2022 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental evaluation of neutron transport and fuel production in fusion blanket
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20K14442
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
向井 啓祐 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (70807700)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 中性子輸送 / 中性子発生 / ブランケット / 核融合中性子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉は炉内でのトリチウム生産量が消費量を上回らなければ原理的に核融合炉は連続運転ができない。現状ではモンテカルロ法による計算コードが使用されているが、本計算では核融合ブランケットの燃料自給性の確証を得ることが困難であるため、トリチウムの生成や中性子の輸送に関する実験的な検証が必要となる。そこで、本研究では小型の核融合中性子源を用い、模擬ブランケット内でエネルギー幅の広いスペクトル中性子を発生させ、中性子とトリチウム生産率の計測・評価を実施した。
ブランケット模擬体は反射材、増殖材、減速材で構成され、その内部に単結晶ダイヤモンド検出器が設置された。また、中性子発生量増大のために、電極にはチタンコーティングが施された。中性子の発生と計測の結果、カソードにTiをコーティングすることで、コーティングしていないカソードよりも中性子発生率が約40％程度向上することが示唆された。また、グロー放電発光分光法（GD-OES）によるカソードの深さ方向分析を実施した結果、電極表面で重水素密度が上昇していることが確認され、表面濃度の上昇が発生率の向上に寄与していることを明らかにした。
中性子照射実験は、9mA、60kVの放電条件で、単結晶ダイヤモンド検出器を5つの異なる位置（位置A-E）に配置して実施した。横軸2.55 MeVで6Li(n,t)反応に起因するトリトンのピークが検出された。このトリトンピーク強度からトリチウム生成率を実験的に評価した。MCNPコードによって中性子輸送シミュレーションを実施し、トリチウム生成率の計算結果と実験結果の比C/Eを求めたところ、C/E = 0.96-1.41と求められた。この結果、小型放電型中性子発生装置を用いることで艇ノイズな波形からトリチウム生成率が評価できること、そして少なくとも10^5 n/cm2の熱中性子フルエンスが必要であることが示唆された。
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