2018 Fiscal Year Research-status Report
J-PARCニュートリノビームラインの放射化水及び放射化空気の研究
| Project/Area Number |
18K03682
|
|---|
| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
|---|
Principal Investigator |
大山 雄一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 講師 (30213896)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 善一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (00200759) [Withdrawn]
石田 卓 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (70290856)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | J-PARC / ニュートリノ / 放射化水処理 / ベリリウム / トリチウム / 大強度ビーム |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
J-PARCニュートリノビームラインにおいて、ビームライン機器の冷却水は、ビーム運転を継続するにつれて高濃度の放射能を含むようになる。これはビームにより生じる中性子が冷却水中の酸素原子を破壊することによるものである。また、冷却水配管から冷却水に溶け出した鉄破壊起源の放射能も冷却水中に留まり、冷却水の放射化の一因である。これらの放射能は安全なビーム運転のために効率よく除去する必要がある。
2018年度は、2017年度に引き続きビーム強度約480kWでの運転が継続された。ビームラインでの年間総陽子数は5.16E20POTになった。これはビーム時間を1.0E7秒に換算すると249kW相当のビーム強度に匹敵する。2017年度に生じた放射化水の20%程度の処理が2018年度へ持越しとなっており、前年に続いて大量の放射能処理が必要となった。いまだに最初の目標とするビーム強度750kWの半分に満たない。さらには将来計画として見据えている1300kWには程遠い状態である。
冷却水中の放射能のうち、当初大きな問題は7Beの除去であった。2018年度はイオン交換樹脂EG-4A-HGとIR120Bを用いて300GBqの7Beを一般排水中に全く測定できないレベルまで減らすことに成功した。除去率は99.97%以上である。この高い除去率を達成できた理由は、前年度の経験からイオン交換樹脂のプレフィルター・ポストフィルターを十分余裕を持って交換したことなどが挙げられる。イオン交換樹脂循環ポンプの故障対策等も含めて、イオン交換樹脂通水システム全体が、トラブルなく常に運転を継続するためのさらなるノウハウの蓄積が必要である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1年間のビーム強度x運転時間は249kWx1.0E7相当であり、目標の750kWx1.0E7相当に達していない。したがって大量の7Beが生じた時の対処方法という本研究の目的に合致したビーム量を得るに至っていない。しかしながら、冷却水中の放射能のうち7Beについては目途が立ったと考えてよい。
これに対して、除去が困難であることが明らかになってきたのが3Hである。希釈排水タンクの大きさは1年間で750kWx10E7秒の運転で生じる3Hを処理できるように設計されたが、次第に3Hの生成量が予想よりも大きいことがわかった。すでにニュートリノ施設からの年間の総3H量は750kWx10E7秒の運転で想定されていた120GBqを大きく超えて170GBqに達している。今後はこの3Hの処理が本研究の大きな課題となりつつある。
また、放射化水中の鉄破壊起源54Mnの量が実験開始時に比べて徐々に増えている。この除去も次第に大きな問題となりつつある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
3Hの処理については、2つの点において新たな局面を迎えている。一つはT2K実験グループとして300m^3を超える大きな排水タンクの設置を考え始めたことである。この計画に関して、3Hの処理についてのさまざまなノウハウの提供することが3H処理の大きな課題となりつつある。
また、新たに鉄板で生じた3Hの水への流出という問題の存在がクローズアップされてきた。ターゲット周りには質量にして水の約20倍の鉄が存在する。この鉄の核破壊から3Hが生成され鉄板中に蓄積される。この3Hが時間が経ってから冷却水中に流れ出す現象で、現在1日あたりの流出量は0.2GBq程度である。3Hの半減期は12.3年なので鉄板中の3Hは実験開始以降ビーム量の累計に比例して蓄積されている可能性が高い。このままビーム運転を進めると、10年後ぐらいにはビーム運転によって水の酸素分子から生じる3Hと鉄板から流出する3Hが同量に近くなり実験の大きな障害になる可能性が高い。鉄板における3Hの生成とその水への流出につての知識を得る必要が生じた。
当初、大きな研究課題と考えられていた放射化空気の処理であるが、2018年度のビーム運転ではさほど大きな問題とはならなかった。今後は研究の軸足を放射化水の処理に置く予定である。
|
| Causes of Carryover |
年間のビーム強度x運転時間は249kWx1.0E7相当であり、目標の750kWx1.0E7相当に達していない。これにより、研究費の使用額を想定よりも少額に抑えることができた。前述した通り、研究の軸足が放射化空気から放射化水へ、7Be除去から3H対策に移ってきている。特に排水タンク拡張に対する3Hの性質の研究や鉄板からの3H生成とその水への流出等、新しい問題点が明らかになりつつある。研究費使用計画もこれに合わせて若干の修正を考えている。
|
