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Statistical uncertainties of nondestructive assay for spent nuclear fuel by using nuclear resonance fluorescence

核共鳴散乱を用いた使用済み核燃料の非破壊分析における統計誤差

静間 俊行; 早川 岳人; Angell, C.; 羽島 良一; 湊 太志; 須山 賢也; 瀬谷 道夫; Johnson, M.*; McNabb, D.*

Shizuma, Toshiyuki; Hayakawa, Takehito; Angell, C.; Hajima, Ryoichi; Minato, Futoshi; Suyama, Kenya; Seya, Michio; Johnson, M.*; McNabb, D.*

大強度単色光源を用いた核共鳴散乱による低濃度アクチナイド核種を含む使用済み核燃料の非破壊分析における統計誤差の評価を行った。ORIGEN2.2-UPJ燃焼コードを用いて使用済み核燃料からの放射強度を計算し、バックグラウンド計数を求めた。また、レーリー散乱,核トムソン散乱,デルブルック散乱からのコヒーレント散乱によるバックグラウンドも考慮した。コヒーレント散乱による$$gamma$$線エネルギーは、共鳴散乱$$gamma$$線のエネルギーと一致するため、第一励起状態への遷移$$gamma$$線を測定する方法を提案する。励起エネルギー2.25, 3.5, and 5MeVにおいて、3から100eV$$cdot$$bの全共鳴散乱断面積を仮定して、共鳴散乱$$gamma$$線測定の統計誤差を見積もった。その結果、毎秒10$$^6$$個の強度をもつ$$gamma$$線ビームを用いて、3.5から5MeVの励起エネルギーにおける全積分断面積30eV$$cdot$$bをもつ共鳴散乱に対して、4000秒の測定時間で2.2から3.2%の統計誤差で、使用済み核燃料中の1%のアクチナイド核種を分析できることがわかった。

We estimated statistical uncertainties of a nondestructive assay system using nuclear resonance fluorescence (NRF) for spent nuclear fuel including low-concentrations of actinide nuclei with an intense, mono-energetic photon beam. Background counts from radioactive materials inside the spent fuel were calculated with the ORIGEN2.2-UPJ burn-up computer code. Coherent scattering contribution associated with Rayleigh, nuclear Thomson, and Delbr$"u$ck scattering was also considered. Assuming that the total NRF cross sections are in the range of 3 to 100 eV$$cdot$$b at excitation energies of 2.25, 3.5, and 5 MeV, statistical uncertainties of the NRF measurement were estimated. We concluded that it is possible to assay 1% actinide content in the spent fuel with 2.2 to 3.2% statistical precision during 4000 second measurement time for the total integrated cross section of 30 eV$$cdot$$b at excitation energies of 3.5 to 5 MeV.

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