Experimental studies of passive neutron measurement for fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants

福島第一原子力発電所の燃料デブリに対するパッシブ中性子測定に関する実証研究

長谷 竹晃 ; 白戸 篤仁*; 小菅 義広*; 佐藤 隆*; 川久保 陽子; 白茂 英雄 ; 浅野 隆 

Nagatani, Taketeru; Shirato, Atsuhiko*; Kosuge, Yoshihiro*; Sato, Takashi*; Kawakubo, Yoko; Shiromo, Hideo; Asano, Takashi

福島第一原子力発電所内に発生した燃料デブリの測定技術の候補の一つとして、パッシブ中性子法の適用を提案している。本試験は、前回の米国核物質管理学会にて報告したシミュレーションによるパッシブ中性子法の燃料デブリ測定への適用性を実証するために実施した。本試験では、未照射のMOX試料, 中性子吸収剤, カリフォルニウム線源等を組み合わせた燃料デブリを模擬した試料を既存の中性子測定装置にて測定した。試料中の核分裂性核種の量、試料の周辺に配置する中性子吸収剤の量及びカリフォルニウム線源の強度を変化させ、中性子消滅時間差自己問いかけ法(DDSI法)の計数値と中性子漏れ増倍の相関を確認した。試験結果は、前回報告したシミュレーションによる評価結果の傾向とよく一致した。これは、DDSI法が、燃料デブリのように未知の核分裂性核種及び中性子吸収剤を含む試料に対する中性子漏れ増倍を評価する能力を有することを示唆する。本報は、福島第一原子力発電所の燃料デブリへのパッシブ中性子法を用いた実証研究についてまとめたものである。

As one of the candidate material accountancy technologies for the fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants (1F), we propose the application of a passive neutron technique. The applicability of the new concept to the fuel debris at 1F was evaluated by simulation and the results were presented at the last INMM annual meeting. As the next phase, we conducted experimental tests to confirm the validity of the simulation results. Because actual fuel debris or irradiated fuel cannot be handled at our facility due to a licensing limitation, un-irradiated MOX samples, neutron absorbers and Cf-252 sources were utilized as the best available material to imitate the property of the fuel debris and various configurations were measured using an Epithermal Neutron Multiplicity Counter. The fissile mass in the samples, neutron absorber mass surrounding the samples and intensity of Cf-252 source were varied to confirm the correlation between DDSI response and the leakage multiplication. Test results agreed well with the trend of the simulation results. This indicates that DDSI has sufficient capability to evaluate the leakage multiplication of a sample which includes an unknown amount of fissile material and neutron absorber such as the fuel debris at 1F. This paper provides experimental studies of passive neutron measurement based on the combination of DDSI technique and coincidence counting for fuel debris at 1F.