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Feasibility study on passive neutron technique applied to fuel debris measurement at Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants

福島第一原子力発電所における燃料デブリ測定へのパッシブ中性子法の応用の概念

長谷 竹晃 ; 中島 真司; 浅野 隆 

Nagatani, Taketeru; Nakajima, Shinji; Asano, Takashi

福島第一原子力発電所では、2011年3月11日の地震及び津波の影響により、炉内に燃料デブリが発生している。今後、炉の廃止措置に伴い、日本は、燃料デブリを安全に回収し、適切に計量管理することを計画している。現在、燃料デブリの測定技術に関しては、原子力機構及びDOE間の協力下で、候補概念の調査が行われている。プルトニウム燃料技術開発センターでは、候補概念の一つとして、これまでプルトニウム取扱施設の計量管理・保障措置の分野で幅広く適用されているパッシブ中性子法の応用を検討している。燃料デブリは、炉内での燃焼に伴い、中性子及び$$gamma$$線の発生源となるマイナーアクチニド及び核分裂生成物を含んでいる。また、再臨界防止のために投入されたボロン等の中性子吸収剤も含んでいる。これらのことから従来のパッシブ中性子法をそのまま適用した場合、プルトニウムの定量が困難であると予測される。これらの課題を克服するため、プルトニウムから放出された中性子の選択的な計数、$$gamma$$線の影響の低減化及び中性子吸収剤の影響の推定に関する新たな技術開発が必要となる。本稿では、燃料デブリ測定へのパッシブ中性子法の応用の概念を報告する。

Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants (1F) were struck by the earthquake and tsunami on March 11, 2011 and meltdown of the reactor cores of Units 1-3 occurred. Japan decided decommissioning of them. For decommissioning of 1F, Japan plans to recover fuel debris safely and to account nuclear material in it adequately. Survey of applicable technologies for nuclear material quantification of fuel debris, currently, is being conducted by Japan Atomic Energy Agency (JAEA) and United States Department of Energy (DOE) under the collaborative agreement. This survey will identify technologies with the most promising capability to meet IAEA safeguards needs. As one of candidate technologies of plutonium quantification in fuel debris, we, Plutonium Fuel Development Center of JAEA, consider the application of the passive neutron technique which is wildly applied to the field of material accountancy and safeguards in plutonium handing facilities. Fuel debris contains minor actinides and fission products which are intense neutron and $$gamma$$ ray emitter due to burn-up of fuel in the reactor. It also contains neutron absorber such as gadolinium included in fuel to moderate burn-up and boron added after accident to avoid re-criticality. These materials make it difficult to quantify plutonium by the current passive neutron technique. Therefore, R&D activities regarding selective counting for neutron derived from plutonium, reduction of $$gamma$$ ray influence and estimation of neutron absorber influence are required in order to overcome above difficulties. This paper provides a concept for application of passive neutron technique to fuel debris measurement.

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