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論文

Simulation study on the design of nondestructive measurement system using fast neutron direct interrogation method to nuclear materials in fuel debris

前田 亮; 古高 和禎; 呉田 昌俊; 大図 章; 米田 政夫; 藤 暢輔

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(7), p.617 - 628, 2019/07

In order to measure the amount of nuclear materials in the fuel debris produced in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, we have designed a measurement system based on a Fast Neutron Direct Interrogation (FNDI) method. In particular, we have developed a fast response detector bank for fast neutron measurements by Monte Carlo simulations. The new bank has more than an order of magnitude faster response compared to the standard ones. We have also simulated the nondestructive measurements of the nuclear materials in homogeneously mixed fuel debris with various matrices which contain Stainless Steel (JIS SUS304), concrete, and various control-rod (CR) contents in the designed system. The results show that at least some types of the fissile materials in the debris can be measured by using the designed system.

論文

Development of active neutron NDA system for nuclear materials

藤 暢輔; 大図 章; 土屋 晴文; 古高 和禎; 北谷 文人; 米田 政夫; 前田 亮; 小泉 光生; Heyse, J.*; Paradela, C.*; et al.

Proceedings of INMM 59th Annual Meeting (Internet), 9 Pages, 2018/07

Nuclear material accountancy is of fundamental importance for nuclear safeguards and security. However, to the best of our knowledge, there is no established technique that enables us to accurately determine the amount of Special Nuclear Materials (SNM) and Minor Actinides (MA) in high radioactive nuclear materials. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) and the Joint Research Centre (JRC) of the European Commission Collaboration Action Sheet-7 started in 2015. The purpose of this project is to develop an innovative non-destructive analysis (NDA) system using a D-T pulsed neutron source. Active neutron NDA techniques, namely Differential Die-Away Analysis (DDA), Prompt Gamma-ray Analysis (PGA), Neutron Resonance Capture Analysis (NRCA), Neutron Resonance Transmission Analysis (NRTA) and Delayed Gamma-ray Analysis (DGA) have been studied and developed. The different methods can provide complementary information which is particularly useful for quantification of SNM and MA in high radioactive nuclear materials. The second phase of the project has started. In the second phase, we will continue to conduct additional research to improve the methodology and develop an integrated NDA system. This presentation gives an overview of the project and the NDA system and reports the recent results. This research was implemented under the subsidiary for nuclear security promotion of MEXT.

論文

核不拡散・核セキュリティ用アクティブ中性子NDA技術の開発,1; 次世代型DDA装置の性能評価

大図 章; 前田 亮; 米田 政夫; 古高 和禎; 藤 暢輔

日本核物質管理学会第38回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2018/04

原子力機構では、欧州委員会共同研究センターと共同で核不拡散、核セキュリティ用非破壊測定技術の開発に取り組んでおり、従来の技術では測定が難しい核変換用MA-Pu燃料等の高線量核物質や共存物質が多い難測定核物質を測定する技術の確立を目指している。その技術開発において、核分裂性核物質の定量が可能な次世代型アクティブ中性子ダイアウェイ時間差分析(DDA)部と元素分析が可能な即発$$gamma$$線分析(PGA)部を組み合わせた、小型DT中性子源を用いるアクティブ中性子統合非破壊測定試験装置"Active-N"を新たに設計、開発した。現在、製作したDDA部の基本性能を評価するために微量のPu酸化物試料を封入したバイアル瓶を用いて測定試験を実施している。本報では、その試験結果をモンテカルロシミュレーション(MCNP)結果と比較して報告する。

論文

Development of active neutron NDA techniques for nuclear nonproliferation and nuclear security

藤 暢輔; 大図 章; 土屋 晴文; 古高 和禎; 北谷 文人; 米田 政夫; 前田 亮; 呉田 昌俊; 小泉 光生; 瀬谷 道夫; et al.

EUR-28795-EN (Internet), p.684 - 693, 2017/00

In 2015, Japan Atomic Energy Agency (JAEA) and the Joint Research Centre (JRC) of the European Commission collaboration started to develop an active neutron non-destructive assay system for nuclear nonproliferation and nuclear security. To the best of our knowledge, no adequate technique exists that allows us to determine the amount of special nuclear materials and minor actinides in high radioactive nuclear materials, such as spent fuel, transuranic waste, etc. The collaboration aims at contributing to the establishment of an innovative NDA system using a D-T pulsed neutron source for various applications. We utilize several active neutron NDA techniques, namely Differential Die-Away Analysis (DDA), Prompt Gamma-ray Analysis (PGA), Neutron Resonance Capture Analysis (NRCA), Neutron Resonance Transmission Analysis (NRTA) and Delayed Gamma Spectroscopy (DGS). All of these techniques have advantages and disadvantages. The different methods can provide complementary information which is particularly useful for nuclear nonproliferation and nuclear security. In this project, we have developed a combined NDA system, which enables the measurements of DDA and PGA, at NUclear fuel Cycle safety Engineering research Facility (NUCEF) in JAEA. In this presentation, we will introduce our project and report the recent progress of developments, especially in NRTA, DDA and PGA.

論文

Applicability evaluation of candidate technologies for nuclear material quantification in fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station; Active neutron technique (Interim report)

米田 政夫; 前田 亮; 古高 和禎; 飛田 浩; 服部 健太朗; 下総 太一; 大図 章; 呉田 昌俊

Proceedings of INMM 57th Annual Meeting (Internet), 10 Pages, 2016/07

FNDI法を用いた非破壊計量管理システムの開発を行っている。FNDI法はアクティブ法測定の一種であり、誘発核分裂核種(U-235, Pu-239, Pu-241)の総量を求めることができる。これまでに、TMIのキャニスタを仮定したデブリ計測システムの設計解析を実施しており、その結果はINMM-56において発表している。その後、福島第一原子力発電所燃料デブリ用キャニスタ及びデブリ組成の計算モデルの検討を行い、その結果を用いたデブリ計測システムの改良を進めてきた。本発表では、その新しいNDA計測システムを用いたデブリ測定の解析及び評価結果を示す。それに加え、多くの核物質を含むデブリが測定に与える影響について、解析による検討結果を示す。

論文

Current activities and future plans for nuclear data measurements at J-PARC

木村 敦; 原田 秀郎; 中村 詔司; 岩本 修; 藤 暢輔; 小泉 光生; 北谷 文人; 古高 和禎; 井頭 政之*; 片渕 竜也*; et al.

European Physical Journal A, 51(12), p.180_1 - 180_8, 2015/12

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

In order to improve the data accuracy of neutron-capture cross sections of minor actinides (MAs) and long-lived fission products (LLFPs), a new experimental instrument named "Accurate Neutron-Nucleus Reaction measurement Instrument (ANNRI)" has been constructed in the Materials and Life science experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), and measurements of neutron-capture cross sections of MAs, LLFPs and some stable isotopes with high intensity pulsed neutrons have been started. The analyses for $$^{244}$$Cm, $$^{246}$$Cm, $$^{241}$$Am and $$^{237}$$Np were finished; those for $$^{129}$$I, $$^{107}$$Pd, $$^{99}$$Tc, $$^{93}$$Zr and some stable isotopes are in progress. These results will make significant contributions in the field of developing innovative nuclear systems.

論文

高速中性子直接問いかけ法を用いた燃料デブリ内核物質非破壊測定に関する研究

前田 亮; 古高 和禎; 呉田 昌俊; 大図 章; 飛田 浩; 米田 政夫; 服部 健太朗

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

2011年3月11日に発生した福島第一原子力発電所事故により、燃料デブリが発生しているとされている。燃料デブリはその組成が不明で、水,中性子吸収材,金属等が含まれていることが予想されるため、デブリ内核物質の非破壊測定には困難が伴うと考えられる。一方、廃棄物中の核物質測定のために長年研究されてきた高速中性子直接問いかけ(FNDI)法は、測定対象の組成に依存せずに核物質量の測定が可能である。この特長に着目してFNDI法を用いた燃料デブリ内核物質の非破壊測定を目的とした研究に着手した。本報では、燃料デブリ収納缶を対象とした非破壊測定システムの設計と燃料デブリの組成が変化した時のFNDI法の適用性についてモンテカルロ・シミュレーションを用いて行った検討結果を報告する。

論文

核不拡散用アクティブ中性子非破壊測定技術の開発,1; 開発計画

呉田 昌俊; 小泉 光生; 大図 章; 土屋 晴文; 古高 和禎; 瀬谷 道夫

核物質管理学会(INMM)日本支部第36回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/12

原子力機構は、欧州委員会共同研究センター(EC-JRC)との国際共同研究による核不拡散分野用途の「アクティブ中性子非破壊測定技術開発」に着手した。本研究課題の最終目標は、MA核変換用MA-Pu燃料など高線量核燃料の非破壊測定装置への適用を目指した核物質測定技術を確立することである。高線量核燃料の非破壊測定については、Pu-240等が放出する中性子に着目した同時計数法など従来のパッシブ測定技術の適用が困難となることが予想されている。しかし、これまで系統的に研究は成されておらず、計測技術が確立していない課題があった。本研究課題では、アクティブ中性子法であるDDA法, NRTA法, PGA/NRCA法, DGS法による核物質測定技術の研究開発を行う。本報では、開発計画と統合試験装置(Active-N)の設計研究について報告する。

論文

Development of a measurement system for the determination of ($$n,gamma$$) cross-sections using multi-nucleon transfer reactions

牧井 宏之; 太田 周也*; 石井 哲朗; 若林 泰生*; 古高 和禎; 西尾 勝久; 西中 一朗; 千葉 敏; 井頭 政之*; Czeszumska, A.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 797, p.83 - 93, 2015/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:53.75(Instruments & Instrumentation)

中性子捕獲断面積を間接的に導出するための、$$gamma$$線測定用のコンプトン抑止型LaBr$$_{3}$$(Ce)検出器と荷電粒子測定用のシリコン$${Delta}E$$-$$E$$検出器から構成される、新しい測定装置の開発を行った。原子力機構タンデム加速器からのエネルギー153MeVの酸素18ビームを$$^{155}$$Gd及び、$$^{157}$$Gd標的に照射して発生する$$gamma$$線と荷電粒子の同時測定を行うことにより、開発した装置の特性試験を行った。大型(直径4インチ、長さ5インチ)のLaBr$$_{3}$$(Ce)検出器を用いることにより、$$^{155}$$Gd($$^{18}$$O, $$^{16}$$O)$$^{157}$$Gd反応及び、$$^{157}$$Gd($$^{18}$$O, $$^{16}$$O)$$^{159}$$Gd反応で生成される複合核からの$$gamma$$線の測定に成功した。得られた結果から新たに開発した測定装置が多核子移行反応を用いた中性子捕獲断面積の導出に極めて有効であることを見出した。

論文

JAEA-JRC collaboration on the development of active neutron NDA techniques

呉田 昌俊; 小泉 光生; 大図 章; 古高 和禎; 土屋 敬広*; 瀬谷 道夫; 原田 秀郎; Abousahl, S.*; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; et al.

Proceedings of 37th ESARDA Annual Meeting (Internet), p.111 - 120, 2015/08

原子力機構は、EC-JRCとの国際共同研究による「アクティブ中性子非破壊測定技術開発」に着手した。本研究課題の最終目標は、MA核変換用MA-Pu燃料など高線量核燃料や、核セキュリティ関連装置への適用を目指した核物質測定技術を確立することである。本研究課題では、アクティブ中性子法であるDDA法, NRTA法, PGA/NRCA法, DGS法による核物質測定技術の研究開発を行う。

論文

Simulation study on non-destructive assay for fuel debris by using Fast Neutron Direct Interrogation (FNDI) method

前田 亮; 古高 和禎; 呉田 昌俊; 大図 章; 飛田 浩; 米田 政夫; 服部 健太朗

Proceedings of INMM 56th Annual Meeting (Internet), 8 Pages, 2015/07

原子力機構では、核物質の総量の非破壊測定法として有望な高速中性子直接問いかけ法の福島第一原子力発電所燃料デブリへの適用可能性の検討を開始した。本講演では、モンテカルロシミュレーションコードPHITSを用いて設計した非破壊測定装置の基本設計とモンテカルロシミュレーションコードMVPを用いて予測した燃料デブリの組成と測定値との関係及び、我々が新たに開発したツールを用いた中性子束分布の4次元可視化結果について報告する。

論文

Development of active neutron NDA techniques for nuclear non-proliferation applications

呉田 昌俊; 小泉 光生; 大図 章; 古高 和禎; 土屋 晴文; 瀬谷 道夫

Proceedings of INMM 56th Annual Meeting (Internet), 9 Pages, 2015/07

原子力機構は、核不拡散分野用途の「アクティブ中性子非破壊測定技術開発」に着手した。本研究課題の最終目標は、MA核変換用MA-Pu燃料など高線量核燃料の非破壊測定装置への適用を目指した核物質測定技術を確立することである。本研究課題では、アクティブ中性子法であるDDA法, NRTA法, PGA/NRCA法, DGS法による核物質測定技術の研究開発を行う。

論文

Superdeformation in $$^{35}$$S

郷 慎太郎*; 井手口 栄治*; 横山 輪*; 小林 幹*; 木佐森 慶一*; 高木 基伸*; 宮 裕之*; 大田 晋輔*; 道正 新一郎*; 下浦 享*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 6, p.030005_1 - 030005_4, 2015/06

The high-spin states in $$^{35}$$S were investigated at Tandem-ALTO facility in Institut de Physique Nucl$'e$aire d'Orsay The $$^{26}$$Mg($$^{18}$$O, 2$$alpha$$1n)$$^{35}$$S fusion evaporation reaction was used to populate high-spin states in $$^{35}$$S. The germanium $$gamma$$-ray detector array ORGAM was employed to measure $$gamma$$ rays from high-spin states and charged particles evaporated from the compound nuclei were detected by a segmented silicon detector, Si-Ball. A level scheme for $$^{35}$$S was deduced based on the gamma-gamma-coincidence analysis and $$gamma$$-ray angular correlation analysis. The half-life of the transition in the superdeformed band was estimated by measuring the residual Doppler shift. The deduced half-life shows the large collectivity of the band.

報告書

PHITSシミュレーション結果の4次元可視化・解析ツールの開発

古高 和禎

JAEA-Data/Code 2014-027, 32 Pages, 2015/02

JAEA-Data-Code-2014-027.pdf:7.25MB

放射線輸送シミュレーション・コードPHITSにより得られた結果を4次元(3次元空間+時間)可視化することにより、シミュレーション結果の定量的理解を容易にし、それを用いた装置開発を促進することを目的として、ソフトウェア・ツールを開発した。実用に堪えるツールを可能な限り早く使用に供するために、使用可能な既存のソフトウェアを最大限活用することにし、可視化にはParaViewを、解析にはROOTを用いることにした。そして、PHITSによるシミュレーション結果をParaViewで可視化することができるようにするために、データ形式の変換ツール及び可視化を簡単化するツール(angel2vtk, DispDCAS1, CamPos)を作成した。一方、dieawayプロットの解析のためには、ROOTを利用したソフトウェア、dianaを作成した。

論文

Synergistic effect of combining two nondestructive analytical methods for multielemental analysis

藤 暢輔; 海老原 充*; 木村 敦; 中村 詔司; 原田 秀郎; 原 かおる*; 小泉 光生; 北谷 文人; 古高 和禎

Analytical Chemistry, 86(24), p.12030 - 12036, 2014/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.77(Chemistry, Analytical)

非破壊分析法は科学研究の多くの分野において必要不可欠のツールとして用いられてきた。即発$$gamma$$線分析は$$gamma$$線のエネルギーを解析することにより元素分析を行う手法であり、共鳴捕獲元素分析は中性子の共鳴エネルギーを使う手法である。どちらの手法も試料を中性子に照射して$$gamma$$線を検出する手法であるが、これまで同時に用いられることはなかった。我々は強力なパルス中性子ビームを用いることによって、2つの手法を組み合わせた手法を初めて開発した。開発した手法は、一度に両方の手法からの測定結果を得ることができるだけでなく、この融合による相乗効果も得られる。つまり、どちらの手法でも分析が困難である試料を分析することができる。本論文では開発した手法をCo, Au, Agなどを含む混合試料に適用し、従来法のスペクトルにある不可分のピークから信頼性の高いデータが得られることを証明している。

論文

Prompt $$gamma$$-ray measurement facilities at Japan Research Reactor-3 (JRR-3)

古高 和禎; 藤 暢輔; 松江 秀明

IAEA-TECDOC-1743, Annex (CD-ROM), p.29 - 32, 2014/07

この論文では、研究3号炉の中性子ビームラインに設置された2つの即発$$gamma$$線測定施設であるPGA及びMPGA実験装置の現状について簡潔に記す。それぞれの装置について、ビームライン及び照射試料保持機構の構造、照射位置での中性子強度、そして用いられている$$gamma$$線検出器に関する情報を記した。

論文

Cross section measurements of the radioactive $$^{107}$$Pd and stable $$^{105,108}$$Pd nuclei at J-PARC/MLF/ANNRI

中村 詔司; 木村 敦; 北谷 文人; 太田 雅之; 古高 和禎; 後神 進史*; 原 かおる; 原田 秀郎; 廣瀬 健太郎; 金 政浩*; et al.

Nuclear Data Sheets, 119, p.143 - 146, 2014/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:55.88(Physics, Nuclear)

長寿命放射性核種$$^{107}$$Pd、及び不純物として含まれている安定核種$$^{105,108}$$Pdの中性子捕獲断面積を測定した。J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)のBL04に整備された中性子核反応実験装置(ANNRI)を用いて、飛行時間法により熱領域から300eVの中性子エネルギーに対して、中性子捕獲断面積を測定した。報告されていた幾つかの共鳴が、$$^{107}$$Pdに起因しないことなど、共鳴に関する新たな知見が得られた。

論文

Surrogate reactions research at JAEA/Tokyo Tech

千葉 敏; 西尾 勝久; 牧井 宏之; 有友 嘉浩*; 西中 一朗; 石井 哲朗; 塚田 和明; 浅井 雅人; 古高 和禎; 橋本 慎太郎; et al.

Nuclear Data Sheets, 119, p.229 - 232, 2014/05

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

We will present a status of researches in surrogate reaction method using heavy-ions to determine neutron fission and capture cross sections of unstable nuclei. We take advantage of having (1) an electrostatic tandem accelerator which can deliver highly mono-energetic beams of heavy ions, (2) rich experience in in-beam $$gamma$$ spectroscopy, (3) rich experience in measuring fission fragments induced by heavy-ions, (4) nuclear theory and evaluation experiences. We have constructed apparatus to measure fission fragments and $$gamma$$-rays in coincidence with ejectiles by which we can identify the populated compound nuclei. Primarily, we used $$^{18}$$O-induced reactions as well as $$^3$$He-induced reactions. We also investigated conditions under which such measurements lead to correct neutron cross sections. Results of the theoretical researches were published in a series of papers. In this presentation, status of results of the above researches will be summarized.

論文

Capture cross-section measurement of $$^{241}$$Am(n,$$gamma$$) at J-PARC/MLF/ANNRI

原田 秀郎; 太田 雅之; 木村 敦; 古高 和禎; 廣瀬 健太郎; 原 かおる; 金 政浩*; 北谷 文人; 小泉 光生; 中村 詔司; et al.

Nuclear Data Sheets, 119, p.61 - 64, 2014/05

 被引用回数:17 パーセンタイル:14.77(Physics, Nuclear)

Accurate determination of the neutron capture cross sections of radioactive nuclei is required in the fields of nuclear waste transmutation study and also nuclear astrophysics. The accurate neutron-nucleus reaction measurement instrument (ANNRI), which was installed in the materials and life science experimental facility (MLF) at the J-PARC, is expected to satisfy these demands. The capture cross section of $$^{241}$$Am was measured using a high efficiency Ge spectrometer installed in the ANNRI. By taking advantage of its high $$gamma$$-ray energy resolution, background components were precisely subtracted. The capture cross section of $$^{241}$$Am was deduced for a neutron energy region between 0.01 and 20 eV. The obtained cross section and the Westcott factor are compared with the preceding experiments and evaluated values.

論文

Measurements of capture $$gamma$$ rays from the neutron resonances of $$^{74}$$Se and $$^{77}$$Se at the J-PARC/MLF/ANNRI

堀 順一*; 八島 浩*; 中村 詔司; 古高 和禎; 原 かおる; 原田 秀郎; 廣瀬 健太郎; 木村 敦; 北谷 文人; 小泉 光生; et al.

Nuclear Data Sheets, 119, p.128 - 131, 2014/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:63.98(Physics, Nuclear)

本研究では、$$^{74}$$Seと$$^{77}$$Seの中性子共鳴からの捕獲$$gamma$$線を測定した。$$^{74}$$Seは、簡単な殻模型から2p$$_{1/2}$$軌道まで中性子が占有されている偶-偶核であるので、プライマリ$$gamma$$線遷移の始状態と終状態間の強い相関が予想される。$$^{74}$$Seは、安定Se同位体の中で唯一の奇数核であるので、同じ奇数核である$$^{79}$$Seの評価に資する情報を含んでいると期待される。J-PARC、物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子核反応実験装置(ANNRI)に整備した4$$pi$$ Geスペクトロメータを用いて、飛行時間法により測定を行った。$$^{74}$$Seの27eV共鳴、及び$$^{77}$$Seの113eV, 212eV, 291eV, 342eV, 690eV及び864eV共鳴に対応する$$gamma$$線波高スペクトルを得た。これらのプライマリ遷移$$gamma$$線の相対強度を求め、報告されている実験データと比較を行った。$$^{74}$$Seの27eV共鳴について、293keV準位への強いプライマリ遷移が観測された。$$^{77}$$Seについては、共鳴ごとに全く異なる崩壊パターンを見いだした。

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