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論文

Fusion power measurement based on $$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N reaction in flowing water

西谷 健夫; 宇野 喜智; 金子 純一*; 落合 謙太郎; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.1139 - 1142, 2002/08

FNSで行った実験結果に基づき、流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。水配管は径20mmとし、照射端は赤道面のフィラーブランケットモジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外のピットに設置し、照射端からの距離は20mとした。この配置に基づき、各種特性をMCNP-4bコードを用いて評価を行った。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms( ITER要求値)以下となった。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。$$gamma$$線測定ステーションにおいて異なる検出効率の$$gamma$$線検出器を2台用いることによって、100kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。

報告書

Design of neutron monitor using flowing water activation for ITER

西谷 健夫; 海老澤 克之*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2002-033, 40 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-033.pdf:1.54MB

流水の放射化を利用したITER用中性子モニターの設計を行った。照射端は赤道面のフィラー遮蔽モジュール内に真空容器を貫通して挿入する構造とした。$$gamma$$線測定ステーションは生体遮蔽外の上部ピットに設置し、照射端からの距離は20mとした。真空容器、ブランケットモジュール、フィラー遮蔽モジュール、第1壁を3次元モデル化し、JENDL 3.2核データライブラリーを使用したMCNP-4bコードを用いて各種特性を評価した。時間分解能は水配管に沿った放射化反応の分布及び乱流拡散を考慮して、10m/sの流速に対し時間分解能100ms(ITER要求値)以下であり、100kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。また放射化量はプラズマの位置にほとんど依存しないことがわかった。

報告書

Reliability assessment of high energy particle induced radioactivity calculation code DCHAIN-SP 2001 by analysis of integral activation experiments with 14MeV neutrons

甲斐 哲也; 前川 藤夫; 春日井 好己; 小迫 和明*; 高田 弘; 池田 裕二郎

JAERI-Research 2002-005, 65 Pages, 2002/03

JAERI-Research-2002-005.pdf:2.75MB

14-MeV中性子を用いた積分放射化実験解析を通して、高エネルギー粒子誘導放射能計算コードDCHAIN-SP 2001の信頼性評価を行った。解析を行った実験は、原研FNSのD-T中性子源を用いて行われた(1) 核融合炉材料の崩壊$$gamma$$線測定実験,(2) 32種の核融合炉材料に対する崩壊熱測定実験,(3)水銀の積分放射化実験、の3件である。解析の結果、DCHAIN-SP 2001による計算は、(1)$$sim$$(3)の実験値をそれぞれ30%,20%,20%以内で予測することができた。Beteman方程式の解法アルゴリズム,及び20MeV以下の放射化断面積と付属の崩壊データについて適切であるという結論が得られた。

論文

Technical feasibility study on 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 泰成; 池田 裕二郎; 竹内 浩

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.809 - 813, 2001/01

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。これは、水と14-MeV中性子により起こる$$^{16}$$O(n,p)$$^{16}$$N反応によって生成する$$^{16}$$Nの崩壊に伴う6-MeVの$$gamma$$線を測定することで、D-T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る。本核融合出力モニターは、第一壁から生態遮蔽の外側にまで張り巡らされたループ状の水配管と$$gamma$$線検出器(例えばBGOシンチレータ)から構成され、高信頼性、長期安定性、絶対測定及び保守性の点で優れた特徴を持つ。パルス中性子を用いた時間分解能測定実験では、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核酸モデルによって記述できることを明らかにした。

論文

A Study on 14MeV neutron beam characteristics and its applications

坂根 仁*; 宇野 喜智; 前川 藤夫; 春日井 好己; 今野 力; 金子 純一; 池田 裕二郎

Reactor Dosimetry: Radiation Metrology and Assessment (ASTM STP 1398), p.375 - 382, 2001/00

原研FNSの14-MeV単色中性子源にコリメータ及び遮蔽体を設置し、14-MeV中性子ビームを利用可能にした。遮蔽体は鉄製プリコリメータ(厚さ50cm)及び鉄(120cm)、ポリエチレン(40cm)、カドミニウム(100cm)、鉛(20cm)からなるメインコリメータで構成されており、コリメータ径は2cmである。コリメータ出口における中性子ビーム特性をシンチレーション検出器やイメージングプレートにより実験的に、またMCNPコードによる計算で調べた結果、最大14-MeV中性子束は約2$$times$$10$$^{6}$$n/cm$$^{2}$$/sであり、これと比較してビーム領域外では中性子束が4桁以上低いこと、及びビーム中の14-MeV中性子成分の割合は99.9%以上に達することが分かった。応用の一例として2次$$gamma$$線生成断面積測定を行い、従来のパルス中性子に比べて2桁以上効率の良い測定が実現できた。また優れた近接性や低バックグラウンドが達成されていることが示され、今後の利用が期待される。

論文

Experimental study on beryllium-7 production via sequential reactions in lithium-containing compounds irradiated by 14-MeV neutrons

前川 藤夫; Verzilov, Y.M.*; Smith, D. L.*; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Materials, 283-287(Part.2), p.1448 - 1452, 2000/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.85(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉のトリチウム増殖材であるリチウムは、14-MeV中性子照射ではトリチウム以外に放射能は生成しないとされている。しかし実際に照射を行うと、ベリリウム-7を生成する。これは、14-MeV中性子反応により生成した陽子や重陽子がさらにリチウム-6やリチウム-7と反応(シーケンシャル反応)してベリリウム-7を生成するためである。そこで、原研FNSのD-T中性子源で酸化リチウム、炭酸リチウム及び水酸化リチウムを照射し、これらの化合物中における実効ベリリウム-7生成断面積を測定した。酸化リチウムの場合の実効断面積は約0.05mbであった。この結果は、SiC等の低放射化構造材料を用いる核融合炉の炉停止後のブランケット中の生成誘導放射能を評価するうえで、シーケンシャル反応によるベリリウム-7生成を十分に考慮しなければならないことを示している。

論文

Development of whole energy absorption spectrometer for decay heat measurement

前川 藤夫; 和田 政行*; 池田 裕二郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 450(2-3), p.467 - 478, 2000/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:45.19(Instruments & Instrumentation)

崩壊熱の新しい測定装置である「全エネルギー吸収スペクトロメータ」を開発した。これは1対の大型BGOシンチレータ(120mm$$phi$$$$times$$100)により、放射化した試料から放出される$$beta$$線と$$gamma$$線のエネルギーを100%に近い検出効率で測定するものである。スペクトロメータの性能を調べるために14-MeV中性子源を用いた実験を行った結果、1分から400日の幅広い冷却時間範囲において、およそ6~10%の精度で崩壊熱を測定することができた。この実験から、今回開発したスペクトロメータの高検出効率、耐高計数率性、高精度、広いダイナミックレンジ等の特徴が明らかになった。また、本スペクトロメータは原子核崩壊のQ値測定への応用が可能であることを示した。

論文

Investigation on prediction capability of nuclear design parameters for gap configulation in ITER through analysis of the FNS gap streaming experiment

前川 藤夫; 今野 力; 和田 政行*; 春日井 好己; 大山 幸夫; 宇野 喜智; 前川 洋; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.263 - 267, 2000/03

国際熱核融合実験炉(ITER)の工学設計活動のR&Dタスク「中性子工学遮蔽実験(T-218)」として、原研FNSで行われたITERのためのギャップストリーミング実験の解析を行った。実験体系を詳細にモデル化し、3次元モンテカルロ輸送計算コードMCNP-4AとFENDL/E-1.0及びJENDL Fusion Fileに基づく断面積ライブラリを用いて計算を行った結果、すべての計算値はおおむね30%以内で実験値と一致した。このため、詳細なモデル化を行えば、現在ITERの設計で使われているこれらのコードや核データベースにより、ITERのブランケットモジュール間にできる約2cm幅のギャップによる中性子や$$gamma$$線のストリーミング現象を適切に取り扱い、ブランケットモジュール脚部の再溶接箇所のヘリウム生成率や真空容器背後のトロイダル磁場コイルに対する核応答を精度良く評価できることが実証された。

論文

Decay heat experiment on thirty-two fusion reactor relevant materials irradiated by 14-MeV neutrons

前川 藤夫; 池田 裕二郎

Fusion Engineering and Design, 47(4), p.377 - 388, 2000/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:61.56(Nuclear Science & Technology)

核融合炉において崩壊熱は、冷却材喪失事故時等の安全性解析にとって重要である。そこで、核融合関連材料に対する崩壊熱測定実験を行った。32種の試料を原研FNSの14MeV中性子源により照射し、冷却時間1分~400日の広い冷却時間の範囲において、全エネルギー吸収スペクトロメータにより試料から発生する崩壊熱を測定し、核融合炉の分野では初の系統的な崩壊熱実験データを取得した。また、今後の実験解析に必要な照射場における中性子スペクトルを決定した。さらに実験事実から、シーケンシャル反応、不純物の放射化、低エネルギー中性子誘導反応及び放射線分解といった核融合炉の設計において忘れがちな現象も重要であることが明らかになった。

報告書

Decay heat experiment and validation of calculation code systems for fusion reactor

前川 藤夫; 和田 政行*; 池田 裕二郎

JAERI-Research 99-055, p.188 - 0, 1999/10

JAERI-Research-99-055.pdf:8.59MB

核融合炉の冷却材喪失事故時等の安全性解析において、崩壊熱量の正確な評価は極めて重要である。そこで、ITER/EDAのタスク(T-339)として崩壊熱測定実験を行い、その妥当性を検証した。まず、崩壊熱を高精度かつ効率的に測定できる検出器、全エネルギー吸収スペクトロメータを開発し、原研FNSの14-MeV中性子で照射した32種の試料から発生する崩壊熱を1分~400日の冷却時間範囲にわたって測定した。実験解析により崩壊熱計算コード(ACT4,CINAC-V4)、放射化断面積ライブラリー(FENDL/A-2.0,JENDL放射化ファイル等)、及び崩壊データの妥当性を検証した結果、コードやデータに修正すべき問題点が見つかった。これらに対処した結果、多くの試料について計算値は実験値と良い一致を示した。特にITERで重要なステンレス鋼316及び銅については、崩壊熱を10%以内の精度で予測できることがわかった。

論文

Response function measurement of a synthetic diamond radiation detector for 14 MeV neutrons

金子 純一; 池田 裕二郎; 西谷 健夫; 片桐 政樹

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.1100 - 1103, 1999/01

 被引用回数:20 パーセンタイル:76.41(Instruments & Instrumentation)

ダイヤモンド放射線検出器は$$^{12}$$C(n,$$alpha$$)$$^{9}$$Be反応を用いることで14-MeV中性子エネルギースペクトロメータとして動作する。さらにダイヤモンド放射線検出器はコンパクトサイズ、高検出効率、十分な耐放射線性等の優れた特長を持つ。そこでダイヤモンド放射線検出器はITERにおけるプラズマイオン温度分布測定システム用14-MeV中性子エネルギースペクトロメータの有力候補と考えられている。最近の結晶合成技術の進歩により、高純度単結晶ダイヤモンドの入手が可能になってきている。それらの結晶を用いて放射線検出器を試作し、14-MeV中性子に対する応答関数測定を行った。その結果$$^{12}$$C(n,$$alpha$$)$$^{9}$$Be反応で生じたピークを人工ダイヤモント放射線検出器として初めて観測することに成功した。

論文

Experimental validation of calculations of decay heat induced by 14MeV neutron activation of ITER materials

N.P.Taylor*; 池田 裕二郎; Bartels, H.-W.*; G.Cambi*; D.G.Ceprage*; E.T.Cheng*; R.A.Forrest*; H.Iida*; H.Y.Khater*; 前川 藤夫; et al.

Fusion Engineering and Design, 45(1), p.75 - 88, 1999/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:55.01(Nuclear Science & Technology)

ITER等のD-T核融合炉の冷却材喪失事故時には、14-MeV中性子によって放射化した材料中に生じる崩壊熱が温度上昇による事故拡大の原因となる。このため、ITERの安全解析で使われる崩壊熱計算コード及び核データライブラリは高精度であることが要求される。そこで、原研FNSで行われたITER関連材料に関する崩壊熱測定実験の結果をもとに、各国で使われているさまざまな崩壊熱計算コード及びライブラリの精度検証のための国際ベンチマークを行った。その結果、放射化断面積ライブラリFENDL/A-2を用いた場合、ITERの事故解析で重要な時間範囲において各計算コードとも実験値と良く一致する崩壊熱を与えることがわかった。

論文

14MeV強力中性子源

塚田 甲子男

日本原子力学会誌, 18(9), p.548 - 553, 1976/09

米国リバーモア研究所の回転型メタル・ターゲットおよびロスアラモス研究所の超音速ジェット・ターゲットによる強力中性子源を中心に、14-MeV強力中性子源について解説を行う。

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