Development of active neutron NDA techniques for nonproliferation and nuclear security, 2; Study on a compact NRTA system

核不拡散・核セキュリティ用アクティブ中性子非破壊測定技術の開発,2; 小型NRTA装置に関する研究

土屋 晴文 ; 北谷 文人  ; 前田 亮  ; 呉田 昌俊   

Tsuchiya, Harufumi; Kitatani, Fumito; Maeda, Makoto; Kureta, Masatoshi

近年、核保障措置や核セキュリティの観点から、使用済み燃料や次世代のMA-Pu燃料、燃料デブリ中の核物質を非破壊により測定する重要性が増している。その重要性に叶う非破壊分析技術の一つに中性子共鳴透過分析法[Neutron Resonance Transmission Analysis(NRTA)]がある。NRTAは中性子飛行時間測定技術に立脚した技術で、精密さが要求される核データ測定に長年、使われている。実際、核物質の定量にNRTAが有効であることは、これまでの原子力機構とJRCとの共同実験により示されている。ゆえに、NRTAは現在の核不拡散・核セキュリティ分野の必要性にまさに叶うと考えている。しかしながら、今までのNRTA装置は大型の電子線加速器施設を利用しているため、汎用性に欠ける一面があった。そこで、われわれはD-T管(パルス幅10マイクロ秒、平均最大強度から n/s)を利用した小型NRTA装置のプロトタイプの開発に着手した。本発表では、プロトタイプ装置の概要と、プロトタイプ装置の使用済み核燃料やMA-Pu燃料に対する適用性を数値計算により評価した結果を報告する。また、将来的には小型電子線加速器を用いたNRTA装置を開発することを視野に入れており、小型電子線加速器を用いたNRTA装置の性能についても議論する。

From a viewpoint of nuclear safeguards and nuclear security, it has recently become important to develop a non-destructive assay (NDA) system that accurately determines the amount of special nuclear materials (SNMs) in various samples such as spent fuels, next generation MA-Pu fuels and fuel debris. One candidate of those NDA techniques is neutron resonance transmission analysis (NRTA). It relies on a neutron time-of-flight measurement and is a well-established method to apply for the accurate evaluations of nuclear data, including total cross sections and resonance parameters. The potential of NRTA to quantify SNM in complex materials has been already demonstrated by performing NRTA measurement at IRMM/GELINA under collaboration of JAEA and JRC. However, a present NRTA system usually has a large electron accelerator facility to generate intense neutrons, whereas this is very difficult to apply to various facilities that need to measure SNM. Therefore a compact NRTA system would be required for practical applications of quantifying SNM in a variety of samples. In order to realize a compact NRTA system, we are developing a prototype with a D-T neutron generator that has a pulse width of 10 s and an average maximum neutron yield ranging from n/s to n/s. Numerical calculations were used to optimize the system performance to quantify SNM and MA in spent and MA-Pu fuels. In this presentation, those numerical calculation results, together with a brief description of the prototype, are presented. In addition, we discuss a future prospect of a compact NRTA system equipped with a neutron source with a shorter pulse width (ex. 100 ns) and a more intense neutron yield.