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Nuclear transmutation of long-lived nuclides with laser Compton scattering; Quantitative analysis by theoretical approach

レーザー逆コンプトン法を用いた長半減期核種の核変換;理論的アプローチによる定量的検討

高井 静霞; 萩野 浩一*

Takai, Shizuka; Hagino, Koichi*

高レベル放射性廃棄物に含まれる$$^{129}$$Iなどの長半減期核種や$$^{137}$$Csなどの発熱性核種を、短寿命または安定な核種へ核変換できれば、処分に際してのリスク低減が期待できる。従来考えられてきた熱中性子による核変換は、$$^{137}$$Csなどの熱中性子捕獲断面積が小さな核種には不向きである。近年、レーザー逆コンプトン法を用いて生成した高エネルギーのフォトンビームを原子核に当てて巨大双極子共鳴状態を励起し、中性子を放出させる核変換が提案されている。本研究では、$$^{137}$$Csを対象として、レーザー逆コンプトン法を用いた核変換の有効性について定量的に検討した。励起に有効なフォトンのエネルギーと反応断面積を計算し、核変換数とフォトンフラックス、照射時間との関係を調べた。仮に1gの$$^{137}$$Csへ24時間照射した場合、フォトンフラックスが$$10^{18}$$/sで10%、10$$^{19}$$/sで70%、10$$^{20}$$/sで99%以上が、理論的には核変換可能であることを示した。

One of the major problems of fuel cycle is the disposal of high-level radioactive waste which contains long-lived nuclides and high-decay heating nuclides. Transmuting such nuclides into short-lived or stable nuclides is one possible way to resolve this problem. Neutron capture reactions have been proposed for transmutations of such fission products. However, this transmutation method is not effective for nuclides with small neutron capture cross sections such as $$^{137}$$Cs. Recently, the photo-neutron ($$gamma$$,n) reactions via giant dipole resonance with laser Compton scattering $$gamma$$-rays has been suggested as an alternative method for nuclear transmutations. In this paper, we investigate in detail the effectiveness of the transmutation of $$^{137}$$Cs quantitatively. For the transmutation of $$^{137}$$Cs of 1g with photon flux $$10^{18}$$/s, $$10^{19}$$/s and $$10^{20}$$/s for 24 hours, 10%, 70% and 99% reduction of the initial amount of $$^{137}$$Cs is theoretically possible.

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