核共鳴散乱を用いた放射性同位元素の非破壊検出

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20612014
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 菊澤 信宏 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究員 (50354907)
• 研究分担者: 豊川 弘之 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (80357582) ; 早川 岳人 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (70343944) ; 静間 俊行 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (50282299) ; 羽島 良一 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (30218432) ; 西森 信行 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (60354908)
• キーワード: 光核共鳴散乱 / 逆コンプトン散乱 / 放射性同位体検知 / 準単色γ線

研究概要

原子炉からの放射性廃棄物処理処分、核燃料サイクルでは、長寿命核分裂生成物の非破壊検査法の開発が望まれている。我々は、エネルギー可変(2〜4MeV)の準単色なレーザーコンプトンγ線を用いた光核共鳴散乱による新しい測定法を提案した。この新しい測定法は次のような特徴を有する。
・厚さ20〜30cmのコンクリート、数cmの鉄等を透過して元素検出が可能
・放射性同位体だけでなく安定同位体の検出も可能
・原子核変換を伴わない光核共鳴散乱反応を利用するため、検査対象が放射化しない
本年度は、この非破壊検査システム設計・性能評価に必要なモンテカルロシミュレーションコードを開発し、並列化を行った。この結果、64CPUで40倍の高速化を実現した。
コードの信頼性を検証するために、ウランの代わりに天然鉛を用いて実験を行った。最大エネルギーが5.7MeVの逆コンプトンY線を照射し、Ge半導体検出器で測定した。鉛が存在する部分にY線が照射されれば、鉛の周囲を囲った鉄を貫通して鉛208で光核共鳴散乱反応が発生し、鉛208に特有のエネルギーを持ったY線がGe半導体検出器で測定できるため、非破壊で鉛208の存在を知ることができる。この実験結果とシミュレーション結果を比較検討し、計算結果の妥当性の評価を行った。この結果、約4割の誤差で計算結果と一致した。

研究成果

• [雑誌論文] Nondestructive Detection of Heavily Shielded Materials by Using Nuclear Resonance Fluorescence with a Laser-Compton Scattering γ-ray Source (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Kikuzawa, R. Hajima, N. Nishimori, E. Minehara, T. Hayakawa, T. Shizuma, H. Toyokawa, H.Ohgaki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2 ページ: 036502
  • 査読あり
• [学会発表] 放射性廃棄物処理処分のための準単色大強度γ線による放射性同位体検出 (2009)
  • 著者名/発表者名: 菊澤信宏, 羽島良一, 早川岳人, 静間俊行
  • 学会等名: 2009年原子力学会 春の年会
  • 発表場所: 東京都目黒区
  • 年月日: 2009-03-25
• [学会発表] Geant4によるNRFのシミュレーションコード開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 菊澤信宏, 羽島良一, 早川岳人, 静間俊行, 峰原英介, 豊川弘之, 大垣英明
  • 学会等名: 2008年原子力学会 秋の大会
  • 発表場所: 高知県香美市
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] 光核共鳴散乱による同位体イメージング法の原理検証 (2008)
  • 著者名/発表者名: 菊澤信宏、羽島良一、早川岳人、静間俊行、峰原英介、豊川弘之、大垣英明
  • 学会等名: 第5回日本加速器学会年会・第33回リニアック技術研究会
  • 発表場所: 広島県東広島市
  • 年月日: 2008-08-06