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Development of boron sheet and DT neutron irradiation experiments of multi-layered concrete structure with boron sheet

ボロンシートの開発及びボロンシート付多層コンクリート構造体のDT中性子照射実験

佐藤 聡; 前川 利雄*; 吉松 賢二*; 佐藤 孝一*; 野中 英*; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 今野 力

Sato, Satoshi; Maegawa, Toshio*; Yoshimatsu, Kenji*; Sato, Koichi*; Nonaka, Akira*; Takakura, Kosuke; Ochiai, Kentaro; Konno, Chikara

これまでに、核融合炉のような中性子発生装置に用いるコンクリート中の誘導放射能を減らすために、低放射化コンクリート,ボロン入り低放射化コンクリート,普通コンクリートから構成される多層コンクリート構造体の開発を行ってきた。本研究では、製作費用を減らすためにボロン入り低放射化コンクリートの替わりにB$$_{4}$$Cとレジンから成るボロンシートを開発した。このボロンシートを入れた多層コンクリート構造体の遮蔽性能を調べるために4種類の構造体を用いて、FNSでDT中性子照射実験を行った。構造体は、幅30cm,高さ30cm,厚さ50cmであり、厚さ20cmの低放射化コンクリートと厚さ30cmの普通コンクリートから構成される。構造体1では、厚さ4mmのボロンシートを低放射化コンクリートと普通コンクリートの間に挿入した。構造体2では、構造体1の表面から深さ10cmの位置にボロンシートを追加した。構造体3では、構造体2の表面から深さ30cmの位置にボロンシートを追加した。比較のために、構造体4では、ボロンシートを挿入しない構造体を用いて実験を行った。金とニオブの放射化箔を用いて、深さ5cmごとに反応率を測定した。ボロンシートを挿入することにより、低エネルギー中性子で生成される金の反応率が約1/4に減少しており、ボロンシート付多層コンクリート構造体は低エネルギー中性子を効率的に減少させることを実証した。

In the previous study, we developed a multi-layered concrete structure to reduce induced activity in concrete applied for neutron generation facilities such as a fusion reactor. This structure is composed of low activation concrete as the first layer, boron doped low activation concrete as the second layer and ordinary concrete as the third layer from the side of the neutron source. In this study, as an alternative of the boron doped low activation concrete we have developed the boron doped resin sheet with boron carbonate and resin to reduce the construction cost. The weight ratio of the boron carbonate to the resin is 0.75. The developed boron sheet has good flexibility and sufficient strength for repeated bending. DT neutron irradiation experiments for four multi-layered concrete structures with the boron sheet have been performed at the FNS (Fusion Neutronics Source) facility in JAEA in order to study shielding performance of the structures with the boron sheet. Structure-1 of about 30 cm in width, 30 cm in height and 50 cm in thickness is composed of low activation concrete of 20 cm in thickness as the first layer and ordinary concrete of 30 cm in thickness as the second layer. The boron sheet is inserted between the first and second layers. In Structure-2 one more boron sheet is inserted at the 10 cm depth from the surface of Structure-1. Structure-3 added one more boron sheet at 30 cm depth from the surface of Strucure-2. For comparison, Structure-4 has no boron sheet. The reaction rates were measured every 5 cm in depth with activation foils of gold and niobium. By inserting the boron sheet, the reaction rate of the gold generated by low energy neutrons decreases by a factor of about four. It is demonstrated that the multi-layered concrete structure with the boron sheet effectively reduces low energy neutrons.

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