Spallation and fragmentation cross sections for 168 MeV/nucleon Xe ions on proton, deuteron, and carbon targets

Sun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.

Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.064623

理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射によるXeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。

Conceptual study on parasitic low-energy RI beam production with in-flight separator BigRIPS and the first stopping examination for high-energy RI beams in the parasitic gas cell

園田 哲*; 片山 一郎*; 和田 道治*; 飯村 秀紀; Sonnenschein, V.*; 飯村 俊*; 高峰 愛子*; Rosenbusch, M.*; 小島 隆夫*; Ahn, D. S.*; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2019(11), p.113D02_1 - 113D02_12, 2019/11

AA2019-0315.pdf:1.37MB

https://doi.org/10.1093/ptep/ptz120

理化学研究所の不安定核ビーム施設(RIBF)では、入射核破砕反応や核分裂で生成される多くの核種からインフライト分離装置(BigRIPS)を用いて実験対象の核種を分離している。しかるに、分離された残りの核反応生成物の中にも核構造から興味深い多くの不安定核が含まれている。これらをBigRIPSから取り出して研究することができれば、RIBFの有効利用につながる。そこで、BigRIPS内に設置したガスセル中で核反応生成物を停止させてレーザーでイオン化して引き出す装置(PALIS)を開発中である。開発の一環として、RIBFのKrビームの破砕反応により生成するSe近傍の不安定核をガスセル中で停止させる実験を行なった。実験結果は破砕反応の模型計算の予測とよく一致し、ガスセル中での停止効率は約30%と評価された。この結果を基に、次のステップとして、停止した核反応生成物をガスセルから引き出すことを行う。

Study on heterogeneous minor actinide loading fast reactor core concepts with improved safety

大釜 和也; 大木 繁夫; 北田 孝典*; 竹田 敏一*

Proceedings of 21st Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2018) (USB Flash Drive), p.942 - 947, 2018/09

A core concept of minor actinides (MAs) transmutation with improved safety was designed by applying sodium plenum and axially heterogeneous configuration. In this study, heterogeneous MA loading methods were developed for the core concept to explore the potential of further improvement of MA transmutation amount and "effective void reactivity" which was introduced by assuming the axial coolant sodium density change distribution for the unprotected loss of flow accident. By investigating characteristics of heterogeneous cores loading MA in different radial or axial positions, preferable MA loading positions were identified. The core loading MA in the radial position between inner and outer core region attained the largest MA transmutation amount and lowest maximum linear heat rate (MLHR) among heterogeneous cases. The lower region of the core was beneficial to improve the effective void reactivity and MLHR maintaining the nearly same MA transmutation amount as that of the homogeneous core. The radial blanket region was also useful to increased MA transmutation amount without deterioration of the effective void reactivity.

Core concept of minor actinides transmutation fast reactor with improved safety

藤村 幸治*; 糸岡 聡*; 大木 繁夫; 竹田 敏一*

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/04

A core concept of minor actinides (MAs)transmutation with improved safety was developed. Coresafety was improved by reducing sodium void reactivitywith sodium plenum and optimized configuration ofaxially heterogeneous core. "The effective void reactivity"by assuming the axial coolant sodium density changedistribution for ULOF (unprotected loss of flow) accidentwas introduced. MA content in the core fuel wasincreased up to 11 wt% for the condition that negativeeffective void reactivity was attained. Therefore, the largeMA transmutation amount which is almost two times tothe conventional Japanese fast reactor was obtained. Wealso conducted thermal hydraulics and fuel integrityevaluation of the core concept and it was confirmed thattheir results meet to the Japanese fast reactor designconditions. Finally we evaluated the transient behavior ofthe core concept and it was confirmed that this core hassluggish response during ULOF accident due to thenegative coolant reactivity effect of the upper sodiumplenum.

Development of a fast reactor for minor actinides transmutation, 1; Overview and method development

竹田 敏一*; 宇佐美 晋; 藤村 幸治*; 高桑 正行*

Proceedings of 21st International Conference & Exhibition; Nuclear Fuel Cycle for a Low-Carbon Future (GLOBAL 2015) (USB Flash Drive), p.560 - 566, 2015/09

本研究は、環境負荷低減のための研究開発国家プロジェクトの一環として2013年に開始されたものである。Na冷却型高速炉における効率的かつ安全なMA核変換技術の確立を目指しており、核変換効率と安全性を両立させる炉心概念の構築を、関連核特性の予測精度改善と合わせて実施している。具体的には、安全性や核変換効率の予測精度を改善するために、MA核変換における核種ごとの寄与を抽出評価する手法を考案し、核変換特性の予測精度を詳細分析してきている。また、予測精度の改善には核変換特性関連の実験データに対する解析精度を解析システムに反映することが効果的であり、そのために「常陽」、PFR等で取得された種々の実験データを収集整理し、整合性を確認することによって信頼性の高いMA実験データベースの構築を進めている。本発表では、当該プロジェクトの概要とともに、高速炉によるMA核変換に係る手法の開発と数値解析結果等について説明する。

Development of a fast reactor for minor actinides transmutation, 2; Study on the MA transmutation core concepts

藤村 幸治*; 大木 繁夫; 竹田 敏一*

Proceedings of 21st International Conference & Exhibition; Nuclear Fuel Cycle for a Low-Carbon Future (GLOBAL 2015) (USB Flash Drive), p.592 - 598, 2015/09

The objective of this study is the efficient and safety transmutation of long-lived minor actinides using sodium cooled fast reactors. MA transmutation fast reactor core concepts which harmonize efficient MA transmutation with core safety were developed. We reduce sodium void reactivity which is increased due to the higher MA content by optimizing key core parameters of axially heterogeneous core with sodium plenum. We also introduced indices of "the effective void reactivity" by assuming the axial coolant sodium density change distribution for ULOF (unprotected loss of flow) accident. These indices were introduced based on observation of sluggish transient behavior for the fast reactor core with the upper sodium plenum. The homogeneous MA loaded core was designed whose effective void reactivity is negative while achieving the amount of MA transmutation more than the two times to that achieved in previous studies.

Method development and reactor physics data evaluation for improving prediction accuracy of fast reactors' minor actinides transmutation performance

竹田 敏一*; 羽様 平; 藤村 幸治*; 澤田 周作*

Proceedings of International Conference on the Physics of Reactors; The Role of Reactor Physics toward a Sustainable Future (PHYSOR 2014) (CD-ROM), 15 Pages, 2014/09

本研究は、環境負荷低減のための研究開発国家プロジェクトの一環として2013年に開始されたものである。高速炉における効率かつ安全なMA核変換技術の確立を目指しており、核変換効率と安全性を両立させる炉心概念の構築を、関連核特性の予測精度改善と合わせて実施する。具体的には、安全性や核変換効率の予測精度を改善するために、MA核変換における核種ごとの寄与を抽出評価する手法を考案し、核変換特性の予測精度を詳細分析する。また、予測精度の改善には核変換特性関連の実験データに対する解析精度を解析システムに反映することが効果的であり、そのために「もんじゅ」、「常陽」、FCA等で取得された種々の実験データを収集整理し、整合性を確認することによって信頼性の高いMA実験データベースを構築する。

Deformation-driven -wave halos at the drip-line; Ne

中村 隆司*; 小林 信之*; 近藤 洋介*; 佐藤 義輝*; Tostevin, J. A.*; 宇都野 穣; 青井 考*; 馬場 秀忠*; 福田 直樹*; Gibelin, J.*; et al.

Physical Review Letters, 112(14), p.142501_1 - 142501_5, 2014/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.142501

理化学研究所RIBFを用いて中性子過剰核Neの1中性子分離反応実験を行い、理論計算との比較から、Neが波ハロー(一部の中性子が核内に局在せず、空間的に極めて広がっていること)を持つことを明らかにした。この実験では、ターゲットとしてクーロン分離反応が優位な鉛と核力分離反応が優位な炭素の両方を用いるとともに、脱励起線も測定することによって、包括的な断面積のみならず、Neの基底状態への直接遷移のクーロン分解断面積を決めることに成功した。その実験結果を殻模型計算と比較した結果、Neの基底状態は、Neの基底状態に波の中性子が付加されている確率が大きく、その中性子はハローになるという特異な構造を持つことがわかった。それは、変形による波と波の配位混合と、Neが極めて弱く束縛されていることの両面によるものであると考えられる。

Electronic structure of aluminium trihydride studied using soft X-ray emission and absorption spectroscopy

竹田 幸治; 斎藤 祐児; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 青木 勝敏; 山上 浩志; 室 隆桂之*; 加藤 有香子*; 木下 豊彦*

Physical Review B, 84(15), p.153102_1 - 153102_4, 2011/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.153102

軟X線発光分光と吸収分光を用いて、アルミニウム水素化物(-AlH)の電子状態の研究を行った。その結果、Al 3部分状態密度を明らかにした。またAl金属と比較することにより、-AlHの電子状態にはエネルギーギャップが形成されると同時に、Al 3電子数が増加していることがわかった。またこの結果はバンド計算による定性的な説明ができることも確かめられた。以上のことから、-AlHの水素原子とアルミニウム原子の結合は共有結合が重要であることを明らかにした。

世界の高速炉サイクル技術開発の動向,1; 加速する高速炉開発; 2020年に商用炉の運転開始

竹田 敏一*; 佐賀山 豊; 巽 良隆*

日本原子力学会誌ATOMO, 52(8), p.462 - 467, 2010/08

http://ci.nii.ac.jp/naid/10026552685

資源有効利用及び環境保全性の観点から近年高速炉の開発が各国で加速してきている。ロシアとインドでは商用炉の運転開始目標を2020年に定め、中国は2030年頃、日本,フランス,韓国は20402050年の実用化をめざしている。その中でもインドと中国は、今世紀半ばまでに200GWeを超える高速炉を導入し原子力発電の主流とする国家戦略を打ち出すなど活発な動きが見られる。本稿では、IAEAが2009年12月に京都市と敦賀市で開催した国際会議(FR09)"International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles-Challenges and Opportunities"での議論を中心に、各国の高速炉とその燃料サイクル技術(高速炉サイクル技術)の開発動向と技術開発の現状、そして各国が有する重要課題についての3回連載の第1回として、開発主要国(ロシア, インド, 中国, フランス, 韓国, 日本)及び国際機関についての最新の開発計画の動向について紹介する。