Charged-particle spectrometry using a pencil-beam DT neutron source for double-differential cross-section measurement

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

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 568(2), p.723 - 733, 2006/12

https://doi.org/10.1016/j.nima.2006.08.086

重水素-三重水素核融合反応(DT反応)による中性子誘起荷電粒子放出二重微分断面積(DDXc)は、核融合炉における核発熱や照射損傷を評価するために必要である。特に軽元素のDDXc精密測定のため、ペンシルビーム状中性源とシリコン表面障壁型検出器によるカウンターテレスコープを利用した新しい測定手法を提案した。この手法により、これまでに報告されている測定手法に比べ高いS/N比,良好なエネルギー・角度分解能,幅広い測定エネルギー,良好な粒子弁別能が実現された。測定手法の妥当性評価のため、Al()反応からの粒子測定とH()反応による弾性反跳陽子の測定を行った。この結果に基づき、本測定手法の妥当性と優位性を結論した。

New approach to measure double-differential charged-particle emission cross sections of several materials for a fusion reactor

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

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1527 - 1533, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.08.070

核融合炉開発においてDT中性子入射による荷電粒子放出二重微分断面積は、中性子の相互作用による核発熱や材料損傷の評価のため必要である。特にベリリウム,リチウム,カーボンのような軽核の核反応は複雑で、理論計算のみによる断面積評価は難しい。高精度の測定データが望まれており、新しい測定手法の開発が重要である。われわれは原研FNSのビーム状中性子源とシリコン半導体検出器を用いたE-Eカウンターテレスコープを利用した荷電粒子スペクトロメータを開発した。この測定手法を用いてBe, C, F, Alの放出荷電粒子測定を行った。Alの測定データからこの測定手法の妥当性を確認した。Beの粒子放出二重微分断面積については、後方の放出角と低エネルギー部分において評価済み核データとの相違が見られた。

D-T neutron skyshine experiments and the MCNP analysis

西谷 健夫; 落合 謙太郎; 吉田 茂生*; 田中 良平*; 脇坂 雅志*; 中尾 誠*; 佐藤 聡; 山内 通則*; 堀 順一; 和田 政行*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.58 - 61, 2004/03

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00223131.2004.10875644

核融合施設の天井から漏洩した放射線が空気と散乱して、施設周辺の地上に到達する、いわゆるスカイシャンは、核融合施設周辺の放射線安全に最も重要な項目の一つである。そこで原研の核融合中性子源FNSを用いてD-T中性子に対するスカイシャインの実験を2002年3月と2003年3月の2回にわたって実施した。FNS第一ターゲット室の天井のスカイシャインの実験用遮蔽ポート(1m1m)を開放し、上空向かって中性子を打ち上げ、散乱中性子及び2次線の分布を測定した。2002年3月の実験ではHe-3レムカウンタを用いて線源から550mまでの中性子線量率分布と200mまでの2次線スペクトルを大形NaIシンチレータ検出器及びGe半導体検出器で測定した。2003年3月の実験ではFNS建屋周辺において、NE213シンチレーション検出器を用いた中性子スペクトル測定とBGOシンチレータ検出器を用いた2次線スペクトル測定を実施した。測定された結果は、JENDL-3.3を用いたモンテカルロ計算(MCNP-4C)とよく一致し、MCNPによる計算がスカイシャインによる線量を十分な精度で評価できることを確認した。

日本原子力研究所Fusion Neutronics Source(FNS)におけるD-T中性子スカイシャイン実験

西谷 健夫; 落合 謙太郎; 吉田 茂生*; 田中 良平*; 脇坂 雅志*; 中尾 誠*; 佐藤 聡; 山内 通則*; 堀 順一; 高橋 亮人*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 79(3), p.282 - 289, 2003/03

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003825346

核融合炉からのスカイシャインは炉の安全の評価上重要であるが、これまでD-T中性子に対するスカイシャインの実験的評価はほとんどなかった。そこで原研の核融合中性子源FNSを用いてD-T中性子に対するスカイシャインの実験を実施した。FNS第一ターゲット室の天井のスカイシャインの実験用遮蔽ポート(1m1m)を開放し、上空向かって中性子を打ち上げ、散乱中性子及び2次線の分布を線源から 550mまでの範囲で測定した。中性子に対しては、He-3レムカウンタ,BF-3比例計数管、線に対しては、大形NaIシンチレータ検出器及びGe半導体検出器を使用した。測定された中性子線量分布に対し、JENDL-3.2を用いたモンテカルロ計算(MCNP-4B)と比較した結果、230mまでは、実験値とよく一致することがわかった。遠方における差異の原因としてはレムカウンターの感度のエネルギー依存性に問題があると考えている。また空中に打ち上げられた中性子を線上中性子源とみなす解析モデルは150mまでよく実験値を再現することがわかった。本実験においては、2次線による線量は、中性子による線量の1/50であり、MCNPによる計算と良く一致した。以上により、MCNPによる計算はスカイシャインによる線量を十分な精度で評価できることがわかった。

Benchmark experiment on vanadium with D-T neutrons and validation of evaluated nuclear data libraries by analysis of the experiment

前川 藤夫; 春日井 好己; 今野 力; 村田 勲*; Kokooo*; 和田 政行*; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 高橋 亮人*

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(3), p.242 - 249, 1999/03

https://doi.org/10.3327/jnst.36.242

核融合炉の低放射化構造材料であるバナジウムについて、原研FNSのD-T中性子源を用いた中性子工学ベンチマーク実験を行った。中性子スペクトル、ドシメトリ反応率、線スペクトル及び線核発熱率をバナジウム実験体系内において測定した。実験解析により4つの評価済み核データファイルのベンチマークテストを行った結果、次にあげるような核融合炉の設計精度にかかわる主要な問題点が指摘された。(1)JENDL Fusion File及びJENDL-3.2:全断面積(特に2keV付近)を見直すべきである。(2)ENDF/B-VI:角度分布を等方と仮定している14MeV中性子に対する二重微分断面積を見直すべきである。また線生成断面積が過小であり、離散線ピークが明瞭でない。(3)EFF-3:線生成断面積が過大である。

Benchmark experiment on vanadium assembly with D-T Neutrons; Leakage neutron spectrum measurement

Kokooo*; 村田 勲*; 中野 大介*; 高橋 亮人*; 前川 藤夫; 池田 裕二郎

Fusion Technology, 34(3), p.980 - 984, 1998/11

原研FNSにおいて、バナジウム及びバナジウム合金に関するベンチマーク実験を行った。厚さ5~25cmの実験体系にパルス状D-T中性子を入射し、体系から漏洩してくる中性子のエネルギースペクトルを0度及び25度の2つの角度点において飛行時間法により測定した。中性子の検出効率は、ベリリウム及び黒煙からの漏洩中性子スペクトル、Cf-252の核分裂スペクトル、水素の弾性散乱を利用して実験的に、そしてSCINFULコードによる計算も併用して決定した。測定した中性子スペクトルは、MCNP輸送計算コード及びJENDL-3.2,JENDL Fusion File,EFF-3,FENDL/E-1.0の4種の評価済み核データファイルによる計算値と比較した。その結果、すべての計算値は実験値とおおむね一致した。

Experiment of 14MeV neutron induced luminescence on window materials

佐藤 文信*; 大山 幸夫; 飯田 敏行*; 前川 藤夫; 伊達 道淳*; 高橋 亮人*; 池田 裕二郎

Fusion Technology 1996, 0, p.857 - 860, 1996/00

ITERにおいて、プラズマ診断用窓材料の14MeV中性子照射効果を調べることは重要である。その照射効果の1つに窓材料からの発光がプラズマ診断を低下させることが考えられる。従って、14MeV中性子あたりの窓材料からの発光量を測定することは重要な課題である。本研究は原研FNSを利用して、窓材料として代表的な石英ガラス、サファイアからの14MeV中性子誘起による発光量を測定した。また、14MeV中性子誘起発光の効率はCo線照射に比べて、効率が低く、窓材料の発光効率にも線質効果があることがわかった。本研究で求められた14MeV中性子誘起による発光特性は核融合実験炉のために有効なデータの1つである。

Measurement of formation cross sections of short-lived nuclei by 14 MeV neutrons; Ru, Pd, Cd, Sn

春日井 好己*; 田中 晶彦*; 浅井 雅人*; 山本 洋*; 加藤 敏郎*; 飯田 敏行*; 高橋 亮人*; 河出 清*

JAERI-M 93-124, 41 Pages, 1993/06

JAERI-M-93-124.pdf:0.94MB

半減期が21分から21秒程度の短寿命核生成断面積を、中性子エネルギー13.4から14.9MeVの範囲にわたり、Ru,Pd,Sn,Cdの(n,2n),(n,p),(n,),(n,np)反応のうち18反応を測定した。また、14MeV中性子で生成される短寿命核の半減期の測定を、Rh,In,Inの3核種に対して、Ge検出器を用いてスペクトルマルチスケーリングモードで行った。

Measurement of double differential neutron emission cross sections at 14.1MeV for Ti, Mo and Sn

高橋 亮人*; 杉本 久司*; 後藤 昌美*; 山中 健*; 金沢 治仁*; 前川 藤夫*

JAERI-M 90-220, 40 Pages, 1990/12

JAERI-M-90-220.pdf:0.94MB

核融合炉研究開発に必要な中性子生成の二重微分断面積の14.1MeVにおける精度良いデータをうるために、オクタビアンのTOFスペクトロメータを用いて、ここ3年間測定を行ってきた。この報告は、最終年度に行なったTi、Mo、Snの結果について述べる。DDXデータは、実験室系の15~16角度点について測定し、角度積分して中性子放出スペクトルが求められた。また、弾性散乱と分離非弾性散乱について角度微分断面積もえられた。TiとMoの結果は、JENDL-3のデータと比較され、7~13MeVの領域で不一致があることがわかった。Snの結果は、ENDL-75のデータと比較された。

Measurement of double differential neutron emission cross sections at 14.1 MeV for Ca, Mn, Co and W

高橋 亮人*; 佐々木 泰裕*; 前川 藤夫*; 杉本 久司*

JAERI-M 89-214, 58 Pages, 1989/12

JAERI-M-89-214.pdf:1.31MB

中性子遮蔽材及び炉構造材元素として重要なCa,Mn,Co,Wについて、14MeV中性子入射に対する中性子放出二重微分断面積が阪大オクタビアンのTOF分析装置を用いて測定された。散乱角度は15から160にわたり16点である。二次中性子エネルギー範囲は0.5MeVから15MeVである。統計精度・エネルギー分解能ともに良好なデータが得られた。評価データ(ENDF/B-IV,JENDL-3T)との予備的比較が行われた。その結果、Caについては、低エネルギーではENDF/B-IVの過大評価がみられるが、高エネルギー側では実験値を良く再現している。Mnについては、JENDL-3Tは放出スペクトルをかなり良く再現しているが6~13MeV領域で少し過小評価となっている。Coについては、ENDF/B-IVは313MeVで放出スペクトルを大きく過小評価している。Wについては、ENDF/B-IVのデータは実験とスペクトルパターンが全く一致しない。