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Feasibility study of advanced technology for Pu with FP solution monitoring; Overview of research plan and modelling for simulation

先進プルトニウムモニタリング技術の適用性調査研究;研究計画とシミュレーションモデル作成の概要

関根 恵; 松木 拓也; 鈴木 敏; 谷川 聖史; 安田 猛; 山中 淳至; 蔦木 浩一; 中村 仁宣; 富川 裕文; LaFleur, A. M.*; Browne, M. C.*

Sekine, Megumi; Matsuki, Takuya; Suzuki, Satoshi; Tanigawa, Masafumi; Yasuda, Takeshi; Yamanaka, Atsushi; Tsutagi, Koichi; Nakamura, Hironobu; Tomikawa, Hirofumi; LaFleur, A. M.*; Browne, M. C.*

国際原子力機関(IAEA)は、再処理施設の保障措置をより効果的・効率的に実施するための手法として、核物質の動きを監視するため、リアルタイム測定技術開発の必要性を長期課題として掲げている。この課題を解決するため、日本原子力研究開発機構(JAEA)では、核分裂性物質(FP)を含まない精製後のPuを含む溶液中のPu量を監視するシステム(中性子同時計数法)を設計・開発している。再処理施設にはFP及びPuを含む溶液も存在することから、FP存在下においてもPu量の測定が可能な検出器の技術開発を日米共同研究として、2015年から3年間の計画で東海再処理施設の高放射性廃液貯蔵場(HALW)にて実施している。まず、第一段階として、検出器開発のための放射線輸送計算コード(MCNP)計算モデルの作成に必要となる、高レベル放射性廃液(HALW)貯槽の設計情報の調査及び、実際の廃液を採取し、Pu濃度、密度、同位体組成比、核種等の特定を行った。また、Ge半導体により分析したスペクトルデータから各ピークを抽出し、高射性溶液から放出される$$gamma$$線源ファイルを、PHITSを用いて作成した。これらの結果は、検出器選定、その遮蔽及び検出器の設置場所を選定するために実施するMCNPの基礎データとして利用する予定である。さらに、検出器の設置場所の検討として、廃液貯槽があるセル外壁において利用可能な放射線を調査するため、$$gamma$$線及び中性子検出器による連続測定を実施し、シミュレーションと比較した。$$gamma$$線測定についてFP由来の$$gamma$$線の影響を受けないとされる3MeV以上の高エネルギー領域も測定した結果、セル外における廃液貯槽由来の放射線測定は難しいことが分かった。本発表においては、研究計画、HALWの組成調査結果及び高放射性溶液の線源ファイルの作成、セル外壁における放射線測定結果について報告する。

The IAEA has proposed in its long-term R&D plan, the development of technology to enable real-time flow measurement of nuclear material as a part of an advanced approach to effective and efficient safeguards for reprocessing facilities. To address this, JAEA has designed and developed a neutron coincidence based nondestructive assay system to monitor Pu directly in solutions which is after purification process and contains very little fission products (FPs). A new detector to enable monitoring of Pu in solutions with numerous FPs is being developed as a joint research program with U.S. DOE at the High Active Liquid Waste (HALW) Storage Facility in Tokai Reprocessing Plant. As the first step, the design information of HALW tank was investigated and samples of HALW was taken and analyzed for Pu concentration and isotope composition, density, content of dominant nuclides emitting $$gamma$$ ray or neutron, etc. in order to develop a Monte Carlo N-Particle Transport Code (MCNP) of the HALW tank. In addition, $$gamma$$ ray source spectra simulated by Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) was developed by extracting peaks from the analysis data with germanium detector. These outputs are used for the fundamental data in the MCNP model which is then used to evaluate the type of detector, shielding design and measurement positions. In order to evaluate available radiations to measure outside the cell wall, continuous $$gamma$$ ray and neutron measurement were carried out and the results were compared to the simulation results. The measurement results showed that there are no FP peaks above 3 MeV. This paper presents an overview of the research plan, characteristics of HALW, development of source term for MCNP, simulation of radiation dose from the HALW tank and radiation measurement results at outside of cell wall.

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