Non-destructive tritium measurement for solid materials in fusion reactor by beta-ray induced X-ray spectrometry

Research Project

Project/Area Number	23K22470
Project/Area Number (Other)	22H01199 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
Research Institution	University of Toyama
Principal Investigator	原正憲富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (00334714)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	赤丸悟士富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (10420324) 阿蘇司富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (30290737)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥15,080,000 (Direct Cost: ¥11,600,000、Indirect Cost: ¥3,480,000) Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000) Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywords	トリチウム / 材料 / 定量測定 / X線スペクトル / ベータ線 / β線誘起X線 / 定量分析
Outline of Research at the Start	固体中のトリチウムの定量測定はトリチウムを含む放射性物質の管理の観点から重要である。しかし，固体中のトリチウムを非破壊かつ非接触に定量測定する手法はない。本研究では固体中のトリチウムを非破壊かつ非接触に定量する手法の構築を目指す。現在，固体中のトリチウムを非破壊かつ非接触に測定できる手法はベータ線誘起X線分光法のみである。この手法は固体中のトリチウムから放出されたベータ線が固体中の原子と相互作用することで発生するX線のスペクトルからトリチウムを定性的に分析する。本研究ではこの手法に対してシミュレーションを併用することで発展進化させ，固体中のトリチウム定量分析法として確立させることを目指す。
Outline of Annual Research Achievements	固体中のトリチウムを非破壊に測定する手法としてβ線誘起X線分光法（BIXS）がある。この方法はβ線が原子と相互作用する際に発生するX線を測定するものである。しかし，BIXSによる固体中のトリチウム測定は定性分析にとどまっており，定量分析とはなりえていない。これは，固体中に同量のトリチウムが入っていたとしても，トリチウム分布が異なると検出器で検出されるX線の計数値が異なるためである。つまり，BIXSで固体中のトリチウムを定量分析するためにはあらかじめトリチウム分布を知る必要がある。一方，β線誘起X線（BIX）のスペクトルの形状には固体中のトリチウム分布の情報が含まれていることが知られている。そこで，スペクトルの形状をシミュレーションで再現することにより，固体中のトリチウム分布をもとめることを試みる。トリチウム分布が求まれば，シミュレーションにより計数効率が求められる。実測値と計数効率から固体中のトリチウム量を定量できると考えられる。本年度は，研究期間の初年度であり，BIXスペクトルを測定する装置の構築を行った。この装置の測定部の構造を設計することにより，シミュレーションとの適合性を改善したものである。構築した装置の性能を測定するために，密封線源を使用してBIXスペクトルの測定を行った。その結果，良好なスペクトルが得られることが分かった。並行してBIXスペクトルをシミュレーションするプログラムのプロトタイプを作成し，BIXスペクトルの形状と固体中のトリチウム分布について計算を行った。その結果，BIXスペクトルの低エネルギー側の形状がトリチウム分布により大きく影響を受けることが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason BIXスペクトルの測定装置の構築を終えた。併せて，BIXスペクトルの計算を行うプログラムのプロトタイプの作成を終えた。
Strategy for Future Research Activity	来年度は，測定装置により，トリチウムを測定する前に種々の密封線源を使用して，BIXスペクトルの取得を行う。これは，装置をトリチウムで汚染せずに測定装置の評価を詳細に行うためである。測定により得られたBIXスペクトルの形状を，構築したシミュレーションプログラムで評価し，プログラムの精度の向上を図る。その後，トリチウムを含む試料の測定にとりかかる。