Development of a theoretical scaling factor method for the inventory estimation of difficult-to-measure nuclide Cs-135 in fuel debris and radioactive wastes

坂本 雅洋; 奥村 啓介; 神野 郁夫; 松村 太伊知; 寺島 顕一; Riyana E. S.; 金子 純一*; 溝上 暢人*; 溝上 伸也*

Journal of Nuclear Science and Technology, 10 Pages, 2025/00

https://doi.org/10.1080/00223131.2025.2478926

In this paper, we propose a new nuclide inventory estimation method based on computational methods, called a "theoretical scaling factor method" for difficult-to-measure (DTM) nuclides in fuel debris and radioactive wastes. The theoretical scaling factor method provides a method similar to a conventional scaling factor method. The theoretical scaling factor method, however, does not require performing many measurements to obtain correlations between a key nuclide which is easy-to-measure and a DTM nuclide. Instead of actual analytical measurements, the results of theoretical calculations are used. A correlation equation between the key nuclide and the DTM nuclide is created based on the results of theoretical calculations, and the DTM nuclide is deterministically estimated using the measurement value of the key nuclide only. In this paper, we selected Cs-135 as the DTM nuclide and Cs-137 as the key nuclide. Cs-135 has a long half-life of 2.310 years and is one of the important fission products in the safety evaluation for the geological disposal of high-level radioactive waste, because it dissolves and migrates in groundwater easily. We confirmed the validity of the proposed method using measured data of Cs-137 and Cs-135 on radioactive wastes from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F) accident obtained by many researchers. It can be used as a rational and efficient technology to reduce the analysis costs of various types of fuel debris and radioactive waste present at 1F.

Simulation study on unfolding methods for diagnostic X-rays and mixed rays

橋本 周; 大高 雅彦; 荒 邦章; 神野 郁夫; 今邨 亮*; 三上 研太*; 野宮 聖一郎*; 尾鍋 秀明*

Journal of Nuclear Science and Technology, 46(1), p.76 - 82, 2009/01

https://doi.org/10.3327/jnst.46.76

X線のエネルギー分布を測定する光子検出器について、先に報告したが、ここでは、その検出器を用いた、診療X線とCsとCoの混合線源の測定に用いるアンフォウルディング手法について論じる。さまざまな診療X線に対する応答関数は相互の区別がほとんどつかず、誤差低減法によるアンフォウルディング手法は十分に機能しない。この場合、スペクトルサーベイ手法が有効である。しかしながら、混合線の測定では誤差低減法は適用可能である。両ケースにおいて、ニューラルネットワーク手法の適用が期待できることも示された。

Frischグリッド付きアバランシェダイオードを用いた低被曝量CT開発の基礎研究,原子力基礎研究H13-011(委託研究)

今西 信嗣*; 伊藤 秋男*; 神野 郁夫*; 吉田 紘二*; 尾鍋 秀明*

JAERI-Tech 2005-007, 45 Pages, 2005/03

JAERI-Tech-2005-007.pdf:6.84MB

低被曝量CT開発の基礎として、高効率・高計数率を実現するFrischグリッド付きアバランシェダイオード検出器の基礎研究を行った。このため、Siを用いた一体型Frischグリッド付き検出器を製作し、その動特性を研究した。また、表面活性化法によるSi接合の開発を行い、製作したpn接合が整流性の電流-電圧特性を示すことを確認した。さらに、低被曝X線撮像法としてフィルターX線とエネルギー差分法を用いることを提案した。本方法では白色X線を用いたエネルギー差分法に比較して、被曝量が30%まで低減可能であることを確認した。低被曝X線撮像法とFrischグリッド付きアバランシェダイオード検出器とを組合せることにより、高性能X線撮像システム・低被曝CTの開発を行うことができる。

Cryogenic neutron detector by InSb semiconductor detector with high-density helium-3 gas converter

中村 龍也; 片桐 政樹; 荒殿 保幸; 神野 郁夫*; 菱木 繁臣*; 杉浦 修*; 村瀬 徳博*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 520(1-3), p.76 - 79, 2004/03

https://doi.org/10.1016/j.nima.2003.11.225

InSb半導体検出素子と高密度ヘリウム3ガスとからなる低温中性子検出器を開発し、その中性子検出性能を評価した。ヘリウム3ガスを中性子コンバータとする中性子検出器では、チャンバー内に封入されるヘリウム3ガスの密度が高い程、位置分解能等の検出器性能が向上する。しかしながら、チャンバー内に封入可能なガス圧はその機械的強度により制限されること、また、高ガス圧下ではガス増幅率が低減するため良好な信号対雑音比で信号を読み出すことが困難となる、といった問題があった。そこでわれわれは4.2Kの低温環境を利用することで10気圧程度のガス圧においても常温,数100気圧に相当するガス密度を実現し、かつ、中性子捕獲反応の結果生成される二次粒子を低温動作可能なInSb半導体素子で直接検出することによりそれらの問題の解決を図った。4.2K,12.5気圧で動作させた試作低温中性子検出器によりその中性子検出特性試験を行い、低温,高ガス圧下においても本検出器は中性子を安定に検出できることを確認し、高い位置分解能,高い効率一様性,薄い検出厚さ等を有する低温中性子検出器としての実現性を検証することができた。

Cryogenic neutron detector comprising an InSb semiconductor detector and a supercritical helium-3 gas converter

中村 龍也; 片桐 政樹; 荒殿 保幸; 神野 郁夫*; 菱木 繁臣*; 杉浦 修*; 村瀬 徳博*

Review of Scientific Instruments, 75(2), p.340 - 344, 2004/02

https://doi.org/10.1063/1.1642747

数10ミクロン以下の位置分解能と数ナノ秒の時間分解能を持つ中性子検出器として、InSb半導体素子と超臨界ヘリウム3ガスとからなる低温中性子検出器を提案し試作検出器によりその検出原理を確認した。従来のヘリウム3ガスを使用した中性子検出器において数10ミクロンの高い位置分解能を得るには100気圧を超えるガスを封入する必要がある。そのような条件下では、十分なガスゲインが得られないこと、また、チャンバの機械的制限を受ける等の問題があった。われわれは、4.2Kという低温環境を積極的に利用することで常温100気圧以上に相当するヘリウム3ガス密度を数気圧のガス圧で実現し、かつ、低温下で高速に動作するInSb半導体検出素子で中性子捕獲反応により生じるプロトン,トリトンを直接検出しその解決を図った。本検出手法によると4.2K, 10気圧程度のヘリウム3ガス圧下で数10ミクロン以下の位置分解能と数ナノ秒の時間分解能も期待される。試作検出器を用いて4.2K, 1.6気圧以下のガス圧において中性子検出性能を評価した結果、中性子を検出できること,現状で約80nsecの時間分解能を持つことなどを確認した。

Undoped-type InSb radiation detector with rapid rise time

菱木 繁臣*; 神野 郁夫*; 杉浦 修*; 村瀬 徳博*; 中村 龍也; 片桐 政樹

Radiation Detectors and Their Uses, p.113 - 117, 2003/00

InSb半導体検出器は従来のGe半導体検出器と比較して2倍以上のエネルギー分解能,7倍以上の検出効率等が期待されている放射線検出器である。これまでInSb半導体素子としては人為的にドーパントを添加しn型、あるいはp型である基板を使用してきたが、今回われわれは不純物の量を極めて抑えた非不純物添加単結晶InSb基板(undoped InSb)を用いてSchottky型半導体放射線検出素子を製作しその放射線検出特性を4.2Kから115Kまでの温度範囲において評価した。製作した検出器は全ての測定温度において整流性を示し、アルファ線を検出することを確認した。また、信号出力の立ち上がり時間が4.2-70Kまでの範囲においてほぼ一定の約350nsecを示し、従来のp型InSb半導体素子のそれと比較して20倍程度改善することを確認した。

Charged particle emissions in fission process

池添 博; 鹿園 直基; 永目 諭一郎; 大槻 勤*; 杉山 康治; 冨田 芳明; 井出野 一実; 神野 郁夫; H.J.Kim*; B.J.Qi*; et al.

Nuclear Physics A, 538, p.299C - 306C, 1992/00

核分裂の機構について、最近中性子データから、核分裂が、ゆっくりしたプロセスであり、分裂核の励起エネルギーのかなりの部分は核分裂する前の段階で中性子放出の形で行われる事が報告されている。この講演では、核分裂過程から放出される荷電粒子(陽子とアルファ粒子)の測定データを報告する。荷電粒子の場合、核分裂以前に放出される部分は、統計モデルでほぼ再現でき、中性子データで示されている程のゆっくりした核分裂プロセスという仮定は必要でなくなる。又、分裂核から放出される荷電粒子データは、複合核の励起エネルギーと共に分裂核の励起エネルギーも増大しているように見える。この事実は、scissionでの励起エネルギーがほぼ一定で複合核の励起エネルギーに依らないとする中性子データの結論と矛盾する。これら荷電粒子データの示すところを報告する。

Conceptual design of transmutation plant

滝塚 貴和; 高田 弘; 神野 郁夫; 西田 雄彦; 赤堀 光雄; 金子 義彦

LA-12205-C, p.707 - 721, 1991/11

高エネルギー陽子加速器と未臨界TRU燃料炉心を組み合わせたTRU消滅処理プラントの概念検討を行った。炉心はTRU合金燃料から構成され、ナトリウムで冷却される。1.5GeV、39mAの陽子ビームが炉心中心のタングステンターゲットに入射される。炉心で年間250kgのTRUが消滅し、820MWの熱出力が発生する。このプラントは蒸気タービンを用いて246MWの電力を発生し、加速器電力を自給することが可能である。

Incident angle dependence of residual defect in silicon surface barrier detector

神野 郁夫; 池添 博; 大槻 勤*; 林 修平*; 金沢 哲*; 木村 逸郎*

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(6), p.582 - 584, 1991/06

https://doi.org/10.3327/jnst.28.582

シリコン表面障壁型半導体検出器(SSB)の残余損失について、101.7MeVおよび133.9MeVのNiイオン、129.8MeVのIイオンを用いて実験を行った。133.9MeVのNiイオンについては、SSBへの入射角度を0、30、45、60度と変化させて、残余損失の入射角度依存性を研究した。使用したSSBの比抵抗は、362cm、1500cmおよび2100cmであった。実験結果は、誘電体効果モデルで解析された。(Iおよび101.7MeVのNiイオンについては、入射角度0度のみ測定した)解析の結果、角度を持って入射したイオンの場合、プラズマ柱の長さが射影された長さ、プラズマ柱内部の電子・正孔対密度が余弦の逆数倍された密度を見做すことにより、よく理解されることがわかった。

Conceptual design of transmutation plant

滝塚 貴和; 高田 弘; 神野 郁夫; 西田 雄彦; 赤堀 光雄; 金子 義彦

Proc. of the Workshop on Nuclear Transmutation of Long-lived Nuclear Power Radiowastes, p.79 - 93, 1991/00

日本のオメガ計画、原研における群分離・消滅処理に関する研究開発計画を紹介するとともに、大強度陽子加速器と未臨界TRU燃料炉心を組み合わせたTRU消滅処理プラントの概念設計の概要及び核熱計算結果を報告する。このプラントは1.5GeV、39mAの陽子加速器とナトリウム冷却TRU合金燃料炉心を用いて、熱出力3000MWの軽水炉10基から発生するTRUを消滅処理し、蒸気タービン発電を行って加速器電力を十分自給することができる。