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論文

廃棄物ドラム缶のウラン量を短時間で精度良く定量できる革新的アクティブ中性子非破壊測定技術; 高速中性子直接問いかけ法の実用化

大図 章; 米田 政夫; 呉田 昌俊; 中塚 嘉明; 中島 伸一

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 59(12), p.700 - 704, 2017/12

ウラン廃棄物ドラム缶内のウラン量を定量する従来の非破壊測定法では、内容物の種類やウランの偏在に起因する測定誤差の大きさが問題となるケースや、さらに長時間の測定時間が必要となる測定上の問題がある。このような問題を解決する高速中性子直接問いかけ法というアクティブ中性子非破壊測定法を開発し、実廃棄物ドラム缶のウラン定量に実用化することができた。本報では、本測定法を概説するとともに今後の展望について解説する。

論文

Experiment and analyses for 14 MeV neutron streaming through a dogleg duct

山内 通則*; 落合 謙太郎; 森本 裕一*; 和田 政行*; 佐藤 聡; 西谷 健夫

Radiation Protection Dosimetry, 116(1-4), p.542 - 546, 2005/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:25.79(Environmental Sciences)

核融合炉にはRF加熱ポートや計測用プラグ周りの間隙等、屈曲を設けた放射線ストリーミング経路が幾つかあり、遮蔽設計上の問題となる。モンテカルロ計算はストリーミング効果の詳細評価に重要であるが、一方簡易計算はストリーミング効果を軽減するための設計オプションの選定に有効である。実験と解析によりこれらの計算法の信頼性を評価した。実験は原研FNSの14MeV中性子源により、高さ170cm,幅140cm,厚さ180cmの遮蔽体に断面が30cm$$times$$30cmの2回屈曲ダクトを設けた体系で行った。モンテカルロ計算は実験体系,線源周り構造体、及び実験室を詳細にモデル化し、MCNP/4CコードとFENDL/2及びJENDL-3.3ライブラリーを用いて行った。実験値との差は30%以内であった。簡易計算はDUCT-IIIコードによって行った。その結果は屈曲によるストリーミング成分の変化を良好に再現し、充分な信頼性を持つことを確認した。すなわち、モンテカルロ計算法とともに簡易計算法もまた遮蔽設計評価のために有効な役割を果たすと期待できる。

論文

14MeV中性子直接問かけ法による高感度検出,1; 金属系ウラン廃棄物

春山 満夫; 高瀬 操*; 飛田 浩; 森 貴正

日本原子力学会和文論文誌, 3(2), p.185 - 192, 2004/06

核燃料濃縮施設や核燃料加工施設から発生する廃棄物のほか、このような施設のデコミッショニング計画によって、今後、膨大な量のコンクリート瓦礫や金属系のウラン廃棄物が発生すると予想される。そして、これらの廃棄物のほとんどの部分はクリアランスレベル濃度以下と推測され、このようなウラン廃棄物のクリアランス弁別と高精度な濃度決定に有用な測定技術の開発が待たれている。そこで著者らは、前に提案した14MeV中性子直接問かけ法をウラン廃棄物の測定に用いることを考え、その場合の検出性能について検討した。著者らの考案した14MeV中性子直接問かけ法は悪影響を及ぼす中性子減速・吸収効果を巧みに利用して逆に有効な効果に変えた方法であり、廃棄体マトリックスがコンクリートである場合、従来法に比べて位置感度差がほとんど無く、高感度検出を実現でき、他に比類の無い優れた手法であることを報告した。今回、各種廃棄物のうちドラム缶に金属のみが入れられているようなウラン廃棄物に対し、本検出法が効果的に適用できるか否かの検討をMVP計算コードを用いた計算機実験によって行った。その結果、本検出法は金属系ウラン廃棄物のクリアランス濃度を十分に検認できるものであった。

論文

Shutdown dose evaluation experiment for ITER

森本 裕一*; 落合 謙太郎; 佐藤 聡; 堀 順一; 山内 通則*; 西谷 健夫

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.643 - 648, 2003/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.72(Nuclear Science & Technology)

ITERでは、運転停止後にクライオスタット内で人間による直接保守作業を実現することが重要な課題であり、停止後の線量を精度よく評価する必要がある。しかしながら停止後線量評価手法の精度は実験的に確認されていなかった。原研FNS(Fusion Neutronics Source)では、線量評価手法の精度評価を目的としたベンチマーク実験を実施した。実験は、線源領域と直管ダクトでつながれたキャビティー(作業空間)を模擬した体系で実施し、14MeV中性子を合計60時間照射後、冷却期間をITERで想定されている10$$^6$$秒(11.6日)として線量を測定した。ITER JCTで開発されたモンテカルロ法に基づく線量評価手法を用いて、照射10$$^6$$秒後における1cm線量当量率を評価した結果、この手法は実験値を10%以内の精度で再現可能であることがわかった。

報告書

Curves and tables of neutron cross sections in JENDL-3.3

中川 庸雄; 川崎 弘光*; 柴田 恵一

JAERI-Data/Code 2002-020, 327 Pages, 2002/11

JAERI-Data-Code-2002-020-Part1.pdf:12.62MB
JAERI-Data-Code-2002-020-Part2.pdf:18.38MB

JENDL-3.3に収納されている337核種の中性子断面積を図と表で示した。表には、0.0253eVと14MeVの断面積,マックスウェル平均断面積(kT=0.0253eV),共鳴積分値,核分裂中性子スペクトル平均値を示した。また、典型的な炉心の中性子スペクトル平均値も示した。さらに、核分裂あたりの遅発中性子数と全中性子数を図で示した。

論文

14MeV加速器中性子直接問かけ法による固化廃棄体中核分裂性物質の高感度検出

春山 満夫; 荒 克之*; 高瀬 操*

日本原子力学会誌, 43(4), p.397 - 404, 2001/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.03(Nuclear Science & Technology)

加速器を用いたアクティブ中性子法において、従来の検出法では、核分裂性物質が廃棄体の中心部と最大半径部に存在する場合、100倍以上に達する非常に大きな位置検出応答差が発生し、定量精度及び信頼性を悪化させ、また、中心部の検出が不可能となったりするという問題があった。今回、これらの諸問題を一挙に解決できる新しい検出法(14MeV加速器中性子を廃棄物固体に直接問いかける検出法)を考案し、この検出特性について測定実験により確認するとともに、理論解析による検出原理の解明を行い、良い結果を得た。本稿では、今回提案する新検出法の独特な検出特性と固化廃棄体測定に対する有効性について、従来検出法と比較しながら述べる。

論文

Experimental validation of decay heat calculation codes and associated nuclear data libraries for fusion energy

前川 藤夫; 和田 政行*; 池田 裕二郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 38(1), p.53 - 62, 2001/01

核融合炉の安全設計を行ううえで、14-MeV中性子照射された機器中における崩壊熱を高精度で予測することは極めて重要である。そこで、原研FNSの14-MeV中性子源施設で取得された32種の核融合炉関連材料に対する系統的な崩壊熱実験データを利用し、崩壊熱計算精度の検証を行った。日本で開発された2つの計算コードであるACT4とCINAC、及びJENDLとFENDLの放射化断面積ライブラリ、などのテストを行った。計算値を実験データと比較した結果、2つの計算コードのアルゴリズムは正しく、また多くの放射化断面積や崩壊データは適切であることを確認した。しかし、不適当な放射化断面積、放射化断面積データの欠如、X線や転換電子エネルギーの不適切な取り扱い方法等の問題が依然として存在することがわかった。

論文

Cross-section measurement for the $$^{17}$$O(n,p)$$^{17}$$N reaction by 14MeV neutrons

春日井 好己; 池田 裕二郎; 坂根 仁*

Nuclear Science and Engineering, 136(2), p.258 - 264, 2000/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

14MeV中性子に対する$$^{17}$$O(n,p)$$^{17}$$N反応の断面積を放射化法で測定した。DT中性子源としては原研FNSを使った。封入した$$^{17}$$O濃縮水をDT中性子場で照射し、その後半自動気送管で試料をGe検出器正面まで輸送し半減期4.7秒の$$^{17}$$Nの放射能を測定した。測定結果は、14.9$$pm$$0.1,14.4$$pm$$0.1,13.7$$pm$$0.1MeVの中性子エネルギーに対してそれぞれ23$$pm$$5,11$$pm$$4,$$<$$7mbとなった。今回の測定によって、この反応断面積に対する14MeV付近の励起関数が初めて明らかになった。これによって核融合炉で冷却水として使われる水の放射化による$$^{17}$$Nの生成量を適切に評価することができた。

報告書

IFMIF international fusion materials irradiation facility conceptual design activity reduced cost report; A Supplement to the CDA by the IFMIF team

核融合中性子工学研究室

JAERI-Tech 2000-014, p.192 - 0, 2000/02

JAERI-Tech-2000-014.pdf:7.35MB

本報告書は、第28回核融合調整委員会(FPCC)での国際核融合材料照射施設(IFMIF)のコスト低減と段階的建設に関する答申に基づき、ユーザの要求を越える250mA(2MW/m$$^{2}$$)以上への拡張性を考慮しない等の設計変更によるコスト低減と3段階の建設(50mA→125mA→250mA)によるコスト平準化を検討したものである。その結果、全建設費を概念設計時の797.2MICFから487.8MICFへと削減することを可能にし、第一段階コストを概念設計時の全コストの38%とし、建設期間でのコスト平準化を可能にした。ここで、1MICFは1996年での100万米国ドルに相当する。なお、本報告書内容は、2000年1月のIEA-FPCCに提出される予定である。今後、3年間で要素技術確証を実施し、さらに3年間の技術実証へ移行し、大電流ビーム及び液体リチウム流の連続運転等の実証を行い、IFMIF建設に備える予定である。

論文

Experiments on induced radioactivity characteristics of vanadium alloy

池田 裕二郎; 春日井 好己; 前川 藤夫; 宇野 喜智; R.Johnson*; E.T.Cheng*

Fusion Technology, 34(3), p.714 - 718, 1998/11

低放射核融合構造材候補として開発されているバナジウム合金の14MeV中性子による放射化特性を実験的に調べた。米国GAで開発した組成の異なる3種類のバナジウム合金を原研FNSの14MeV中性子で照射して照射試料から放出される$$gamma$$線を検出し主要な誘導放射能の生成量とともに、特に、合金製造過程で混入する不純物を定量的に求めた。気送管を用いた短時間照射(1分)では$$^{51}$$Ti,$$^{52}$$V,$$^{50}$$Sc,$$^{48}$$Sc等の主要放射能に加えて、シリコン不純物による$$^{28}$$Alが検出された。放射能量から求めたシリコンの量は410から1710ppmの範囲であったが、ほぼ予想された値であった。一方、長寿命放射能を対象として180時間の連続照射(中性子束は約3$$times$$10$$^{15}$$n/cm$$^{2}$$)の結果、$$^{46}$$Sc,$$^{51}$$Cr等の放射能の他に$$^{93}$$Nb(n,2n)$$^{92m}$$Nb反応生成物の$$^{92m}$$Nbが観測された。その結果、30~50ppmのニオブが含まれていることがわかった。低放射化を目指すには、ニオブの量をさらに一桁低減する必要性が明かとなった。

論文

シンチレーションファイバーを用いた指向性14MeV中性子検出器

西谷 健夫; 原野 英樹*; G.A.Wurden*

放射線, 24(1), p.67 - 76, 1998/01

JT-60Uにおけるトリトン燃焼研究を目的とし、シンチレーションファイバーを用いた指向性14MeV中性子検出器をロスアラモス研究所との協力研究により開発した。3cm$$phi$$$$times$$10cmの円柱に91本の穴を開け、それぞれ1mm$$phi$$のシンチレーションファイバーを挿入し、高速光電子増倍管に接続した。検出器の特性はロスアラモス研の1BF中性子源及び原研のFNSを使用して測定した。その結果指向性は$$pm$$40°程度で、そのままでは、14MeV発生プロファイル測定には不十分なため、小型のコリメータ内に検出器を組み込んだ。JT-60Uでは、この検出器を用い、中性粒子加熱時にトリトン燃焼により発生する14MeV中性子の時間変化を10msの時間分解能で測定することができた。

論文

Systematics for (n,$$alpha$$) excitation functions in the neutron energy between 13.3 and 15.0 MeV

春日井 好己; 池田 裕二郎; 山本 洋*; 河出 清*

Annals of Nuclear Energy, 25(7), p.421 - 435, 1998/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:76.16(Nuclear Science & Technology)

(n,$$alpha$$)反応の部分的な励起関数のシステマティクスを中性子エネルギーが13.3から15.0MeVの範囲で、名大と原研FNSグループが測定したデータを使って調べ、14.0MeVでの断面積と相対的な傾きを表す経験式を導出した。相対的な傾きの経験式は反応の実効的なしきい値の関数で表した。また、断面積の経験式は2つのパラメータをもつ簡単な式で表した。経験式を使って13から15MeVでの部分的な励起関数を再現し測定値と比較した結果、計算値は$$pm$$30%の精度で実験値を再現した。

論文

Integral experiment of induced radioactivity in D-T fusion neutron environment and validation of activation cross section library

春日井 好己; 池田 裕二郎; 前川 藤夫; 今野 力; 和田 政行*; 宇野 喜智; A.Kumar*; M.Z.Youssef*; M.A.Abdou*

Fusion Engineering and Design, 42, p.299 - 305, 1998/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:58.55(Nuclear Science & Technology)

ITER/EDA R&D Task T-218として、誘導放射能に対する積分実験を原研FNSで行った。この実験の目的は、ITERにおける核設計に使われる計算コードと放射化断面積ライブラリーの妥当性を検証するための実験データを与えることにある。試料は、14MeV中性子中の実験体系の中心にある銅の中の2ヶ所で照射した。照射後、誘導放射能をGe検出器で測定した。誘導された放射性核種は$$gamma$$線エネルギーから同定され、それぞれの核種についてその崩壊率を求めた。中性子スペクトルはMCNP-4で計算し、その妥当性は、$$^{93}$$Nb(n,2n)$$^{92m}$$Nbなどのドシメトリー反応の反応率と比較して確かめた。実験により得られた誘導放射能は、JENDL-ACT96とFENDL-A1.2を使った計算値と比較した。その結果、一般的にJENDL-ACT96の方が比較的実験値と良い一致を示しているが、FENDL-A1もほぼ一致していることがわかった。

論文

Japanese contribution to ITER task of irradiation tests on diagnostics components

西谷 健夫; 石塚 悦男; 角田 恒巳; 佐川 尚司; 大山 幸夫; 飯田 敏行*; 杉江 達夫; 野田 健治; 河村 弘; 河西 敏

Fusion Engineering and Design, 42, p.443 - 448, 1998/00

 被引用回数:22 パーセンタイル:84.39(Nuclear Science & Technology)

日本のホームチームが現在実施しているITER計測機器要素の照射試験において、今までに得られた結果を報告する。セラミックス絶縁材については、14MeVの中性子による放射線誘起伝導(RIC)の変化をFNSで測定した。また窓材の放射線誘起発光の絶対測定をFNSで行うと共に、JMTRにおいて窓材の透過率変化の測定を行った。更にモリブデン製の反射鏡の照射試験をJMTRにおいて実施した。その結果反射率の変化はみられなかった。JT-60タイプのボロメータの照射試験を$$^{60}$$Co照射の下で行ったが、100MGyの照射量まで正常に動作することが確認できた。

報告書

Effects of primary recoil (PKA) energy spectrum on radiation damage in FCC metals

岩田 忠夫*; 岩瀬 彰宏

JAERI-Research 97-073, 45 Pages, 1997/10

JAERI-Research-97-073.pdf:1.55MB

本報告は、核融合炉14MeV中性子による材料の照射損傷を既存の放射線源を利用した照射実験から予測するために、いわゆる照射損傷の相互比較の物理的枠組を構築することを目的としている。我々は、照射イオンの種類とエネルギーを大巾に変えて極低温イオン照射実験を行い、欧米での極低温電子線、中性子照射実験の結果も合わせて、この相互比較の物理的枠組の構築に成功した。照射粒子が異なると、反跳原子(PKA)エネルギースペクトルが異なるが、その結果生成される照射損傷を特徴づけるパラメータとしてPKAメディアンエネルギーという量を定義した。従来行われてきた照射損傷のDPA評価から出発する場合、照射粒子の相違によるDPA評価からのずれが、このPKAメディアンエネルギーを尺度として統一的に記述できる。

報告書

Neutronics analysis of international fusion material irradiation facility (IFMIF); Japanese contributions

大山 幸夫; 小迫 和明*; 野田 健治

JAERI-Research 97-065, 84 Pages, 1997/10

JAERI-Research-97-065.pdf:2.25MB

核融合実証炉、DEMO炉へ向けての材料開発においてはD-T中性子に耐照射性のある材料の開発は構造安全の観点からの必須である。このためにいくつかの低放射化材料が提案されている。しかし、DT中性子照射施設が無いために照射実験データが無く、このような施設が強く望まれている。国際的な合意に基づきIEAの下で国際核融合材料照射施設(IFMIF)の概念設計活動(CDA)が行われた。その中でIFMIFに関する中性子工学的解析が日米欧の3極で行われた。本報告は日本の貢献として線源項、入射ビーム角及びビーム形状の最適化、照射モジュール内でのdpa、He生成、核発熱について述べる。また、線源項の不確定さが結果に及ぼす影響について調べた。

報告書

JT-60Uにおけるシンチレーションファイバー検出器を使用したトリトン燃焼研究

原野 英樹*

JAERI-Research 97-060, 132 Pages, 1997/09

JAERI-Research-97-060.pdf:4.49MB

プラズマ中の高速イオンの挙動解明は核融合炉実現のための必須条件であり、トリトン燃焼はそのための最も有効なアプローチの一つである。本研究ではトリトン燃焼の時間変化測定のため、指向性DT中性子検出器シンチレーションファイバ検出器を開発し、JT-60Uに設置した。本検出器は耐放射線性に優れる他、核融合放射線場からDT中性子のみを高時間分解能、かつ高ダイナミックレンジにて選別し測定するという特長を持つことを各種性能試験により確認した。またJT-60Uにて本検出器により測定した放電中のDT中性子発生率の時間変化をOFMCコード等を用いて解析した結果、トリトンの減速過程は古典的減速モデルに従うこと、トリトンの古典的輸送過程はリップル輸送に支配されること等、高速イオンの挙動に関する幾つかの有益な知見が見られた。

報告書

核融合実験炉用窓材料の14MeV中性子照射実験

佐藤 文信*; 大山 幸夫; 飯田 敏行*

JAERI-Research 97-042, 87 Pages, 1997/06

JAERI-Research-97-042.pdf:2.38MB

熱核融合炉のプラズマ診断計測システムで問題となる窓の放射線照射による発光雑音を評価するために、14MeV中性子発生装置を利用して、中性子照射中の窓材料からの発光を光ファイバとフォトンカウンティング装置によって測定する実験システムを製作し、サファイア、高純度石英ガラス、石英単結晶からの発光スペクトルと強度を測定した。全ての試料において、発光強度は10$$^{6}$$~10$$^{11}$$n/cm$$^{2}$$/s領域の中性子強度にほぼ比例していた。14MeV中性子照射実験でのサファイアの発光効率は、Fセンター発光が2200$$pm$$700photons/MeVであり、F$$^{+}$$センターによる発光は、Fセンターに比べて2桁近く小さい強度であった。高純度石英ガラスでは、450nm付近に酸素空孔での励起子による発光が観測され、可視域での14MeV中性子誘起による発光効率は5$$pm$$3photons/MeVで、$$gamma$$線による発光効率135$$pm$$50photons/MeVに比べて3~4%の値であった。また、石英単結晶では、さらに650nm付近の発光が観測され、その発光効率は、14$$pm$$4photons/MeVであった。

論文

Fusion neutronic source deuterium-tritium neutron spectrum measurements using natural diamond detectors

A.V.Krasilnikov*; 金子 純一; 西谷 健夫; 前川 藤夫; 磯部 光隆*

Review of Scientific Instruments, 68(4), p.1720 - 1724, 1997/04

 被引用回数:36 パーセンタイル:88.77(Instruments & Instrumentation)

本論文は、A.V.Krasilnikov氏が原研招聘制度により、原研滞在中に行った研究の一部である。天然ダイヤモンド検出器は、放射線に強い半導体検出器であり、ITERにおけるイオン温度測定用中性子スペクトロメータの有力な候補である。この検出器をJT-60に取り付け、トリトン燃焼によるDT中性子の測定を行う前に、FNS(核融合中性子源)を使用して、天然ダイヤモンド検出器の特性測定を行った。その結果、ダイヤモンド検出器としては世界最高の1.95%(14MeVにおいて)のエネルギー分解能を確認した。この値はITER用中性子スペクトロメータの目標エネルギー分解能2%を満たしており、ITERへの応用に明るい見通しを与えた。

報告書

Curves and tables of neutron cross sections in JENDL-3.2

柴田 恵一; 中川 庸雄; 菅野 秀満*; 川崎 弘光*

JAERI-Data/Code 97-003, 752 Pages, 1997/02

JAERI-Data-Code-97-003.pdf:15.95MB

評価済核データライブラリーJENDL-3.2に収納した340核種の中性子断面積を図と表の形でまとめた。図には、全断面積、弾性散乱断面積及び中性子捕獲断面積の70群の平均値も示した。表には、JENDL-3.2から計算した熱中性子エネルギー断面積、14MeV断面積、共鳴積分値、マックスウェル及び核分裂スペクトル平均断面積を与えた。

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