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論文

Fusion power measurement based on $$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N reaction in flowing water

西谷 健夫; 宇野 喜智; 金子 純一*; 落合 謙太郎; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.1139 - 1142, 2002/08

FNSで行った実験結果に基づき、流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。水配管は径20mmとし、照射端は赤道面のフィラーブランケットモジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外のピットに設置し、照射端からの距離は20mとした。この配置に基づき、各種特性をMCNP-4bコードを用いて評価を行った。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms( ITER要求値)以下となった。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。$$gamma$$線測定ステーションにおいて異なる検出効率の$$gamma$$線検出器を2台用いることによって、100kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。

論文

Absolute measurement of D-T neutron flux with a monitor using activation of flowing water

宇野 喜智; 金子 純一; 西谷 健夫; 前川 藤夫; 田中 照也; 柴田 泰生*; 池田 裕二郎; Khripunov, V.*; Walker, C. I.*; 海老澤 克之*; et al.

Fusion Engineering and Design, 56-57, p.895 - 898, 2001/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:45.58(Nuclear Science & Technology)

循環水のD-T中性子による放射化反応を利用したITER用プラズマ診断中性子モニターの開発の一環として、原研FNSを用いて中性子束の絶対測定精度を検証する実験を行った。FNSに循環水ループを設置し、核融合炉の中性子場を模擬するためにSS-316/水遮蔽ブランケット模擬体系を使用し実験を行った。水とD-T中性子が反応して$$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N反応により生成する$$^{16}$$Nが放出する$$gamma$$線をBGOシンチレータにより測定し、この計算値から$$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N反応の断面積データ、MCNPコードにより計算した模擬体系中の中性子スペクトル及びBGOシンチレータの検出効率を用いて中性子発生量を求めた。結果は精度3%で校正された随伴$$alpha$$粒子モニターにより測定された中性子発生量と良い一致を示した。

報告書

Activation cross section measurement at neutron energy from 13.3 to 14.9MeV using FNS facility

春日井 好己; 池田 裕二郎; 宇野 喜智; 山本 洋*; 河出 清*

JAERI-Research 2001-025, 74 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-025.pdf:2.29MB

D-T中性子源FNSを用いて、エネルギーが13.4MeVから14.9MeVの中性子に対する60反応の放射化断面積を測定した。対象の反応は、(1)おもに希土類核を標的とする32反応,(2)短寿命核(半減期が1秒から20分の)を生成する19反応,(3)9つの(n,n$$alpha$$)反応,である。測定値と過去に報告された実験値及び評価値と比較した。また、(n,p)及び(n,$$alpha$$)反応については、既に提案されている経験式を用いた値と比較した。また、(n,n$$alpha$$)反応の系統性を議論した。

報告書

Technical feasibility study for the D-T neutron monitor using activation of flowing water

宇野 喜智; 金子 純一; 西谷 健夫; 前川 藤夫; 田中 照也; 池田 裕二郎; 竹内 浩

JAERI-Research 2001-007, 42 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-007.pdf:8.74MB

循環水の放射化を利用したD-T中性子モニターの技術的成立性に関する実験的研究をITER R&Dタスクとして行った。FNSのD-T中性子源を用いて、パルス中性子に対する時間分解能を調べたところ、10.7m/sの流速において50msの時間分解能が得られた。またITERのブランケット領域の中性子場を模擬するためにステンレス綱/水体系内に水ループを挿入して、中性子束の測定精度の検証実験を行った。その結果、測定誤差は10%以下であり、ITER用中性子モニターとして利用可能であることを示した。

論文

Neutronics experiments for ITER at JAERI/FNS

今野 力; 前川 藤夫; 春日井 好己; 宇野 喜智; 金子 純一; 西谷 健夫; 和田 政行*; 池田 裕二郎; 竹内 浩

Nuclear Fusion, 41(3), p.333 - 337, 2001/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.53(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERで発生する14-MeV中性子に起因するさまざまな核的問題に対処するため、原研FNSでは一連の核融合中性子工学実験をITER/EDAのR&Dタスクとして行ってきた。前回のIAEA会議では遮蔽に関してバルク遮蔽、ギャップストリーミング、核発熱及び誘導放射能実験を発表した。これらの実験を受けて、ITERのより複雑な遮蔽に対する設計精度を実証するために、ストレートダクトストリーミング実験を実施した。また、冷却材喪失事故時の安全性を担保するために、新たに崩壊熱測定実験を開始した。さらに、水の放射化を利用した信頼性の高い核融合出力モニターを開発した。本論文では、ITER/EDAのタスクとして原研FNSで新たに実施したこれらの実験の結果について報告する。

論文

Technical feasibility study on a fusion power monitor based on activation of water flow

金子 純一; 宇野 喜智; 西谷 健夫; 前川 藤夫; 田中 照也; 柴田 泰成; 池田 裕二郎; 竹内 浩

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.809 - 813, 2001/01

ITER用核計装開発の一環として、水の放射化を用いた核融合出力モニターの開発を行った。これは、水と14-MeV中性子により起こる$$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N反応によって生成する$$^{16}$$Nの崩壊に伴う6-MeVの$$gamma$$線を測定することで、D-T中性子発生量、すなわち核融合出力をモニターするものである。本核融合出力モニターは、第一壁から生態遮蔽の外側にまで張り巡らされたループ状の水配管と$$gamma$$線検出器(例えばBGOシンチレータ)から構成され、高信頼性、長期安定性、絶対測定及び保守性の点で優れた特徴を持つ。パルス中性子を用いた時間分解能測定実験では、プラズマ診断用途で要求される100msの時間分解能を十分に満たす50msの時間分解能を達成した。また中性子モニターの時間応答が乱流核酸モデルによって記述できることを明らかにした。

論文

Technical feasibility study in a fusion power monitor based on activation of water flow

金子 純一; 宇野 喜智; 西谷 健夫; 前川 藤夫; 田中 照也; 柴田 京成; 池田 裕二郎; 竹内 浩

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.809 - 813, 2001/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.96(Instruments & Instrumentation)

ITER用核計装開発の一環として、水の放射化を用いた核融合出力モニターの開発を行った。本核融合出力モニターは、14MeV中性子によって照射された水の中で$$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N反応の結果発生する$$^{16}$$Nからの6.1及び7.1MeV$$gamma$$線を測定することで、DT中性子発生量、すなわち核融合出力をモニターするものであり、第一壁から生体遮蔽の外側まで張り巡らされたループ状の水配管と$$gamma$$線検出器から構成される。本システムは金属箔放射化法と同等の絶対測定であると同時に、ある程度の時間分解能をもった連続測定が可能である。さらに検出感度安定性、DT中性子に対してのみ有感等の優れた特長を持つ。本研究では本システムの技術的成立性検証を目的とし、流速に村する$$gamma$$線収量依存性並びに時間応答に関する実験を行った。その結果、プラズマ診断用途で要求される100msの時間分解能を十分に満たす50msの時間分解能を達成した。また中性子モニターの時間応答が乱流拡散モデルによって記述できることを明らかにした。さらに実験結果をもとにITER-FEATに本システムを設置した場合の検出感度を概算した結果、十分な感度をもったシステムを構築可能であることがわかった。

論文

A Study on 14MeV neutron beam characteristics and its applications

坂根 仁*; 宇野 喜智; 前川 藤夫; 春日井 好己; 今野 力; 金子 純一; 池田 裕二郎

Reactor Dosimetry: Radiation Metrology and Assessment (ASTM STP 1398), p.375 - 382, 2001/00

原研FNSの14-MeV単色中性子源にコリメータ及び遮蔽体を設置し、14-MeV中性子ビームを利用可能にした。遮蔽体は鉄製プリコリメータ(厚さ50cm)及び鉄(120cm)、ポリエチレン(40cm)、カドミニウム(100cm)、鉛(20cm)からなるメインコリメータで構成されており、コリメータ径は2cmである。コリメータ出口における中性子ビーム特性をシンチレーション検出器やイメージングプレートにより実験的に、またMCNPコードによる計算で調べた結果、最大14-MeV中性子束は約2$$times$$10$$^{6}$$n/cm$$^{2}$$/sであり、これと比較してビーム領域外では中性子束が4桁以上低いこと、及びビーム中の14-MeV中性子成分の割合は99.9%以上に達することが分かった。応用の一例として2次$$gamma$$線生成断面積測定を行い、従来のパルス中性子に比べて2桁以上効率の良い測定が実現できた。また優れた近接性や低バックグラウンドが達成されていることが示され、今後の利用が期待される。

論文

Overview of straight duct streaming experiments for ITER

今野 力; 前川 藤夫; 宇野 喜智; 春日井 好己; 和田 政行*; 池田 裕二郎; 竹内 浩

Fusion Engineering and Design, 51-52(Part.B), p.797 - 802, 2000/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.85(Nuclear Science & Technology)

ITERに存在する計測ポート、中性粒子ビーム入射ポート等のストレートダクトによる放射線のストリーミングに対する設計計算の精度検証のために小口径及び大口径ストレートダクト実験を実施した。基本的な実験体系は縦1.645m、横1.49m、奥行き1.2mの鉄体系とその後ろに設置された厚さ20cm以上の鉄で囲まれた1.05m$$times$$1.05m$$times$$0.8mのキャビティーから成り、小口径実験では鉄体系中に直径10cmの小口径ストレートダクトを2つ、大口径実験では40cm$$times$$40cmの大口径ストレートダクトを設けた。各体系でダクトの中心軸上、キャビティー内及びキャビティー壁表面で中性子、$$gamma$$線に関する実験データを測定し、ダクト及びキャビティーにより10MeV以上の中性子束がダクト上で6~7桁、ダクトから40cm離れたところでも3桁も増加することがわかった。一方、1MeV以下の中性子及び$$gamma$$線の増加の割合は最大2桁程度であった。FENDL-1,-2及びJENDL Fusion Fileを用いたMCNP4A解析から、ダクトのある場合のITERの核設計計算精度が40%以内であることがわかった。

論文

Investigation on prediction capability of nuclear design parameters for gap configulation in ITER through analysis of the FNS gap streaming experiment

前川 藤夫; 今野 力; 和田 政行*; 春日井 好己; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 前川 洋; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.263 - 267, 2000/03

国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動のR&Dタスク「中性子工学遮蔽実験(T-218)」として、原研FNSで行われたITERのためのギャップストリーミング実験の解析を行った。実験体系を詳細にモデル化し、3次元モンテカルロ輸送計算コードMCNP-4AとFENDL/E-1.0及びJENDL Fusion Fileに基づく断面積ライブラリを用いて計算を行った結果、すべての計算値はおおむね30%以内で実験値と一致した。このため、詳細なモデル化を行えば、現在ITERの設計で使われているこれらのコードや核データベースにより、ITERのブランケットモジュール間にできる約2cm幅のギャップによる中性子や$$gamma$$線のストリーミング現象を適切に取り扱い、ブランケットモジュール脚部の再溶接箇所のヘリウム生成率や真空容器背後のトロイダル磁場コイルに対する核応答を精度良く評価できることが実証された。

論文

Measurements of the neutron spectrum in the 14MeV neutron driven vanadium-alloy assembly by the multi foil activation method

宇野 喜智; Zaman, M. R.*; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.545 - 549, 2000/03

バナジウム合金は核融合炉の低放射化材料の候補であり、核融合炉の核設計計算には精度のよいバナジウムの核データが求められている。バナジウムの評価済み核データの検証を目的として原研FNSにおいて行われたバナジウム合金体系を用いたベンチマーク実験において、SAND-IIコードを用いた多数箔放射化法による中性子スペクトル測定を行った。JENDL Fusion File及びFENDL/E-1.0ライブラリを用いてMCNP-4Aコードにより計算したスペクトルを各々初期推定スペクトルとしてスペクトルを導出した。計算値と実験で得られたスペクトルの比較では、どちらの場合も2-8MeV領域で計算値の過大評価がみられた。またJENDL Fusion Fileの場合については1MeV以下の計算値が過小評価であった。

論文

Experimental investigation on streaming due to a gap between blanket modules in ITER

今野 力; 前川 藤夫; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 春日井 好己; 和田 政行*; 前川 洋; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.540 - 544, 2000/03

ITERのブランケットモジュール間のギャップによる中性子のストリーミングがブランケットモジュールとバックプレートの溶接部や超伝導コイルに対する遮蔽性能に及ぼす影響を調べるために、ITERのブランケットモジュール間のギャップを模擬した大型の鉄の実験体系(縦1.6m,横1.4m,奥行き50cmと80cm)を用いたギャップストリーミング実験を原研FNSで行った。中性子のギャップストリーミングにより、14MeV中性子束は最大約20倍増加したが、1MeV以下の中性子束及び$$gamma$$線は数10%以下の増加にとどまった。このことから、ギャップストリーミングの影響は$$gamma$$線による核発熱よりも高速中性子によるヘリウム生成、放射線損傷に対し大きいことがわかった。

論文

Experiments on induced radioactivity characteristics of vanadium alloy

池田 裕二郎; 春日井 好己; 前川 藤夫; 宇野 喜智; R.Johnson*; E.T.Cheng*

Fusion Technology, 34(3), p.714 - 718, 1998/11

低放射核融合構造材候補として開発されているバナジウム合金の14MeV中性子による放射化特性を実験的に調べた。米国GAで開発した組成の異なる3種類のバナジウム合金を原研FNSの14MeV中性子で照射して照射試料から放出される$$gamma$$線を検出し主要な誘導放射能の生成量とともに、特に、合金製造過程で混入する不純物を定量的に求めた。気送管を用いた短時間照射(1分)では$$^{51}$$Ti,$$^{52}$$V,$$^{50}$$Sc,$$^{48}$$Sc等の主要放射能に加えて、シリコン不純物による$$^{28}$$Alが検出された。放射能量から求めたシリコンの量は410から1710ppmの範囲であったが、ほぼ予想された値であった。一方、長寿命放射能を対象として180時間の連続照射(中性子束は約3$$times$$10$$^{15}$$n/cm$$^{2}$$)の結果、$$^{46}$$Sc,$$^{51}$$Cr等の放射能の他に$$^{93}$$Nb(n,2n)$$^{92m}$$Nb反応生成物の$$^{92m}$$Nbが観測された。その結果、30~50ppmのニオブが含まれていることがわかった。低放射化を目指すには、ニオブの量をさらに一桁低減する必要性が明かとなった。

論文

Nuclear heating measurements for SS-316, copper, graphite, tungsten, chromium, beryllium in a copper centered assembly bombarded with 14 MeV neutrons and analysis

池田 裕二郎; 前川 藤夫; 春日井 好己; 宇野 喜智; A.Kumar*; M.Z.Youssef*; M.A.Abdou*; 今野 力; 和田 政行*

Fusion Engineering and Design, 42, p.289 - 297, 1998/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:50.34(Nuclear Science & Technology)

本研究は、核発熱測定技術の開発によりITER構造材のD-T中性子に対する核発熱実験データを取得し、ITER設計に用いる計算手法及び核データの妥当性を検証することを目的とする。試験した材料はSS-316、銅、黒鉛、タングステン、クロム、ベリリウムで、全核発熱をマイクロカロリメータで、$$gamma$$線発熱をTLDで測定した。解析は、計算コードMCNP-4A、KERMAを含む核データとしてJENDL-3.2及びFENDL-1を用いた。実験と計算の比較から次のことが示された。(1)銅、黒鉛、SS-316、クロム、ジルコンは計算と実験は$$pm$$10%以内で一致、(2)ベリリウムは、JENDL、FENDLともに$$gamma$$発熱が大きく過少評価、全核発熱についてはJENDLが25%の過少評価、(3)タングステンでは、両ライブラリーとも、全核発熱、$$gamma$$発熱両方で30%の過大評価が示された。ベリリウム、タングステンの核データ、特にKERMAの見直しが必要である。

論文

Integral experiment of induced radioactivity in D-T fusion neutron environment and validation of activation cross section library

春日井 好己; 池田 裕二郎; 前川 藤夫; 今野 力; 和田 政行*; 宇野 喜智; A.Kumar*; M.Z.Youssef*; M.A.Abdou*

Fusion Engineering and Design, 42, p.299 - 305, 1998/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:58.55(Nuclear Science & Technology)

ITER/EDA R&D Task T-218として、誘導放射能に対する積分実験を原研FNSで行った。この実験の目的は、ITERにおける核設計に使われる計算コードと放射化断面積ライブラリーの妥当性を検証するための実験データを与えることにある。試料は、14MeV中性子中の実験体系の中心にある銅の中の2ヶ所で照射した。照射後、誘導放射能をGe検出器で測定した。誘導された放射性核種は$$gamma$$線エネルギーから同定され、それぞれの核種についてその崩壊率を求めた。中性子スペクトルはMCNP-4で計算し、その妥当性は、$$^{93}$$Nb(n,2n)$$^{92m}$$Nbなどのドシメトリー反応の反応率と比較して確かめた。実験により得られた誘導放射能は、JENDL-ACT96とFENDL-A1.2を使った計算値と比較した。その結果、一般的にJENDL-ACT96の方が比較的実験値と良い一致を示しているが、FENDL-A1もほぼ一致していることがわかった。

論文

Benchmark experiment on void effects in a bulk shield assembly and investigation on the predictive ability of these effects by transport calculations

前川 藤夫; 今野 力; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 前川 洋; 池田 裕二郎

Fusion Engineering and Design, 42, p.275 - 280, 1998/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

原研FNSのD-T中性子源を用い、核融合炉の遮蔽体中に存在するボイド領域が遮蔽能に与える影響を調べるためのベンチマーク実験を行った。直径1200mm、厚さ1118mmのステンレス鋼の深さ300mm近傍にボイド領域を設けた遮蔽体とボイドのない遮蔽体について、D-T中性子入射時の各種の中性子・$$gamma$$線応答をボイド領域の背後で測定した。また輸送計算を行い、実験・計算の両者に対してボイドの有無による応答の比(ボイド効果)を導出した。14-MeV中性子に対するボイド効果は最大4と顕著だが、1MeV以下の中性子束と$$gamma$$線束では効果は高々1.3と小さかった。モンテカルロ法輸送計算コードMCNP-4とMVPによる結果は実験値と良く一致した。しかし2次元S$$_{N}$$法に基づくDOT-3.5コードの結果は1回散乱源法を採用にも関わらずボイドの背後でレイ効果が現れ、計算精度低下の一因となった。

論文

Summary of bulk shielding experiments for ITER at JAERI/FNS

今野 力; 前川 藤夫; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 和田 政行*; 前川 洋; 池田 裕二郎; 竹内 浩

Fusion Technology 1998, 2, p.1263 - 1266, 1998/00

ITERの遮蔽設計計算の妥当性を検証するために、SUS316遮蔽実験、SUS316/水遮蔽実験、ボイド効果実験、超伝導コイル模擬実験を原研FNSで実施した。実験体系は、直径1.2m,厚さ1.2mのテスト領域と厚さ0.2mのSUS316でできた中性子源反射体からできている。テスト領域の物質は実験毎に変更した。テスト領域内の0.91mの深さまで、ほぼ全エネルギーにわたる中性子スペクトル、$$gamma$$線スペクトル、様々な反応率、$$gamma$$線発熱率等の実験データを取得した。実験解析は、MCNP-4A,DORT3.1コード及びFENDL/E-1.1,JENDL Fusion Fileライブラリーを用いて行った。その結果、ITERの基本性能段階でのバルク遮蔽設計計算の精度が30%以下であることがわかった。

論文

Overview of gap streaming experiments for ITER at JAERI/FNS

今野 力; 前川 藤夫; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 春日井 好己; 和田 政行*; 前川 洋; 池田 裕二郎

Fusion Technology 1998, 2, p.1473 - 1476, 1998/00

ITERのブランケットモジュール間のギャップによる中性子のストリーミングがブランケットモジュールとバックプレートの溶接部や超伝導コイルに対する遮蔽性能に及ぼす影響を調べるために、ITERのブランケットモジュール間のギャップを模擬した大型の鉄の実験体系(縦1.6m,横1.4m,奥行き50cm~80cm)を用いたギャップストリーミング実験を原研FNSで行った。中性子のギャップストリーミングにより、14MeV中性子束は最大約20倍増加したが、1MeV以下の中性子束及び$$gamma$$線は数10%以下の増加にとどまった。このことから、ギャップストリーミングの影響は$$gamma$$線による核発熱よりも高速中性子によるヘリウム生成、放射線損傷に対し大きいことがわかった。

論文

Benchmark experiment on tungsten assembly bombarded with D-T neutrons

前川 藤夫; 今野 力; 大山 幸夫; 池田 裕二郎; 和田 政行*; 宇野 喜智; 前川 洋

Proc. of Int. Conf. on Nucl. Data for Science and Technol., 59, p.1218 - 1220, 1997/00

核融合炉のプラズマ対向材及び遮蔽材として重要なタングステンの核データの妥当性検証を目的とし、原研FNSのD-T中性子源を用いたベンチマーク実験を行った。直径457mm、厚さ507mmのタングステン円柱体系にD-T中性子を入射し、体系内の3点において中性子スペクトル、放射化箔反応率、$$gamma$$線スペクトル及び$$gamma$$線核発熱率を測定した。また、モンテカルロ法輸送計算コードMCNP-4Aによる実験解析をJENDL-3.2,JENDL Fusion File,FENDL/E-1.0の3種の評価済み核データファイルを用いて行った。その結果、中性子に対してはJENDL Fusion Fileが最も良い結果を与えるが、3つのファイル共にしきい反応に伴う2次$$gamma$$線生成断面積が過大であることが分かった。

論文

Activation cross section measurement for La,Ce,Pr,Nd,Gd,Dy and Er isotopes by 14 MeV neutrons

春日井 好己; 宇野 喜智; 池田 裕二郎

Proc. of Int. Conf. on Nucl. Data for Science and Technol., 59, p.635 - 637, 1997/00

14MeV中性子による放射化断面積は、たくさんの種類の同位体について発表されている。しかしながら、ランタノイド系列の同位体については、利用できるデータは少ない。14MeV中性子による核反応を系統的に理解するという観点から、この領域のデータは必要である。今回、われわれは、La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,Er,Ybの同位体に対する24反応の中性子放射化断面積を、中性子エネルギーが13.4から14.9MeVの範囲で測定した。D-T中性子は、原研FNSで2mA,350keVのd$$^{+}$$ビームをトリチウムターゲットにあてて発生させた。試料は自然組成のものと濃縮同位体のものをつかった。今回の測定値を、過去の測定値および評価値と比較する。また今回のデータをもとに、断面積のシステマティクスを議論する。

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