ガドリニウムコンバータの中性子2次元検出型マイクロストリップガスチェンバーへの最適化

正岡 聖; 中村 龍也; 山岸 秀志; 曽山 和彦

JAERI-Research 2002-003, 22 Pages, 2002/02

JAERI-Research-2002-003.pdf:1.64MB

大強度陽子加速器計画における強力パルス中性子ビームを用いた散乱実験用の2次元中性子検出器(マイクロストリップガスチャンバー: MSGC)の開発が行われており、この検出器では、高い計数率・検出効率・位置分解能,動作安定,大面積化が求められている。本研究ではMSGCのコンバータとしてのガドリニウムの適正を検証した。まず0次元中性子検出器を用いた簡単な実験を行って検出効率を求めることによって、ガドリニウムコンバータの基本特性を調べた。さらにシミュレーションによって、MSCGでのキャピラリープレート配置に関する最適化を行った。その結果、コンバータとキャピラリープレートとの距離は短い方が有利であることがわかり、理論上はガドリニウムをMSGCのコンバータとして使用することが可能であることがわかった。

電子ビーム加熱蒸発時の液面くぼみの観測

大場 弘則; 柴田 猛順

JAERI-Research 2000-032, 17 Pages, 2000/08

JAERI-Research-2000-032.pdf:2.65MB

電子ビーム加熱で生成した原子ビームは変動する。原子法レーザー同位体分離や原子衝突実験に原子ビームを用いる時、原子ビーム密度はできるだけ安定していることが望ましい。原子ビーム変動の要因を調べるため、CCDカメラを用いた三角測量法で、ガドリニウム,セリウム及び銅蒸発面のくぼみ深さを測定した。蒸気圧と液面の静水圧との釣り合いから推定したくぼみ深さは測定値と一致した。また、3~4mmのくぼみが形成されると、原子ビームの周期的な変動が始まることがわかった。

Production of stable atomic beam in electron beam evaporation process

大場 弘則; 柴田 猛順

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 38(7A), p.4258 - 4259, 1999/00

https://doi.org/10.1143/JJAP.38.4258

水冷銅るつぼを用いた電子ビーム蒸発では、熱損失が大きく蒸発の熱効率が低いこと、液体金属対流による不安定現象で原子ビームが変動することが知られている。安定な原子ビームを生成させるため、多孔質タングステン製円柱をるつぼ内に置いてハースライナーと組合せて蒸発を試みた。ガドリニウムまたはセリウムを多孔質体に含浸させて蒸発させた。多孔質体を用いると、加熱面形状が変化しないので蒸発面が一定である。また、液体金属は毛管現象によって加熱面に吸い上げられるだけなので対流の影響がほとんどない。これらのことから、少ない投入電力で多くの原子ビームが生成できるだけでなく、安定な原子ビームが生成できた。また、多孔質体材料に汚染されないことも確認した。

多チャンネル量子欠損理論によるGd原子のJ=1自動電離リドベルグ系列の解析

宮部 昌文; 大場 正規; 若井田 育夫

JAERI-Research 98-028, 25 Pages, 1998/07

JAERI-Research-98-028.pdf:0.94MB

共鳴電離分光法を用いてガドリニウムの自動電離リドベルグ系列を観測した。1価イオンの第1、第2励起状態に収束する系列をJ=0の中間準位から観測し、主量子数n=35付近に、共鳴ピークの左右非対称性が反転する特徴的な摂動構造を見出した。この摂動構造を位相シフト基底MQDT法によって解析し、リドベルグ状態、摂動準位、連続状態間の相互作用を決定した。この結果、摂動による電離スペクトルの変形によって、局所的に非常に強い自動電離遷移が生じる可能性があることを見出した。

Production of stable atomic beam in an electron beam evaporation process

大場 弘則; 柴田 猛順

Proc. of 6th Workshop on Separation Phenomena in Liquids and Gases (SPG'98), p.241 - 245, 1998/00

水冷銅るつぼを用いる通常の電子銃蒸発源は熱損失が大きく蒸発効率が低いこと、原子ビームが蒸発面での液体金属対流による不安定現象で変動することが知られている。これらを改善するために、多孔質体とハースライナーを用いた蒸発を銅、ガドリニウム, セリウムについて試みた。ハースライナーは遮熱しているため、熱伝導によるるつぼへの熱損失が低減できるので、少ない投入電力で表面温度を高くできる。さらに蒸発の生じる多孔質体表面では、対流や液面のくぼみが形成されない。今回の試験で、少ない投入電力で高密度でかつ変動がないこと、多孔質体材料に汚染されないこと、クラスターが生成しないことが見いだされ安定した原子ビーム生成が可能となった。

ハルデン炉照射試験用燃料要素の製作 -DuplexタイプのMOX-Gd燃料の製造技術開発-

加藤 正人; 豊島 光男; 飯村 直人; 上村 勝一郎

PNC TN8410 97-065, 147 Pages, 1997/03

PNC-TN8410-97-065.pdf:64.31MB

水炉用MOX燃料の高燃焼度化を達成する方策として有効な,ガドリニア添加MOX燃料の照射挙動及び健全性評価を目的に、ノルウェーのハルデン炉で行う照射試験用燃料として中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuprexタイプ燃料を含む24本の燃料要素を製造した。本報告書では、照射試験燃料製造の過程で得られた種々の知見について、ガドリニア棒の開発、燃料ペレットの製造及び燃料要素の加工の各段階に分けてまとめた。1. ガドリニア棒の開発バーナブルポイズン量を同一に保ちながら、セラミック棒の強度を保持するためGd2O3棒以外に、希釈材を添加した太径の棒も開発することにした。そのため、希釈材としてZrO2を採用した。Gd0.405Zr0.595Oy、Gd0.5Zr0.5Oyの試料を製作し、融点、熱安定性等の測定を行った。融点はそれぞれ、2510及び2360を得、Gd0.405Zr0.595Oyは蛍石型構造が安定で、1700まで形状変化がなく、Gd0.5Zr0.5Oyはパイロクロア構造が現れることを確認した。また、照射材料としてGd0.405Zr0.595Oy及びGd2O3の細径長尺棒を押し出し成形で製作し、1700まで形状が変化しないことを確認し、照射材料として十分に供与できることを確認した。2. 燃料ペレットの製造(1) 使用する原料粉末の焼結特性を把握し、対策を施す(本試験においては、使用するPuO2粉末を粉砕することにより焼結性を向上させ、一方の天然UO2粉末は、800で熱処理することにより焼結性を抑制し両者の焼結時の収縮特性を合わせた。)ことによりペレット密度約95%TDを得ることが出来た。(2) ウイズドロアル式プレス機での成形時の上下圧バランスの状態を、上パンチ停止後にダイ停止させることにより、焼結後のペレット形状が台形になるのを防ぐのに適切な条件であることを見い出した。3. 燃料要素の加工ガドリニア棒入り燃料要素の製造は、半自動で行ったことから特に問題は発生しなかった。しかし、今後、大量生産を可能にするためには、自動化は不可欠である。そのため、設計段階での工夫が必要である。特に、ガドリニア棒径と中空ペレットの内径の差は、自動化レベルとの兼ね合いで最適化を図る必要がある。

Identification of single-colour multi photon ionization transitions of atomic gadolinium

宮部 昌文; 若井田 育夫

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 30, p.4193 - 4206, 1997/00

https://doi.org/10.1088/0953-4075/30/19/011

単色電離遷移の研究は原子高励起準位の探査やレーザー微量分析への応用、などといった観点から重要である。本研究ではガドリニウムの単色電離遷移を530~635nmの範囲で調べ、72個の遷移を見出した。またポンプ-プローブ法を用いて各遷移の始状態を調べ、これらの遷移が、共鳴準位1個を介して電離する3光子吸収遷移であることを明らかにした。さらに単色遷移の質量分離スペクトルから得られる遷移の同位体シフトが、介在する共鳴励起準位の同位体シフトと良く一致すること、これによって高励起順位の同位体シフトを簡単に測定できることを明らかにした。

ハルデン炉照射試験用燃料要素(IFA-590)製造報告書

飯村 直人; 小幡 真一; 野上 嘉能; 豊島 光男; 関 正之; 深川 節男; 大内 隆雄

PNC TN8410 96-198, 235 Pages, 1996/06

PNC-TN8410-96-198.pdf:11.35MB

水炉用MOX燃料の高燃焼度化(燃焼初期の出力ピーク低減及び燃焼中の出力変化低減)を達成する方策として有効な、ガドリニア添加MOX燃料の照射挙動及び健全性評価を目的に、ノルウェーのハルデン炉で行う照射試験用燃料要素24本を製造した。製造した燃料要素はMOX及びUO2燃料であり、MOX燃料要素20本は、中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuplexタイプ燃料(8本)、燃料中心温度測定を行うための計装を取り付けた中空ペレットタイプ燃料(7本)及び中実ペレットタイプ燃料(5本)である。また、UO2燃料要素4本は、全て中空ペレットスタックの中空部にガドリニア棒を挿入したDuplexタイプ燃料である。その他の燃料仕様パラメータにはペレット・被覆管ギャップ幅(=ペレット・外径3水準)、ガドリニア棒の組成及び外径(=中空ペレット内径・2水準)がある。尚、燃料ペレットの形状は、中空ペレットはチャンファ付、中実ペレットはディシュ・チンファ付である。各燃料要素の上部プレナム部には、プレナムスプリングが配されており、各種の計装付き端栓を取り付けた後に5kg/cm2・aの圧力でヘリウムを封入し、溶接密封した構造となっている。本報告書は、製造時及び品質検査時の詳細なデータ(サーベランスデータ)を収録したものである。

石炭液化反応器へのRI技術の応用

石川 勇

Radioisotopes, 45(5), p.349 - 350, 1996/00

https://doi.org/10.3769/radioisotopes.45.349

高温・高圧での反応を利用する石炭液化技術では、その苛酷な条件下における液化反応器内の混合状態、滞留時間分布などの情報取得にRIの技術が使われている。特に最近では、放射性トレーサを利用する方法よりも非放射性トレーサとカリホルニウム-252中性子源との組合せによる中性子吸収法が用いられていることを紹介している。この報告は、石炭液化技術の分野で、液化反応器内でのスラリーの挙動解析と反応器の設計に重要な情報を得るための放射性及び非放射性トレーサによる実験研究報告の概要をレビューとしてまとめたものである。

Symmetric charge transfer of gadolinium and neodymium

柴田 猛順; 小倉 浩一

Journal of the Physical Society of Japan, 64(9), p.3136 - 3140, 1995/09

https://doi.org/10.1143/JPSJ.64.3136

Gd、Ndの対称電荷移行反応では、その原子構造から限られた反応経路のみが可能なことを考察し、これをもとに衝突エネルギー2eV~5keVでの電荷移行断面積を計算した。Gdでは共鳴電荷移行のみの反応しか起こらないのに対し、ネオジムでは数100eV以上の衝突エネルギーで近共鳴電荷移行も同時に起こるため、断面積が大きくなる。また測定値と比較するため、測定時のイオン・原子の準位分布を考慮し、すべての衝突組み合せについての断面積より、有効断面積も計算した。100~1000eVの衝突エネルギーで、絶対値は測定値の約2/3であるが、そのエネルギー依存性はよく一致した。