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論文

Development of a new fusion power monitor based on activation of flowing water

Verzilov, Y. M.; 西谷 健夫; 落合 謙太郎; 沓掛 忠三; 阿部 雄一

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1477 - 1483, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.08.061
 被引用回数：2 パーセンタイル：16.82(Nuclear Science & Technology)

水中の酸素(O-16)は14MeV中性子による(n,p)反応により放射性核種N-16を生成する。これまでN-16からの$$gamma$$線を測定する方法が開発されてきたが、$$gamma$$線検出器への中性子の影響を防ぐために$$gamma$$線検出器を核融合炉から十分(10$$sim$$20m)に離す必要があった。その場合、水の輸送時間だけ検出時間が遅れることになる。その遅れをできるだけ小さくするために、N-16が$$beta$$崩壊する時に放出される高エネルギー電子により水がチェレンコフ発光することに着目し、そのチェレンコフ光を核融合炉から十分に離れた光検出器に導く手法を考案した。しかしチェレンコフ光は、紫外域が中心であるため光ファイバーによる減衰が大きい。そこでチェレンコフ光を一旦波長シフトファイバーで受け可視光に変換して光検出器へ伝送する方式を採用した。試作した検出器は14MeV中性子源FNSで特性を測定し、十分な検出器効率と時間分解能を有していることを確認した。

論文

A New approach to the D-T neutron monitor using water flow

Verzilov, Y. M.; 落合 謙太郎; 西谷 健夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.395 - 398, 2004/03

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00223131.2004.10875730

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。まず第1段階として、体積600ccのガラス窓付きの円筒容器を取付けた$$^{16}$$N搬送用の水ループをD-T中性子源とよく遮蔽された測定室の間に設置し、FNSを用いて実験的に検討した。$$^{16}$$Nの検出器として、BGOシンチレーション検出器をガラス窓付き円筒容器の一方に取付け、反対側のガラス窓にチェレンコフ光検出用の光電子増倍管を直接取付けた。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応答時間が速く、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ため、流水を利用した中性子モニター用検出器として有用であることを示した。また検出部の水の体積を変えることにより、検出効率を容易に調整することが可能である。さらに水ループを複数設置することによりプラズマの変動によらない核融合出力モニターが可能である。

論文

Neutron activation system using water flow for ITER

西谷 健夫; 海老澤 克之*; 河西 敏; Walker, C.*

Review of Scientific Instruments, 74(3), p.1735 - 1738, 2003/03

https://doi.org/10.1063/1.1534398
 被引用回数：14 パーセンタイル：58.32(Instruments & Instrumentation)

これまで水の放射化を利用したITERの中性子発生量モニターを提案してきた。原研FNSに水ループを設置して行った実験では、時間分解能が水の乱流拡散で決定されることを明らかにした。この実験結果に基づき、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。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、検出器としてBGOシンチレータを採用した。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。また異なる検出効率の$$gamma$$線検出器を2台用いることによって、50kW-500MWのITERの出力範囲で測定が可能であることを示した。

論文

Three-dimensional analysis of nuclear heating in the superconducting magnet system due to $$gamma$$-rays from $$^{16}$$N in the ITER water cooling system of shielding blanket

飯田 浩正; R.Pletenda*; Santoro, R. T.*; V.Khripunov*

Proceedings of 17th IEEE/NPSS Symposium Fusion Engineering (SOFE'97), 2, p.837 - 840, 1998/00

D-T反応を行う核融合装置においては、冷却水中に生じるN-16からの高エネルギー$$gamma$$線による極低温機器への熱負荷が過大とならないようにする必要がある。3次元モンテカルロ法により、詳細な熱負荷解析を行った。上部ポートの冷却配管からクライオスタット中に放出されるN-16$$gamma$$線出力は~60kWである。このうち60%は配管束に吸収され40%がクライオスタット中に漏洩する。クライオスタット中の高温機器に吸収されるもの、さらに外側に漏洩するものを除いた数%(~1.5kW)が極低温機器に吸収される。これは既に許容できる程度に十分低いが、配管束の周囲にガードパイプが施けられればさらに1/5程度に減少する。

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