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

2016 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

原子核の電荷分布は、核物理黎明期以来の研究テーマであるが、不安定核に対する研究は近年ようやくその端緒に着いたところである。ミュオン原子X線測定はその実験的手法の一つであり、我々はこれを不安定核へ展開しようとしている。
最近、我々は、安定核での研究において、重水素薄膜法を開発しミュオン原子の生成効率を飛躍的に高め、不安定核ミュオン原子X線測定の実現可能性を示した。現在、その基盤技術の開発が、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。重水素薄膜法では、ミュオンを対象核へ効率良く移行させるため、対象核は重水素薄膜に注入されているが、不安定核への適用には、実験終了時など薄膜が解消される際、薄膜に残存する放射性物質の制御や挙動に関する知見が必須である。これまでの研究において、重水素薄膜の模擬としてドライアイス薄膜の生成装置等をISOLに設置し、薄膜法がRIに適用される状況を再現し、残存の放射性物質を回収する有効な手法が示されている。
本課題では、薄膜法に関わる放射性物質の挙動や回収法に関する多数回の実験を実施することになるが、前年度同様、原子炉に対する監督省庁の審査の継続により、研究炉は運転されずRIビームを利用できなかった。このため、平成28年度も、より効率的に実験を進めるための技術的改良等について検討した。
実験の１サイクル当りに要する時間（現在約3時間）はドライアイス薄膜生成装置等の温度調整（液体窒素温度⇔常温）の時間が律速であり、これを短縮する方法として、前年度採用した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、再度昇温時間短縮の可能性を検討し、また、回収方法については、より大きな立体角を覆うための低温トラップ捕集部の形状を検討した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

不安定核のミュオン原子X線観測に向け、高効率ミュオン原子生成法である重水素薄膜法を放射性核種（RI）に適用するため、重水素薄膜にRIビームが注入される体系における技術的課題に関する研究開発が進められている。
本課題においては、薄膜へのRI注入時におけるRIの散乱やドライアイス薄膜解消時のRI挙動とその回収方法等に関するより詳細なデータを得るために、様々な条件下で多数回の実験が効率的に行えるよう装置を改良し、ISOLからのRIビームを用いた実験を実施する予定であるが、平成28年度においては、前年度同様、ISOLが設置されている研究用原子炉に対する監督省庁の安全審査が継続されたことにより、原子炉が運転されず、このためISOLでのRIビーム利用ができない状況であった。また、前年度に検討した昇温方式についても、実際に製作にとりかかる前に、使用する機器等のスペックを再度検討することになった。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度においては、効率良く実験を進めるための実験装置への改良を施しつつ、RIビームを利用した実験を進める。まず、平成28年度に考案した、ドライアイス生成装置等の昇温機構の取付けと最適化を行う。また、RIビームを用いた実験については、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、回収効率の最適化及び大立体角低温トラップにより回収効率が向上する条件を調べる。そして、ISOLのマシンタイムに応じ、順次、1.注入時の散乱成分の測定、2.薄膜解消時に放出される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。
研究炉の再稼動については、現在、かなり具体的な詰めの段階にあるとのことで、平成29年度には再稼働する見込みであるとの事であり、再開され次第、ISOLからのRIビームを用いた実験は実施可能であると考えている。

Causes of Carryover

再度、装置の改良方法について関し、技術的な見直しを行い、購入物品の細かな仕様を変更したため。また、予期せぬ追加的経費が発生する可能性のあるRIビームを利用した実験が行われていないため、予算の執行を控えたことにも依る。

Expenditure Plan for Carryover Budget

現在のところ、主に、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）や真空部品等を購入する。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。