Direct neutron spectrum measurement to validate Zr(n,2n) reaction cross-section at 14 MeV

14MeVにおけるZr(n,2n)反応断面積の検証のための放出中性子スペクトルの直接測定

村田 勲*; 四間 公章*; 近藤 恵太郎; 松中 允亨*; 太田 雅之*; 宮丸 広幸*; 落合 謙太郎; 今野 力  ; 西谷 健夫

Murata, Isao*; Shiken, Kimiaki*; Kondo, Keitaro; Matsunaka, Masayuki*; Ota, Masayuki*; Miyamaru, Hiroyuki*; Ochiai, Kentaro; Konno, Chikara; Nishitani, Takeo

ジルコニウムは核融合炉ブランケットのトリチウム増殖材の候補の一つであるリチウムジルコネートLiZrOの構成元素である。過去に日本原子力研究所,京都大学,大阪大学において個々に行われたジルコニウムの核データベンチマーク実験の結果は、いずれも中性子スペクトルの計算値が大きな過大評価を示すことを指摘していた。本研究では、核データの問題点を明らかにするために、天然ジルコニウムの(n,2n)反応によって放出される2個の中性子を直接測定して断面積を導出した。測定によって放出中性子のエネルギーが1MeV以上の断面積が得られたが、得られた値はJENDL-3.3の評価値より少し大きく、これはベンチマーク実験の結果と逆の傾向であった。しかし、測定されていない放出中性子のエネルギー1MeV以下のスペクトル部分を核温度1MeVの蒸発スペクトルで外挿すると、得られた(n,2n)反応断面積はJENDL-3.3よりもやや小さく、ENDF/B-VIの評価値とほぼ一致した。この結果は過去に京都大学のグループによって指摘された、JENDLの(n,2n)反応断面積が10%程度過大評価、(n,2n)反応による1MeV以下のスペクトル成分が20%程度過大評価という指摘とも整合性のある結果であった。これらの結果は過去に報告されたベンチマーク実験における不一致の原因が、核データ評価の際の不適切な核温度の採用によるものであることを示唆している。

Lithium zirconate, LiZrO, is known as a candidate blanket material in a fusion reactor. According to the independent benchmark studies for zirconium by JAERI, Kyoto University and Osaka University, the neutron spectrum calculations show fairly large overestimation for most evaluated nuclear data libraries. The author's group expects that the overestimation be due to a problem of evaluation for the (n,2n) reaction, because the (n,2n) reaction cross section is not well determined experimentally. In the present study, two neutrons emitted from Zr(n,2n) reaction have been measured directly to reveal the problem. As a result of measurements, the cross section obtained for energies above 1 MeV, which is the lower measurable limit energy, shows a little larger than JENDL-3.3. This is an opposite result to the benchmark analysis. However, an extrapolation for the low energy region by the evaporation spectrum with the nuclear temperature of 1 MeV brought the smaller total (n,2n) reaction cross section than JENDL-3.3, which is comparable to ENDF/B-VI. This result suggests that the discrepancies reported previously might be due to inappropriate evaluation of nuclear temperature.