Measurement of charged-particle emission double-differential cross section of fluorine for 14.2 MeV neutrons

近藤 恵太郎; 村田 勲*; 落合 謙太郎; 久保田 直義*; 宮丸 広幸*; 今野 力; 西谷 健夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 48(8), p.1146 - 1157, 2011/08

https://doi.org/10.3327/jnst.48.1146

14.2MeV中性子入射によるフッ素の陽子,重陽子,三重陽子,粒子放出二重微分断面積の詳細な測定を行った。日本原子力研究開発機構のFNS施設に備えられたペンシルDT中性子ビームを利用した荷電粒子スペクトロメータによって、幅広いエネルギーの放出粒子に対し、高いエネルギー分解能で、15から150に渡る角度において精密な測定を行うことができた。測定したデータは評価済核データライブラリJENDL-3.3及びENDF/B-VII.0に格納されたデータと比較した。その結果、エネルギー・角度分布と、荷電粒子生成断面積の双方で、実験値と評価値の間に大きな差が存在することがわかった。残留核の幾つかの励起状態に対応する離散ピークを分離し、角度微分断面積を導出して荷電粒子放出反応の機構を議論した。本研究はフッ素に対して上記4種類の荷電粒子放出二重微分断面積を同時に測定した初めての測定であり、フッ素の核反応モデルを確立するためにも有効である。

Direct neutron spectrum measurement to validate Zr(n,2n) reaction cross-section at 14 MeV

村田 勲*; 四間 公章*; 近藤 恵太郎; 松中 允亨*; 太田 雅之*; 宮丸 広幸*; 落合 謙太郎; 今野 力; 西谷 健夫

Fusion Engineering and Design, 84(7-11), p.1376 - 1379, 2009/06

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2009.02.053

ジルコニウムは核融合炉ブランケットのトリチウム増殖材の候補の一つであるリチウムジルコネートLiZrOの構成元素である。過去に日本原子力研究所,京都大学,大阪大学において個々に行われたジルコニウムの核データベンチマーク実験の結果は、いずれも中性子スペクトルの計算値が大きな過大評価を示すことを指摘していた。本研究では、核データの問題点を明らかにするために、天然ジルコニウムの(n,2n)反応によって放出される2個の中性子を直接測定して断面積を導出した。測定によって放出中性子のエネルギーが1MeV以上の断面積が得られたが、得られた値はJENDL-3.3の評価値より少し大きく、これはベンチマーク実験の結果と逆の傾向であった。しかし、測定されていない放出中性子のエネルギー1MeV以下のスペクトル部分を核温度1MeVの蒸発スペクトルで外挿すると、得られた(n,2n)反応断面積はJENDL-3.3よりもやや小さく、ENDF/B-VIの評価値とほぼ一致した。この結果は過去に京都大学のグループによって指摘された、JENDLの(n,2n)反応断面積が10%程度過大評価、(n,2n)反応による1MeV以下のスペクトル成分が20%程度過大評価という指摘とも整合性のある結果であった。これらの結果は過去に報告されたベンチマーク実験における不一致の原因が、核データ評価の際の不適切な核温度の採用によるものであることを示唆している。

Angle-correlated spectrum measurement for two neutrons emitted from (n,2n) reaction with the coincidence detection technique using a pencil-beam DT neutron source

村田 勲*; 高木 智史*; 近藤 恵太郎; 四間 公章*; 宮丸 広幸*; 満田 幹之; 前川 藤夫; 落合 謙太郎; 西谷 健夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 595(2), p.439 - 446, 2008/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.07.039

日本原子力研究開発機構の核融合中性子源施設(FNS)のDT中性子ビームを利用した、同時計数法に基づく(n,2n)反応からの放出中性子の角度相関エネルギースペクトルの測定手法を開発した。本手法による(n,2n)反応断面積測定の妥当性を検証するため、放射化法による(n,2n)反応断面積の測定例が多数存在するMn(n,2n)反応について、三重微分断面積を測定した。この三重微分断面積を角度とエネルギーで積分することによって導出した(n,2n)反応断面積は、JENDL-3.3の評価値とよく一致し、このことから本手法の妥当性を確認した。Mnのような中重核や重核の(n,2n)反応では、通常は放出中性子間の角度相関が弱いので、数回の測定で(n,2n)反応断面積を得ることができる。本手法はまた、ベリリウムのような軽元素の複雑な核反応機構を解明するための角度相関中性子スペクトルの測定手段にも使える。

Measurement of the angle-correlated neutron spectrum for the Be(n,2n) reaction with a pencil-beam DT neutron source

村田 勲*; 高木 智史*; 四間 公章*; 近藤 恵太郎; 宮丸 広幸*; 落合 謙太郎; 西谷 健夫; 今野 力

Proceedings of International Conference on Nuclear Data for Science and Technology (ND 2007), Vol.2, p.999 - 1002, 2008/05

(n,2n)反応は核融合炉設計において非常に重要な反応である。本研究では、核融合炉で最も重要な元素の1つであるベリリウムについて、(n,2n)反応により放出される2個の中性子を直接同時計数法によって測定し、角度相関スペクトルから(n,2n)反応断面積を導出した。実験では原子力機構FNS施設のビーム状DT中性子源を利用した。2台のNE213検出器を用い、放出される2個の中性子を高効率で測定するため、測定試料の非常に近くに検出器を配置した。得られた波高スペクトルはFORISTコードでアンフォールディングを行ってエネルギースペクトルに変換した。検出器の応答関数はSCINFULコードによって評価した。導出された(n,2n)反応の角度分布は、測定エネルギー範囲である800keV以上の比較では、JENDL-3.3がENDF/B-VIより良い一致を示した。800keV以上の(n,2n)反応断面積は双方のライブラリとも10%以内で実験値とよく一致した。

Verification of nuclear data for DT neutron induced charged-particle emission reaction of light nuclei

近藤 恵太郎; 村田 勲*; 落合 謙太郎; 久保田 直義; 宮丸 広幸*; 高木 智史*; 志度 彰一*; 今野 力; 西谷 健夫

Fusion Engineering and Design, 82(15-24), p.2786 - 2793, 2007/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2007.03.013

中性子入射による荷電粒子放出反応は発電炉を見据えた核融合炉開発において極めて重要である。核反応で放出された荷電粒子は材料中で直ちに停止するため局所的な核発熱を引き起こす。また材料の損傷や多量のガス放出の原因となる。これらの物理量を正確に評価するためには全反応断面積だけではなく、放出エネルギーと角度に対する微分情報、すなわち二重微分断面積が必要である。しかし、二次中性子に関する二重微分断面積に比べて二次荷電粒子に関する二重微分断面積は測定の困難さのために実験データの蓄積が進んでいない。筆者らは、特に核融合炉で多く用いられる軽元素について高精度で二重微分断面積を測定することを目指し、ビーム状中性子源を利用した荷電粒子測定手法を開発した。われわれはこれまでに十分な測定がなされていない軽元素に対する系統的な測定を進めている。特に提案されているブランケット及び第一壁の構成材料であるリチウム,ベリリウム,カーボン,酸素,フッ素,シリコンは重要度が高いと考えられる。われわれはこれまでにベリリウム,カーボン,フッ素についての測定を完了し、引き続きリチウム7のDDXc測定を計画中である。本会議では、われわれの測定データと3つの主要な評価済み核データ(JEF-3.1, ENDF-B/VI, JENDL-3.3)の現状と比較結果を示す。また、今後測定が必要と思われる元素についても評価済み核データの現状について簡単なレビューを述べる。

ビーム状DT中性子を用いた荷電粒子放出二重微分断面積測定手法の開発(協力研究)

近藤 恵太郎; 落合 謙太郎; 久保田 直義; 西谷 健夫; 村田 勲*; 宮丸 広幸*; 高橋 亮人*

JAEA-Research 2006-016, 50 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-016.pdf:6.25MB

核融合炉における核発熱,照射損傷の評価に必要となる荷電粒子放出二重微分断面積の精密測定のため、従来の測定手法の欠点を克服する測定手法を開発した。日本原子力研究開発機構核融合中性子工学用中性子源施設FNSのペンシルビーム状中性子源とシリコン半導体検出器によるカウンターテレスコープ法を用いることで、良好なS/N比,エネルギー分解能,角度分解能,粒子弁別能,幅広い測定エネルギー範囲を現実的な測定時間のもとで達成できる。この手法を用いて、Alからの放出粒子測定と水素の弾性散乱による反跳陽子測定を行った。これらの測定結果に基づいて、本測定手法の妥当性と優位性を結論した。

Measurement of energetic charged particles produced in fusion materials with 14 MeV neutron irradiation

落合 謙太郎; 近藤 恵太郎; 村田 勲*; 宮丸 広幸*; 久保田 直義; 高橋 亮人*; 西谷 健夫

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.859 - 863, 2005/11

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.06.116

原研FNSではコリメーター14MeV中性子で照射された核融合炉候補材料から放出する核反応荷電粒子の測定を継続的に行っている。第1に候補材であるベリリウムの測定を行った、厚さ100mのベリリウムサンプルからBe(n,)He, Be(n,2n)2 and Be(n,t)Li核反応によるアルファー粒子,トリトンのエネルギースペクトルを高精度に測定することに成功し、その値から各核反応の2重微分断面積を求めた。評価済み核データの比較から、Be(n,2n)2 and Be(n,t)Li反応の2重微分断面積は実験値と良い一致を示した。

角度相関中性子スペクトル測定によるZr(n,2n)反応断面積の測定

四間 公章*; 高木 智史*; 近藤 恵太郎; 松中 允亨*; 村田 勲*; 宮丸 広幸*; 落合 謙太郎; 西谷 健夫

no journal, , 

核融合炉のブランケット材の1つとしてLiZrOを用いることが考えられている。しかし、筆者らのグループによる積分実験から、Zrの評価済み核データに問題のあることが指摘されている。天然ジルコニウムは4つの同位体から構成されているが、Zr(n,2n)反応断面積の測定データはたくさんあるのに対し、構成比の大きいZr, Zrの二つの核種は(n,2n)反応によって不安定核を生成しないため、従来用いられてきた放射化法では断面積を測定できない。このことが断面積評価の不確定性を大きくしていると考えられる。そこで、われわれが確立した(n,2n)反応により放出される2つの中性子を直接同時計数する手法による、天然ジルコニウムの実効的な(n,2n)反応断面積の測定を開始した。今回は、軸方向周りの分布と一方の検出器の放出角を55度に固定したときの周方向周りの分布を測定し、放出角55度における角度微分断面積を得た。