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ウラン（U）等の核物質の量を測定することは、核燃料の臨界安全を確保するばかりではなく、トランク等に違法に隠匿された核爆弾の原料となり得る核物質を探知するという核セキュリティ対策としても重要である。本研究においては核物質の探知・定量方法として、パルス中性子を用いた遅発中性子雑音解析法という新しい測定解析手法を提案し、そのための核燃料を用いた基礎実験と解析を行うことを通じて本解析法の有効性と問題点を明らすることを目的とした。
当初の計画では研究期間中に京都大学臨界実験装置(KUCA)で高濃縮Uとパルス中性子発生装置を用いて核物質探知の実験を行う予定であったが、原子力規制庁によるKUCAの新規制基準対応の審査が長引いてしまい、これらの実験を行うことができなかった。そこで代替実験として天然UとCf中性子源を用いた未臨界体系における中性子計測の平均対分散法による雑音解析実験を実施した。その結果、実効増倍率が約0.5以下という非常に深い未臨界状態であるにも関わらず核物質量の増減に関する情報を取得できることが判った。さらに測定精度向上のために新たにガンマ線検出器を用いて分散法と共分散法の雑音解析による測定を実施した。その結果、2MeV以上のガンマ線のエネルギーの信号のみの時系列解析を行うことにより体系内での連鎖反応に関する情報を取得でき、中性子計測とガンマ線計測を同時に行うことにより測定精度を向上させることができることが判った。これらの実験に加えて、新たにDD反応によるパルス中性子発生装置と高濃縮Uを用いた体系での核物質探知実験を実施した。実験で使用したU量が少なかったため中性子雑音解析法は有効ではなかったが、発生する中性子エネルギーを測定する新しい実験手法を採用することによりUの存在を確認することができ、本手法を今後の新しい核物質探知手法として利用できることが判った。
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