| 研究課題/領域番号 |
18K03682
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
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, 准教授 (30213896)
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| 研究分担者 |
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) [辞退]
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, 講師 (70290856)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | J-PARC / ニュートリノ / トリチウム / ベリリウム / マンガン / 大強度陽子ビーム |
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| 研究実績の概要 |
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。このうち3Hの排水による除去と7Beや54Mn等の金属イオン性放射能のイオン交換樹脂による除去が本研究の大きなテーマであった。前年度までの研究により、金属イオン性放射能の除去には一定の成果が見られ、ほぼ今後の方針と除去能力は確立された。しかしながら、残る課題のイオン交換樹脂通水システムの大量の放射能除去後のメンテナンスだけは、2022年度にはビーム運転が無かったこともあり、まだ十分な検討がなされていない。
2021年度末にニュートリノ第２設備棟を増設して、252m^3の希釈排水タンク2基が完成したことを受けて、2022年度には2つの大きな周辺工事を行った。一つは工水浄化装置の導入である。いままで使用していた工水には泥が混じっており、希釈排水の結果、大量の3Hを含む泥を生じていた。この泥を除去するための浄化装置を完成させた。もう１つは放射化水排水配管の拡張である。放射化水排水は監視のために県から平日の勤務時間内に行うように指導を受けている。そのため排水量を増やすためには流速を増やす必要があり、排水配管拡張の必要があった。これらの工事を完了させ、2022年度末に最初の放射化水排水を行い、排水手順を確立させた。今後、10年程度は放射化水排水で大きな困難は無いと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究はJ-PARCニュートリノビーム運転によって生じた放射能の処理に関する研究である。ビーム運転が休止している状態では研究の進展には限りがある。J-PARCでは2022年度に50GeVシンクロトロンの大幅なアップグレードがあり、1年以上に渡ってニュートリノ実験施設へのビーム運転が休止された。またコロナの影響により、工事の期間が長引いたのも研究の遅れの原因の1つである。このため2022年度の成果は残念ながら乏しかった。しかしながら、前述したようにビーム休止の間にさまざまな関連機器・設備のアップグレードを行い、その性能の確認や運用ノウハウの蓄積も行った。2023年度のはこの研究の遅れを十分取り戻せると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ニュートリノ第２設備棟の2基の252m^3の希釈排水タンクは2022年度に最初の1回の使用を行い、操作手順等が確立された。また、工水浄化装置の導入や排水配管の拡張も最初の1回の操作を無事に終えた。2023年度はこれらの設備・機器を十分に活用して多量の放射化水の処理を行う。週1回程度の頻度での連続処理では、1回の放射化水処理では分からなかった様々な問題が出てくると思われる。それらを解決することにより今後5年～10年のタイムスパンで考えている年間1300kW x 10^7秒運転で生じる放射化水処理へのノウハウを確立する。
今後の研究のもう１つの大きな柱は鉄板からの水や空気への3H流出問題である。鉄板からの3Hの流出は3Hが鉄板の中をどの程度の速さで移動するかを示すパラメータ(diffusivity)と、金属表面に達した3Hがどの程度鉄板と接する水・水蒸気との間で水素-3H交換を行うチャンスがあるかを示すパラメータ(solubility)に依存する。鉄板から流出する3Hは、今後ビームライン構造体を鉄以外の金属で作ることは現実的ではないので、鉄以外の金属で鉄表面をコーティングする可能性が考えられる。さまざまな金属で鉄板片をコーティングした試料をビームに曝し、それから流出する3Hを測定することを検討した。パイロット的な試みとして2021年のビーム運転ではターゲットステーションのヘリウム容器下流でビームに曝したサンプルを作った。これについての解析はまだ行われておらず、これを進める予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2022年度には全くビーム運転が行われなかったことが研究費の使用額が想定よりも少額になった主な理由である。研究の中心課題は7Be等の金属イオン放射能の除去から3H処理に移ってきている。放射化水排水手順の確立は今後の大きな柱である。また、鉄板からの3H流出、その促進もしくは抑制がを金属試料を用いて測定することが新たな課題としてクローズアップされている。対応が遅れている2021年度ビームによる試料の解析を通してさらなる試料の設置・解析が必要となる可能性が高い。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。2023年度は延長期間も含めて本研究の最終年度なので、研究成果発表の機会があれば会議参加等のために経費を使用したい。
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