| 研究課題/領域番号 |
23K26592
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01899 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31010:原子力工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
古田 琢哉 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (40604575)
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| 研究分担者 |
岸本 祐二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 放射線科学センター, 准教授 (50583481)
津田 修一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, リーダー (00354704)
熊谷 友多 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, リーダー (70455294)
西野 翔 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 放射線管理部, 技術副主幹 (50794054)
谷村 嘉彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 放射線管理部, 次長 (20354714)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2028-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2027年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2026年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2025年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | PHITS / 核データ / 残留核 / 励起状態 / 希少安定同位体 / 酸素17同位体 / 加速器中性子 / 三次元飛跡検出器 / 比例計数管 / ネオンガス / ダイナミック型二次イオン質量分析装置 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
加速器中性子を用いた核変換による高純度17O生成システムの構築を目指すためには、最適な製造条件の決定等で精度の高いシミュレーション技術が必要である。この核となる20Ne(n,alpha)17O反応の核反応断面積データには、実験データの不足による大きな不定性がある。そこで、既存の検出器を改良し、新たな検出器を開発することで、高精度な断面積測定を実施する。また、この実験で生成される17Oは原子的な反応性の乏しいネオンガス中で生成されることから、陰極に誘導され吸着することが想定される。そこで、実験後に陰極を取り出し同位体分析を行うことで、実際に生成17Oが捕集できることを確認する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、R5年度に実施したネオンガス比例計数管に対する5MeV中性子照射実験で試験的に取得したデータの詳細解析を実施した。実験で得られた波高分布には、20Ne(n,alpha)17O反応で生成される17Oの基底状態および第一励起状態に相当する二つのピークが観測できており、実験的にこれらの成分を分離できることが分かった。検出器の体系を再現したPHITSシミュレーションでも同様に二つのピークが確認でき、シミュレーションによるピーク構造を基に実験データを解析することで、17Oの基底状態への反応断面積と励起状態への反応断面積を分離したデータが取得可能なことがわかった。
その一方で、現状のPHITSシミュレーションでは、実験の基底状態と第一励起状態の生成比を再現できないことがわかった。さらに、シミュレーションの結果は、計算のベースに使っているJENDL5核データの生成比とも異なっており、本実験を再現する上で計算に不備があることが分かった。PHITSのプログラムコードを解析した結果、現状のPHITSでは残留核の励起状態に関する核データを陽に取り扱い、残留核の生成を再現する機能が存在しないせず、残留核の励起状態については積分された核データを用いており、準位密度の比に基づいて励起状態の残留核が生成されていることがわかった。
現在PHITSで使用している核データJENDL5には、残留核の励起状態毎の反応断面積データが含まれており、このデータを利用した計算アルゴリズムをPHITSに組み込むことで、残留核の励起状態も再現したシミュレーションが可能となる。そこで、今後の研究展開として、この計算機能の開発に着手する予定である。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
本年度は、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所内のFRS施設において、5MeV中性子照射実験を行う予定であったが、使用予定の中性子ビームが故障したため、予定していた中性子照射実験が実施できず、計画に遅れが生じている。
一方で、昨年度に取得した実験データの解析を予定よりも先に進める等、研究計画を一部変更して臨機応変に対応した結果、計画の遅れは軽微とすることができたため、全体としては、「やや遅れている」と判断する。
また、故障した中性子ビームの修理は進んでおり、次年度は使用可能との見込みだが、不測の故障に備えて、東北大学FNL施設の5MeV中性子ビームを使用した実験も計画しており、先方と調整中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
PHITSで残留核の励起状態に関する核データが取り扱えないという不備を解消するため、励起状態を含む核データを取り扱う機能を開発し、PHITSに組み込む。FRS施設および東北大学FNL施設において5MeV中性子照射実験をネオンガス比例計数管および位置有感比例計数箱に対して実施し、5MeV中性子に対する20Ne(n,alpha)17Oの断面積データを取得する。また、5MeV以外のエネルギーにおける断面積データ取得に向けて、ネオンガス位置有感比例計数箱の大型化に向けた設計の検討を進める。
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