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報告書

Feasibility study of the water cherenkov detector as a D-T fusion power monitor in the system using neutron activation of flowing water; First experimental phase

Verzilov, Y. M.; 落合 謙太郎; 西谷 健夫

JAERI-Research 2003-019, 25 Pages, 2003/09

JAERI-Research-2003-019.pdf:2.42MB

流水を用いた中性子モニター法は$$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N反応に基づいている。本研究ではシンチレーション$$gamma$$線検出器を用いたITERの中性子モニターシステムを著しく改善するための新しい手法を提案する。基本的概念は核融合炉の真空容器近傍の水中で生成される$$^{16}$$Nからの$$beta$$粒子によるチェレンコフ光を光ファイバーで外部に引き出し、光検出器で計測するものである。その原理実証実験を2段階に分けて実施する。まず第1次実験では、よく遮蔽された測定室において照射された水からのチェレンコフ光の測定できることを確認する。第2段階では、水を中性子源近傍に設置し、照射下のチェレンコフ光を光ファイバーで伝送して測定する。第1次実験は原研FNSで実施し、第1次実験の目的のためにチェレンコフ光検出器をよく遮蔽された測定室に設置した。FNS加速器は直流モードで運転し、中性子発生率は約2$$times$$10$$^{11}$$n/s、水ループの流速は約1m/sであった。測定された信号はエネルギースペクトルと減衰時間から、$$^{16}$$Nの$$beta$$粒子によるチェレンコフ光によるものであると確認した。本研究により、水チェレンコフ検出器は、計数効率が高く、さらにシンチレーション検出器を必要としない簡便な手法であるため、$$^{16}$$Nの検出器として有用であることを示した。

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

https://doi.org/10.1063/1.1320996
 被引用回数：8 パーセンタイル：46.49(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 New method for fast neutron dosimetry with a circulating liquid

D.L.Smith*; 池田 裕二郎; 宇野 喜智; 前川 藤夫

Proc. of 9th Int. Symp. on Reactor Dosimetry, 0, p.138 - 145, 1996/00

高速中性子照射した水の中には主として$$^{16}$$O(n,p)反応により$$^{16}$$Nが生成され、$$^{16}$$Nは半減期7.3秒で崩壊し6.1MeVの$$gamma$$線を放出する。既知の反応断面積からその$$gamma$$線の測定により中性子場の強度をモニターできる。また、感度の異なる反応を有する元素を水に溶解することで広範囲の中性子束モニターが可能である。概念の妥当性をD-T中性子源FNSを用いて実験的に確かめた。水循環ループの一端をD-T中性子源の前面に設置し、中性子源から30mの地点で循環流から放出される$$gamma$$線を測定した。純水にYCl$$_{3}$$を溶解し、$$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$Nに加えて$$^{89}$$Y(n,n')$$^{89m}$$Y及び$$^{37}$$Cl(n,p)$$^{37}$$S反応も測定した。流速・流量、距離を用い中性子源強度を導出した結果、既存のモニターの値と誤差の範囲で一致した。本実験により、循環流体ドシメトリー法は、ITER等のD-T燃焼核融合実験装置の中性子発生モニターのみならず任意の高速中性子場ドシメトリーに有効であることが示された。

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