Promising neutron irradiation applications at the high temperature engineering test reactor

Ho, H. Q.; 本多 友貴*; 濱本 真平; 石井 俊晃; 高田 昌二; 藤本 望*; 石塚 悦男

Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 6(2), p.021902_1 - 021902_6, 2020/04

https://doi.org/10.1115/1.4044529

High temperature engineering test reactor (HTTR), a prismatic type of the HTGR, has been constructed to establish and upgrade the basic technologies for the HTGRs. Many irradiation regions are reserved in the HTTR to be served as a potential tool for an irradiation test reactor in order to promote innovative basic researches such as materials, fusion reactor technology, and radiation chemistry and so on. This study shows the overview of some possible irradiation applications at the HTTRs including neutron transmutation doping silicon (NTD-Si) and iodine-125 (I) productions. The HTTR has possibility to produce about 40 tons of doped Si-particles per year for fabrication of spherical silicon solar cell. Besides, the HTTR could also produce about 1.810 GBq/year of I isotope, comparing to 3.010 GBq of total I supplied in Japan in 2016.

Proposal of a neutron transmutation doping facility for n-type spherical silicon solar cell at high-temperature engineering test reactor

Ho, H. Q.; 本多 友貴; 元山 瑞樹*; 濱本 真平; 石井 俊晃; 石塚 悦男

Applied Radiation and Isotopes, 135, p.12 - 18, 2018/05

https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2018.01.005

The p-type spherical silicon solar cell is a candidate for future solar energy with low fabrication cost, however, its conversion efficiency is only about 10%. The conversion efficiency of a silicon solar cell can be increased by using n-type silicon semiconductor as a substrate. This study proposed a new method of neutron transmutation doping silicon (NTD-Si) for producing the n-type spherical solar cell, in which the Si-particles are irradiated directly instead of the cylinder Si-ingot as in the conventional NTD-Si. By using a screw, an identical resistivity could be achieved for the Si-particles without a complicated procedure as in the NTD with Si-ingot. Also, the reactivity and neutron flux swing could be kept to a minimum because of the continuous irradiation of the Si-particles. A high temperature engineering test reactor (HTTR), which is located in Japan, was used as a reference reactor in this study. Neutronic calculations showed that the HTTR has a capability to produce about 40 ton of 10 cm resistivity Si-particles for fabrication of the n-type spherical solar cell.

中性子パワーで半導体をつくる

米田 政夫; 川崎 幸三*

波紋, 24(特別号), 2 Pages, 2014/11

シリコンドーピングについての解説記事を執筆する。主な内容は次の通りとなる。NTDシリコンの原理、日本におけるNTDシリコンの生産について、世界におけるNTDシリコンの生産について、及びNTDシリコンの今後の動向について。

Present status of the innovative basic research on high-temperature engineering using the HTTR

数土 幸夫; 星屋 泰二; 石原 正博; 柴田 大受; 石野 栞*; 寺井 隆幸*; 奥 達雄*; 本橋 嘉信*; 田川 精一*; 勝村 庸介*; et al.

Proceedings of OECD/NEA 2nd Information Exchange Meeting on Basic Studies in the Field of High-temperature Engineering, p.39 - 50, 2001/00

原研では、高温における照射によって、従来は実現できなかった新素材の創製,新しい化学反応プロセスの開発,炉内計測技術開発等を目指した高温工学に関する先端的基礎研究を進めている。本発表では、これまでの予備試験結果として、(1)新素材・材料開発(高温高性能SiC半導体の中性子転換ドーピング,高温酸化物超電導体の照射改質,耐熱型炭素・SiC系複合材料の機構解明),(2)高温放射線化学(高温放射線場の特異反応等),(3)高温炉内計装技術開発(耐熱・耐放射線光ファイバ)に関する最近の成果概要を総括するとともに、HTTR照射試験に向けての国際協力を視野にいれた今後の計画を報告する。

Measurement of reaction rate distributions in a plastic phantom irradiated by 40-and 65-MeV guasi-monoenergetic neutrons

中根 佳弘; 中島 宏; 坂本 幸夫; 田中 俊一

Radiat. Meas., 28(1-6), p.479 - 482, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S1350-4487(97)00124-8

加速器施設の遮蔽計算に用いられる輸送計算コードの20~100MeV領域中性子に対する精度検証を目的として、TIARAの40及び65MeV準単色中性子入射によるアクリルファントム内反応率分布を2種類の検出器で測定した。U核分裂反応率分布について、19.6MeV以上の中性子輸送をHETCコード、それ以下をMORSEコードとHILO86群定数で計算した結果、深さ25cmでは、実験値より約25%過大となった。一方全てのエネルギー領域をMORSEコードとHILO86群定数で計算した結果、深さ25cmにおいても実験値とほぼ一致した。また反跳陽子型の固体飛跡検出器の反応率分布についてMORSEコードで計算した結果、40MeV中性子入射、深さ15cmから25cmの範囲では実験値とほぼ一致するが、65MeV中性子入射では1~3割程度過大となり、用いた検出器応答関数などについて検討が必要であることが判明した。

HTTRによる高温高性能半導体の製造の有用性についての検討

柴田 大受

JAERI-Review 95-005, 81 Pages, 1995/03

JAERI-Review-95-005.pdf:2.53MB

HTTRは数十cmの大型試料を約1000Cまでの高温で照射できる能力を有する。そこで、高温環境下での動作が可能な高性能半導体として有望なGaAsやSiC半導体をHTTRを用いて製造する方法の有用性、実現可能性について検討した。まず、NTD法の現状について調べ、その利点と問題点を明らかにした。これに基づき、GaAs及びSiCへのNTD法の適用性を調べ、HTTRを用いた製造の有用性について基礎的な検討を行った。その結果、NTD法はSiCには有望であるがGaAsには適切ではないこと、さらに、SiC結晶の大型化が実現できれば、HTTRの特徴を生かして、(1)照射損傷の抑制、(2)不純物分布の均一性、(3)大型試料の照射による生産性の向上、の点で効果的なSiC半導体の製造が可能になることを明らかにした。

中性子照射によるシリコンドーピング

堀口 洋二; 梅井 弘

JAERI-M 86-002, 31 Pages, 1986/02

JAERI-M-86-002.pdf:0.91MB

シリコン単結晶に中性子を照射し リンをドレ-ププする。NTD法は、次の核反応により行われる.Si(u,r)SiP+ この方法は、シリコン中にリンが均一にド-プされるため、シリコン半導体製造の一分野として現在、各国において用いられている。原研においては、1975年より研究を開始し1977年7月より実用照射を行っている。本報告は、原研における過去10年間の研究開発とド-ピング技術についてまとめたものである。

Neutron transmutation doping of silicon and boron neutron capture therapy in research reactors

米田 政夫

no journal, , 

ベトナムで開催される日越原子力研究・人材育成フォーラムに出席し、研究用原子炉に関する情報収集及び研究用原子炉の活用について講演する。講演では、研究用原子炉の2件の活用例について発表する。一つ目は、研究用原子炉JRR-3で実施している、シリコンのドーピング手法の一つである中性子核変換ドーピングについて発表する。二つ目は、研究用原子炉JRR-4で実施している、医療照射手法の一つであるホウ素中性子補足療法について発表する。

HTTRにおける太陽電池パネル用球状シリコン半導体の製造量評価

石井 俊晃; Ho, H. Q.; 本多 友貴; 濱本 真平; 石塚 悦男

no journal, , 

現在利用されている太陽光発電パネルは、単結晶または多結晶のシリコンウェーハが90%を占めている。シリコンウェーハは、インゴッドを切断して研磨することで製造するため、大量のシリコン廃棄物が発生するとともに製造コストが高くなる要因となっている。これに対して、球状シリコンはシリコンを溶融して滴下させて製造するため安価であるがP型のみ製造されている。しかし、P型はキャリアライフタイム及び少数キャリア拡散長が短いためN型より発電効率が悪い。このため、安価でN型の球状シリコンの製造方法を検討した。N型シリコンの製造方法の一つとして、中性子核変換ドーピング法(NTD-Si)が有る。この方法は特別な装置を必要とせず、中性子を照射するだけで製造することができるが、十分な照射体積が確保されている必要がある。HTTRでは反射体領域が大きく十分な照射体積を確保することができるため、球状シリコンを連続的に供給して吸引チューブにより連続的に取り出す方法を考案した。本報告では製造コスト評価の一環として、HTTRが定格出力で約1年間運転した場合のN型球状シリコンの最大製造量を評価した。