Characterization of the PTW 34031 ionization chamber (PMI) at RCNP with high energy neutrons ranging from 100 - 392 MeV

Theis, C.*; Carbonez, P.*; Feldbaumer, E.*; Forkel-Wirth, D.*; Jaegerhofer, L.*; Pangallo, M.*; Perrin, D.*; Urscheler, C.*; Roesler, S.*; Vincke, H.*; et al.

EPJ Web of Conferences, 153, p.08018_1 - 08018_5, 2017/09

https://doi.org/10.1051/epjconf/201715308018

欧州原子核研究機構(CERN)の放射線モニタとして、中性子、陽子、線等の様々な放射線に対して有感な空気入り電離箱PTW-34031(PMI)が使用されている。PMIの各放射線に対する応答関数の計算では、CERNが開発を支援している放射線輸送計算コードFLUKAが用いられている。本研究では、このうち高エネルギー中性子に対するPMIの応答関数の精度検証のため、大阪大学核物理研究センター(RCNP)のLi(p,n)反応を利用した準単色中性子照射場において、100-392MeVの準単色中性子に対するPMIの応答関数を測定した。その結果、200MeV以下の準単色中性子照射において、中性子エネルギースペクトルの測定値を線源としたFLUKAによる応答関数の計算値と実験値はよく一致しすることがわかった。一方、250及び392MeVの場合、中性子場にLi(p,n)反応から生成するの崩壊に伴う線が混在するため、中性子のみを線源とした計算値は実験値を過小評価することがわかった。

Applicability of the two-angle differential method to response measurement of neutron-sensitive devices at the RCNP high-energy neutron facility

増田 明彦*; 松本 哲郎*; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 大樹; 佐藤 達彦; 岩瀬 広*; 八島 浩*; 中根 佳弘; 西山 潤*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 849, p.94 - 101, 2017/03

https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.12.031

大阪大学核物理研究センターRCNPの陽子-リチウム核反応を用いた高エネルギー準単色中性子場は、放射線測定器の特性試験や校正などに利用されている。この中性子場のエネルギースペクトルは、0度方向に放出される中性子によるピーク部とそれ以外の角度に放出される連続部からなる。このうち、各試験で対象とするエネルギーはピーク部であるが、われわれは、これまでに0度と他角度方向に設置した検出器応答から、連続部の寄与を差し引く二角度差分法を開発してきた。本研究では、高密度ポリエチレン(HDPE)減速材付属のボナー球検出器に対する本手法の適用性を、96-387MeVの準単色中性子を用いて調査した。その結果、様々な大きさのHDPEに対して本手法は適応可能であることを検証できた。一方で、小型のHDPEは、中性子場のコリメータ,壁等による低エネルギー散乱中性子に感度を有するため、二角度差分法の他に、検出器の設置角度毎に低エネルギー散乱中性子に対する検出器応答の補正が必要である等、本中性子場を利用するユーザーに対する有益な指針を示すことができた。

Measurement of neutron energy spectra behind shields for quasi-monoenergetic neutrons generated by 246-MeV and 389-MeV protons using a Bonner sphere spectrometer

松本 哲郎*; 増田 明彦*; 西山 潤*; 原野 英樹*; 岩瀬 広*; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 大樹; 八島 浩*; 中根 佳弘; et al.

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.332 - 336, 2014/04

http://www.aesj.or.jp/publication/pnst004/data/332_336.pdf

高エネルギー加速器施設における合理的な遮へい設計のためには、広い中性子エネルギー領域に渡った遮へい体透過後の中性子スペクトルに関する知見が必要がある。本研究では、減速型中性子検出器であるボナー球スペクトロメータ(BSS)を用いて、コンクリート及び鉄遮へい体を透過した中性子のエネルギースペクトルを数100MeVから熱領域まで測定した。測定では、大阪大学核物理研究センター(RCNP)において開発した246MeV及び389MeV準単色中性子ビームを、厚さ10cmから100cmの鉄、及び25cmから300cmのコンクリートに入射し、その後方で中性子を検出した。本研究で使用したBSSは、熱中性子に感度があるHe比例計数菅及び直径3から9.5インチのポリエチレン減速材に加え、高エネルギー中性子にも感度を持たせるため鉛と銅からなる減速層を追加している。中性子エネルギーは、アンフォールディング法に基づくMAXEDコードにより導出した。アンフォールディングの際の初期スペクトルには、有機シンチレータで測定したデータを採用した。これにより、核破砕反応による高エネルギー中性子成分から熱平衡ピークまでを含む幅広い中性子スペクトルを決定することができた。

Response measurement of a Bonner sphere spectrometer for high-energy neutrons

増田 明彦*; 松本 哲郎*; 原野 英樹*; 西山 潤*; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 大樹; 岩瀬 広*; 八島 浩*; 中村 尚司*; et al.

IEEE Transactions on Nuclear Science, 59(1), p.161 - 166, 2012/02

https://doi.org/10.1109/TNS.2011.2175406

大阪大学核物理研究センター(RCNP)において、Li(p,n)反応によって得られる245MeV及び388MeVの準単色中性子を用いて、ボナー球スペクトロメータの高エネルギー中性子に対する応答測定を行った。使用したボナー球スペクトロメータは、ポリエチレン,鉛,銅の6種類の減速材の組合せと球形He比例計数管で構成されている。高エネルギー中性子に対する応答は、準単色場の低エネルギー成分の影響を差し引いて求められる。その解析手法と解析結果、モンテカルロシミュレーション計算コードによる応答関数の検証について発表する。

Photodisintegration of Se as a probe of neutron capture for the s-process branch-point nucleus

牧永 あや乃*; 芳原 新也*; 宇都宮 弘章*; 後神 進史*; 海堀 岳史*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; Goriely, S.*; 豊川 弘之*; 原野 英樹*; et al.

Proceedings of Science (Internet), 28, p.239_1 - 239_4, 2010/12

https://doi.org/10.22323/1.028.0239

Se核は、恒星内で中性子捕獲反応によって進行する元素合成(s過程)の分岐核であり、その中性子捕獲断面積は星の環境下での温度や中性子密度を見積る際の重要な基礎データである。産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン線ビームを用いて、Seの光中性子反応断面積を反応しきい値付近で測定した。この原子核の光中性子反応断面積のデータを、統計モデル計算に対する制約条件として用い、Seの中性子捕獲断面積の評価を行った。

レーザを用いた高速炉プラントの高感度ナトリウム漏えい検知技術の開発(Naの原子化及び共鳴イオン化試験とNa検出システムの設計)

青山 卓史; 伊藤 主税; 岡崎 幸基*; 原野 英樹*; 渡辺 賢一*; 井口 哲夫*

日本機械学会論文集,B, 75(751), p.468 - 470, 2009/03

高速炉におけるNa漏えいの検出感度向上を目的として、レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いたNa漏えい検知技術を開発している。この手法は、1次冷却材に含まれる放射化Naを安定同位体と区別して検出できる特長を有する。RIMSを適用したNa検出プロセスについて有力な手法を選択し、Na検出システムの基本構成を検討した。また、NaエアロゾルをRIMSで検出する際に基礎プロセスとなるNaエアロゾルの単原子化及びNa原子のレーザ共鳴イオン化について、基礎データを取得し、上記Na検出システムの設計に反映した。

Development of sodium leak detection technology using laser resonance ionization mass spectrometry

青山 卓史; 伊藤 主税; 岡崎 幸基; 原野 英樹; 渡辺 賢一*; 井口 哲夫*

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(Suppl.6), p.43 - 50, 2008/09

https://doi.org/10.1080/00223131.2008.10875975

高速炉のナトリウム漏えい検出に対する感度向上を目的として、レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いたナトリウム漏えい検知技術の開発を行っている。この開発では、RIMSを適用したナトリウム漏えい検知試験装置を製作し、放射化ナトリウムを用いた試験により検出性能を評価することを計画している。本論文では、開発計画を述べるとともに、文献調査及び基礎試験で取得したデータに基づき、RIMSによるナトリウム漏えい検知プロセスについて検討した結果をまとめる。検討の結果、各プロセスにおける有望な手法として、エアロダイナミックレンズを用いたエアロゾル採取手法,レーザアブレーションによる原子化手法,波長244nm近傍のレーザによる1段階共鳴励起とパルス電場イオン化を組合せたイオン化手法等を抽出した。

「中性子場の線量評価; 測定原理から医療応用まで」議論のまとめ

谷村 嘉彦; 佐藤 達彦; 熊田 博明; 照沼 利之*; 榮 武二*; 原野 英樹*; 松本 哲郎*; 鈴木 敏和*; 松藤 成弘*

放射線, 34(2), p.135 - 139, 2008/04

中性子線の標準に関して、計量法に基づくトレーサビリティ制度(JCSS)が開始され、中性子防護計測の品質保証体系が整いつつある。また近年、医療においては、中性子捕捉療法のみならず、陽子・重粒子線治療などにおいても、中性子の線量評価の重要度が増しており、その品質保証を見据える必要がある。ところが、中性子線の標準分野と中性子に関係する医療分野との情報交換は十分とは言い難い状況である。そこで、本シンポジウムでは、さまざまな分野の講師6名により、中性子線量の測定原理から、測定器の校正技術,トレーサビリティ,計算シミュレーション,医療応用に関する最新の話題を紹介していただいた。最後に、パネルディスカッションで、現状や解決すべき課題について議論を行った。本報告では、議論の内容を(1)中性子測定器,(2)測定器の校正,(3)線量の精度・トレーサビリティ,(4)シミュレーション計算,(5)ホウ素捕捉療法における線量評価,(6)陽子線・重粒子線治療における線量評価という観点でまとめる。

レーザ共鳴イオン化質量分析法による高速炉被覆管材料の炉内クリープ破断試料同定法の開発

伊藤 主税; 野瀬 正一; 原野 英樹; 有馬 聡宏*

JNC TN9400 2004-007, 44 Pages, 2004/01

JNC-TN9400-2004-007.pdf:1.56MB

燃料破損時のプラント運転における安全性と信頼性のさらなる向上を目的として、レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いた高速炉用破損燃料位置検出システムの開発を進めている。これまでに、天然組成の極微量のXeおよびKrガスを含むArガスを用いてシステムの性能を評価し、定量下限がXe原子1核種あたり2.2ppt,Krについては100pptと超高感度を有することを確認した。本研究では、照射技術への応用として、高速炉燃料被覆管材料の炉内クリープ強度特性を評価するための炉内照射クリープ試験に本システムを用い、その適用性を評価した。炉内照射クリープ試験は、「常陽」MK-II炉心第29サイクルから第32サイクルにおいて、照射試料毎に同位体組成比を変えたXe、Krの混合ガス(タグガス)を封入した照射試料を温度制御型材料照射装置(MARICO)にて炉内照射し、破断に至るまでの時間を測定した。照射試料の破断により放出したタグガスは炉内カバーガス空間に移行し、Krの核種濃度で3150ppbに希釈される。試料破断後、カバーガスをサンプリングして破断により放出されたタグガスをRIMS装置にて分析した。照射試料に封入したタグガス組成を基に、カバーガス中に放出されたタグガスの同位体組成を計算し、分析結果と比較して、放出されたタグガスの種類を推定した。その結果、試料破断により放出されたタグガスを1種類に絞り込むことができ、内圧を変化させて設定した試料ごとの目標破断時間と組み合わせることにより、破断試料を1つに絞り込むことができた。この結果は、試料破断時に試料から放出される気泡の通過に伴う熱電対の温度信号の揺らぎを検出する方法による同定結果と一致し、また、温度信号の揺らぎが検出できなかったケースについても、RIMSにより破断した試料の種類を同定できた。これらより、RIMS装置を用いてカバーガス中に含まれる極微量のタグガスを分析することにより、炉内照射クリープ試験における破断試料の同定手段に適用できる見通しを得た。

Development of a RIMS-based FFDL system at the experimental fast reactor JOYO

原野 英樹; 伊藤 主税

日本AEM学会誌, 14(1-4), 307 Pages, 2003/00

常陽にて開発中の高速炉カバ-ガス分析用共鳴イオン化質量分析(RIMS)システムを用いてキセノン同位体比分析に関する適用性評価試験を実施した。まず10ppbのキセノンを含むアルゴンガスに対し同位体比精度5%以内の分析に成功し、常陽の温度制御型材料照射試験装置(MARICO)のクリ-プ破断試料同定に適用可能であることを示した。一方、本測定の結果、RIMSにおいてもアルゴンイオンと思われる非共鳴ピ-クが存在し測定を妨害する可能性があることが明らかとなった。本ピ-クの抑制措置としてマスゲ-ティングを導入した結果、アルゴン中の0.11ppbのキセノンの同位体比分析に成功し、本システムが「もんじゅ」のタギング法FFDLの要求性能を満たすことを実証できた。