中性子共鳴反応を利用した核物質の非破壊測定技術の開発

Development of non-destructive assay technique for measurements of nuclear materials using neutron resonance reactions

土屋 晴文 

Tsuchiya, Harufumi

粒子状の溶融燃料デブリに含まれるウランやプルトニウム同位体を非破壊で定量することを目的として、中性子共鳴濃度分析法(NRD)の技術開発を進めてきた。NRDは、中性子共鳴透過分析法(NRTA)に中性子共鳴捕獲線分析法(NRCA)、あるいは即発線分析法(PGA)を組み合わせた技術である。NRDでは、中性子共鳴反応を利用してNRTAによりウランやプルトニウム同位体を測定するが、溶融燃料デブリには核物質以外の不純物(原子炉建屋の構造材や制御棒由来のボロンなど)が含まれていることが想定された。不純物の種類が不明であると、NRTAの測定精度が落ちる。そこで、NRCA/PGAにより、NRTAでは測定できない不純物を同定する。我々は、NRTAやNRCA/PGAが溶融燃料デブリに適用できるかどうかをベルギーの電子線加速器施設GELINAにおいて国際共同研究により、検証してきた。本発表では、2015年3月に実施されたNRDの原理実証デモ実験の結果を含む、NRDの開発に関連した共同実験の結果について報告する。

Neutron resonance densitometry (NRD) was developed to determine the amount of isotopes of U and Pu in particle-like fuel debris. It consists of neutron resonance transmission analysis (NRTA) and neutron resonance capture analysis (NRCA) / Prompt Gamma-ray Analysis (PGA). NRTA measures nuclear materials (NMs), while NRCA/PGA plays a role of identifying impurities such as structure materials and strong neutron absorbers that will be contained in particle-like debris. This is because NRTA would be unable to well quantify NMs when not knowing information on what impurities are present in particle-like debris. In order to investigate whether or not they are applicable to quantifications of NMs in particle-like debris, NRTA and NRCA/PGA experiments were carried out at a neutron time-of-facility GELINA. We present experimental results related to NRD developments, including a demonstration test performed at Mar, 2015.