不安定核のミュオン原子X線観測実験に向けた放射性物質制御の基礎研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05103
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 谷口 秋洋 京都大学, 原子炉実験所, 准教授 (10273533)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 不安定核ミュオン原子 / 重水素薄膜法 / ドライアイス模擬ターゲット / 放射性物質 / 挙動と制御

Outline of Annual Research Achievements

原子核の電荷密度分布を探る一つの方法として、ミュオン原子X線測定は有効であるが、不安定核を対象とした実験は殆ど進展していない。最近、我々は、安定核を用いた研究において、ミュオン原子の生成効率が10＾5～10＾7倍も高い重水素薄膜法の開発に成功した。そして、次の段階として、薄膜に注入された放射性核種（RI）の取扱いに関する技術開発が、京都大学原子炉実験所の研究用原子炉に附置されているオンライン同位体分離装置（KUR-ISOL）のRIビームを用いて進められている。これまでの一連の研究においては、重水素薄膜の模擬としてドライアイス薄膜が用いられ、その生成機構等を組み込んだ実験装置をISOLビームラインの末端に設置し、重水素薄膜法がRIに適用された場合の状況を再現し、薄膜に注入された放射性物質の回収に関する有効な手法を示すことができた。
本課題では、さらに効率的に実験が進むよう上述の装置を改良し、薄膜やその周辺における放射性物質の振舞や注入された放射性物質の回収方法に関する、より詳細なデータを積み重ねることを目的としている。
平成27年度においては、研究用原子炉に対する新規制基準への適合審査が継続され研究炉は運転されなかった。従って、RIビームを利用した実験は行われず、課題申請時に計画されたように、現有の装置の改良についての検討がなされた。主たる検討事項は、真空中で液体窒素温度に冷却されたドライアイス生成装置等の主要部の温度を短時間で昇温させ、実験の1サイクル当りの時間（現状では約3時間）を短縮し、様々な条件での実験を繰り返せるようにすることであり、主要部を①直接電熱線で加熱する方式と②液体窒素の流路に温風（熱風）をフローさせる方式について、技術的検討がなされた。その結果、申請時には即暖性の観点から方式①が念頭にあったが、安全性及び仕組みの単純さから、方式②を採用することとなった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本課題の目的は、重水素薄膜法の放射性核種（RI）への展開に向け、重水素薄膜にRIビームが注入される体系における、放射性物質の注入・リリース時の挙動及びその回収システムの開発やその有効性を検証することである。これまでの研究において、KUR-ISOLのビームラインにドライアイス薄膜を模擬ターゲットとしたRIビームの注入体系を構築し、ドライアイス薄膜に注入された放射性物質に対する有効な回収方法を示すことができた。
本課題においては、さらに、注入時のRIの散乱やドライアイス解凍時の拡散に関するより詳細な知見を得ることを目的としており、当該年度においては、様々な条件における実験を、効率的に繰り返し実施できるよう装置を改良することであったが、その方法について、当初のアイディアを再検討し新たな方法を決定するのに時間を要したため、実際に装置実機への改良はなされなかった。

Strategy for Future Research Activity

まず、平成28年度においては、ドライアイス生成装置等の主要部の温度に関し、液体窒素温度から室温へ昇温する時間を短縮するために、温風（熱風）フロー方式の昇温機構を装置に取付け、その効果を確認する。因みに、昇温機構は高温空気の発生部と送風部で構成されており、装置内の液体窒素流路に高温空気を流すことで、液体窒素温度に冷却されているドライアイス生成部と放射性物質回収部を短時間で昇温させるものである。
現在のところ、本年度の後半に研究炉は再稼働する見込みであり、再開され次第、KUR-ISOLからのRIビームを用いた実験を行い、まず、薄膜中に注入された放射性物質の回収方法（冷却トラップ方式）に関して、回収効率の最適化を図る。そして、その後のISOLのマシンタイムに応じ、申請書に示した計画に沿って、順次、1.注入時の散乱成分の測定、2.解凍時に放出されるRIの挙動などについて、Ge半導体検出器等を用いた放射線計測により定性的・定量的な情報を得ることにする。

Causes of Carryover

効率的に実験が実施できるように、装置に改良を加える予定であったが、改良方法について技術的な見直しを行った結果、当初計画していた方式と異なる方式を採用することになり、購入物品が変更されることになったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

温風フロー式昇温装置を製作するため、高温空気生成器と送風器（約20万円）、及び真空用部品（約10万円）等を購入する。また、研究補助者に対する打合せや実験参加のための旅費を支出する。