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Applicability evaluation of candidate technologies for nuclear material quantification in fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station; Passive gamma technique

福島第一原子力発電所から出る燃料デブリ中に含まれる核物質量測定候補技術の適用性評価; パッシブ$$gamma$$

芝 知宙; 富川 裕文; 相楽 洋*; 石見 明洋

Shiba, Tomooki; Tomikawa, Hirofumi; Sagara, Hiroshi*; Ishimi, Akihiro

日本原子力研究開発機構核不拡散・核セキュリティ総合支援センターは、東京工業大学と共同で、パッシブ$$gamma$$法の研究開発を担っている。核分裂生成物(FP)のうち、ユウロピウムやセリウムといった元素は、原子炉のシビアアクシデント時の高温環境下でも、非常に低揮発性であると考えられており、ウランやプルトニウムといった核物質と化学的に随伴していると考えられている。我々のパッシブ$$gamma$$法では、まず、FPから放出される$$gamma$$線を計測することにより、その重量と燃焼度を推定する。その値に核物質対FPの重量比を乗ずることにより、目的の核物質量を得る。本検討では、仮想的なデブリ組成とキャニスターモデルを用いて、漏洩$$gamma$$線のシミュレーションを行った。そのために、まず、$$gamma$$線源となるスペクトルをデブリ組成から導出し、続いて光子輸送計算をMCNPコードを用いて行った。加えて、高速実験炉「常陽」で照射された健全燃料から出る$$gamma$$線測定を実施し、実験値と計算値の比較から、シミュレーションの妥当性の確認を行った。

Fission products (FPs) such as Ce and Eu seem to be very low volatile even in high temperature environment in the severe accident of nuclear reactors. They are supposed to chemically coexist with nuclear fuel. In our passive gamma ray spectroscopy, gamma rays from such FPs are measured and their amount and burnup are estimated. Then we multiply the mass ratio of the FPs and nuclear materials, and we obtain the mass of nuclear material of interest. According to hypothetical fuel debris and canister models, we performed simulation of leakage gamma rays from canister of debris. gamma ray source spectra were derived from the composition of the hypothetical fuel debris and the photon transport calculation was carried out. In addition, we conducted experiments of gamma ray measurement from intact spent fuels irradiated in the Experimental Fast Reactor Joyo in order to validate the prediction performance of the simulation by the comparison of the experiments and simulation.

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