中性子を用いた非破壊元素分析法の革新

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01076
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 藤 暢輔 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (60354734)
• 研究分担者: 前田 亮 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (60749208) ; 土屋 晴文 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 任期付研究員 (70415230)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 即発ガンマ線分析 / 中性子共鳴捕獲分析 / 飛行時間法

研究実績の概要

試料を再利用することができ、迅速で簡単に結果が得られるなどの利点がある非破壊元素分析は、破壊分析がためらわれる希少な試料や、破壊分析が困難な放射性物質を含む試料などを分析する時に、非常に有効な分析手法として知られている。本研究では、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置された中性子核反応測定装置ANNRIを用いた非破壊元素分析法の研究開発を実施している。即発ガンマ線分析は、中性子が捕獲される際に放出されるガンマ線のエネルギーとその強度を測定する事によって元素の種類と含有量を知ることができる非破壊分析法である。中性子共鳴捕獲分析も非破壊分析法であるが、こちらは中性子が元素毎に異なるある特定のエネルギーを持つときに、非常に良く中性子を捕獲する特性、いわゆる共鳴反応を利用した手法である。ANNRIでは、この即発ガンマ線分析と中性子共鳴捕獲分析を組み合わせた分析手法である飛行時間法を用いた即発ガンマ線分析法を実施することができる。この分析手法に中性子フィルターを適用する事による高度化と、中性子遮蔽の強化や専用の解析ソフト、データベース、補正法の開発等による同手法の確立を目指している。本年度は、ブランクを含めて8個の中性子フィルターを製作し、それらを用いた予備実験を実施した。また、専用の解析ソフト、ガンマ線や中性子共鳴に係るデータベース、定量値を得るために必要となる自己遮蔽効果などの補正法の開発に着手し、来年度から行う本格的なガンマ線測定実験やソフトウェア・ハードウェア開発等に向けた準備を整える事ができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度に製作した中性子フィルターは、ギャップ高として0（ブランクサンプル）,10, 20, 30, 112, 224, 920, 1818μmである。ギャップ高及び表面の粗さをテーラーホブソン製の精密表面粗さ測定機にて測定した結果、例えば30μmのフィルターでは殆どの領域で0.05μm以下の粗さであり、最大でも0.25μmであるなど、十分に精密な加工が出来ていることを確かめた。また、これらを用いた予備実験を実施した。さらに、ガンマ線スペクトル等の解析ソフト、核種毎にことなるガンマ線や中性子共鳴のエネルギー等に関するデータベース、中性子の自己遮蔽等の補正法開発も予定通りに進んだ。

今後の研究の推進方策

来年度以降は、当初の計画通りに本年度作成した中性子フィルターを用いた本実験を実施する予定である。測定試料は、最終的には出来るだけ多くの核種を測定する予定であるが、低いエネルギー領域に共鳴を持つ核種を優先的かつ系統的に測定する。また、並行して解析ソフトやデータベースの開発を継続し、補正法に係る実験やそのデータ解析も実施する。さらに、中性子フィルターの種類を拡充し、それらのフィルターによる効果の違いも調べる予定である。

研究成果

• [学会発表] J-PARC ANNRI における飛行時間法を用いた即発ガンマ線分析法の開発とその応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤 暢輔
  • 学会等名: 日本放射化学会