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報告書

超伝導転移端マイクロカロリメータによる燃料デブリの核種分析に係る研究; 高分解能測定実験及びシミュレーション計算(共同研究)

高崎 浩司; 安宗 貴志; 大西 貴士; 中村 圭佑; 石見 明洋; 伊藤 主税; 逢坂 正彦; 大野 雅史*; 畠山 修一*; 高橋 浩之*; et al.

JAEA-Research 2013-043, 33 Pages, 2014/01

JAEA-Research-2013-043.pdf:13.81MB

福島第一原子力発電所の事故において、炉内燃料は部分的又は全体的に溶融していると見られており、燃料集合体を1単位とする通常の計量管理手法の適用は困難と考えられている。このため、廃炉措置において炉内燃料の取出から貯蔵を行うまでの透明性を確保し、かつ合理的に計量管理を実施できる手法を構築する必要がある。本研究開発では、計量管理のための燃料定量の技術の1つとして、従来のゲルマニウム半導体検出器に比べ優れたエネルギー分解能を有する超伝導転移端(TES)マイクロカロリーメーターを適用した燃料デブリ中の核燃料物質及び核分裂生成等の分析手法の適用を検討する。高分解能分析での特性を活用し、燃料デブリ中の核燃料物質及び核分裂生成物のスペクトルに係る詳細な情報が期待できる。本報告書では、TES検出器の原理、日本原子力研究開発機構での測定試験の状況、シミュレーション計算コードEGS5による実験データの解析及び燃料デブリの収納キャニスタの高分解能測定のシミュレーション計算について報告する。

口頭

JRR-3での中性子ベータ崩壊実験(NBD)について; ベータ崩壊イベントの測定

山田 悟; 三島 賢二*; 佐藤 広海*; 広田 克也*; 篠原 武尚*; 森嶋 隆裕*; 大野 雅史*; 奥 隆之; 鈴木 淳市; 清水 裕彦*

no journal, , 

本研究は中性子のベータ崩壊で発生する陽子のエネルギースペクトルを精密に測定することにより素粒子標準理論の3世代クォーク間の混合を記述する小林-益川行列の行列要素$$V_{ud}$$を導出し、小林-益川行列のユニタリティ($$|V_{ud}|^{2}+|V_{us}|^{2}+|V_{ub}|^{2}=1$$)の検証を行うことを目標としている。今回はその前段階の実験としての常温の検出器を用いた中性子のベータ崩壊イベント測定について発表を行う。この実験では、ベータ崩壊陽子検出器としてチャネル電子増倍管を、ベータ崩壊電子検出器としてプラスチックシンチレータを用いて、2つの検出器のイベントの時間差を測定することでベータ崩壊イベントの抽出を行った。これはベータ崩壊電子に比べて陽子の速度が遅いため、崩壊場所から検出器までの両者の飛行時間に測定可能な差が生じることを利用している。この手法によりJRR-3の熱中性子ビームラインからの中性子ベータ崩壊イベントの検出に成功した。

口頭

4重極磁石を用いた高偏極中性子ビームの生成と基礎物理への応用

山田 悟; 奥 隆之; 三島 賢二*; 佐藤 広海*; 広田 克也*; 森嶋 隆裕*; 大野 雅史*; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 清水 裕彦*

no journal, , 

原子炉や核破砕中性子源から発生する低エネルギー中性子($$sim$$meV)を偏極させたビームは、基礎物理においては中性子ベータ崩壊におけるスピンと相関を持つ項の係数測定などに広く用いられている。現在主として使われている中性子ビームの偏極法には中性子磁気ミラーを用いたものや、$$^3$$Heフィルターを用いるものがある。これらは中性子ビームを物質に通して、物質と中性子との相互作用を利用して偏極させる方法であるため、偏極子による中性子の吸収や散乱によるビーム強度の減少という問題点がある。今回発表する偏極法は、4極磁場を用いた手法であり、ビームのスピン成分を運動学的に分離することにより原理的には100%近い高偏極度を達成することが可能である。われわれは永久磁石を用いたHalbach型4極磁石を開発し、日本原子力研究開発機構3号炉の冷中性子ビームライン(C3-1-2 NOP)において実際に4極磁石を用いた中性子ビームの偏極度測定を行い99%台後半の偏極度を得た。

口頭

錫吸収体を搭載した超伝導転移端センサを用いたX線及び$$gamma$$線の分光分析; モンテカルロシミュレーションを用いた数値解析

安宗 貴志; 高崎 浩司; 大西 貴士; 小山 真一; 畠山 修一*; 大野 雅史*; 高橋 浩之*

no journal, , 

プルトニウムやアクチニド全元素の弁別を目的とし、硬X線と$$gamma$$線が検出可能な錫吸収体を搭載した超伝導転移端センサの開発を行っている。作成した超伝導転移端センサを用いて、アクチニド試料からのX線の検出及び$$gamma$$線の検出実験を行い、検出器の特性を調査した。また、EGS5コードを用いてモンテカルロシミュレーションを行い、得られた実験結果との比較も行った。

口頭

超伝導転位端センサによる$$^{237}$$Np線源のX線及び$$gamma$$線スペクトル計測

安宗 貴志; 高崎 浩司; 伊藤 主税; 大野 雅史*; 入松川 知也*; 高橋 浩之*

no journal, , 

核物質から発生する硬X線や$$gamma$$線を極めて高いエネルギー分解能を有する超伝導転移端センサ(TES: Transition Edge Sensor)により分析し、プルトニウムやマイナーアクチニド全元素を精密に弁別、分析しうる革新的な核種同定非破壊分析技術を確立することを目的に、錫放射線吸収体を搭載した硬X線$$gamma$$線TES検出素子による核燃料物質等の測定試験を実施している。講演では、$$^{237}$$Npについての精密測定実証試験で得られたX線及び$$gamma$$線スペクトルの解析結果やピーク弁別能力評価結果等を報告する。

口頭

超伝導転移端センサを用いたX線および$$gamma$$線の分光分析; モンテカルロシミュレーションを用いたエネルギースペクトルの解析

安宗 貴志; 高崎 浩司; 中村 圭佑; 大野 雅史*; 入松川 知也*; 高橋 浩之*

no journal, , 

環境監視線量計測課ではゲルマニウム半導体検出器を超える優れたエネルギー分解能を有する超伝導転移端センサ(TES)を用いた、Puを含む超ウラン元素から放出されるX線および$$gamma$$線の精密分光分析に関する研究を行なっている。重金属で作製した吸収体をTESに取り付けることで、数十keV以上のエネルギーを持つ硬X線や$$gamma$$線の検出が可能となる。一方で、高エネルギー分解能であること、また検出器サイズも小さいことから、硬X線・$$gamma$$線検出用TESで得られるエネルギースペクトルは非常に複雑化してしまい、試料中の核種や組成比などを解析することが困難である。そこで、モンテカルロシミュレーション等を用いて、TESで得られる複雑なエネルギースペクトルを解析するための手法を検討した。

特許

核分裂生成物と混在した超ウラン元素の分析方法及びその分析装置

高崎 浩司; 伊藤 主税; 石見 明洋; 大西 貴士; 中村 圭佑; 安宗 貴志

大野 雅史*; 高橋 浩之*; 畠山 修一*

特願 2013-200728  公開特許公報  特許公報

【課題】使用済み燃料中又は燃料デブリ中に核分裂生成物を混在して含まれる超ウラン元素量の分析を、非破壊・非接触で、且つ、短時間に高精度で行うことができる超ウラン元素の分析方法を提供する。 【解決する手段】本発明の分析方法は、超伝導相転移端温度計(TES)型マイクロカロリーメータを用いて使用済み燃料又は燃料デブリからのγ線又はX線を観測するステップと、30KEV~150KEVのエネルギー範囲内で現れるγ線又はX線の各ピーク値から超ウラン元素の量を求めるステップとを有する。また、TES型マイクロカロリーメータによる測定から求める超ウラン元素と核分裂生成物との正確な組成比に基づいて、ユーロピウム等の核分裂生成物を収納容器に収納した状態でGE半導体検出器等によって正確に測定された濃度の結果から、より高精度の超ウラン元素量の定量分析を行うことができる。

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