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論文

Unified description of the fission probability for highly excited nuclei

岩元 大樹; 明午 伸一郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(2), p.160 - 171, 2019/02

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

放射線挙動解析コードPHITSは、加速器駆動核変換システムや核破砕中性子源施設等における放射能・被曝線量評価及び施設の遮蔽設計に重要な役割を演じるが、PHITSの核破砕反応を記述するモデルINCL4.6/GEMは核分裂生成物の収量を大幅に過小評価することが知られており、モデルの高度化が求められている。本研究では、核分裂生成物の収量予測に重要なパラメータとなる「核分裂確率」を現象論的に記述するモデルを提案し、このモデルを粒子輸送計算コードPHITSに組み込まれている脱励起過程計算コードGEMの高エネルギー核分裂モデルに適用した。実験値との比較の結果、広範囲 のサブアクチノイド核種に対する陽子入射,中性子入射及び重陽子入射反応に対して、核分裂断面積を統一的に予測でき、その予測精度は従来モデルよりも大幅に改善することを示した。さらに、本モデルを用いた解析により、核分裂生成物の同位体分布を精度よく求めるためには、核内カスケード過程計算コードINCL4.6における高励起残留核の記述の修正が必要であることを明らかにした。

論文

Proton-induced activation cross section measurement for aluminum with proton energy range from 0.4 to 3 GeV at J-PARC

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 大樹

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(8), p.955 - 961, 2018/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:31.68(Nuclear Science & Technology)

大強度陽子加速器施設(J-PARC)において広く用いられる構造材に対する陽子入射の核破砕反応による放射化断面積をシステマティックに測定するための一連の実験を開始した。J-PARCの3GeVシンクロトロン陽子加速器施設において提案した測定方法の妥当性の確認のため、実験データが比較的豊富に存在するアルミニウムの断面積を測定した。陽子入射に伴い、アルミニウムより$$^{7}$$Be, $$^{22}$$Na、および$$^{24}$$Naを生成する断面積を、0.4, 1.3, 2.2, 3.0GeVのエネルギーに対し測定した。有効照射陽子数決定法により実験データの妥当性を確認し、問題ないことを確認した。本実験で得た断面積を、既存の実験データ,評価済み核データ(JENDL-HE/2007)およびPHITSによる計算値と比較した。JENDL-HE/2007は実験データと一致を示したものの、PHITSによる計算値は40%程度過小評価した。この原因には、PHITSに用いられる蒸発モデルに起因すると考えられたため、Furihataにより提案されたGEMモデルを適用したところ、実験を再現できるようになった。

論文

Impact of PHITS spallation models on the neutronics design of an accelerator-driven system

岩元 大樹; 西原 健司; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 松田 規宏; 佐藤 達彦; 原田 正英; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1585 - 1594, 2016/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:9.72(Nuclear Science & Technology)

The impact of different spallation models and parametrisations of nucleon-nucleus interactions in PHITS on nuclear characteristics of an accelerator-driven system (ADS) is investigated. Cut-off neutrons below 20 MeV calculated by a current default option of the spallation model (i.e., Li${`e}$ge Intranuclear Cascade (INC) model version 4.6, INCL4.6) are found to be 14% less than those by the old spallation model (it i.e. Bertini INC model). This decrease increases the proton beam current that drives the 800-MW thermal power, and impacts various ADS parameters, including material damage, nuclear heating of the proton beam window (PBW), and the inventory of spallation products. To validate these options based on the ADS neutronics design, we conduct benchmark calculations of the total and nonelastic cross sections, thick target neutron yields, and activation reaction rate distributions. The results suggest that Pearlstein-Niita systematics, which is a default option of the nucleon-nucleus interaction parametrisation, would be best option and that the Bertini INC is better suited for cut-off neutrons than INCL4.6. However, because of the difficulty in making a definite conclusion on the spallation models, we conclude that relatively large uncertainty in the cut-off neutrons, which is the difference between the two spallation models (i.e. 14%), should be considered.

報告書

Measurement of high-energy neutron fluxes and spectra around the J-PARC mercury spallation neutron target using multi-foil activation method

春日井 好己; 原田 正英; 甲斐 哲也; 大井 元貴; 明午 伸一郎; 前川 藤夫

JAEA-Data/Code 2015-033, 28 Pages, 2016/03

JAEA-Data-Code-2015-033.pdf:1.78MB

J-PARC、物質・生命科学実験施設(MLF)の水銀を使った核破砕中性子源周りの高エネルギー中性子束及びスペクトルを、多数箔放射化法で測定した。この実験で使った中性子反応のしきい値は0.1から50MeVであった。実験における箔の照射は、2008年5月30日から31日にかけて実施されたMLFにおける初めてのビーム運転の際に行われたものである。照射後、各金属箔の放射能をHPGe検出器で測定し、中性子誘導反応のターゲット周りにおける反応率分布のデータを得た。これらのデータを使い、各測定位置における高エネルギー中性子束及びスペクトルをアンフォールディング法で導出した。その際、初期スペクトルとしてPHITSによる計算値を用いた。初期スペクトルとアンフォールディングスペクトルを比較したところ、計算結果(これはMLFのターゲット集合体の中性子工学設計の基礎となったものであるが)は、実験値に$$pm$$30%で一致することがわかった。

報告書

Measurement of activation reaction rate distribution on a mercury target with a lead-reflector and light-water-moderator for high energy proton bombardment using AGS accelerator

春日井 好己; 高田 弘; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 中島 宏; 池田 裕二郎; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; Jerde, E.*; Glasgow, D.*

JAERI-Data/Code 2000-042, 62 Pages, 2001/02

JAERI-Data-Code-2000-042.pdf:1.96MB

ASTE (AGS Spallation Target Experiment)共同実験の一環として、ブルックヘブン国立研究所のAGS加速器を使って、鉛反射対及び軽水減速材付き水銀ターゲットからGeV領域の陽子入射によって発生する核破砕中性子の特性を実験的に調べた。入射陽子のエネルギー1.94,12及び24GeVについて、水銀ターゲットに沿った位置における種々の反応率を放射化法で測定した。放射化検出器としては、インジウム,ニオブ,アルミニウム,コバルト及びビスマスを用い、0.33~4.09MeVのしきいエネルギーをカバーした。本レポートは、実験方法及びすべての実験結果をまとめたものである。

論文

Airborne gaseous $$^{13}$$N species and noxious gases produced at the 12GeV proton synchrotron

神田 征夫*; 沖 雄一*; 遠藤 章; 沼尻 正晴*; 近藤 健次郎*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 247(1), p.25 - 31, 2001/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:38.93(Chemistry, Analytical)

12GeV陽子照射場において、空気中に生成される$$^{13}$$Nガスの化学組成、O$$_{3}$$等の放射線分解生成ガスの濃度を測定した。照射条件は、陽子フルエンス率8$$times$$10$$^{9}$$/cm$$^{2}$$・s、吸収線量率80mGy/s、照射時間0.5-7minであった。核破砕反応で生成された$$^{13}$$Nは、約60%が$$^{13}$$NN,40%が$$^{13}$$NO$$_{2}$$を主とする窒素酸化物で、その組成は照射時間によらず、ほぼ一定であった。また、放射線分解生成ガスはO$$_{3}$$が主で、生成G値は6.4と評価された。NO$$_{2}$$等の窒素酸化物濃度は、O$$_{3}$$の約3分の1であった。これらの結果は、陽子加速器トンネル内に生成される$$^{13}$$Nガスに対する内部被ばく線量評価、化学的毒性、腐食性を有するO$$_{3}$$等の有害ガス濃度の評価に利用できる。

論文

Evaluation of internal and external doses from $$^{11}$$C produced in the air in high energy proton accelerator tunnels

遠藤 章; 沖 雄一*; 神田 征夫*; 大石 哲也; 近藤 健次郎*

Radiation Protection Dosimetry, 93(3), p.223 - 230, 2001/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:51.08(Environmental Sciences)

高エネルギー陽子加速器施設における作業者の内部被ばく評価を行うために、12GeV陽子の核破砕反応により空気中に生成される$$^{11}$$Cの化学形及び粒径を測定した。$$^{11}$$Cは、空気の照射時間0.6~15分、陽子フルエンス率2~8$$times$$10$$^{9}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$に依存せず、98%以上がガス状で、その80%はCO、20%はCO$$_{2}$$であることを明らかにした。得られた化学組成等に基づき、吸入摂取による内部被ばく線量を計算した。これをサブマージンによる外部被ばく線量と合わせ、単位濃度及び時間あたりの線量係数を算出した。計算された線量係数は、加速器室内で生成される$$^{11}$$Cに対する被ばく線量評価に利用することができる。

論文

Characterization of $$^{11}$$C, $$^{13}$$N and $$^{15}$$O produced in air through nuclear spallation reactions by high energy protons

遠藤 章; 沖 雄一*; 神田 征夫*; 近藤 健次郎*

Proceedings of 10th International Congress of the International Radiation Protection Association (IRPA-10) (CD-ROM), 8 Pages, 2000/05

高エネルギー陽子加速器施設における作業者の内部被ばく評価を行うために、12GeV陽子の核破砕反応により空気中に生成される$$^{11}$$C,$$^{13}$$N及び$$^{15}$$Oの化学形及び粒子径を調べた。これらの核種は98%以上がガス状で、CO,CO$$_{2}$$,N$$_{2}$$,NO$$_{x}$$,O$$_{2}$$,O$$_{3}$$等の複数の化学形で存在していることが明らかとなった。さらに、得られた化学組成に基づき、$$^{11}$$Cに対し吸入摂取による内部被ばく線量を計算し、サブマージョンからの外部被ばく線量との比較を行った。その結果、加速器室内の容積が減少するに従い、内部被ばく線量の相対的寄与が増加することがわかり、内部被ばく線量を的確に評価することが可能になった。

論文

陽子加速器による有用RIの製造

関根 俊明

JAERI-Conf 95-017, 0, p.209 - 214, 1995/09

高エネルギーの陽子ビームは、核破砕的反応によって広範囲のラジオアイソトープを生成する。日本国内では、これまで原子炉及び低・中エネルギー加速器によってラジオアイソトープを製造して来た。ここでは、高エネルギー陽子加速器によって製造可能になるラジオアイソトープの中でも、医学における診断・治療及び生命科学研究に有用なラジオアイソトープに注目して述べる。

報告書

Core design study for hybrid type trans-uranium nuclides incineration plant, Part 1; Concept

高田 弘; 神野 郁夫; 滝塚 貴和; 赤堀 光雄; 西田 雄彦; 金子 義彦

JAERI-M 90-131, 18 Pages, 1990/08

JAERI-M-90-131.pdf:0.59MB

原子力エネルギーが環境保全の観点からクリーンであるという社会的理解を得るために必要なことの一つに放射性廃棄物処理の技術を確立することがある。ここでは、大強度陽子加速器により駆動される超ウラン元素消滅プラントの炉心設計研究を行なった。標準炉心は、Am-Cm-Pu-YとNp-Pu-Zrの金属燃料とタングステンターゲットより成り、液体ナトリウムで冷却されている。この炉心では、100万キロワット電気出力の軽水炉7.6基分の超ウラン元素を消滅する能力があることが示された。また、燃料体が1000MWD/tonの燃焼度に耐えると仮定すると、初期炉心に装荷した$$^{237}$$Npの中、36%が消滅されることになる。この間の反応度の変動は5.3%$$Delta$$k/kであり、十分臨界未満に保たれる。

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