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論文

高速中性子直接問いかけ法を用いた核物質量のオンサイト測定

米田 政夫

ぶんせき, 2019(10), p.459 - 461, 2019/10

原子力施設の操業及び廃止措置時には核燃料物質を含む廃棄物が発生し、原子力事業者はそれら廃棄物に含まれる核燃料物質をオンサイトで計量する必要がある。主な計量の方法は放射線による非破壊測定であり、廃棄物が収納されたドラム缶を開封することなく実施される。また、廃棄物測定用途以外では、核セキュリティ分野等において核物質の非破壊測定が用いられている。核物質の非破壊定量法の分類として、パッシブ法とアクティブ法がある。パッシブ法とは、測定対象物に含まれる核物質等が自発的に崩壊する際に放出されるガンマ線や中性子を測定することにより核物質量を定量する手法である。それに対してアクティブ法とは、測定対象物の外部から中性子等を照射して反応を誘発し、放出される中性子又はガンマ線を測定して核物質量を定量する手法であり、特に中性子を計測する非破壊測定手法を「アクティブ中性子法」と呼んでいる。日本原子力研究開発機構(JAEA)の原子力基礎工学研究センター(NSEC)では、アクティブ中性子法の一つである「高速中性子直接問いかけ法(FNDI法: Fast Neutron Direct Interrogation)」を開発してきた。このFNDI法は、高感度で測定時間が短いというアクティブ中性子法が持つ特長に加え、パッシブ法で問題となる内容物の種類, 嵩密度, 不均一性、及び核物質の偏在の影響を受けにくいという特長も有することもあり、NSECにおいて廃棄物ドラム缶用の核燃料物質測定装置として実用化した。本稿ではアクティブ中性子法の測定原理及びその後の発展・実用化について紹介する。

口頭

福島第一原子力発電所における燃料デブリ中の核燃料物質定量に関する候補技術の特性研究,3; アクティブ中性子法

米田 政夫; 前田 亮; 大図 章; 呉田 昌俊; 藤 暢輔

no journal, , 

将来実施される福島第一原子力発電所の燃料デブリ取り出し作業において、取り出したデブリの計量管理は核物質管理の点からも重要である。しかし、燃料デブリの形状・組成は不明であり、そこには多くの核物質や中性子吸収材を含む可能性があるため、その計量管理は困難となることが予期される。アクティブ中性子法の一つである高速中性子直接問いかけ法による測定のシミュレーションを、様々なデブリ組成に対して実施することにより、燃料デブリに対する本手法の適用可能性に関する検討を行った。本手法は中性子を用いた計測であるため、デブリ中に含まれる中性子吸収材の影響を強く受ける。シミュレーションの結果、制御棒材料であるB $$_{4}$$Cが均質かつ大量に混ざっていると仮定したデブリ試料に対しては、計測が困難であることが分かった。一方、可燃性毒物であるGdについては、その存在量がB $$_{4}$$Cに比べて少ないことから、B $$_{4}$$Cに比べて影響が比較的小さく、計測可能であることが明らかになった。

口頭

高速中性子直接問いかけ法で用いる中性子検出器用アンプの性能試験

米田 政夫; 前田 亮; 飛田 浩; 大図 章; 呉田 昌俊; 藤 暢輔

no journal, , 

高速中性子直接問いかけ法は、中性子発生管から放出されるパルス中性子(問いかけ中性子)を核物質に直接照射し、問いかけ中性子と核物質との反応で発生する核分裂中性子を測定することにより核分裂性物質の総重量を求める手法である。本手法では短時間で発生した多数の中性子をパルスモードで計測する必要があることから、高計数率に対応したアンプが不可欠である。更に、今後の測定対象物候補の一つとして高線量の$$gamma$$線を発するものが考えられ、その測定では$$gamma$$線によるパイルアップ現象を避けるために高速波形処理が可能なアンプが必要となる。高速波形処理を行うため、ダブルディレイラインシェーピング回路を有するアンプを製作した。本回路の基本的な仕組みは、長いテール部を有するパルスを、ディレイラインを通したパルスと重ね合わせることにより長いテール部を消去させることであり、これにより高線量$$gamma$$線に対しても耐性を有している。本アンプの耐性試験を、京都大学原子炉実験所のコバルト60$$gamma$$線照射装置を用いて実施した。試験の結果、2Gy/h以下であれば中性子測定が可能であることが分かった。これは、開発したアンプが一般的なアクティブ中性子法装置で用いられるアンプの約2倍の耐性を持つことを示している。

口頭

高速中性子直接問いかけ法用高速応答中性子検出器バンクの開発

前田 亮; 古高 和禎; 大図 章; 米田 政夫; 藤 暢輔

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)事故では原子炉燃料と原子炉構造体が溶融凝固し燃料デブリが発生しており、廃止措置では燃料デブリに含まれる核物質の計量管理が必要になると予想される。原子力機構では核物質非破壊測定技術の一つである高速中性子直接問いかけ(FNDI)法を開発してきた。FNDI法では中性子発生管からの問いかけ中性子を測定試料へ照射し、試料のマトリクスで減速された熱中性子により核分裂を誘発して、発生した核分裂中性子を高速中性子のみに有感な中性子検出器バンクで測定することで試料内の核物質量を推定する。FNDI法では中性子計数が1/eに減少するまでの時間で定義される、中性子消滅時間を利用して測定試料マトリクスの影響を低減するため、測定試料内での熱中性子の消滅時間が短い場合、応答の速い検出器バンクが要求される。本研究では、燃料デブリ測定に適した高速応答を有する中性子検出器バンクを開発し、シミュレーションによりその性能を評価した。

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