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論文

Numerical evaluation of the light transport properties of alternative He-3 neutron detectors using ceramic scintillators

大図 章; 高瀬 操*; 春山 満夫; 倉田 典孝*; 小林 希望*; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 798, p.62 - 69, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.1(Instruments & Instrumentation)

シンチレータを用いたヘリウム3代替中性子検出器内部のシンチレータ光の伝搬特性を光線追跡コードを用いて調査した。検出器の構造は、ガラス基板に積層された薄いセラミックシンチレータ板とそれを囲む光反射管、及びその光反射管の両端に設置された二つの光電子増倍管からなる。管内部のセラミックシンチレータ板の設置を様々に変化させた場合の検出器の両端に現れる光出力を計算し、試験結果と比較した。その結果、管内部の光伝搬特性は、そのセラミックシンチレータの配置、及び光反射管の構造に大きく依存することが判明した。

論文

Analytical study on uranium measurement in uranium waste drums by the fast neutron direct interrogation method

米田 政夫; 大図 章; 春山 満夫; 高瀬 操*; 呉田 昌俊; 中塚 嘉明; 在間 直樹; 中島 伸一; 大塚 芳政

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 9 Pages, 2014/07

高速中性子直接問いかけ法(FNDI法)は非破壊測定手法の一つであり、14MeVのパルス中性子をウラン・プルトニウム等核分裂性物質を含む廃棄物ドラム缶に照射させることにより発生する核分裂中性子を測定するものである。FNDI法は、ドラム缶に含まれる核分裂性物質の量について短時間かつ正確に求めることが可能である。廃棄物で発生する自発核分裂中性子及び($$alpha$$,n)反応で生成する中性子を測定する手法であるパッシブ法に比べて、FNDI法は、測定時間が短く、廃棄物ドラム缶に含まれるウランの化学形に依存しないという特長を有する。FNDI法については、これまで原子力機構東海地区にあるNUCEFにおいて、長年研究開発に取り組んできた。そこでの成果をベースとして、原子力機構人形地区において、JAWAS-Nと呼んでいるウラン廃棄物ドラム缶を測定する実証装置について設計を行った。JAWAS-Nの製作・設置は2013年に完了し、2014年からウラン位置依存性, ウラン量依存性, ウラン化学形依存性, マトリックス依存性等の特性実験を進めている。実験と並行して、MCNP等のモンテカルロコードを用いた解析を進めている。本発表では、実験結果と解析結果の比較、及び実験を実施できない多量のウラン量に対する解析評価について報告する。

論文

Neutron-sensitive ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ ceramic scintillator detector as an alternative to a $$^{3}$$He-gas-based detector for a plutonium canister assay system

中村 龍也; 大図 章; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 山岸 秀志*; 高瀬 操; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.340 - 346, 2014/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.53(Instruments & Instrumentation)

ヘリウム3ガス検出器の代替としてプルトニウム検認装置用に使用できるZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータ検出器を開発した。当該検出器はZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを矩形状の光伝搬筐体内に対角配置しその両端に設置した光電子増倍管により中性子誘起の発光を収集するものでモジュラー構造を有する。有感面積30mm$$times$$250mmをもつプロトタイプ検出器を試作し、中性子感度21.7-23.4$$pm$$0.1cps$$/$$nv(熱中性子)、$$gamma$$線感度1.1-1.9$$pm$$0.2$$times$$10$$^{-7}$$($$^{137}$$Cs)、計数均一性$$<$$6%、温度計数-0.24$$pm$$0.05%/$$^{circ}$$C(20-50$$^{circ}$$C)の性能を確認した。

論文

Evaluation of light transport property in alternative He-3 neutron detectors using ceramic scintillators by a ray-tracing simulation

大図 章; 高瀬 操*; 倉田 典孝*; 小林 希望*; 飛田 浩; 春山 満夫; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 鈴木 浩幸; 藤 健太郎; et al.

Proceedings of 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference; 21st International Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and $$gamma$$-ray detectors (NSS/MIC 2014), 5 Pages, 2014/00

日本原子力研究開発機構では、セラミックシンチレータを用いたヘリウム3代替中性子検出器を開発している。その検出器は、矩形のアルミニウム管とその内側に設置された光反射シート、その内部に対角線状に設置されたガラス板に焼結されたセラミックシンチレータシート、及びアルミニウム管の両端に設置された光電子増倍管で構成される。検出器の中性子検出効率は、内部のシンチレータ光の伝搬特性に影響を受けるため、シンチレータ表面及びガラス面から検出器内部を通過するシンチレータ光の伝搬特性を光線追跡シミュレーションで調査した。そのシミュレーション結果を実験結果と比較して報告する。

論文

He-3代替中性子検出器を用いた代替PCAS(APCA: Alternative Plutonium Canister Assay System)の開発

大図 章; 呉田 昌俊; 春山 満夫; 高瀬 操; 倉田 典孝; 小林 希望; 曽山 和彦; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第34回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2013/10

文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、世界的なHe-3ガス供給不足問題に対処するため、核セキュリティや保障措置分野での用途を目的としたZnSセラミックシンチレーターを用いたHe-3代替中性子検出器とそれら代替検出器を多数装備した保障措置用プルトニウム非破壊評価測定装置(NDA)の実証機を開発している。本報では、開発しているHe-3代替中性子検出器の基本性能に大きな影響を及ぼす検出器内部のシンチレーション光の導光特性の光線追跡シミュレーションコードを用いた計算結果と試作した検出器の試験結果の比較、及び中性子モンテカルロ計算コード(MVP)で設計,構築した代替Pu-NDA計測システム(APCA)実証機の設計性能と現行のプルトニウム貯蔵容器測定システム(PCAS)装置の性能比較に関して、今後の試験計画とあわせて報告する。

論文

高速中性子直接問いかけ法によるウラン廃棄物中のウラン量測定の実用化研究

米田 政夫; 大図 章; 在間 直樹; 中塚 嘉明; 中島 伸一; 高瀬 操; 春山 満夫; 呉田 昌俊

核物質管理学会(INMM)日本支部第34回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2013/10

高速中性子直接問いかけ(FNDI)法は、TRU廃棄物に14MeVのパルス中性子を照射した際に発生する誘発核分裂中性子(高速)を測定することにより、廃棄物に含まれる核分裂性核種の総量を短時間で求める非破壊測定手法であることから、保障措置分野においても活用が検討されている。FNDI法は廃棄物中から発生する自発及び($$alpha$$,n)中性子を測定する手法(パッシブ法)と比べて、測定時間が短縮され、ウラン化合物の化学形に依存性がなく、廃棄物中に含まれるウランの位置依存性が低いという長所を有する。このため、原子力機構人形峠環境技術センターでは、ドラム缶収納ウラン廃棄物の測定方法の一つとしてFNDI法を用いることを検討している。FNDI法の実用化に向けた研究開発として、多様な廃棄物のマトリックス条件に対して精度よく測定するための測定及び解析手法の検討を進めている。今回の発表では、FNDI法の計測原理及び人形峠での実用化研究について報告する。

論文

Design of an Alternative Plutonium Canister Assay system (APCA) using ceramic scintillator neutron detectors for the safeguards NDA

呉田 昌俊; 大図 章; 春山 満夫; 高瀬 操; 倉田 典孝; 小林 希望; 曽山 和彦; 中村 龍也; 中村 仁宣; 瀬谷 道夫

Proceedings of INMM 54th Annual Meeting (CD-ROM), 8 Pages, 2013/07

He-3ガス不足問題が深刻となり、He-3中性子検出器に代替する保障措置NDA用中性子検出器技術の開発が急務となっている。そこで、文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、保障措置検認装置に組み込んで使用できるセラミックシンチレータ中性子検出器の開発を進めている。本稿では、検出器の導光光学系を対象として光線追跡コードを用いて検出特性を研究した成果と技術実証用NDA装置(APCA)の設計について記す。

論文

Optical guide property of alternative He-3 neutron detectors using solid scintillators for nuclear safeguards

大図 章; 中村 龍也; 高瀬 操; 倉田 典孝; 春山 満夫; 呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫

Proceedings of 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record (NSS/MIC), 4 Pages, 2013/00

日本原子力研究開発機構では、保障措置用He-3中性子検出器の代替として固体シンチレータを用いた検出器を開発している。その検出器は、アルミニウム製の矩形チューブ(長さ約300mm, 32$$times$$32mm)、シンチレータシート(39mm$$times$$250mm)、及び二つの光電子増倍管から構成される。シンチレータシートは、そのアルミニウム管内の矩形断面の斜め方向に設置され、光電子増倍管は管の両端に設置される。現在、検出効率としてHe-3検出器の約50%の値が得られ、かつ$$gamma$$線感度として5$$times$$10$$^{-7}$$が達成されている。この検出器の基本性能は、検出器管内のシンチレータ光の導光特性に大きく依存する。検出器管内のシンチレータ面から光電子増倍管までの光の伝送効率を光線追跡シミュレーションで評価した。その結果について、試験結果と比較して報告する。

論文

ウラン廃棄物ドラム缶のNDA測定の高度化計画; アクティブ中性子測定の導入

在間 直樹; 中島 伸一; 中塚 嘉明; 門 一実; 春山 満夫; 高瀬 操; 大図 章; 呉田 昌俊

核物質管理学会(INMM)日本支部第33回年次大会論文集(インターネット), 8 Pages, 2012/10

200リットルドラム缶収納の廃棄物中の全ウランを定量するパッシブ中性子NDA測定装置"NWAS"を開発しフッ素元素を伴う製錬転換施設のウラン廃棄物の測定に活用している。本装置は主としてウランの$$alpha$$線と廃棄中に存在するフッ素元素等との反応で生じる$$^{234}$$U($$alpha$$,n)中性子を16本の$$^{3}$$He比例計数管を用い測定するものである。高感度・高精度の測定を実現できる反面、中性子透過率がドラム缶収納物の種類や密度に影響されるという問題点も内包しているため、いわゆる"unknown objects"に対しては正確な定量が困難となる傾向があった。この課題を解決する手段としてアクティブ測定方法へと改良する検討を進めている。測定体系全体をコンクリート壁で囲い、内部中央に測定対象ドラム缶、一端に中性子発生装置、対向位置に$$^{3}$$He比例計数管を配置する構造とし、ポリエチレンにより減速させた中性子によりドラム缶内部で$$^{235}$$U核分裂を誘発させ二次的に発生する中性子により全ウラン量を定量するものである。事前のシミュレーションにおいて現装置よりも大幅に感度・精度を向上させることが予測され、今後の核燃料物質管理測定実務の効率化に大いに貢献しうることが期待される。

論文

ウラン廃棄物ドラム缶のNDA測定手法改良検討; アクティブ中性子測定法の性能評価

春山 満夫; 高瀬 操; 大図 章; 呉田 昌俊; 在間 直樹; 中島 伸一; 中塚 嘉明; 門 一実

核物質管理学会(INMM)日本支部第33回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2012/10

人形峠環境技術センター製錬転換施設では、現在開発しているウラン量定量測定装置(NWAS)の高度化(高精度・高感度化)を目的にパッシブ中性子測定法からアクティブ中性子測定法への変更を検討している。このアクティブ中性子測定法の候補として、短時間で核分裂性ウランの定量化が可能な高速中性子直接問いかけ法を導入する計画である。この手法は、これまでドラム缶廃棄物中の微量の核分裂性物質(U, Pu)をドラム缶内の位置感度差がほとんどない状態で精度よく定量化する目的で開発されたものである。また、この手法はドラム缶廃棄物のウランの定量化のほかに、核テロ対策としての航空手荷物検査装置にも適用研究がなされ、少量核分裂性物質の高速探知(数秒)を実証した実績がある。本報では、本高速中性子直接問いかけ法を人形峠環境技術センターのNWAS用に導入・適用するにあたって、計測システムの設計とその性能をシミュレーションにより評価した結果について報告する。

論文

ZnSセラミックシンチレータを使ったPu-NDAシステムの開発計画

呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫; 大図 章; 春山 満夫; 高瀬 操; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 藤 健太郎

核物質管理学会(INMM)日本支部第33回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2012/10

He-3ガス不足問題が深刻となり、核セキュリティや保障措置分野で数多く利用されてきたHe-3中性子検出器に代替するNDA用中性子検出器技術の開発が急務となっている。そこで、文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、保障措置検認装置に組み込んで使用できるZnSセラミック・シンチレーション中性子検出器の開発を進めている。本稿では、開発計画、試作したZnSシンチレーション中性子検出器を用いた実験結果、He-3中性子検出器を用いた現行PCAS装置を比較対象モデルと想定した基礎技術実証装置の基本設計について記す。

論文

Development plan of Pu NDA system using ZnS ceramic scintillator

呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫; 大図 章; 春山 満夫; 高瀬 操; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 藤 健太郎

Proceedings of INMM 53rd Annual Meeting (CD-ROM), 8 Pages, 2012/07

He-3ガス不足問題が深刻となり、核セキュリティや保障措置分野で数多く利用されてきたHe-3中性子検出器に代替するNDA用中性子検出器技術の開発が急務となっている。そこで、文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、保障措置検認装置に組み込んで使用できるZnSセラミック・シンチレーション中性子検出器の開発を進めている。本稿では、開発計画、試作したZnSシンチレーション中性子検出器を用いた実験結果、He-3中性子検出器を用いた現行PCAS装置を比較対象モデルと想定した基礎技術実証装置の基本設計について記す。

論文

NDA用ZnSシンチレーション中性子検出器開発計画

呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫; 大図 章; 春山 満夫; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨

核物質管理学会(INMM)日本支部第32回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2011/11

He-3ガス不足問題が深刻となり、保障措置や核セキュリティ分野で数多く利用されてきたHe-3中性子検出器を代替する非破壊測定(NDA)用中性子検出器技術の開発が急務となっている。そこで、文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、ZnSシンチレーション中性子検出器の開発に着手した。本検出器は、保障措置検認で利用される新MOX燃料やその他の核物質のNDA装置用として開発する。本報では、開発計画とともに新MOX燃料集合体NDA装置を想定した解析モデル体系で中性子吸収確率をモンテカルロ解析により評価し、中性子反射体の効果等を検討した結果についても記す。

論文

Development of scintillation neutron detectors for non-destructive assay of nuclear fuel, 1; Master plan and feasibility study on nuclear reaction probability by Monte Carlo analysis

呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫; 大図 章; 春山 満夫; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨

Proceedings of INMM 52nd Annual Meeting (CD-ROM), 10 Pages, 2011/07

$$^{3}$$Heガス不足問題が深刻となり、核セキュリティや保障措置分野で数多く利用されてきた$$^{3}$$He中性子検出器に代替する技術の開発が急務となっている。そこで、文部科学省核セキュリティ強化等推進事業として、ZnSセラミック・シンチレーション中性子検出器の開発に着手した。本検出器は、保障措置検認で利用されるMOX新燃料やその他の核物質を測定対象とした非破壊検査装置用として開発する。本稿では、開発計画とともに中性子吸収確率をモンテカルロ解析により計算し、本技術開発の実行可能性を調査した結果について記す。

論文

Research and development of a high-sensitivity non-destructive assay of fissile nuclide by using fast neutron direct interrogation method

高峰 潤; 春山 満夫; 高瀬 操; 山口 聡

Proceedings of 16th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC-16) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/10

従来のアクティブ中性子法を用いて、セメントで固化された廃棄物のような水素原子を多く含む測定対象物を測定する場合、その表面と中心領域における径方向感度分布が100倍以上異なる。そこでわれわれは、マトリクス自身において減速する中性子によって誘起された核分裂中性子を検出する手法を開発し、10%の位置感度差を実現した。さらに、従来法の検出システムで減速材として用いていたグラファイトを、SUS-304に変更することによって、核分裂中性子計数成分におけるバックグラウンドが大幅に減少することがわかり、この新しいシステムによって、セメント固化廃棄物をクリアランスレベルまでの測定が可能となった。加えてわれわれは、検出器バンクを改良し、金属の圧縮廃棄物(密度が3から4程度)も精度よく測定できるようになった。この会議では、過去の研究の経緯や、応用例、さらには最新の研究結果について紹介する。

論文

非破壊手法によるウラン・プルトニウム組成比決定法の研究

高峰 潤; 春山 満夫; 高瀬 操

日本保全学会第5回学術講演会要旨集, p.481 - 484, 2008/07

核燃料施設で発生する廃棄物のような、ウランとプルトニウムが混在している測定対象物中の存在比を決定する手法は未だ知られていない。Pu-239の比放射能はU-235の約10,000倍である。したがって、放射能評価において、これらの存在量を決定することは非常に重要である。そこで、14MeV中性子直接問いかけ法によって得られる、遅発中性子と即発中性子に注目し、それらの相関関係からウランとプルトニウムの存在比を決定する手法を開発した。この手法を確認するために、ウランとプルトニウムの存在比をパラメータとした測定実験を行ったところ、その実験値は理論値と精度よく一致することがわかった。これによって、測定結果から存在比導出が可能であることがわかった。

論文

Improvement of detection limit in 14 MeV neutron direct interrogation method by decreasing background

春山 満夫; 高瀬 操; 飛田 浩

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(5), p.432 - 440, 2008/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:46.35(Nuclear Science & Technology)

14MeV中性子直接問いかけ法の検出限界改善のため、連続エネルギーモンテカルロ輸送計算コード(MVP)によりシミュレーション計算を実施した。その計算結果により、従来の検出体系の材料であるグラファイトに代えて、鉄あるいは鉄合金を用いることにより、核分裂中性子計数領域にバックグランドとして出現する中性子が大幅に減少できることがわかった。ステンレススチールSUS-304を使用した検出システムのバックグランドは1/10,000に減少でき、10分の測定で5,000(counts)のバックグランド計数は0.5(counts)程度までに減少する。その結果、検出限界値は従来の1/1000に改善できることになる。ステンレススチールSUS-304を使用した検出システムによる天然ウランで汚染されているコンクリート瓦礫廃棄物の検出限界濃度は0.000116Bq/g、金属廃棄物の検出限界濃度は0.000512Bq/g、ウエス廃棄物の検出限界濃度は0.000664Bq/gが10分の測定で可能となることを示している。

論文

高速中性子直接問かけ法を用いたウラン廃棄物のクリアランス検認技術

春山 満夫; 高瀬 操; 高峰 潤

デコミッショニング技報, (37), p.17 - 24, 2008/03

近年ウラン廃棄物のクリアランスレベルが具体化しつつあり、これを低コストで精度よく確実に検認する技術が必要とされている。そこで、日本原子力研究開発機構が開発した高速中性子直接問かけ法のウラン廃棄物に対する適用性評価を行い、これに適した測定体系を開発した。その結果、最適化された測定体系を用いることによって、クリアランスレベルを大きく下回る測定ができることが確認された。本報告では、この手法のウラン廃棄物への適用性評価、及び原理や装置の改善点を紹介する。

論文

放電核融合中性子源の隠蔽核物質探知技術への応用

春山 満夫; 高峰 潤; 高瀬 操; 山口 聡

日本保全学会第1回「検査・評価・保全に関する連携講演会」, p.122 - 125, 2008/01

従来のアクティブ中性子法を用いて、セメントのような物質で固化された放射性廃棄物が測定するとき、表面と中心における径方向の感度分布が100倍以上異なるので、定量精度の問題が発生する。この問題を解決するために、マトリクス自身によって減速された中性子が引き起こす核分裂中性子を測定する手法を開発した。この新しい手法を用いることによって、位置感度差が10%程度に改善された。近年、世界中で核分裂性物質の密輸を水際で防ぐための手法が要望され、現在この新しい手法を、その探知に適用するための研究開発を進めている。この研究の中で計算機シミュレーションを行い、その有効性を確認した。

論文

14MeV中性子直接問かけ法による高感度検出,2; ウエス系ウラン廃棄物

春山 満夫; 飛田 浩; 高瀬 操*; 森 貴正

日本原子力学会和文論文誌, 6(1), p.65 - 72, 2007/03

核燃料濃縮施設や核燃料加工施設から発生するウラン廃棄物のうち、マトリックスがコンクリートである場合及び金属のみの場合の含有ウラン測定について、著者らの考案した14MeV中性子直接問かけ法を適用したところ、位置感度差がほとんどなく、高感度で精度の良い測定を可能にするものであり、他に比類のない優れた手法であることを既に報告した。今回、各種廃棄物のうちドラム缶にウエスが入れられているようなウエス系ウラン廃棄物に対し、本検出法が効果的に適用できるか否かの検討を、MVP計算コードを用いた計算機実験によって行った。その結果、本検出法は、ウエス系ウラン廃棄物に対して、中性子を巧く減速する工夫をすることで位置感度差をなくし、精度よく測定できることを明らかにした。また、当該廃棄物のクリアランス濃度を十分に検認できる能力を持つものであることが確認できた。

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