【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】24654058 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヘリウム / 同位体比 / 中性子 / 質量分析 / J-PARCパルス中性子源 / 同位体 / 中性子寿命 / 3H-3He法 / トリチウム

【研究成果の概要】

本研究では、J-PARCパルス中性子源で進められている中性子寿命測定実験で、中性子数の決定に用いている検出器内のヘリウムガスの同位体比（3He/4He比）を精確に求めることで中性子寿命の高精度決定に貢献するために、希ガス質量分析計を改良し、0.1%以下の確度・精度で3He/4He比を決定可能にすることを目指した。3He/4He比の測定値の揺らぎの要因を洗い出し、分析磁場の安定化とイオン光学の最適化を行った結果、3He/4He比の決定精度は0.08%となり、目標を達成できた。また国際原子力機関が作製した標準水試料中のトリチウム濃度を3He蓄積法により測定し、3He/4He比測定の確度を確認した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】エネルギー学一般・原子力学

【研究領域課題番号】07458096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

中性子ドシメトリー / 共鳴イオン化 / レーザー分光 / レーザーアブレーション / 質量分析 / 原子炉構造材 / 核変換 / 同位体比 / 中性子ドシメトリー、 / 共鳴イオン化、 / レーザー分光、 / 質量分析、 / 鉄、 / マンガン、 / 核変換、 / 同位対比 / 鉄 / マンガン

【研究成果の概要】

本研究は、低レベル中性子照射環境における中性子ドシメトリーを、従来の誘導放射能測定に代わり超高感度に行う方法として、レーザー共鳴イオン化法(Resonance Ionization Spectroscopy : RIS)の適用性を検討したものである。特に、原子力施設の構造材でよく使われるSUS材等の元素を対象に、質量分析計と組み合わせて、高感度性とともに、高選択性、迅速性、同重体干渉回避等のRISの特長を活かし、中性子との核反応の結果生じた微量核種又は同位体比変化の定量によって中性子線量評価を行う方式の原理実証、及び標準的な測定システムとデータ処理法の構築を目的とした基礎研究を行い、以下のような成果を得た。
(1)微量核変換生成物検出用のRISシステムの試作・整備を行い、Xeガス検出実験によって、基本性能を明らかにした。
(2)SUS材の高速中性子照射によって生成されるCuを中心に、構成元素のRISによる検出スキームの理論的検討を行い、その妥当性を実験的に検証した。特に、レーザーアブレーションと共鳴イオン化を同時に行う共鳴レーザーアブレーションに基づく検出法について、理論モデルを考案し、基本性能のレーザー出力や波長依存性を説明することに成功した。また、質量分析系へのイオン引き出し電極の改良により、従来の放射化測定を凌ぐ感度が得られる可能性を示した。
(3)これらRIS測定から簡便に中性子線量を推定する方法として、ニューラルネットワークに基づく手法を考案した。放射化率の測定データから中性子スペクトルの推定問題で。本手法の適用性を評価したところ、従来のドシメトリー解析手法と遜色のない推定結果が得られたとともに、RIS測定データの処理に適した特長を有することを示した。
ただし、今後、実用化に向けた専用システムの開発では、レーザー系の安定性の改善や試料の蒸気化プロセスの素過程の解明と精密制御等の技術課題を克服する必要がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】7,300千円 (直接経費: 7,300千円)