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Advanced neutron shielding material using zirconium borohydride and zirconium hydride

水素化ホウ化ジルコニウム及び水素化ジルコニウムを用いた先進中性子遮蔽材料

林 孝夫; 飛田 健次; 中森 裕子*; 折茂 慎一*

Hayashi, Takao; Tobita, Kenji; Nakamori, Yuko*; Orimo, Shinichi*

先進遮蔽材料として水素化ホウ化ジルコニウム(Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$)及び水素化ジルコニウム(ZrH$$_{2}$$)の性能を評価するために中性子遮蔽計算を実施した。優れた遮蔽材料は外部の構造材の深刻な放射化を防止するために必要とされている。Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$の水素密度はZrH$$_{2}$$よりわずかに多いにもかかわらず、遮蔽性能はZrH$$_{2}$$より低い。これは中性子の効率的な遮蔽には、水素原子と同様に原子番号が大きな原子が必要であることを示しており、さらにZr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$と鋼の組合せにより中性子遮蔽性能が向上することがわかった。(Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$とF82Hの組合せ)及び(ZrH$$_{2}$$とF82Hの組合せ)は、(水とF82Hの組合せ)より遮蔽材の厚さをそれぞれ6.5%, 19%減らすことが可能であることがわかった。他の材料と比較してZr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$を遮蔽材に用いた場合、ホウ素の効果により100eV以下の中性子束が大幅に減少する。これにより核融合炉からの放射性廃棄物の減少に寄与することが可能である。

Neutron transport calculations have been carried out to assess the capability of zirconium borohydride (Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$) and zirconium hydride (ZrH$$_{2}$$) as advanced shield materials, because excellent shields can be used to protect outer structural materials from serious activation. The neutron shielding capability of Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$ is lower than ZrH$$_{2}$$, even though the hydrogen density of Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$ is slightly higher than that of ZrH$$_{2}$$. High-Z atoms are effective in neutron shielding as well as hydrogen atoms. The combination of steel and Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$ can improve the neutron shielding capability. The combinations of (Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$ + F82H) and (ZrH$$_{2}$$ + F82H) can reduce the thickness of the shield by 6.5% and 19% compared to (water + F82H), respectively. The neutron flux for Zr(BH$$_{4}$$)$$_{4}$$ is drastically reduced in the range of neutron energy below 100 eV compared to other materials, due to the effect of boron, which can lead to a reduction of radwaste from fusion reactors.

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パーセンタイル:2.19

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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