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報告書

チェレンコフ光観測の原子炉計測への適用,3; チェレンコフ光評価システムの軽水炉用使用済燃料要素評価

山本 圭一; 武内 伴照; 林 隆康*; 小菅 史明*; 土谷 邦彦

JAEA-Testing 2016-002, 25 Pages, 2016/11

JAEA-Testing-2016-002.pdf:4.97MB

原子炉出力変化時におけるチェレンコフ光の輝度などの変化を定量的に測定及び評価し、原子炉内の核的・熱的情報をリアルタイムで計測が可能なシステムを構築するための開発を行っている。本システムは、既存軽水炉における運転管理技術・炉心計画の高度化及びシビアアクシデント時にも対応できる監視システムへの適用を目指している。本報告書は、JAEA-Testing 2015-001で記載したチェレンコフ光評価システムを改良し、改良したシステムを用いて、発電用原子炉の使用済燃料要素についての検証を行った結果についてまとめたものである。

報告書

チェレンコフ光観測の原子炉計測への適用,2; チェレンコフ光評価システムの設計・試作

山本 圭一; 武内 伴照; 林 隆康*; 小菅 史明*; 佐野 忠史*; 土谷 邦彦

JAEA-Testing 2015-001, 25 Pages, 2015/11

JAEA-Testing-2015-001.pdf:3.52MB

既存軽水炉における運転管理技術・炉心計画の高度化及びシビアアクシデント時にも対応できる監視システムの開発の一環として、原子炉出力変化時におけるチェレンコフ光の輝度などの変化を定量的に測定及び評価し、原子炉内の核的・熱的情報をリアルタイムで計測が可能なシステムを構築するための開発を行っている。本報告書は、燃料要素から放出されるチェレンコフ光の観測画像から熱出力を推定するチェレンコフ光評価システムの設計・試作を行い、その動作検証をまとめたものである。本開発では、京都大学研究用原子炉の運転中におけるチェレンコフ光観測画像を用いて、開発したチェレンコフ光評価システムの検証を行った。その結果、観測方法の改良や画像解析時における輝度の補正方法について検討する必要があることがわかった。今後、軽水炉の使用済燃料集合体のチェレンコフ光観測画像による燃焼度を推定する評価システムにも適用していく。

論文

Half-life of $$^{184}$$Re populated by the $$(gamma,n)$$ reaction from laser Compton scattering $$gamma$$ rays at the electron storage ring NewSUBARU

早川 岳人; 宮本 修治*; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟*; 堀川 賢*; 千葉 敏; 中西 康介*; 橋本 尚信*; 太田 岳史*; 神門 正城; et al.

Physical Review C, 74(6), p.065802_1 - 065802_5, 2006/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.74.065802
 被引用回数：29 パーセンタイル：82.84(Physics, Nuclear)

相対論工学によって達成された逆コンプトン$$gamma$$線による$$^{185}$$Re$$(gamma,n)$$$$^{184}$$Re反応を用いて生成した$$^{184}$$Reの半減期を報告する。この逆コンプトン$$gamma$$線はニュースバルの電子蓄積リングにおいて生成された。これまで、$$^{184}$$Reの3$$^-$$のスピン・パリティーを持つ基底状態の半減期測定は、重水素ビームを用いて行われた。その結果、38.0$$pm$$0.5日の半減期が計測されている。しかし、この時点では$$^{184}$$Reに8$$^+$$のスピン・パリティーを持つアイソマーの存在は知られていなかった。そのため、このアイソマー(半減期は169$$pm$$8日)の寄与があるはずであり、本来の値より長くなっている可能性が極めて高い。一般に粒子ビームの入射反応と比較して、$$(gamma,n)$$反応は原子核に持ち込む角運動量が小さいために小さいスピンを持つ基底状態を生成しやすいという長所を有する。本実験によって、35.4$$pm$$0.7日の半減期が得られた。これは、これまで奨励されていた半減期より約7%も短い。この結果は、放射化法を用いた応用研究に直接的に影響を与える。

口頭

ニュースバルの逆コンプトン$$gamma$$線によるReの光核反応

早川 岳人; 宮本 修治*; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟*; 堀川 賢*; 千葉 敏; 中西 康介*; 橋本 尚信*; 太田 岳史*; 神門 正城; et al.

no journal, , 

SPring-8のニュースバル放射光施設では、最大17MeVの逆コンプトン$$gamma$$線が利用可能である。このエネルギーは中性子離別エネルギーはもちろん、巨大共鳴のエネルギーより十分に高いため、原子核と反応し中性子数が1小さい同位体を生成する。この手法で、天然に存在する安定同位体より軽い不安体同位体の生成が可能である。Re-185からRe-184を生成し、そのベータ崩壊の半減期を83日間にわたり計測した。その結果、従来の推奨値より7%短い半減期を得た。これまでの推奨値は、アイソマーの影響があったが、本実験ではその寄与がないためである。

口頭

Half-life of $$^{184}$$Re populated by photodisintegration reaction with Laser Compton scattering $$gamma$$-rays at NewSUBARU

早川 岳人; 宮本 修治*; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟*; 堀川 賢*; 千葉 敏; 中西 康介*; 橋本 尚信*; 太田 岳史*; 神門 正城; et al.

no journal, , 

ニュースバルでは最大エネルギー17MeVのレーザー逆コンプトン$$gamma$$線が稼動している。この$$gamma$$線を原子核に照射すると、$$gamma$$線と原子核が光核反応を起こし、もとの原子核とは異なる同位体が生成される。この手法を用いて、Re-185から不安体同位体Re-184を生成した。このRe-184の基底状態のベータ崩壊を83日間計測した。その結果、約35.4日の半減期の値を得た。この値は従来の推奨値より7%短いとの結果を得た。これは、従来の推奨値が計測された段階では、約169日の半減期のアイソマーが発見されていなかったためである。

口頭

ニュースバル逆コンプトン$$gamma$$線によるReの光核反応実験

早川 岳人; 静間 俊行; 林 由紀雄; 神門 正城; 川瀬 啓悟; 菊澤 信宏; 羽島 良一; 千葉 敏; 宮本 修治*; 望月 孝晏*; et al.

no journal, , 

原子核の半減期は核反応終了より時間が経過した後の放射能の強さはもとより、原子力システムにおいては発熱量の観点からも重要である。ベータ安定線近傍の同位体の半減期は精密に計測されていると考えられがちであるが、必ずしもそうではない。Re-184の基底状態の半減期として約38.0日の値が推奨値として知られている。しかし、Re-184には約169日の半減期のアイソマーが存在する。歴史的には約38.0日の基底状態の半減期の測定後に、このアイソマーが発見された。そのため、アイソマーの影響を受けていない半減期の測定が必要であった。SPring-8内のNewSUBARU放射光施設において、MeV領域の逆コンプトン$$gamma$$線装置が稼動している。この逆コンプトン$$gamma$$線を用いて、Re-184を光核反応で生成し、その半減期を83日間に渡り計測した。その結果、アイソマーの影響がない半減期の測定に成功し、従来の推奨値より7パーセント短いことを明らかにした。

口頭

Half-life measurements of neutron-deficient isotopes using laser Compton scattering $$gamma$$-rays at NewSUBARU

早川 岳人; 静間 俊行; 宮本 修治*; 天野 将*; 堀川 賢*; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 神門 正城; 菊澤 信宏; 千葉 敏; et al.

no journal, , 

ニュースバルでは現在MeVエネルギー領域のレーザーコンプトン散乱$$gamma$$線源が稼動している。レーザーと電子の散乱によって準単色な$$gamma$$線が生成される。17MeVのレーザーコンプトン$$gamma$$線を原子核に照射すると相互作用を起こし、中性子が放出され原子核は軽い同位体に変換される。生成された軽い同位体はアイソマーやベータ崩壊する基底状態を有している場合がある。このような原子核の半減期測定を行った。Re-184の基底状態の半減期測定では過去のデータより7%短い半減期が、Ho-164のアイソマーの半減期測定では過去のデータより3%短い結果が得られた。これらの結果は、レーザーコンプトン$$gamma$$線によって選択的に生成した不安体同位体の半減期測定法を有効であることを示す。

口頭

軽水炉安全対策のための高性能監視システムの開発,4; 燃料から放出されるチェレンコフ光の評価

山本 圭一; 武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦; 佐野 忠史*; 中島 健*; 林 隆康*; 小菅 史明*

no journal, , 

既存軽水炉における監視システムの開発の一環として、使用済燃料集合体から放出されるチェレンコフ光を評価し、原子炉計測及び伝送システムへの影響を調べる必要がある。本研究では、京都大学研究用原子炉のチェレンコフ光観察画像から抽出したチェレンコフ光量に関する情報と原子炉運転時の核分裂反応に伴い発生する$$gamma$$線及び燃料中に存在する核分裂生成物から発生する$$gamma$$線及び$$beta$$線によるチェレンコフ光量の推定結果を比較検討し、原子炉計測の適用性について調べた。その結果、燃料から発生する$$gamma$$線及び$$beta$$線を推定したチェレンコフ光量の計算値は、観察画像から得たチェレンコフ光量と相関関係にあることがわかった。観察画像によるチェレンコフ光量は原子炉出力とも一致することから原子炉計測に見通しも得た。

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