Development of training course on non-destructive assay of nuclear material for Asian region, 2; Development of lectures and exercises on gamma-ray measurement

山本 昌彦; 河野 壮馬; 三枝 祐; 久野 剛彦; 関根 恵; 井上 尚子; 野呂 尚子; Rodriguez, D.; 山口 知輝; Stinett, J.*

Proceedings of INMM & ESARDA Joint Annual Meeting 2023 (Internet), 10 Pages, 2023/05

保障措置・計量管理の担当者を対象とした、アジア地域向け「核物質の非破壊測定に関するトレーニングコース(NDAコース)」を開発した。NDAコースの5日間うち、ガンマ線測定パートは2日間を割いて実施した。ガンマ線検出器の基本特性,検出方法,メカニズムに関する講義は、開発したeラーニングにて提供した。また、実習の部分は原子力機構の施設において実施し、参加者は、各ガンマ線検出器のセットアップからウラン及び他のガンマ線放出核種の測定までを行った。また、ウラン235の濃縮度測定も行った。さらに、原子力機構の研究炉であるJRR-3における新燃料集合体の測定実習の準備として、IAEA保障措置で普及している携帯型ガンマ線スペクトロメータHM-5を用いた訓練も実施した。本発表では、これらのトレーニングコースの開発及び結果、参加者からのフィードバックについて報告する。

Sample shape effect on nuclear material quantification with neutron resonance transmission analysis

土屋 晴文; Ma, F.; 北谷 文人; Paradella, C.*; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; Schillebeeckx, P.*

Proceedings of 41st ESARDA Annual Meeting (Internet), p.374 - 377, 2019/05

From a viewpoint of nuclear safeguards and nuclear security, non-destructive assay (NDA) techniques are needed to quantify special nuclear materials (SNMs) in nuclear fuels such as spent fuels and fuel debris. Neutron Resonance Transmission Analysis (NRTA) is an NDA technique and it measures the amount of U isotopes in a UO sample within 1% accuracy and Pu isotopes in a PuO sample within 5% accuracy. However, NRTA measurements done so far were mainly applied to homogeneous samples with a constant thickness. Spent fuel and especially debris have irregular shapes that affect the NRTA measurements. In order to investigate the influence of irregular-shaped samples, NRTA experiments were done with a copper bar sample with different rotation angles with respect to neutron beams, at a neutron Time-Of-Flight (TOF) facility GELINA (Belgium). Analytical models for irregular shaped samples proposed by Harada et al. (JNST, 2015) were applied to the experimental data. It has been found that the experimental data can be well reproduced by the proposed models. In this presentation, we report how analytical models are applied to a real NRTA experiment with a Cu bar sample and discuss a future prospect of a compact NRTA system for SNM quantification. This research was implemented under the subsidiary for nuclear security promotion of MEXT.

Non-destructive depth analysis of the surface oxide layer on MgSi with XPS and XAS

江坂 文孝; 野島 健大; 鵜殿 治彦*; 間柄 正明; 山本 博之

Surface and Interface Analysis, 48(7), p.432 - 435, 2016/07

https://doi.org/10.1002/sia.5939

X線光電子分光法(XPS)は、固体試料の非破壊化学状態分析に広く用いられている。この方法では、イオンビームスパッタリングを併用することにより深さ方向分析が可能である。しかし、スパッタリングはしばしば偏析や選択的な原子の放出を引き起こし、正確な情報が得らえない場合がある。一方、放射光からのエネルギー可変X線の利用は、スパッタリングなしでの深さ方向分析を可能とする。本研究では、放射光X線を励起源としたXPSおよびX線吸収分光法(XAS)による深さ方向分析法について、MgSi単結晶の表面酸化層の分析を例に、検討を行った。その結果、本法により非破壊での深さ方向分析が可能であり、MgSi単結晶の表面酸化層としてSi-OあるいはSi-O-Mg層が形成されることがわかった。

Impact of systematic effects on results of neutron resonance transmission analysis

土屋 晴文; 原田 秀郎; 小泉 光生; 北谷 文人; 高峰 潤; 呉田 昌俊; 飯村 秀紀; 木村 敦; Becker, B.*; Kopecky, S.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 767, p.364 - 371, 2014/12

https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.09.009

中性子共鳴吸収透過法(NRTA)による面密度の測定に対するサンプル厚の影響を検証するために、EC/JRC/IRMMの中性子飛行時間施設GELINAにおいて、NRTA実験を実施した。実験では、厚みの異なる円盤状の銅金属を用いて、GELINAの25m飛行導管を利用した。実験データから面密度を導出するために、共鳴解析コードREFITを用いて、共鳴解析を行った。その結果、推奨共鳴パラメータ値を用いると、求めた面密度が質量や面積から計算できる面密度から大きくずれることがわかった。そこで、0.25mm厚のサンプルを用いた実験データをREFIT用いて解析して、中性子幅と共鳴エネルギーを導出した。新たに求めた共鳴パラメータ値を使って、面密度を導出し、サンプルの厚みはもちろん、共鳴の強さが面密度の測定におよぼす影響を議論した。

中性子を利用した非破壊元素組成分析

松江 秀明; 丹治 輝; 宮田 賢; 安田 良; 松林 政仁; 中西 友子

第5回放射線による非破壊評価シンポジウム講演論文集, p.45 - 48, 2005/02

中性子即発線分析(PGA)あるいは中性子放射化分析(NAA)など中性子を利用する分析法は、非破壊多元素同時定量の特徴を持っていることから、各種材料中不純物の分析など産業界の幅広い分野において中性子利用を図るうえで重要である。本講演では、原研におけるPGA・NAAの現状,現在われわれが研究を進めている比較標準試料を必要としないPGAとNAAの定量法であるk法の開発研究とその応用の話題を中心に紹介する。

原子炉中性子による即発線分析

米澤 仲四郎

分析化学, 51(2), p.61 - 96, 2002/02

https://doi.org/10.2116/bunsekikagaku.51.61

中性子即発線分析(PGA)は、原子炉の冷中性子等の低エネルギーガイドビームを使用することにより高感度化し、ほかの方法では分析が困難なH,B等の軽元素及び多元素の非破壊分析法として近年大きく発展した。原子炉の中性子を利用するPGAについて原理と特徴及びその歴史について述べた後、装置を炉内型,ビーム型及びガイドビーム型に分類し、その特徴を述べた。さらに、元素分析のための基礎事項及び定量法について述べ、各種分野への応用を述べた。最後に最近開発された中性子レンズによる局所領域,微小試料及び分布分析を述べ、PGAの今後の展開を予測した。

Non-destructive trace element analysis

大島 真澄

Look Japan, 5, p.30 - 31, 2000/06

1台の線検出器を用いる従来の放射性核種分析では、分解能は約1000分の1である。放射性核種は平均して10本オーダーの線を放出するので、少ない核種を含む試料では問題ないが、数十核種を含む試料では線の本数は数百本に達し、これらをすべて分離することは不可能になる。これらの弱い線を定量するためには、一般に化学分離などの操作が必要となる。われわれは多重線を多重線検出装置を用いて同時計測測定する方法により、従来の1次元法に比べ1000分の1倍の百万分の1のエネルギー分解能が得られることを示した。これにより、どれほど多くの核種が存在しても、それらを完全に分離することが可能になった。この方法を中性子放射化分析に応用し、工業技術院地質調査所発行の標準岩石試料JB-1a及びJP-1試料の定量を行ったところ、化学分離等の処理なしに27核種の元素が同時に定量できた。また、同じ手法で49元素の同時定量が可能であることを明らかにした。多重線検出法ではバックグラウンドが大幅に低減するため、微弱なピークの検出が可能になり、実に存在比10(10億分の1)オーダーの核種の定量ができるようになった。以上の結果の紹介と現在計画している高度化などについて解説した。

Non-destructive depth profile analysis of SiO/Si layer by high-energy XPS

山本 博之; 馬場 祐治

Journal of Surface Analysis, 7(1), p.122 - 127, 2000/03

深さ方向分析が非破壊で可能であれば、そのメリットは非常に大きい。XPS(X線光電子分光法)は非破壊法であるが、分析深さは一定であり、通常の方法では深さ方向分布は得られない。XPSの分析深さは光電子の脱出深さに依存しており、その脱出深さは光電子の運動エネルギーによって変化することから、エネルギー可変の放射光(1.8~6.0keV)を励起源として用いると、それぞれのエネルギーに応じて分析深さが変化することが期待される。本研究では種々の励起エネルギーでSi酸化膜のXPSスペクトルを測定し、その分析深さを変化させて測定を行った。これらの結果から、Si(100)基板上のSiO熱酸化薄膜、Oイオン注入層について、表面数mm程度の領域における深さ方向分布を化学状態を含む形で非破壊的に得た。本法は、従来までの深さ方向分析に加えて新たな情報を提供する手法と考えられる。

Prompt -ray analysis of boron with cold and thermal neutron guided beams

米澤 仲四郎; A.K.H.Wood*

Analytical Chemistry, 67(24), p.4466 - 4470, 1995/12

https://doi.org/10.1021/ac00120a006

中性子放射化分析により、各種物質中の微量ホウ素の非破壊定量を行った。試料100~250mgをJRR-3Mの冷中性子または熱中性子ガイドビームで照射し、発生する478keV即発線測定によりホウ素を定量した。試料中のホウ素含量を正確に定量するため、試料サイズの影響、試料中の水素の影響、他元素等の妨害について詳しく検討を行った。確立した方法により、岩石、植物、動物、石炭、石炭灰、堆積物、各種環物質及び原子炉材料等の各種標準物質中のppm~ppbレベルのホウ素の定量を行い、中性子即発線分析の精度、正確さを求めた。本法によるホウ素の検出限界は、黒鉛及びベリリウム中10~20ppb、海洋環境試料中130~260ppb及びその他の試料中50~120ppbであった。

Simulation of the Isotopic Ratio Determination of Plutonium by Ge(Li) -ray Spectrometry

馬場 宏; 八木 秀之

JAERI-M 8451, 36 Pages, 1979/09

JAERI-M-8451.pdf:0.76MB

Ge(Li)線スペクトロメトリによるプルトニウム同位体比決定法の有用性を調べる目的で、シミュレーションプログラムSIMPUGを開発した。このプログラムは2つの部分から構成される。第1部では、特に重要な8つのピーク軍のそれぞれについて、線核データを既知のものとして、与えられた同位体存在比の試料の与えるスペクトルを合成する。次に第2部では、既に開発済みの同位体比決定法に従って、逆にこの合成スペクトルを解析して各寄与核種の存在比を求め、最初に入力した相対存在量と比較する。このシミュレーションプログラムを用いて、解析精度に対する種々の因子、すなわち、検出器の分解能、試料の経年較化、核分裂生成物の混在量等の影響を調べた。