Measurement of 107-MeV proton-induced double-differential neutron yields for iron for research and development of accelerator-driven systems

岩元 大樹; 中野 敬太; 明午 伸一郎; 佐藤 大樹; 岩元 洋介; 石 禎浩*; 上杉 智教*; 栗山 靖敏*; 八島 浩*; 西尾 勝久; et al.

JAEA-Conf 2022-001, p.129 - 133, 2022/11

https://doi.org/10.11484/jaea-conf-2022-001

加速器駆動システム(ADS)の核特性予測精度の向上と京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)におけるADS炉物理実験で用いる中性子源情報の取得を目的として、京都大学の固定磁場強集束(FFAG)加速器を用いた核データ測定実験プログラムを開始した。このプログラムの一環として、鉄に対する陽子入射二重微分中性子収量(TTNY)及び断面積(DDX)を測定した。測定では、真空チェンバ内に設置された鉄標的に107MeVの陽子ビームを照射し、核反応によって標的から発生した粒子の信号を、小型の中性子検出器を用いて検出した。検出信号とFFAGキッカー電磁石の信号の時間差から飛行時間(TOF)を求め、ガンマ線の事象を波形弁別法によって除去して中性子事象をカウントすることで中性子のTOFスペクトルを求めた。得られた中性子のTOFスペクトルから、相対論的運動学により鉄標的に対するTTNY及びDDXを求めた。

Continuous and discontinuous yielding behaviors in ferrite-cementite steels

Wang, Y.*; 友田 陽*; 大村 孝仁*; Gong, W.*; Harjo, S.; 田中 雅彦*

Acta Materialia, 196, p.565 - 575, 2020/09

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.07.017

The continuous and discontinuous yielding behaviors in ferrite-cementite steels were complementarily investigated via nano- and macroscale deformation examinations. The results obtained by electron microscopy, synchrotron X-ray, and neutron diffractions indicate that the ferrite-cementite interface of the heat-treated specimen is semi-coherent with a high internal stress field, whereas that of the recrystallized one is incoherent with a low internal stress field. Moreover, coherency strain, which depends on the total area of the ferrite-cementite interface, and thermal strain, which is governed by temperature, are the two factors that influence peak broadening. The nanoindentation tests revealed that the critical loads are significantly lower near the semi-coherent interface than those near the incoherent interface and the ferrite grain boundary; this suggests that dislocations are easily emitted from the semi-coherent interface.

Experimental determination of the photooxidation of aqueous I as a source of atmospheric I

渡辺 耕助*; 松田 晶平; Cuevas, C. A.*; Saiz-Lopez, A.*; 薮下 彰啓*; 中野 幸夫*

ACS Earth and Space Chemistry (Internet), 3(4), p.669 - 679, 2019/04

https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.9b00007

ヨウ素の物質循環において、海洋から大気への輸送が起こる要因の一つに、海面付近での太陽光による光酸化過程がある。これまでに液相のヨウ化物イオン(I)の光酸化によって気相へヨウ素分子(I)が放出されることが報告されている。この過程の全球的な影響を評価するため、溶液中のIの光酸化を実験的に詳細に調べ、290-500nmの波長域におけるIのモル吸光係数と光酸化の量子収率を決定した。さらに、I光酸化量子収率のpHおよび溶存酸素依存性を調べた。これらから海洋条件でのIの光酸化によるI放出速度を推定した。全球化学気候モデルを用いてシミュレーションを行った結果、低緯度域では1年あたり約8%の寄与があることが明らかになった。本研究は、シビアアクシデント時において環境中へ飛散される放射性ヨウ素の挙動を予測するために必要な基礎的知見を与える。

Impact of PHITS spallation models on the neutronics design of an accelerator-driven system

岩元 大樹; 西原 健司; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 松田 規宏; 佐藤 達彦; 原田 正英; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1585 - 1594, 2016/10

https://doi.org/10.1080/00223131.2016.1140598

The impact of different spallation models and parametrisations of nucleon-nucleus interactions in PHITS on nuclear characteristics of an accelerator-driven system (ADS) is investigated. Cut-off neutrons below 20 MeV calculated by a current default option of the spallation model (i.e., Lige Intranuclear Cascade (INC) model version 4.6, INCL4.6) are found to be 14% less than those by the old spallation model (it i.e. Bertini INC model). This decrease increases the proton beam current that drives the 800-MW thermal power, and impacts various ADS parameters, including material damage, nuclear heating of the proton beam window (PBW), and the inventory of spallation products. To validate these options based on the ADS neutronics design, we conduct benchmark calculations of the total and nonelastic cross sections, thick target neutron yields, and activation reaction rate distributions. The results suggest that Pearlstein-Niita systematics, which is a default option of the nucleon-nucleus interaction parametrisation, would be best option and that the Bertini INC is better suited for cut-off neutrons than INCL4.6. However, because of the difficulty in making a definite conclusion on the spallation models, we conclude that relatively large uncertainty in the cut-off neutrons, which is the difference between the two spallation models (i.e. 14%), should be considered.

Corrections to the Nd method of evaluation of burnup for the PIE samples from Mihama-3 and Genkai-1 reactors

須山 賢也; 望月 弘樹*

Annals of Nuclear Energy, 33(4), p.335 - 342, 2006/03

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2005.11.009

照射後試験(PIE)サンプルの燃焼度はそれにとってもっとも重要な値の一つである。この研究では、日本原子力研究所で取得された美浜3号炉及び玄海1号炉のPIEサンプルの燃焼度を再評価し、JENDL-3.3ライブラリを用いて SWAT及びSWAT2によって解析を行った。それらのサンプルの燃焼度は再評価によって2-3%の差を生じる。これは反応度差にすると、30GWd/t以上のサンプルで1%程度の中性子増倍率の差となった。再評価された燃焼度を用いて単一ピンセル及び集合体モデルでの計算を行い比較を行った。両者は数パーセントの差で一致し、単一ピンセル体系が適切であり、従来の計算結果でみられたプルトニウム同位体の過小評価は体系モデル化によるものではないことがわかった。

高エネルギー粒子輸送解析のための中性子計測

西谷 健夫; 長壁 正樹*; 篠原 孝司; 石川 正男

プラズマ・核融合学会誌, 80(10), p.860 - 869, 2004/10

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003827867

DTまたはDD燃焼を行うプラズマにおける高速イオン挙動の研究手段として中性子計測は非常に有効である。これらの燃焼プラズマにおける中性子発生過程と中性子計測法を手短かに説する。さらに中性子計測を利用した高速イオン挙動の研究の例として、JT-60の中性粒子(NB)加熱プラズマにおける中性子発生量測定を用いた中性子発生過程解析,短パルスNB入射後の中性子発生量応答を利用した高速粒子閉じ込め研究,トリトン燃焼による3MeVトリトンの閉じ込め研究,アルフベン固有モード時の高速イオン吐き出し効果研究及び粒子ノックオン高エネルギーテイル測定による粒子密度測定について紹介する。

Validation of minor actinide cross sections by studying samples irradiated for 492 days at the dounreay prototype fast reactor, 2; Burnup calculations

辻本 和文; 河野 信昭; 篠原 伸夫; 桜井 健; 中原 嘉則; 向山 武彦*; Raman, S.*

Nuclear Science and Engineering, 144(2), p.129 - 141, 2003/06

https://doi.org/10.13182/NSE03-A2348

マイナーアクチノイドの断面積データの検証のため、アクチノイドサンプルが英国PFRにおいて全出力換算日で492日間照射された。照射されたサンプルは、原研と米国オークリッジ国立研究所で成分分析された。お互いに独立なこれらの分析により、非常に有用な放射化学分析結果が得られた。本研究では、これらの放射化学分析データと燃焼解析による計算値との比較を行い、マイナーアクチノイド断面積データの検証を行った。その結果、U、Pu、Am及びCmに対するFIMAは、若干計算値は実験値を過大評価する傾向にあるものの、おおむね計算値と実験値はよく一致していた。しかし、これらの核種に対するNdの核分裂収率の誤差は非常に大きく、今後再評価していく必要があると考えられる。今回解析に用いたJENDL-3.2のMA核データに関しては、MAの核変換システムの概念検討には十分であるが、詳細解析を行うには今後さらに改善されていく必要がある。いくつかの核種、特にPuとPuの断面積データは新たな測定データによる再評価が必要である。

Shielding experiments and analyses on proton accelerator facility at TIARA

中島 宏; 坂本 幸夫*; 田中 俊一; 田中 進; 馬場 護*; 中村 尚司*; 平山 英夫*; 秦 和夫*; 加速器遮蔽・原研・大学プロジェクト共同研究グループ

Proceedings of 6th International Meeting on Nuclear Applications of Accelerator Technology (AccApp '03), p.959 - 968, 2003/00

陽子加速器施設遮蔽設計法の確立を目的として、数十MeV領域における一連の遮蔽実験を原研TIARAで行った。この一連の実験では、荷電粒子による厚いターゲットからの中性子収量測定,準単色中性子源を用いた鉄,コンクリート,ポリエチレン遮蔽体透過実験,白色中性子源を用いた迷路状通路放射線ストリーミング実験が含まれている。これらの測定結果は、MCNPXやNMTC/JAERIなどの高エネルギー粒子輸送計算コードの精度検証に用いられたほか、moving source modelを用いた解析的手法や秦の式によるDUCT-III等の簡易計算コードの検証にも用いられた。本報告では、これら実験結果及び解析結果について紹介する。

Evaluation of Delayed Neutron Data for JENDL-3.3

吉田 正*; 岡嶋 成晃; 桜井 健; 中島 健; 山根 剛; 片倉 純一; 田原 義壽*; 瑞慶覧 篤*; 親松 和浩*; 大澤 孝明*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.136 - 139, 2002/08

http://wwwndc.jaea.go.jp/nd2001/proc/pdf/1_0136.pdf

核データファイルJENDL-3.3の評価に寄与するために、U,U,Puの遅発中性子データの評価を行い、推奨値を求めた。遅発中性子収率に関しては、臨界実験装置FCAとTCA(原研),MASURCA(フランスCEA)における、最近のの積分実験の結果を用いてJENDL-3.2の遅発中性子収率を調整した。その結果、高速炉や熱中性子炉の炉物理計算において重要なエネルギー領域で、収率の調整結果を誤差5%以内で得ることができた。特に、Uに関しては、調整によりJENDL-3.2の値と比べて約3%小さな収率を得た。遅発中性子の6群崩壊定数等の評価も行った。これは、核データ評価の国際ワーキングパーティー(WPEC)の遅発中性子データ評価サブグループの活動においてSpriggsが収集した遅発中性子の放出率の実験データを、最小二乗法により処理することにより行った。さらに、臨界実験装置VHTRC,TCAとTRACY(原研),VIPEX(ベルギーSCK/CEN)におけるペリオド測定やロッドドロップ測定の結果を用いて、得られた6群定数の検証を行った。その結果、新たな6群定数を用いると、JENDL-3.2の定数を用いた場合に比べて反応度価値が約3%増加し、反応度効果のC/E値を改善する傾向にあることがわかった。

Design of ex-vessel neutron monitor for ITER

西谷 健夫; 井口 哲夫*; 海老澤 克之*; 山内 通則*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2002-062, 39 Pages, 2002/07

JAERI-Tech-2002-062.pdf:1.65MB

Uフィッションチェンバーを用いたITER用の真空容器外中性子モニターの設計を行った。Uフィッションチェンバーの感度が入射中性子のエネルギーに対し一定となるように減速材の設計を行った。ITERの水平ポート内の温度環境下で安定な、ベリリウムと炭素を減速材とし、Be/C比を0.25とした。中性子検出器としては中性子輸送計算に基づき、U 200mgのフィッションチェンバーを採用した。3つの検出器をステンレス鋼のケース付きの減速材内に組み込み一つのアセンブリとし、このアセンブリを2セット水平ポートに取付ける設計とした。この内一つはD-D運転と較正用であり、もう一つはD-T運転用である。D-D運転と較正用のアセンブリは水平ポート内のポートプラグのすぐ外側に設置し、D-T運転用アセンブリはポート中間の追加遮蔽体の陰に取付ける。信号処理ではパルス計数方式とキャンベル方式を併用することによって、ITERの要求仕様である7桁のダイナミックレンジと1msの時間分解能を達成できることを示した。また線と磁場の影響は、無視し得ることがわかった。