Isotopic studies on REEs and Hf of the Oklo natural fission reactors for understanding the neutron energy spectra

中性子エネルギースペクトルの定量的解析に向けたオクロ天然原子炉試料の希土類元素とHfの同位体研究

日高 洋*; 齊藤 天晴*; 橋口 未奈子*; 鏡味 沙耶   ; 横山 立憲   ; Gall, B.*

Hidaka, Hiroshi*; Saito, Takaharu*; Hashiguchi, Minako*; Kagami, Saya; Yokoyama, Tatsunori; Gall, B.*

アフリカ中央部のガボン共和国にあるオクロ鉱床には、20億年前に天然原子炉として機能していた場所が16か所あり、リアクターゾーン(RZ)と呼ばれている。RZの多くの元素の同位体組成は、原子炉内で生じた核分裂、中性子捕獲、放射壊変の履歴を記録している。特に、希土類元素を中心とした同位体データは、核分裂臨界の各種物理パラメータの決定、核分裂臨界の数値シミュレーション解析、核分裂生成核種の挙動評価等に有効な情報を与える。本研究では、RZ13及び16から採取した2種類のオクロ試料を用い、Sm、Gd、Er、Yb、Hfの同位体組成をTIMSやMC-ICP-MSで新たに決定した。今後は、RZで発生した中性子のエネルギースペクトルを再構築するため、得られた複数の希土類元素とHf同位体データを組み合わせることを計画にしている。

It is known that 16 parts (called as reactor zones, hereafter RZs) of the Oklo uranium deposit in the Republic of Gabon, central Africa, functioned as natural fission reactors around two billion years ago. Many elements of the Oklo RZs materials show variations in their isotopic compositions caused by a combination of nuclear fission, neutron captures, and radioactive decays. Isotopic data sets of several elements, particularly rare earth elements (REEs), of the Oklo RZs materials provide useful information on the determination of nuclear parameters during the reactor criticality, construction of the model for the reactor criticality by numerical simulation, evaluation of geochemical behaviours of fission products in geological media, and so on. In this study, two kinds of the Oklo reactor materials collected from RZs 13 and 16 were used. The isotopic compositions of Sm, Gd, Er, Yb and Hf of the Oklo reactor materials were newly determined by TIMS and/or MC-ICP-MS. We are now planning to combine the data from several REE and Hf isotopes to reconstruct the energy spectra of neutrons generated in the RZs.