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First trial to study the feasibility of direct plutonium mass measurement in a process tank by a new NDA; Advanced solution measurement and monitoring system

新しいNDA装置によるプロセスタンク中の直接プルトニウム量測定に関する適用性調査検討のための初の試み; 先進的溶液測定・モニタリング技術

中村 仁宣; 高谷 暁和; 向 泰宣; 細馬 隆 ; 吉元 勝起; 田村 崇之*; 岩本 友則*

Nakamura, Hironobu; Takaya, Akikazu; Mukai, Yasunobu; Hosoma, Takashi; Yoshimoto, Katsunobu; Tamura, Takayuki*; Iwamoto, Tomonori*

日本原燃と原子力機構は共同で六ヶ所再処理工場(RRP)のための初の試みである先進的な溶液測定・モニタリング装置(ASMS)の開発に着手した。開発の目的は非破壊測定装置によりプロセスタンク中の純粋な高濃度Pu溶液に対する直接Pu量測定技術を確立することにある。仮に実現すれば、ASMSは直接測定とモニタリング能力を提供し、中間在庫検認におけるサンプリングや分析の代替となり、さらに安全のためのプロセスモニタリングが可能となる。測定不確かさの目標は6%以下(1$$sigma$$)であり、これはNDAによるIIVにおける部分欠損を検認するレベルと同等である。測定原理はMOX粉末に対する技術と類似しているが、溶液の特性による$$alpha$$値の変動に対する技術確立が必要となる。最初の試みとしては、簡素な中性子測定器を組み立てて原子力機構の転換施設において試験を行った。その設置を行う前に、MCNP計算をセルとタンク全体に対して実施した。検出器間に適切な空間を持つ2つの検出器は環状槽の中央に設置し、その後硝酸プルトニウム溶液を用いて52kgPuまでの範囲で校正試験を行った。結果的に、MCNP計算結果と測定値(Singles/Doubles)間によい一致が得られた。適用性調査研究としては、解決すべき課題を抽出する必要があった。本発表ではASMSのメリットを示すとともに、設置と検出器のセットアップについてレビューし、予備的な校正結果を考察した。

JNFL and JAEA have collaboratively started to develop an ASMS for RRP since 2007 as a trial base. The purpose of the development is to establish quantitative plutonium mass measurement technique directly by NDA of high concentrated pure plutonium nitrate solution in a process tank. If it is established, ASMS provides direct Pu mass measurement and monitoring capability, substitutes for sampling and analysis at IIV, and extends process monitoring to safety purposes. The target of the measurement uncertainty is set less than 6% (1 $$sigma$$) which is equivalent to the detection level of partial defect at IIV by NDA. The principle is similar to the one of NDA for MOX powder, but extended such as introducing variable alpha depends on solution properties. As a first trial, a simple prototype system was constructed and tested at Plutonium Conversion Development Facility of JAEA. Prior to the installation, MCNP calculations for entire cell and tank were performed. Two detectors with a gap were installed just center of the annular tank, then we carried out calibration using plutonium nitrate solution in the range up to 52 kgPu. Consequently, good consistency between calculation and measured singles/doubles count rate were obtained. As a feasibility study, it was necessary to find out subjects to be solved. We would like to present benefits of ASMS, review installation and detector setup and summarize preliminary calibration results.

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