2020 Fiscal Year Research-status Report
Experimental evaluation of neutron transport and fuel production in fusion blanket
| Project/Area Number |
20K14442
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
向井 啓祐 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (70807700)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 核融合 / ブランケット / 中性子 / ダイヤモンド検出器 / 放射化箔法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下2点を行った.（１）中性子輸送計算を用いたブランケット模擬体系の設計（２）ダイヤモンド検出器を用いたDD運転による燃料生産性の評価
（１）では中性子輸送計算コードMCNP6を用い、DD運転およびDT運転に適した模擬ブランケットのサイズや材質を決定した。また、エネルギーごとの中性子束計算に向けた放射化計算を実施し、熱中性子・熱外中性子・高速中性子を中性子エネルギーごとに弁別して計算できる金属箔組み合わせの選定を行った。また、放射化生成物や発生放射線の時間変化をDCHAINコードを用いて計算し、実験計画の策定を行った。
（２）では、小型中性子源を用いたトリチウム生成反応率評価の手法確立を目指し、放電型核融合中性子源と単結晶CVDダイヤモンド検出器を用いた中性子輸送実験体系の設計並びに計測実験を行った。CVD単結晶ダイヤモンドには6LiF薄膜がペーストされており、6Li(n,t)反応で生ずる荷電粒子（トリトン及びアルファ粒子）を高感度に計測することが出来る。核融合中性子源にはエネルギー理工学研究所に既設の放電型核融合中性子源を用いた。本装置は直流電源、真空容器、陽極・陰極、排気システム、ガス供給系で構成されており、高電圧印加によるD2ガスの燃焼により、核融合中性子を発生できる。252Cf中性子源を用いて単結晶CVDダイヤモンド検出器の校正を行い、単位発生中性子あたりのカウント率（count/n）を調べた。次に、核融合中性子源でDD単色中性子（エネルギー: 2.45 MeV）を発生し、模擬ブランケット体系に設置した単結晶CVDダイヤモンドでトリチウム生成率の計測を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度には（１）中性子輸送計算を用いたブランケット模擬体系の設計、（２）ダイヤモンド検出器を用いたDD運転による燃料生産性の評価、を行い、得られた成果についての学会発表や論文投稿を行った。当初の計画では初年度にDD中性子源を用いた中性子輸送実験を実施し、実験結果の解析は2年目に実施する予定であったが、1年目後半に完了したため当初の計画以上に研究が進展したと考えている。（１）では模擬ブランケットにDDまたはDT核融合中性子を照射する体系のジオメトリファイルを作成し、熱外中性子の計測に必要な遮蔽カドミウム箔の厚さやを明らかにした。また、イメージングプレート転写を行う場合は放射化物の純度が重要になるが、短寿命各種を排除するための冷却条件を明らかにした。（2）のDD中性子源を用いた燃料生産性能の評価では、トリチウム生成反応を示すトリトンピークを非常に高いS/N比で得ることができ、模擬ブランケット体系内の6Li(n,t)反応率分布を実験的に評価することに成功した。リチウム6の中性子捕捉反応によるトリトン粒子は付与エネルギー2.40から2.69 MeVの範囲で検出され、この積算強度からトリチウム生成率を評価する式を提案した。得られた結果はMCNP６を用いた中性子輸送計算によって確認され、実験誤差9%以内で評価できることが確認された。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度の実験ではDT核融合中性子源（中性子エネルギ―：14.1 MeV）を用いて模擬ブランケット体系内での中性子輸送実験を実施し、単結晶CVDダイヤモンド検出器によって体系内部におけるトリチウム生成反応率を計測する。ダイヤモンドでは6Li(n,t)反応を用いた熱中性子測定とC(n,a)Be反応を用いた高速中性子束の同時測定・オンライン計測を目指す。また、放射化箔を用い、DT中性子環境下で中性子エネルギーごとの中性子束分布測定を目指す。今後の研究では、複数の核データを用いた計算結果との比較により、核データの妥当性の評価を行う。DT核融合中性子源には大阪大学のOKTAVIAN照射装置を用いることを予定している。施設担当者から使用の内諾が得られており、既に現地見学や打ち合わせを行っているが、実験を実施する上で予測される最大リスクは新型コロナウイルス感染拡大により、照射施設への出張が許可されないことである。この場合、DT核融合中性子照射は3年目に実施することとし、水素の放射性同位体であるトリチウムを取り扱うために放電型中性子源の燃料供給系と排気系の改良を行う。つまり、金属間化合物を用い、燃料閉じ込め方式でのグロー放電を目指す。現状、国内で利用可能な核融合中性子源は限られており、放電型核融合中性子源を用いたニュートロニクス試験は代替的な手法として有用であると期待される。
|
