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論文

First measurement of time-resolved neutron yield on JT-60U using a microfission chamber

林 孝夫; 西谷 健夫; 石川 正男

Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3575 - 3577, 2004/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:47.59(Instruments & Instrumentation)

ITERでは、核燃料物質を内蔵した小型円筒形の電離箱であるマイクロフィッションチャンバー(MFC)を中性子モニタとして真空容器内に設置する予定であり、そこでは強磁場中における中性子計測となる。今回、ITER運転期間中の中性子計測効率の変化が十分小さくなるように原研で設計開発したMFC(長さ:200mm, 直径:14mm, UO$$_{2}$$:12mg, $$^{235}$$U濃縮度:90%)を用いてJT-60U真空容器のすぐ外側(トロイダルコイルの内側)において中性子計測を行うことにより、強磁場中($$sim$$2T)での中性子モニタとしての健全性を初めて評価した。MFCで計測された中性子発生率は、JT-60Uの既設の中性子モニタとの優れた線形性を示し、MFCの計測における磁場の影響は見られなかった。しかしNBI装置のブレークダウン時にノイズ信号が確認され、このノイズ信号はブレークダウンの発生場所に依存しなかった。またプラズマディスラプション時にはノイズ信号は確認されなかった。ノイズの発生原因はおそらく検出器からプリアンプまでの長いケーブル配線によるものであり、このノイズ信号を除いた場合の計測精度はITERで要求されている精度($$leq$$10%)を満足した。その結果、ノイズ対策の強化によりITERでの中性子モニタとしての有用性を確認した。

報告書

熱外中性子検出によるTRACY超臨界実験の出力履歴の測定

中島 健; 柳澤 宏司; 三好 慶典

JAERI-Tech 2003-028, 31 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-028.pdf:1.38MB

TRACYを用いた超臨界実験における出力履歴を精度良く測定するために、熱外中性子検出による出力測定を試みた。熱外中性子の測定のために、カドミウム(Cd)被覆の$$^{235}$$U核分裂電離箱を使用し、中性子検出効率を向上させるための中性子減速材としてポリエチレンをCd被覆内に設置した。また、$$gamma$$線によるノイズの影響を低減するために鉛遮蔽体を設けた。測定結果を熱中性子検出器の結果と比較したところ、従来の熱中性子検出では中性子が検出器に到達するまでの飛行時間によって生じる時間遅れの影響により出力に歪みが生じ、また、出力ピーク値が減少することが明らかになった。出力ピーク値の減少率は、添加反応度1.5$の比較的ゆっくりとした出力変化の場合には約4%であったが、反応度が約3$の高速出力変化では、40%以上と大きくなった。

報告書

Design of ex-vessel neutron monitor for ITER

西谷 健夫; 井口 哲夫*; 海老澤 克之*; 山内 通則*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2002-062, 39 Pages, 2002/07

JAERI-Tech-2002-062.pdf:1.65MB

$$^{235}$$Uフィッションチェンバーを用いたITER用の真空容器外中性子モニターの設計を行った。$$^{235}$$Uフィッションチェンバーの感度が入射中性子のエネルギーに対し一定となるように減速材の設計を行った。ITERの水平ポート内の温度環境下で安定な、ベリリウムと炭素を減速材とし、Be/C比を0.25とした。中性子検出器としては中性子輸送計算に基づき、$$^{235}$$U 200mgのフィッションチェンバーを採用した。3つの検出器をステンレス鋼のケース付きの減速材内に組み込み一つのアセンブリとし、このアセンブリを2セット水平ポートに取付ける設計とした。この内一つはD-D運転と較正用であり、もう一つはD-T運転用である。D-D運転と較正用のアセンブリは水平ポート内のポートプラグのすぐ外側に設置し、D-T運転用アセンブリはポート中間の追加遮蔽体の陰に取付ける。信号処理ではパルス計数方式とキャンベル方式を併用することによって、ITERの要求仕様である7桁のダイナミックレンジと1msの時間分解能を達成できることを示した。また$$gamma$$線と磁場の影響は、無視し得ることがわかった。

報告書

Performance test of micro-fission chambers for in-vessel neutron monitoring of ITER

山内 通則*; 西谷 健夫; 落合 謙太郎; 森本 裕一*; 堀 順一; 海老澤 克之*; 河西 敏

JAERI-Tech 2002-032, 41 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-032.pdf:2.62MB

ITER(ITER-FEAT)真空容器内の中性子モニターの開発を目的として、12mgの二酸化ウランを用いたマイクロフィッションチェンバーとウランのないダミーチェンバーを製作し、性能試験を行った。基本性能として、MIケーブルを取り付けたダミーチェンバーの真空リーク率、チェンバー内の導体と外側容器の絶縁性能、50Gまでの加速度に対する耐性はいずれも設計要求条件を満たした。$$gamma$$線に対する感度試験は日本原子力研究所高崎研究所の$$^{60}$$Coガンマ線照射装置によって行った。それによれば、ITER-FEATブランケット背後の環境で、$$gamma$$線に対する感度は中性子に対する感度の0.1%以下と評価できた。また14MeV中性子に対する検出器の応答は東海研究所の核融合中性子源(FNS)によって試験した。その結果、20$$^{circ}C$$(室温)から250$$^{circ}C$$までの範囲で計数率と中性子束の良好な直線性が確認できた。遮蔽体がある場合の検出器応答は遮蔽ブランケットの模擬体を用いて試験を行い、MCNP計算の結果と良く一致したデータが得られた。それによると中性子の減速により検出器の感度は上昇するが、遮蔽体の変動による感度の変化は小さい。結論として、本マイクロフィッションチェンバーはITER-FEATの中性子モニターとして充分な性能を有することがわかった。

報告書

Design of in-vessel neutron monitor using micro fission chambers for ITER

西谷 健夫; 海老澤 克之*; Walker, C.*; 河西 敏

JAERI-Tech 2001-066, 57 Pages, 2001/10

JAERI-Tech-2001-066.pdf:1.89MB

マイクロフィッションチェンバーを用いた、コンパクトITER(ITER-FEAT)用中性子モニターの設計を行った。中性子モンテカルロコードMCNP-4bを用いて、マイクロフィッションチェンバーの応答を計算し、マイクロフィッションチェンバーを取付けるための最適な位置を決定した。その結果、外側上部及び下部の遮蔽ブランケットモジュールの裏面にマイクロフィッションチェンバーを取付け、その出力の平均を取ることによって、プラズマ位置や中性子発生分布の変化の影響を受けずに中性子発生量を測定できることを明らかにした。また$$gamma$$線等によるノイズを評価するために、$$^{235}$$Uを含むマイクロフィッションチェンバーと核分裂物質を含まないダミーチェンバーを併せてブランケット裏面に取付けることとした。信号処理ではパルス計数方式とキャンベル方式を併用することによって、ITERの要求仕様である7桁のダイナミックレンジと1msの時間分解能を達成できることを示した。また10$$^{11}$$ n/sの強度中性子発生装置を真空容器内で移動させることにより、マイクロフィッションチェンバーのその場較正試験が可能であることを、MCNP計算により示した。最終的に、この中性子モニターはITERの要求精度10%を満足するものである。

報告書

高温照射場の中性子線量計測法の検討

小佐古 敏荘*; 杉浦 紳之*; 工藤 和彦*; 森 千鶴夫*; 飯本 武志*; 四竈 樹男*; 片桐 政樹; 林 君夫; 相原 純; 柴田 大受; et al.

JAERI-Review 2000-017, 78 Pages, 2000/10

JAERI-Review-2000-017.pdf:4.62MB

原研は、高温工学試験研究炉(HTTR)を用いる高温照射研究である「高温工学に関する先端的基礎研究」を平成6年度から実施している。平成9年度には、同研究の推進母体であるHTTR利用検討委員会に「高温放射線下での照射線量評価タスクグループ」が設置された。本報告書は、同タスクグループが、HTTRを用いる高温照射研究に資するため、高温高放射線場における中性子計測器についての開発課題を調査検討した結果をまとめたものである。取り上げた検出器は、日本国内については、(1)小型核分裂計数管、(2)小型核分裂電離箱、(3)自己出力型検出器、(4)放射化検出器、及び(5)光ファイバの、5種類の炉内検出器であり、そのほかにロシアにおける開発状況についても調査した。本報告書の内容は、高温ガス炉の核計装としても役立つものである。

論文

Neutron monitor using microfission chambers for the international thermonuclear experimental reactor

西谷 健夫; L.C.Johnson*; 海老沢 克之*; C.Walker*; 安東 俊郎; 河西 敏

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.1141 - 1144, 1999/01

 被引用回数:14 パーセンタイル:67.67(Instruments & Instrumentation)

小型の核分裂計数管(マイクロフィッションチェンバー)を真空容器内に配置した、ITER用中性子モニターシステムの設計を行った。検出器の取付け位置としては、プラズマにできるだけ近い方が望ましいが、核発熱の冷却を考慮し、隣り合う遮蔽ブランケットの間に埋め込む方式とした。また検出器に用いる核分裂物質としては、高速中性子のみに感度を有する$$^{238}$$Uが望ましいが、$$^{238}$$UはPuを増殖してしまい、ITERの運転寿命中に感度が50%も増加することを明らかにした。$$^{235}$$Uの場合、燃焼による感度低下が問題となるが、高々0.2%程度であることが計算により判明したため、$$^{235}$$Uを採用した。ITERではこのマイクロフィッシェンチェンバーを、プラズマを取り囲むように11本配置することにより、プラズマの位置変動に影響されずに中性子発生率を測定できることを中性子のモンテカルロ計算により示した。

論文

In-Vessel neutron monitor using micro fission chambers for ITER

西谷 健夫; 海老沢 克之*; C.Walker*; 北 好夫*; 河西 敏; L.C.Johnson*

Proc. of Int. Workshop on Diagnostics for Experimental Fusion Reactors, p.491 - 500, 1998/00

従来のトカマクでは、真空容器外に置いた中性子モニターによって、全中性子発生量を測定しているが、ITERでは、ブランケットと真空容器の遮蔽効果のため、その方式では十分な精度で測定することはできない。そこで真空容器内に小型の核分裂計数管(マイクロフィッションチェンバー)を使用した、中性子モニターの設計を行った。中性子検出器を真空容器内に設置した場合、プラズマとその距離が近いので、プラズマの位置変動により、全中性子発生量に測定誤差が生じる恐れがある。そこで数本のマイクロフィッションチェンバーをプラズマをとり囲むように配置することによって位置変動によらず全中性子発生量を高精度で測定できることをモンテカルロ計算により示した。

論文

Design of ITER neutron yield monitor using microfission chambers

西谷 健夫; 海老沢 克之*; 井口 哲夫*; 的場 徹

Fusion Engineering and Design, 34-35, p.567 - 571, 1997/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:69.34(Nuclear Science & Technology)

現在の大型トカマクでは、真空容器の外側にU$$^{235}$$のフィッションチェンバーを設置することにより、発生中性子の測定を行っているが、ITERでは、ブランケットがあるためその方法では精度よく測定することはできない。そこで軽水炉の炉内中性子モニタとして開発された小型のフィッションチェンバーを用いた中性子モニタシステムの設計を行った。マイクロフィッションチェンバーを第一壁近傍に数ヶ所設置することにより、プラズマ位置・形状の変化による中性子発生率の測定誤差を補正することができる。このシステムでは、ウランの燃焼による検出効率の変化が大きな問題であるが、U$$^{234}$$(80%)、U$$^{235}$$(20%)とすることにより、検出効率変動の少ない検出器ができることがわかった。

論文

Absolute calibration of the JT-60U neutron monitors using a $$^{252}$$Cf neutron source

西谷 健夫; 竹内 浩; 近藤 貴; 伊藤 孝雄*; 栗山 正明; 池田 裕二郎; 井口 哲夫*; Barnes, C. W.*

Review of Scientific Instruments, 63(11), p.5270 - 5278, 1992/11

 被引用回数:72 パーセンタイル:97.17(Instruments & Instrumentation)

重水素放電を行うトカマクにおいて、中性子発生量の絶対較正は、核融合出力、核融合利得などのプラズマ性能を評価する上で極めて重要である。JT-60Uでは、重水素運転に先立ち、$$^{252}$$Cf中性子源をJT-60真空容器内で移動させ、中性子モニターの出力とトーラス全体の中性子発生量との関係の絶対較正を行った。まず磁気軸上の92点において点線源に対する検出効率を測定し、それを平均することによってトーラス状線源に対する検出効率を求めた。$$^{252}$$Cf中性子源と実際のDDプラズマの中性子のエネルギーの違いによる誤差や、プラズマ形状の影響などは3次元モンテカルロコードによって評価し、最終的な、中性子発生量の測定誤差は11%となった。

報告書

Absolute calibration of the neutron yield measurement on JT-60 Upgrade

西谷 健夫; 竹内 浩; Barnes, C. W.*; 井口 哲夫*; 長島 章; 近藤 貴; 逆井 章; 伊丹 潔; 飛田 健次; 永島 圭介; et al.

JAERI-M 91-176, 23 Pages, 1991/10

JAERI-M-91-176.pdf:1.08MB

重水素放電を行うトカマクにおいて中性子発生量の絶対較正は核融合利得Qなどのプラズマ性能を評価する上で極めて重要である。大電流化JT-60(JT-60U)では$$^{235}$$U,$$^{238}$$Uの核分裂計数管および$$^{3}$$He比例計数管で中性子発生量の測定を行うが、それに先立ち、$$^{252}$$Cf中性子源をJT-60Uの真空容器内で移動させて中性子検出器の絶対較正を行った。まず磁気軸上の92点において、点線源に対する検出効率を測定し、それを平均することによってトーラス状線源に対する検出効率を求めた。

報告書

Verification of Core-Fuel Inventory of a Fast Critical Facility by Monitoring Reactor Physics Parameters

大部 誠; 小山 謹二; 黒井 英雄

JAERI-M 82-153, 23 Pages, 1982/11

JAERI-M-82-153.pdf:1.48MB

保障措置の問題に関して、高速炉臨界実験装置の炉心装荷燃料インベントリーを実験的に検証するための技術的可能性を検討した。本目的のために、プルトニウム燃料装荷の試験領域を有するFCAVIII-1集合体を使用した。炉心からのプルトニウム燃料の転用を模擬する6種の装荷様式を選び、検証試験に供した。炉心から移動したプルトニウム燃料は約3.5~5.8Kgである。検証法は、プルトニウム燃料を移動したことにより生ずる核分裂率と$$beta$$/lの変化を監視する事に依っている。核分裂率は、炉心内に設置した100個の$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{9}$$Pu核分裂計数管と多計数管掃引装置を用いた核分裂計数管法により測定し、一方、$$beta$$/lは2個のヘリウム-3計数管を用いる出力雑音解析法により測定した。検証実験の結果、核分裂率及び$$beta$$/l監視システムは炉心からの移動プルトニウム量を正しく検知している。以上から、本監規システムの使用により炉心装荷燃料インベントリーの検証が可能であるとの結論を得た。

報告書

アクチノイド核種を用いた核分裂計数管の製作と特性

大部 誠

JAERI-M 9757, 18 Pages, 1981/10

JAERI-M-9757.pdf:0.77MB

高速炉臨界集合体FCAの一連の体系中で$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Np、$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{8}$$Pu、$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{9}$$Pu、$$^{2}$$$$^{4}$$$$^{2}$$Pu、$$^{2}$$$$^{4}$$$$^{1}$$Am、$$^{2}$$$$^{4}$$$$^{3}$$Am、$$^{2}$$$$^{4}$$$$^{4}$$Cmおよび$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{5}$$Uの中心核分裂率を測定するため、平行板電極型の核分裂計数管を製作した。計数管は薄いステンレス鋼の本体、円板集電極および0.2mm厚さの白金板を用いた電着ソースからなっている。封入ガスは、Ar 97%とN$$_{2}$$ 3%の混合ガス1気圧である。核種の電着質量は、各核種の$$alpha$$線比放射能の強さにより調整した。FCAにおける実験において、全ての計数管で$$alpha$$線パイルアップの少い良好な特性が得られた。各計数管について、$$alpha$$線分析による核種質量の定量、核分裂性不純物の補正、計数管の感度を検討した。実験により、アクチノイド核分裂率が+-2~+-5%の誤差内で測定できることが明らかになった。以上の結果は、本計数管がアクチノイド核種の核断面積の実験的評価に有効に使用でさることを示している。

論文

Absolute fission-rate distribution in graphite-reflected lithium oxide blanket assembly

前川 洋; 大山 幸夫; 草野 譲一; 中村 知夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 16(5), p.377 - 379, 1979/00

 被引用回数:11

原研の核融合実験炉(JXFR)の概念設計で酸化リチウム(Li$$_{2}$$O)がブランケット材に採用されており、核設計の立場からその模擬実験が要求されていた。そのため、Li$$_{2}$$Oブロックをコールドプレス法により製作した。Li$$_{2}$$Oの密度は理論密度の70%に達し、同じ大きさのLiブロックに比べてLi原子の密度は33.8%増加した。このLi$$_{2}$$Oブロックと黒鉛ブロックで、黒鉛反射体付き酸化リチウム(Li$$_{2}$$O-C)体系を組んだ。各領域の実効外半径は中心ボイド 3.3cm、Li$$_{2}$$O 22.4cm、黒鉛 46.8cmである。小型の核分裂計数管を用いて、Li$$_{2}$$O-C体系中の$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{2}$$Th,$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{8}$$U,$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Np,$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{5}$$Uの核分裂分布を絶対値で測定した。実験結果はENDF/B-IVの核データからNJOYコードにより100群の断面積セットを作成し、1次元輸送計算コードANISNで解析した。

論文

Measurement of the ratio of fission product gamma activities from $$^{2}$$$$^{3}$$$$^{9}$$Pu and $$^{2}$$$$^{3}$$$$^{5}$$U fissions

鶴田 晴通

Journal of Nuclear Science and Technology, 10(9), p.560 - 565, 1973/09

プルトニウム燃料とウラン燃料とから構成される多領域炉の出力分布を$$gamma$$線スキャンニング法によって測定しようとするときに、F.P.$$gamma$$線生成量の差が問題となる。これらの燃料中の核分裂が$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{9}$$Puと$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{5}$$Uとによって主として起こっているときに適用できるように、核分裂当りに生成されるF.P.$$gamma$$線強度比が測定された。この結果、$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{9}$$Puの$$gamma$$線強度は$$^{2}$$$$^{3}$$$$^{5}$$Uのそれよりもやや近くなっており、その差が相対出力分布測定のためのF.P.$$gamma$$線測定値に補正されなければならないことが明らかとなった。また、その差は照射後の時間に依存している。

口頭

Establishment of a new detection system for measuring primary knock-on atoms and fission fragments

Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 佐藤 大樹; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*

no journal, , 

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSに組み込まれた核反応モデルの精度を検証するため、核反応により放出される反跳原子核(PKA)スペクトルを正確に測定する手法に関する研究開発を進めている。この研究では、2つのタイミング検出器と1つの全エネルギー検出器を組み合わせた測定システムを開発した。ここで、核種の種類は飛行時間とエネルギーの関係などから同定し、その運動エネルギーは飛行時間より求める。この測定システムについては、PHITSによる計算シミュレーションで最適化を図った。開発したシステムは、原子力機構のタンデム加速器及び東北大学のCYRICでテストを実施した。発表では、検出器設計の詳細とテスト結果の概要について紹介する。

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