Development and demonstration of a Pu NDA system using ZnS/BO ceramic scintillator detectors

ZnsS/BOセラミックシンチレータ検出器を用いたPu非破壊測定システムの開発とデモンストレーション

中村 仁宣 ; 大図 章  ; 小林 希望*; 向 泰宣 ; 坂佐井 馨  ; 中村 龍也  ; 曽山 和彦  ; 呉田 昌俊   ; 栗田 勉 ; 瀬谷 道夫

Nakamura, Hironobu; Ozu, Akira; Kobayashi, Nozomi*; Mukai, Yasunobu; Sakasai, Kaoru; Nakamura, Tatsuya; Soyama, Kazuhiko; Kureta, Masatoshi; Kurita, Tsutomu; Seya, Michio

計量管理及び保障措置に用いられているHe-3型中性子検出器の代替技術を開発するため、ZnS/BOセラミックシンチレータを用いた中性子検出器(Pu非破壊測定システム)の開発プロジェクトを日本国政府の支援のもと進めている。代替システム(ASAS:代替サンプル測定システム)の設計は基本的に従前からプルトニウムの測定に用いられているINVS(在庫サンプル測定装置)を参考にした。INVSはサンプル瓶に採取されたMOX粉末またはPu溶液中のPu量を測定する装置であり、18本のHe-3中性子検出器(検出効率約42%)を有している。ASAS検出器の開発(製作)後、その技術や性能を確立するために、原子力機構はデモンストレーションを2015年の早々に計画しており、サンプルの位置再現性の確認、検出器パラメータの最適化、計数の統計ばらつき、温度変化や線の線量率の変化に対する安定性及び代替He-3技術の有効性に係る指標(FOM)の評価をチェックソースやMOX粉末を利用して行う予定である。さらに、INVSとASASの性能比較試験も実施する計画である。本論文は、MCNP遮蔽計算コードによる研究成果、ASASの設計図及び性能や技術を証明するためのデモンストレーション計画についてまとめたものである。

To establish an alternative technique of He-3 neutron detector that is used for nuclear material accountancy and safeguards, we have started an R&D project to develop a new type of neutron detector (Pu NDA system) using ZnS/BO ceramic scintillator with support of Japanese government. The design of the alternative system (ASAS: Alternative Sample Assay System) is basically referenced from INVS (INVentory Sample assay system) which is passive neutron assay system of plutonium and has total 18 He-3 tubes (about 42% of counting efficiency), and the small amount of Pu in the MOX powder or Pu nitrate solution in a vial can be measured. In order to establish the technology and performance after the fabrication of the new detector progresses, we are planning to conduct demonstration activity in the early 2015 experimentally. The demonstration activity implements the confirmation of reproducibility about sample positioning, optimization of detector parameters, counting statistical uncertainty, stability (temperature and -ray change) check and figure of merit (FOM) using check source and actual MOX powder. In addition to that, performance comparison between current INVS and the ASAS are also conducted. In this paper, we present some analytical study results using a Monte-Carlo simulation code (MCNP), entire ASAS design and demonstration plan to prove technology and performance.