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論文

Utilizing nuclear data in delayed gamma-ray spectroscopy inverse Monte Carlo analysis

Rodriguez, D.; Abbas, K.*; Crochemore, J.-M.*; 小泉 光生; Nonneman, S.*; Pedersen, B.*; Rossi, F.; 瀬谷 道夫*; 高橋 時音

EPJ Web of Conferences, 239, p.17005_1 - 17005_5, 2020/09

While nondestructive assay techniques would improve the efficiency and time to quantify high-radioactivity nuclear material, there are no passive NDA techniques available to directly verify the U and Pu content. The JAEA and JRC are collaboratively developing the Delayed Gamma-ray Spectroscopy to evaluate the fissile composition from the unique fission product yield distributions. We are developing an Inverse Monte Carlo method that simulates the interrogation and evaluates the individual contributions to the composite spectrum. While the current nuclear data affects the ability to evaluate the composition, the IMC analysis method can be used to determine the systematic uncertainty contributions and has the potential to improve the nuclear data. We will present the current status of the DGS collaborative work as it relates to the development of the DGS IMC analysis.

論文

Utilizing PUNITA experiments to evaluate fundamental delayed gamma-ray spectroscopy interrogation requirements for nuclear safeguards

Rodriguez, D.; 小泉 光生; Rossi, F.; 瀬谷 道夫; 高橋 時音; Bogucarska, T.*; Crochemore, J.-M.*; Pedersen, B.*; 高峰 潤

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(8), p.975 - 988, 2020/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:24.17(Nuclear Science & Technology)

Present safeguards verification methods of high-radioactivity nuclear material use destructive analysis techniques since passive nondestructive techniques are incapable of determining the nuclear material content. To improve this verification process, the JAEA and EC-JRC Ispra, Italy have been collaborating to develop delayed gamma-ray spectroscopy for composition analysis of the fissile nuclides as an aspect of the MEXT subsidy for improving nuclear security and the like. Multiple experiments were performed over three years using PUNITA to interrogate U and Pu samples to determine the signature from the short-lived fission products. We observed many gamma rays useful to determine the composition of a mixed nuclear material sample. Presented here are the results of these measurements with correlations to the interrogation, mass, volume, and sample homogeneity.

論文

Corrigendum to "Model design of a compact delayed gamma-ray moderator system using $$^{252}$$Cf for safeguards verification measurements" [Appl. Radiat. Isot. 148C (2019) 114-125]

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫*; 小泉 光生

Applied Radiation and Isotopes, 159, P. 109083_1, 2020/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

Under the MEXT subsidy to improve nuclear security related development, there was a mistake made in the MCNP model of our initial Cf moderator design. This corrigendum includes the description of the mistake and the results from correcting this.

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear material analysis, 2; Design of a practical system with DD neutron generator

Rossi, F.; Rodriguez, D.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Proceedings of INMM 60th Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2019/07

To safeguard nuclear material at facilities like reprocessing plants, new active-interrogation nondestructive assay techniques are needed. We are developing a new delayed gamma-ray spectroscopy (DGS) system to be used together with current verification methods, like hybrid k edge/X ray densitometry, to quantify the fissile composition in high-radioactivity nuclear material samples. DGs quantifies the composition by comparing the ratios of gamma-ray peaks with energy above 3 MeV from short-lived fission products produced during irradiation of the sample by a high-rate external neutron source. Utilizing thermal neutrons allows more fission events to be produced by fissile nuclides (U-235, Pu-239 and Pu-241) to overcome the shielding required to reduce the low energy passive background from the long-lived fission products. While the dominant external sources proposed for this application are DT neutron generators, we are designing a compact system with the use of a DD neutron generator that produces neutrons with starting energies that are easier to moderate and retain. The main differences between the two systems will be presented here along with the description of the current design of our system. This technological research and development was supported by the Japanese government (MEXT). This work was performed under the MEXT subsidy to strengthen nuclear security related activities.

論文

Model design of a compact delayed gamma-ray moderator system using $$^{252}$$Cf for safeguards verification measurements

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

Applied Radiation and Isotopes, 148, p.114 - 125, 2019/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:20.8(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

Delayed gamma-ray spectroscopy is an active-NDA technique used to determine the composition of HRNM samples by peak-ratio comparison of GRs above 3-MeV from the short-lived fission products. Filtering out the passive GRs from long-lived FPs reduces the DGS signal, so thermal neutrons are used to induce more fission events from fissile nuclides. We are developing a compact system to moderate $$sim$$ 2-MeV neutrons that are easier to moderate than 14-MeV neutrons from DT generators. This work describes the ideal moderator optimization for a $$^{252}$$Cf source that results in $$25.9times10^{-4}$$ cm$$^{-2}$$ $$n_{source}^{-1}$$ passing through the sample space with $$geq$$ 70% of those below 1-eV. Practical modifications resulted in $$leq$$ 20% reductions compared to the optimized design. Evaluations of DGS signals and backgrounds conclude that only a 21-MBq $$^{252}$$Cf source is required.

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy, 2; Design study of moderator for a practical system

Rossi, F.; Rodriguez, D.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

日本核物質管理学会第39回年次大会論文集(CD-ROM), 3 Pages, 2018/11

この発表では、再処理施設の溶解溶液等の高放射性核物質サンプルの核分裂性核種比の検認に適用される、遅発ガンマ線分光非破壊分析システムの減速体(反射体)のコンパクト性を追求する設計研究について報告する。我々は、最初に小型中性子源としてDT及びDD中性子源を使った場合の有利、不利を調べた。この結果、DD中性子源がコンパクトで実用的なNDAシステムが達成できることが示された。ここではMCNPシミュレーションにより実施した、DD中性子源を使う予備的な最適化設計を報告する。

論文

Delayed gamma-ray spectroscopy, 1; Phase-I summary, Phase-II preview, and continuous solution monitoring

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生

日本核物質管理学会第39回年次大会論文集(インターネット), 2 Pages, 2018/11

高放射性核物質溶液サンプルの保障措置検認は、Pu/U元素量についてはHKED法で分析され、同位体組成については時間のかかる破壊分析により行われている。同位体組成検認の時間を短くするため、我々は、遅発ガンマ線分光法の開発を、欧州委員会・共同研究センターと共同して行っている。この遅発ガンマ線分光法では、強い$$gamma$$線バックグランドを凌駕するため、核分裂生成核種の発生させる3MeVより高いエネルギーの$$gamma$$線を利用する。我々は、遅発ガンマ線分光のPhase Iの開発概要及びPhase IIの開発計画を発表する。さらに、東海再処理工場(TRP)にて実証した$$gamma$$線(GR)パイプモニタリングについて報告するとともに、$$gamma$$線パイプモニタリング及び自己照射遅発ガンマ線分光技術を含む、再処理施設のプロセスモニタリングについて報告する。

論文

Development of delayed gamma-ray spectroscopy for nuclear material analysis

Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 小泉 光生; Crochemore, J. M.*; Varasano, G.*; Bogucarska, T.*; Abbas, K.*; Pedersen, B.*

Proceedings of INMM 59th Annual Meeting (Internet), 7 Pages, 2018/07

DGS has great potential for HRNM, since it determines fissile nuclide compositions by correlating the observed DG spectrum to the unique FY of the individual nuclides. Experiments were performed with LRNM using both PUNITA and a JAEA designed Cf-shuffler tested in PERLA. The data was analyzed using an inverse MC method that both determines DG peak intensity correlations and provides an evaluation of the uncertainty of the measurements. The results were used to verify DG signatures for varying fissile compositions, total fissile content, and DGS interrogation timing patterns. Future development will focus on measuring HRNM and designing a compact system by evaluating different neutron sources, moderating materials, and detection capabilities. This presentation summarizes the JAEA/JRC DGS program to date and the future direction of this collaborative work performed using the MEXT subsidy for the promotion of strengthening nuclear security.

口頭

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,3; DGS測定

高橋 時音; 小泉 光生; Rodriguez, D.; Rossi, F.; 高峰 潤; 瀬谷 道夫; Paradela, C.*; Heyse, J.*; Schillebeeckx, P.*; Pedersen, B.*; et al.

no journal, , 

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・核セキュリティのためのアクティブ中性子を用いた非破壊技術の開発を行っており、その一つとして、遅発$$gamma$$線分析法(DGS)の開発を行っている。誘発核分裂における核分裂生成物(FP)の発生分布は、核分裂性核種($$^{235}$$U, $$^{239}$$Pu及び$$^{241}$$Pu)によって決定される。そこで、核物質に中性子を照射し、誘発核分裂を起こし、生成された不安定核FPが崩壊する際に放出する遅発$$gamma$$線を測定、分析することにより、内部に含まれる核分裂性核種の比を求めることができる。我々は、比較的短半減期(秒$$sim$$数分)のFPからの3MeV以上の高エネルギー遅発$$gamma$$線に注目した分析法の開発をすすめている。本発表では、平成29年度に計画しているDGS法の実証実験について報告する。

口頭

核共鳴蛍光非破壊分析法を用いた核検知模擬実証試験

小泉 光生; Omer, M.; 高橋 時音; 瀬谷 道夫; 羽島 良一; 静間 俊行; 橋本 智*; 天野 壮*; 宮本 修治*

no journal, , 

原子力機構, 量子科学技術研究開発機構(QST), 兵庫県立大学は、核セキュリティ補助金の下、レーザーコンプトン散乱ガンマ線を用い、核共鳴蛍光散乱による散乱ガンマ線を測定し、重遮蔽物に隠ぺいされた核物質の検知するための技術開発を進めてきた。これまで、兵庫県立大学のニュースバル施設において実証試験を進めるため、レーザー装置, ガンマ線検出器, データ収集装置などの準備を進めてきた。実証試験では、模擬試料を遮蔽物中に入れた状態で、自動ステージを動かしながら試料の検知を行う計画である。令和元年度は本プロジェクトの最終年度に当たり、本計画の目的、準備状況、実証試験の概要、および計画しているワークショップなどを紹介する。

口頭

レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析技術開発,1; 核共鳴透過分析法へのレーザー駆動中性子源の適用可能性

高橋 時音; 伊藤 史哲*; 小泉 光生; 鈴木 敏*; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 堀 順一*; 佐野 忠史*; Lee, J.; et al.

no journal, , 

文部科学省「核セキュリティ強化等推進事業」のもと、高線量核物質の検認に適用可能な非破壊測定技術の開発を進めている。そのうち、核共鳴透過分析(NRTA)法は、試料中の核分裂性核種濃度を同位体毎に測定可能であり、特に燃料デブリなどの固体試料の分析に非常に有効である。一方で、高精度測定のためには10mを超える長距離の飛行時間(TOF)測定装置が必要となることが課題となっている。そこで、極短パルスを特徴としたレーザー駆動中性子源を利用し、TOF測定装置を5m以下に抑えたNRTAについて概念設計を進めている。

口頭

レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析技術開発,2; 検出器開発及び解析手法開発

伊藤 史哲*; 高橋 時音; 鈴木 敏*; Lee, J.; 小泉 光生; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 西村 博明*; 堀 順一*; et al.

no journal, , 

文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析(NRTA)技術開発を行っている。中性子飛行時間(TOF)測定に用いる中性子検出器及び解析手法の開発状況等について報告する。

口頭

レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析技術開発

伊藤 史哲*; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*; Lee, J.

no journal, , 

核共鳴透過分析法(NRTA)はアクティブ中性子非破壊測定法の一つで、文部科学省「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」事業の技術開発の一環で、技術開発を進めている。この技術を、高精度な核物質測定に適用するには、短パルス中性子源を導入する必要がある。その様な中性子源の一つとして、レーザー駆動中性子源(LDNS)に注目し、NRTAへの適用性検討、および中性子検出器の開発を進めているところである。中性子発生機構の設計、中性子飛行経路の設計及び検出器の設計については、PHITSを用いシミュレーション研究を進めている。

口頭

System development and challenges for delayed gamma-ray nondestructive assay in safeguard verification of nuclear material

Rossi, F.; Rodriguez, D.; 瀬谷 道夫; 高橋 時音; 小泉 光生; Abbas, K.*; Crochemore, J.-M.*; Pedersen, B.*; Bogucarska, T.*; Varasano, G.*; et al.

no journal, , 

New active-interrogation nondestructive assay techniques are needed for safeguard purpose. They can be used for the quantification of the fissile composition in high radioactivity nuclear material samples. One of the techniques under evaluation by the Japan Atomic Energy Agency together with the European Commission Joint Research Centre is delayed gamma-ray spectroscopy. It utilizes a combination of high rate neutron sources and moderation to thermal energy to induce fission in the fissile nuclides. This will allow enhancing the amount of observable coming from the fission of the fissile compared with the fertile nuclides that are usually more abundant in the sample. Analyzing the peaks ratios of gamma-rays with energy above 3 MeV emitted by the short lived fission products produced in the sample, it is possible to verify the initial composition of the fissile nuclides. We are currently designing and testing several different systems with the goal to design a practical and compact system that can be installed in current reprocessing facilities. In particular, this paper describes the different systems currently tested focusing on the different neutron source and moderator material and geometry as well as different gamma-ray detectors. We will also show the new neutron and gamma-ray detector systems we will implement for future test and development. This work is supported by the subsidy for the "promotion of strengthening nuclear security and the like" from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT), Japan.

口頭

核不拡散・核セキュリティ測定技術開発のためのMOX燃料の放射線計測試験

鈴木 敏*; 木村 祥紀; 小泉 光生; 高橋 時音; 富川 裕文

no journal, , 

MOX燃料からの放射線を簡易測定して試料中の核物質を評価することを目的に、ベルギー原子力研究センター(SCK・CEN)で開催された共同計測実験に参加した。本発表では、実験で得られた測定データとその解析結果について報告する。

口頭

大規模公共イベント等における核・放射性物質モニタ技術開発,2; 可搬型GPS付ガンマ線測定装置の試作

小泉 光生; 高橋 時音; 富川 裕文; 木村 祥紀

no journal, , 

原力機構では、大規模イベントなどにおける放射線テロを抑止するため、核・放射性物質を検出する迅速かつ広域をモニタするための技術開発を行っている。技術開発の一環として、GPSを取り付けたガンマ線測定装置を試験的に開発したので、試験結果を報告する。

口頭

レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析技術開発,1; モデレータの開発

Lee, J.; 伊藤 史哲*; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*

no journal, , 

文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析(NRTA)技術開発を進めている。レーザー駆動中性子源から得られる中性子はMeV程度のエネルギーを有すので、効率良くNRTA実験を行うためには、モデレータを用い、これを適切なエネルギー領域にする必要がある。本発表では、モンテカルロシミュレーションで適切なモデレータの構造の検討を進めたのでその結果を報告する。モデレータとしては、水素含有物質が有効であるが、入射する中性子のエネルギーが高くなると、水素との反応断面積が小さくなり、急激に減速効果が下がる。そのため、入射部に上部モデレータ(Fe, Pb, Be, W)を入れ、さらに、メインモデレータ(CH$$_{2}$$)で減速する構成にした。計算は、PHITSコードを用いて、モデレータの構造による中性子量などを求めた。

口頭

大規模公共イベント等における核・放射性物質モニタ技術開発,1; 広域モニタリングシステムの開発

高橋 時音; 小泉 光生; 富川 裕文; 木村 祥紀; 佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 鳥居 建男; 山西 弘城*; 若林 源一郎*

no journal, , 

文部科学省核セキュリティ強化等補助事業の下、広域における核・放射性物質検知技術を進めている。本技術開発では、大規模公共イベント会場等での核・放射性物質を用いたテロ行為を未然に防ぐため、ガンマ線源および中性子線源を迅速に探知するためのシステムの開発を目指している。本発表では、技術開発計画の概要として、線量率マッピング, ガンマ線イメージング, 中性子源検出器システムの各要素技術について、目標および課題について述べる。また、将来的にこれらを統合させ、さらに、ドローンや自走ロボットなどを用いた遠隔測定や、AI技術を用いた脅威判定技術を取り入れた汎用性の高い検出システムについて、開発の展望を発表する。

口頭

レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析技術開発,2; データ取得システム開発

伊藤 史哲*; Lee, J.; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 堀 順一*

no journal, , 

文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析(NRTA)技術開発を行っている。高強度パルス中性子源を用いたTOF測定を行う際、パルス発生時のフラッシュ,多くの中性子が一時期に来ることから、検出器(特に光電子増倍管)のベース電圧に揺らぎが生じることがあり、計数率も非常に高くなる。ベース電圧の揺らぎは、単純にパルス整形してパルス波高を計数するデータ収集システムにおいて、データ取得効率が下がる要因となる。また、計数率が高くなるほど、データ処理時間等の影響からデータ取得効率が下がる。本研究では、データ取得効率を高く保つ波形処理法を確立するため、高速波形デジタイザを用いて、ビーム照射後から波形を全て記録し、実験後に別途波形処理手法の開発を進めた。その結果を報告する。

口頭

レーザー駆動中性子源を用いた中性子共鳴透過分析技術開発,1; 中性子共鳴透過分析へのレーザー駆動中性子源の適用

Lee, J.; 伊藤 史哲*; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*

no journal, , 

文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源(LDNS)を用いた中性子共鳴透過分析(NRTA)の技術開発を進めている。NRTAはパルス中性子源を用いてTOF測定を行うことで、核物質を非破壊測定する手法である。LDNSの短い中性子パルス幅は、精度のよいNRTAに有効であり、将来性も期待されている。本発表では、LDNSとNRTAの概要に触れ、本研究の有効性について説明する。

口頭

レーザー駆動中性子源を用いた核共鳴透過分析技術開発,2; 開発項目と進捗概要

伊藤 史哲*; Lee, J.; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 堀 順一*

no journal, , 

文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源(LDNS)を用いた核共鳴透過分析(NRTA)技術開発を行っている。LDNSは発展段階にあるため、中性子共鳴透過分析(NRTA)に適用するにあたっては、いくつかの開発項目がある。我々はモデレータや、検出器・データ処理システムの開発を並行して進めており、その背景及び開発の進捗状況を、概要にて述べる。

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