高速中性子直接問いかけ法による実廃棄物ドラム缶のウラン量非破壊測定システムの実用化研究

摘要

A non-destructive assay system using the fast neutron direct interrogation method has been designed and developed to be put into practical use for the determination of the uranium (~(235)U) mass contained in actual uranium-contaminated waste drums. The method is capable of measuring the fissile mass in a drum by counting the number of fission neutrons resulting from nuclear fission reactions between the fissile materials contained in a drum and thermal neutrons generated by 14 MeV fast neutrons irradiated from outside the drum. A performance test employing simulated metal waste drums demonstrated that a natural uranium mass of as low as approximately 10 g could be detected within an error of ±20% regardless of the distribution of uranium samples in the drum, and the total number of fission neutrons was proportional to the ~(235)U mass. A demonstration test employing actual waste drums could determine the uranium mass by using a newly developed correction method for deriving the fissile mass in a drum. It has been proved by the experimental validation tests that the assay system equipped with the correction method is very useful for the accountancy of waste drums.%これまでのFNDI法に関する基礎研究開発成果をもとに，新たにコンクリートブロックを遮蔽体に用いて約10分の1の低コストでFNDI法による廃棄物ドラム缶測定用のウラン定量NDA装置JAWAS-Nを設計•構築し，金属系廃棄物ドラム缶を用いた基本特性試験によりその特性を検証した。その結果，設計時にシミュレーションで予測されたウラン線源の偏在による位置感度差(径方向：±10%,縦方向：±20%以内)が小さいこと，鉄スクラップ(嵩密度0.5gcm~(-3))の廃棄物ドラム缶では天然ウラン10g以上で位置感度差に起因する±20%以内の誤差で10分の測定時間で測定できること，さらに測定した核分裂中性子数が~(235)U質量に比例することをJAWAS-Nにおいて実証することができた。また，同装置において鉄以外のマトリックスの場合は，アルミナの廃棄物ドラム缶を用いた試験では最少約1gの質量まで天然ウラン量を同様の誤差で測定できることを確認し，マトリックスが鉄の場合と同様に嵩密度が変化しても，コンクリート，ウエス，NaFおよびアルミナ等の他のマトリックスでも新規に開発したFNDI法での核物質量の導出法による補正係数を用いて測定できることを示した。さらに，実廃棄物ドラム缶測定試験では，同導出法による補正係数により鉄スクラップ，NaFおよびアルミナの実廃棄物ドラム缶内の天然ウラン量も測定し，アルミナでは数10kgのウラン量まで推定できることを実証した。本試験結果により，パッシブガンマ線，中性子線法を用いた従来の金属系廃棄物ドラム缶の計量管理の測定技術の短所をFNDI法で補完できる見込みが得られた。従来の計量管理の測定技術と相補的に併用すれば計量管理時の測定誤差の低減に貢献できると考えられる。今後，金属系廃棄物ドラム缶以外のドラム缶に本方法を適用する場合には，誤差をより小さくするために金属以外の様々なマトリッタスでの校正試験を継続して実施し位置感度差を正確に割り出し，補正係数の精度を高める必要がある。最後に，人形峠センターでは，FNDI法の本格的な実用化を目指して現在のFNDI法での実廃棄物の測定試験の成果をもとに，IAEAの査察機器としての認証試験を平成27年度中に受ける予定である。本試験装置の人形峠環境技術センターでの構築に当たり多大なるご協力を頂いた門一実氏(現，JAEA核燃料サイクルエ学研究所)，時澤孝之氏(現，JAEA福島環境安全センター)，吉田英明氏(現，JAEA人形峠環境技術センター)，大塚芳政氏(同)，および長濱洋次氏(同)の関係者の方々に深謝いたします。また，本装置の試験実施に当たり精力的にご尽力頂いた㈱人形峠原子力産業の洲脇拓郎氏，藤木直樹氏に感謝いたします。さらに，装置の構築から試験の実施についてご指導，ご協力頂いたJAEA原子力基礎工学研究センターの関係者の方々，特に有益な助言•コメントを頂いた高瀬操氏，飛田浩氏，春山満夫氏に感謝いたします。