質非破壊検知・測定基礎技術開発プログラムを実施してきている。(1)使用済燃料中プルトニウム非破壊測定(NDA)実証試験(PNAR法+SINRD法) (JAEA/USDOE(LANL)共同研究、平成25年度終了)、(2)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線非破壊測定技術開発(大強度単色$$gamma$$線源基礎実証)、(3)ヘリウム3代替中性子検出技術開発、(4)中性子共鳴濃度分析法技術開発(JAEA/JRC共同研究)。この報告では、これらについてその概要を紹介する。

報告書

プルトニウム・ウラン同位体分析における日常管理データに基づく分析誤差の評価(1998年9月$$sim$$2000年12月)

小林 英男; 鈴木 徹; 千葉 正彦; 佐藤 光弘; 川崎 雅史; 平沢 正*; 大内 勇一*

JNC TN8440 2001-005, 33 Pages, 2001/02

JNC-TN8440-2001-005.pdf:1.24MB

プルトニウム燃料センターにおいて、プルトニウム・ウラン同位体分析および濃度分析のために、4台の質量分析装置を使用している。それらの装置の管理のために、試料分析の都度プルトニウム・ウランの標準試料を測定しており、それらのデータを評価した結果、質量分析における分析誤差は、保障措置分析に関する国際目標値を十分満足するとともに、従来法からトータルエバポレーション法に変更したことにより、特にプルトニウム同位体分析において顕著にランダム誤差が改善されたことが確認できた。

報告書

垂直照射型蛍光エックス線分析装置のウラン・プルトニウム濃度分析への適用

稲田 聡; 佐藤 宗一; 庄司 和弘; 池田 久; 実方 秀*; 沼田 光央*

JNC TN8410 2000-022, 55 Pages, 2000/05

JNC-TN8410-2000-022.pdf:1.57MB

垂直照射型蛍光X線分析装置の導入に伴い、ウラン・プルトニウム濃度分析検討を実施した。本装置は、測定部がグローブボックス内に設置され、試料の下部からX線を照射するタイプである。基本条件の検討を実施した。測定に必要な試料量は、容器の形状及び検出効率から3mLとした。励起エネルギーの最適化を図ったところ、繰り返し精度とフィラメントへの負荷を考慮してウラン、プルトニウムともに50kV-30mAと設定した。測定時間については、安定した測定結果が得られた60秒とし、1回の測定は60秒$$times$$2回(合計120秒)の測定を実施し、その平均を測定結果とすることとした。水相中のウラン、プルトニウム混合試料の測定は、マトリクス効果の補正を行うことで誤差4%以内で正確に測定できることを確認した。また、単体試料測定における検出限界値はウランが0.4mg/L、プルトニウムが6.7mg/Lと計算された。定量上限濃度は、蛍光X線分析装置にて分析するために調製した後の測定試料においてウラン、プルトニウムともに9g/Lとした。有機相中のプルトニウム濃度分析は、標準添加を行う希釈法及び試料を直接測定する直接法について検討した。両方ともに良好な結果を示し、検出限界値はそれぞれ、5.3mg/L,0.2mg/Lであった。ただし、直接法においては標準溶液の調製方法に問題が残り、今後の検討課題とした。

口頭

核セキュリティと核物質非破壊検知技術開発

瀬谷 道夫

no journal, , 

核セキュリティに関連して、2011年に改定されたIAEAの核セキュリティ・シリーズNSS (Nuclear Security Series) No.15「規制上の管理を外れた核物質及びその他の放射性物質に関する核セキュリティ勧告」にて各国が求められている核物質の探知(検知)に関して、欧州, 米国, 日本での核物質検知技術開発状況を紹介する。また、現状の保障措置で使われている非破壊測定技術及び米国DOEのNGSIで開発されている使用済燃料中Puの非破壊測定技術開発動向を紹介するとともに、原子力機構が実施している核セキュリティ、保障措置関連の基礎技術開発として、レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線源開発とLCS$$gamma$$線を利用する核共鳴蛍光・非破壊測定技術開発及び中性子共鳴濃度分析技術開発を紹介する。

口頭

中性子共鳴濃度分析法における中性子輸送系の開発

北谷 文人; 小泉 光生; 土屋 晴文; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 原田 秀郎; 瀬谷 道夫; 堀 順一*; 佐野 忠史*

no journal, , 

原子力機構では、溶融燃料デブリや低除染燃料等の様々な核種が混在する試料から核物質を定量する手法として中性子共鳴濃度分析法(Neutron Resonance Densitometry(NRD))の開発を行っている。本手法は、中性子共鳴透過分析法(NRTA)と、中性子共鳴捕獲分析法(NRCA)の2つの手法を組み合わせたものでパルス中性子を利用したTime of flight(TOF)法により中性子エネルギーを分離するものである。本手法の適用にあたり、装置の小型化がどこまで可能であるかを見極めることが重要課題である。このために、飛行距離の短いTOF用中性子輸送系を試作し、その性能を調べた。

口頭

NDA R&D activities at JAEA

呉田 昌俊; 小泉 光生; 原田 秀郎; 瀬谷 道夫; 直井 洋介

no journal, , 

原子力機構は、新たにEC-JRCとの国際共同研究による「(仮)パルス中性子源を用いたDDA法、DG法, NRCA/PGA法, NRTA法から構成されるアクティブ中性子非破壊測定技術開発」に着手する。本研究課題の最終目標は、再処理サイクル過程で存在している使用済燃料など高線量核燃料や、核不拡散関連装置への適用を目指した核物質測定技術を確立することである。本研究課題において、アクティブ中性子法による核物質測定技術の研究開発および個々の技術の組み合わせに関して研究を行う。

口頭

How to measure prompt $$gamma$$-rays under strong background

小泉 光生; 土屋 晴文; 北谷 文人; 原田 秀郎; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 木村 敦; 瀬谷 道夫; Paradela, C.*; et al.

no journal, , 

中性子共鳴濃度分析法(NRD)は、福島第一原子力発電所事故のような過酷事故で生じる粒子状の溶融燃料デブリ中のウランやプルトニウムを、パルス中性子を利用して非破壊で定量する新しい技術である。粒子状デブリ中の核物質を測るために、NRDでは中性子共鳴透過分析法(NRTA)と中性子捕獲$$gamma$$線分析法(NRCA)、あるいは即発$$gamma$$線分析法(PGA)を組み合わせる。NRDでのNRCA/PGAの役割は、$$^{137}$$Csに起因して高線量になるとされるデブリ中の不純物が発する$$gamma$$線を測定することである。特に、NRD用の$$gamma$$線検出器は、$$^{137}$$Csの存在下でも$$^{10}$$Bからの$$gamma$$線を効率よく測定できる設計になっている。NRTAでは、NRCA/PGAで得た不純物の情報に基づき、測定を最適化して、核物質を定量する。こうした設計概念をもつNRDの有効性を実証するために、現在まで、IRMMの中性子飛行時間施設GELINAにおいてNRTAやNRCAに関する国際共同実験を実施してきた。加えて、NRDにおける核物質の測定精度に関する解析的研究も行ってきた。本発表では、NRCA/PGAによる測定のために開発してきた$$gamma$$線スペクトロメータの性能などを中心に、$$gamma$$線測定手法について報告する。

口頭

Challenge towards quantification of SNM from Fukushima Daiichi by NRD

原田 秀郎; 小泉 光生; 土屋 晴文; 北谷 文人; 瀬谷 道夫; Becker, B.*; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; Paradela, C.*; Schillebeeckx, P.*

no journal, , 

原子力機構は、原子力発電所の事故で発生するような燃料デブリ中の核燃料を非破壊で計測するため、中性子共鳴濃度分析法の概念を提唱し、EC-JRC-IRMMとの国際共同研究により、IRMMのパルス中性子発生施設を用いて技術開発を進め、その有効性を示す試験データを取得すると共に、並行して分析手法の開発を進めてきた。本講演では、中性子共鳴濃度分析法の概念を概説するとともに、本共同研究により得られた主要な研究成果である、ウラン試料を用いた分析結果、構造材料の同定結果、非均一の粒子状サンプルを用いた分析結果、さらに任意形状のサンプルを分析可能とする解析手法等について解説する。

口頭

光電子分光法によるCs-135同位体分離回収のためのC$$_{60}$$フラーレン吸蔵材料の評価

関口 哲弘; 横山 啓一; 魚住 雄輝*; 矢野 雅大; 朝岡 秀人; 鈴木 伸一; 矢板 毅

no journal, , 

長寿命放射性核種であるセシウム-135($$^{135}$$Cs)の除去に向け、Cs元素の同位体分離技術の確立を目指す。近年、テラヘルツ領域の同位体選択的レーザー光分解により$$^{135}$$Cs原子のみを生成させるスキームが提案された。しかし、Cs原子($$^{135}$$Cs)とヨウ化セシウム分子($$^{133}$$CsI)との衝突による同位体交換を防ぐために、Cs原子だけを選択的に捕集し、CsI分子を吸蔵しないような材料開発が必須である。吸蔵剤候補としてフラーレンC$$_{60}$$分子を用い、Csの深さ方向の濃度分布を評価するため角度分解X線光電子分光測定を行った。最急降下法により光電子強度の角度依存実験結果を最もよく再現するCs濃度の深さ分布を求めた。Cs原子はC$$_{60}$$固体内に浸透する。一方、CsI分子はCsIとC$$_{60}$$の界面より奥へは入らない。Cs同位体分離のための選択吸蔵材料としてフラーレン固体が有望である可能性があることを示す結果である。またArスパッター法を用いることにより、Csがより深くまで浸透することが確認された。更に放射光X線の光子エネルギー依存性による深さ分布解析についても報告する。

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