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Production and detection of fission-induced neutrons following fast neutron direct interrogation to various dry materials containing $$^{235}$$U

$$^{235}$$Uを含む様々な乾燥物質に高速中性子を直接照射した場合の核分裂中性子の生成と検出

迫田 晃弘; 中塚 嘉明; 石森 有; 中島 伸一; 米田 政夫; 大図 章; 藤 暢輔 

Sakoda, Akihiro; Nakatsuka, Yoshiaki; Ishimori, Yuu; Nakashima, Shinichi; Komeda, Masao; Ozu, Akira; Toh, Yosuke

核物質の計量管理の向上のため、我々は以前、ドラム缶に充填されたウラン廃棄物を対象にした非破壊検査装置(JAWAS-N: JAEA Waste Assay System at Ningyo-toge)を開発した。これは高速中性子直接問いかけ(FNDI)法に基づいている。FNDI法の特性やJAWAS-Nの性能をより明らかにするために、既知量の天然ウランを含む様々な乾燥物質を用いて、実験と計算によるモックアップ試験を行った。その結果、$$^{235}$$U核分裂に由来した高速中性子の消滅時間($$tau$$$$_{2}$$)とカウントの間に直線性があることを実験と計算で確認した。また、MCNPによる計算から、$$^{235}$$U核分裂確率、中性子の検出効率、および感度に対するドラム缶内のウラン分布の影響を議論した。計算結果は既報の実験結果とも一致しており、FNDI法に基づくウラン定量に関して実践的な情報を得た。さらに、JAWAS-Nの名目の検出効率を評価したところ、$$tau$$$$_{2}$$=0.2, 0.3, 0.4msecの物質でそれぞれ15, 4, 2g(天然ウラン量)であった。本研究で得られた知見は、FNDI法による実ウラン廃棄物の$$^{235}$$U量評価に貢献する。

For better nuclear material accountancy, we had developed a non-destructive assay system dedicated to uranium waste drums (JAWAS-N: JAEA Waste Assay System at Ningyo-toge). The system is based on a fast neutron direct interrogation (FNDI) method. To clarify the characteristics of the FNDI method and the performance of JAWAS-N, experimental and computational mock-up tests were carried out using various dry materials that contained known amounts of natural uranium. As a result, linearity between the die-away time ($$tau$$$$_{2}$$) and the counts of fast neutrons attributed to $$^{235}$$U fission was confirmed experimentally and analytically. Moreover, the MCNP simulation was performed to discuss the radial and axial dependences of $$^{235}$$U fission probability, neutron detection efficiency, and sensitivity on uranium distributions in the drum. The simulation results agreed with the empirical results reported in a previous paper, providing valuable information on the practice of FNDI-based uranium determination. Furthermore, the nominal detection limits of natural uranium in JAWAS-N were estimated to be 15, 4, and 2 g for $$tau$$$$_{2}$$ = 0.2, 0.3, and 0.4 msec, respectively. The findings obtained here will contribute to the implementation of the FNDI method to assess the quantities of $$^{235}$$U in actual uranium waste drums.

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