特許 6179885 核分裂性物質量の測定方法、及び測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6179885

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】核分裂性物質量の測定方法、及び測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/167 20060101AFI20170807BHJP

   G01T 3/00 20060101ALI20170807BHJP

   G21K 5/02 20060101ALI20170807BHJP

   G01N 23/05 20060101ALI20170807BHJP

   G21K 5/10 20060101ALN20170807BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/167 C

   G01T1/167 E

   G01T3/00 H

   G21K5/02 N

   G01N23/05

   !G21K5/10 T

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-49697(P2013-49697)

(22)【出願日】2013年3月12日

(65)【公開番号】特開2014-174123(P2014-174123A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2016年2月5日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 第３３回核物質管理学会日本支部年次大会 開催日 平成２４年１０月２６日 開催場所 東京学士会館（東京都千代田区神田錦町３−２８） ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｎｍｃｃ．ｏｒ．ｊｐ／ｉｎｍｍ／ 掲載日 平成２４年１２月１９日

(73)【特許権者】

【識別番号】505374783

【氏名又は名称】国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100113608

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100175190

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 裕明

(72)【発明者】

【氏名】大図 章

(72)【発明者】

【氏名】春山 満夫

(72)【発明者】

【氏名】呉田 昌俊

【審査官】 南川 泰裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０９０８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５０３３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１８５８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６４５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５４１４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１２７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０８１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４４８３８１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４４９７７６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００８１７８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／００−７／１２

Ｇ０１Ｎ ２３／００−２３／２２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高速中性子発生源より中性子を所定時間、放射性廃棄物に照射するステップと、
前記放射性廃棄物外に配置された検出器により中性子数を測定するステップと、
前記高速中性子発生源より前記放射性廃棄物に入射した中性子が前記放射性廃棄物中の核分裂性物質と核反応を引き起こして発生する核分裂中性子の発生特性に基づいて前記放射性廃棄物中の核分裂性物質量を算出するステップと、を有し、
前記算出するステップは、前記高速中性子発生源より中性子を照射後に測定された核分裂中性子数のうち、前記放射性廃棄物に入射した中性子が前記放射性廃棄物中の核分裂性物質と核反応を引き起こして発生する核分裂中性子の発生数を算出するステップと、
前記核分裂中性子の発生数の時間変動から核分裂中性子の消滅時間を算出するステップと、
前記核分裂中性子の発生数の総カウント数を算出するステップと、
前記消滅時間と前記総カウント数から放射性廃棄物中の核分裂性物質量を導出するステップと、を含み、
前記核分裂性物質量を導出するステップは、使用する測定装置において予め計測した前記消滅時間と核分裂性物質の単位質量当たりの総カウント数との校正された相関関係を基に、測定対象の放射性廃棄物から得られる消滅時間に対応する核分裂性物質の単位質量当りの校正総カウント数を求めるステップと、
前記測定対象の放射性廃棄物から得られる総カウント数を前記校正総カウント数で除算するステップと、を有する核分裂性物質量の測定方法。

【請求項2】

放射性廃棄物に高速中性子を照射する高速中性子発生源と、
中性子検出器と、
前記高速中性子発生源より前記放射性廃棄物に入射した中性子が前記放射性廃棄物中の核分裂性物質と核反応を引き起こして発生する中性子の発生特性に基づいて前記放射性廃棄物中の核分裂性物質量を算出する演算部と、
前記消滅時間と核分裂性物質の単位質量当たりの校正総カウント数との相関関係を記憶する手段と、を備え、
前記演算部は、前記高速中性子発生源より中性子を照射後に測定された中性子数のうち、前記放射性廃棄物に入射した中性子が前記放射性廃棄物中の核分裂性物質と核反応を引き起こして発生する核分裂中性子の発生数を算出する手段と、
前記核分裂中性子の発生数の時間変動から核分裂中性子の消滅時間を算出する手段と、
前記核分裂中性子の発生数の総カウント数を算出する手段と、
前記消滅時間と前記総カウント数から放射性廃棄物中の核分裂性物質量を導出する手段と、を含み、
前記導出する手段は、
前記相関関係を基に、測定対象の放射性廃棄物から得られる消滅時間に対応する核分裂性物質の単位質量当りの校正総カウント数を求める手段と、
前記測定対象の放射性廃棄物から得られる総カウント数を前記校正総カウント数で除算する手段と、を有する測定装置。

【請求項3】

前記放射性廃棄物、前記高速中性子発生源、及び前記中性子検出器を取り囲む高速中性子反射体と前記高速中性子反射体の内壁面に内張された熱中性子吸収材とを有する構造物をさらに備える請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記高速中性子反射体は、鉄、鉄合金、鉛、ジルコニウム合金、及びコンクリートの少なくとも１つを含み、
前記熱中性子吸収材は、カドミウム及び炭化ホウ素の少なくとも１つを含む請求項３に記載の測定装置。

【請求項5】

前記放射性廃棄物を内蔵する容器を前記容器の中心軸周りに回転する回転手段をさらに備え、
前記容器は、前記高速中性子発生源と前記中性子検出器との間に配置されて回転される請求項２から４のいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項6】

前記放射性廃棄物の外面を被覆し、または前記放射性廃棄物の外面から離間した位置で前記放射性廃棄物を包囲する中性子減速材をさらに備える請求項２から５のいずれか１項に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウラン、プルトニウム等の核分裂性物質が混入されたドラム缶等の放射性固体廃棄物内の核分裂性物質含有量を放射線により測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

放射性固体廃棄物に内蔵される核分裂性物質の量を非破壊測定法によって測定検査す
る従来の方法として、アクティブ中性子法が知られている（例えば、特許文献１〜８、非特許文献１〜３）。

【0003】

アクティブ中性子法では、測定システム内に設置した中性子発生源から発生した高速中性子は検出対象の放射性固体廃棄物に照射され、放射性固体廃棄物中の核分裂性核種と核分裂反応を誘発する。核分裂反応の結果発生する核分裂中性子を測定システム内に設置した中性子検出器で測定することにより、放射性固体廃棄物の核分裂性物質含有量が測定される。特に、従来の測定システムは、所定時間パルス状に高速中性子を発生させて核分裂性物質に照射し、パルス状の中性子の照射から得られる核分裂中性子の総カウント数のみを基に、放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量を導出していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３８４５６８５号公報

【特許文献2】特開平１１−６４５２８号公報

【特許文献3】特開２００７−２１８６６３号公報

【特許文献4】特開２００９−２８１８７８号公報

【特許文献5】特許第２９７８１０３号公報

【特許文献6】特許第２９７８１０６号公報

【特許文献7】特表２００２−５４１４９１号公報

【特許文献8】特開平５−２８１１５８号公報

【特許文献9】特開２００３−０９０８８３号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】春山満夫他、日本原子力学会誌、２００１年、Vol.43, No.4, p.397-404

【非特許文献2】春山満夫他、日本原子力学会和文論文誌、２００４年、Vol.3, No.2, p.185-192

【非特許文献3】春山満夫他、日本原子力学会和文論文誌、２００７年、Vol.6, No.1, p.65-72

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のアクティブ中性子法を用いた放射線固体廃棄物中の核分裂物質の非破壊測定装置では、同量の核分裂性物質を含む放射性固体廃棄物であっても、実際には放射性固体廃棄物に含まれる内容物の中性子吸収特性あるいは中性子減速特性が異なり、これに応じて測定される核分裂中性子のカウントが異なる。このため、同量の核分裂性物質を含む場合であって放射性固体廃棄物に含まれる内容物の中性子吸収特性あるいは中性子減速特性が異なるために同一量の中性子の照射から得られる核分裂中性子の総カウント数が異なり、核分裂中性子の総カウント数だけでは、放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量を精度よく測定することは困難であった。

【0007】

本発明の課題は、従来技術の方法の課題を克服して放射性固体廃棄物に含まれる内容物の中性子吸収特性あるいは中性子減速特性によらずに放射性廃棄物中の核分裂性物質量を正確かつ精度よく測定する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

１つの側面では、本発明は、核分裂性物質量の測定方法として例示できる。本方法は、高速中性子高発生源より中性子を所定時間、放射性廃棄物に照射するステップと、
放射性廃棄物外に配置された検出器により中性子数を測定するステップと、
高速中性子発生源より放射性廃棄物に入射した中性子が放射性廃棄物中の核分裂性物質と核反応を引き起こして発生する中性子の発生特性に基づいて放射性廃棄物中の核分裂性物質量を算出するステップと、核分裂中性子の発生数の時間変動から核分裂中性子の消滅時間を算出するステップと、核分裂中性子の発生数の総カウント数を算出するステップと、
使用する測定装置において予め計測した消滅時間と核分裂性物質の単位質量当たりの総カウント数との校正された相関関係を基に、測定対象の放射性廃棄物から得られる消滅時間に対応する校正総カウント数を求めるステップと、測定対象の放射性廃棄物から得られ
る総カウント数を前記校正総カウント数で除算するステップと、を有する。
本発明は、固体の放射性廃棄物に含まれる内容物の中性子吸収特性あるいは中性子減速特性が異なる性質を利用して、上記従来の技術では用いられていない固体の放射性廃棄物内に含まれる物質の中性子吸収特性あるいは中性子減速特性を示す指標となる消滅時間を用いて、消滅時間と単位核分裂性物質量での総カウント数の関係から固体の放射性廃棄物に含まれる物質の中性子吸収および減速特性が異なる場合でも核分裂物質量を正確に測定できる。

【発明の効果】

【0009】

本方法によれば、放射性廃棄物中の核分裂性物質量を精度よく測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る測定装置１の側面図である。

【図2】測定装置１の上面図である。

【図3】計測制御ＰＣシステムの構成を例示する図である。

【図4】中性子検出器でのカウント数を例示する図である。

【図5】核分裂性物質量の測定処理の手順を例示する図である。

【図6】種々の放射性固体廃棄物の中性子カウント数の測定装置での測定結果と、中性子輸送計算によって放射性廃棄物に対して高速中性子を照射するシミュレーション結果とを例示する図である。

【図7】シミュレーションにより得られた消滅時間と中性子総カウント数の関係を例示する図である。

【図8】消滅時間と核分裂性物質の単位質量当たり中性子総カウント数の関係を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、一実施形態に係るに核分裂性物質量の測定方法を説明する。この測定方法は、核分裂性物質量の測定装置において実行される。以下の実施形態の構成は例示であり、本測定装置は実施形態の構成には限定されない。

【0012】

図１から図４を参照して、測定装置１を説明する。測定装置１は、アクティブ中性子法を用いて放射性固体廃棄物中の核分裂性物質の非破壊測定を実行する。測定装置１は、測定における放射性固体廃棄物に対する位置感度差を低減するとともに、放射性固体廃棄物の内容物の中性子吸収及び減速特性を考慮することで核分裂性物質量の測定精度を向上する。

【0013】

具体的には、測定装置１は、核分裂性物質量測定の精度を向上するために、核分裂性物質から発生する核分裂中性子の消滅時間と総カウント数から核分裂性物質量を導出する。測定手順の一例として、測定装置１は、中性子発生源からパルス状に高速中性子を発生させ、固体廃棄物に照射する。すると固体廃棄物内に含まれる核分裂性物質からは核分裂中性子がパルス状に発生し、中性子検出器に到達する。このとき発生する核分裂中性子は、ある一定の時定数で指数関数的に減衰する。この時定数は、アクティブ中性子法では消滅時間（Die-away time）と呼ばれる。

【0014】

消滅時間は放射性固体廃棄物内に含まれる物質の中性子吸収及び減速特性に依存する。例えば固体廃棄物の内容物が金属系の場合には比較的消滅時間は短くなり、コンクリートまたはウエス(紙または布)の場合には、消滅時間は金属系の場合より長くなる。消滅時間は固体廃棄物内に含まれる物質の中性子吸収及び減速特性を示す指標となる。したがって、放射性固体廃棄物における消滅時間を精度よく計測することによって、放射性固体廃棄物内に含まれる物質の中性子吸収及び減速特性を特定することができる。

【0015】

また、パルス状に照射される高速中性子に対応して、放射性固体廃棄物中の核分裂性物質からパルス状に発生し検出器に到達して検出される核分裂中性子の総計数値である総カウント数を以下、単に総カウント数と呼ぶ。核分裂中性子の総カウント数は核分裂性物質の量に比例し、かつ固体廃棄物内に含まれる物質の中性子吸収及び減速特性で変化する。そこで、校正試験を行い、固体廃棄物内に含まれる物質の中性子吸収及び減速性能を示す特性値を変化させて、既知の核分裂性物質を既知の量含んだ状態で検出される核分裂中性子の消滅時間と総カウント数の関係を予め求めておく。例えば、消滅時間と核分裂性物質の単位質量あたりの核分裂中性子の総カウント数の関係を求めておく。この関係を事前に求めておけば、この関係を基準にして固体廃棄物内の未知の核分裂性物質量を導出することが可能となる。

【0016】

例えば、まず、固体廃棄物内の核分裂性物質から発生する核分裂中性子の消滅時間を計測する。次に予め校正試験により決定された消滅時間と核分裂性物質の単位質量あたりの核分裂中性子の総カウント数の関係を参照する。そして、計測された消滅時間に対応する核分裂性物質の単位質量の校正された核分裂中性子の総カウント数を特定する。最後に、実際に計測された核分裂性物質からの核分裂中性子の総カウント数をその単位質量あたりの校正された核分裂中性子の総カウント数で除算すれば、固体廃棄物内に含まれる未知の核分裂性物質量を求めることができる。

【0017】

図１、図２に、測定装置１の構成を例示する。図１は、測定装置１の側面図であり、図２は、上面図である。上述のように、測定装置１は、アクティブ中性子法を用いて放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量を非破壊で測定する。測定装置１は、核分裂性物質を格納する容器６を搭載するテーブル１３と、パルス状に高速中性子を発生し、容器６内の核分裂性物質に高速中性子を照射するための中性子発生源１１と、中性子検出器１２とを有する。さらに、測定装置１は、容器６、テーブル１３、中性子発生源１１、及び中性子検出器１２を包囲する構造物１４と、中性子発生源１１を制御する中性子発生源制御器２と、中性子検出器１２の検出信号を増幅する中性子パルス信号増幅器３と、中性子の発生数を計数する中性子パルス信号計数器４と、計測制御ＰＣ（Personal Computer）５とを有す
る。

【0018】

容器６は、例えば、金属製の柱状の箱体である。容器６は、母材とともに、核分裂性物質を格納している。容器６内の核分裂性物質を測定する際、容器６はテーブル１３に載置される。容器６の一例はドラム缶である。

【0019】

テーブル１３は、例えば、回転駆動されるターンテーブルを有することが望ましい。すなわち、ターンテーブルを回転駆動することにより、テーブル１３に載置された容器６は、容器６の中心軸周りに回転できることが望ましい。ターンテーブルが回転手段の一例である。

【0020】

中性子発生源１１は、パルス状の駆動電圧によって高速中性子をパルス状に発生する。本実施形態において中性子発生源１１は、パルス状に中性子を発生するものであれば、その構造、構成に限定はない。中性子発生源１１は、例えば、重水素、三重水素イオンが含まれる電離気体から重水素または三重水素イオンを引き出し、重水素、三重水素が含まれた中性子発生用ターゲットに衝突させて中性子を発生させるものでもよい。

【0021】

アクティブ中性子法による核分裂性物質量の測定精度は、核分裂中性子の検出効率に依存する。そこで、中性子発生源１１は、効率よく高速中性子を発生できること、及び、中性子検出器１２での再現性と信号対ノイズ比とが十分に確保できる程度の高強度の高速中性子をパルス状に発生できるものであることが望ましい。

【0022】

中性子検出器１２は、核分裂性物質を内蔵する容器６から発生する核分裂中性子が中性子検出器１２に入射して核分裂中性子の個数を計数するものである。本実施形態において中性子検出器１２の構造、構成に限定はない。例えば、中性子検出器１２は、電極間にヘリウム(³Ｈｅ)等の不活性ガスを導入した構造である。例えば、中性子検出器１２では、
不活性ガス中に中性子を入射させ、電離した不活性ガスの電子とイオンを電極に収集すればよい。また、中性子検出器１２は、シンチレータに中性子を入射させ、シンチレータで発生した光子を電気信号に変換して計数する構成でもよい。

【0023】

ただし、高速中性子を効率よく検出するために、中性子検出器１２は、例えば、特開２００９−２８１８７８において、本発明者らが提案した構造が望ましい。中性子検出器１２は、一例としては、中性子を検出する複数の検出器（Ａ）と、検出器（Ａ）の周囲を取り囲むカドミウム等の熱中性子吸収体（Ｂ）と、熱中性子吸収体（Ｂ）を取り囲むポリエチレン等の中性子減速体（Ｃ）と、中性子減速体（Ｃ）の周囲を取り囲むホウ素含有物質を含む熱中性子及びエピサーマル中性子吸収体（Ｄ）と、熱中性子及びエピサーマル中性子吸収体（Ｄ）の周囲を取り囲む構造材と具備する検出器バンクである。

【0024】

構造物１４内の空間から検出器バンク内に侵入した熱中性子及びエピサーマル中性子は、熱中性子及びエピサーマル中性子吸収体（Ｄ）に吸収される。一方、構造物１４内の空間から検出器バンク内に侵入した高速中性子は、中性子減速体（Ｃ）に減速され、熱中性子、エピサーマル中性子、または減速されなかった高速中性子に分化する。このうち、高速中性子から変化した熱中性子は、熱中性子吸収体（Ｂ）に吸収される。したがって、検出器バンク中の検出器に検出されるのは、高速中性子から分化したエピサーマル中性子と減速されなかった高速中性子とが大半となる。つまり、上記検出器バンクの構成を有する中性子検出器１２は、選択的に高速中性子を検出できる。したがって、検出器バンクの構成を有する中性子検出器１２は、容器６外ですでに熱中性子となったものを除外し、高速中性子を検出できる効率を高めることができる。

【0025】

中性子発生源制御器２は、例えば、パルス波形の制御信号にしたがって駆動電圧を生成し、中性子発生源１１を駆動する。また、中性子発生源制御器２は、駆動電圧を生成するパルス波形の制御信号と同期したパルス信号を計測制御ＰＣシステム５に伝送する。計測制御ＰＣシステム５は、伝送されたパルス信号によって、中性子性発生源１１における高速中性子の発生タイミングを検知する。なお、計測制御ＰＣシステム５がパルス信号を生成し、中性子発生源制御器２に通知するようにしてもよい。その場合には、中性子発生源制御器２は、計測制御ＰＣシステム５からのパルス信号にしたがって、パルス波形の駆動電圧を生成し、中性子発生源１１を駆動すればよい。

【0026】

中性子パルス信号増幅器３は、中性子検出器１２の検出信号を増幅し、中性子パルス信号計数器４に伝達する。中性子パルス信号計数器４は、例えば、ノイズレベルと識別可能な検出信号を検知するコンパレータと、コンパレータのオンオフ回数を計数するカウンタとを含む。中性子パルス信号計数器４は、カウンタで計数したカウント数を計測制御ＰＣシステム５に通知する。ただし、計測制御ＰＣシステム５が中性子パルス信号計数器４のカウンタからカウント数を読み取るようにしてもよい。

【0027】

計測制御ＰＣシステム５は、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生したタイミングから所定時間経過毎に連続的に中性子のカウント数を取得する。例えば、計測制御ＰＣシステム５は、中性子パルス信号計数器４のカウント数を入力する回路上にスイッチを設けておけばよい。そして、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生したタイミング（例えば、時刻０）から所定時間（Ｔ１）経過後、次のパルス波形が発生するまでの時間（ΔＴ）の間、計測制御ＰＣシステム５は、スイッチをオンにして、パルスを取得
すればよい。ただし、計測制御ＰＣシステム５は、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生させたタイミング（例えば、時刻０）からのカウント数を取得し、コンピュータ上の情報処理によって、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生させたタイミングから所定時間経過後の中性子のカウント数を取得してもよい。

【0028】

構造物１４は、箱状の構造物である高速中性子反射体１４Ａと、高速中性子反射体１４Ａの内壁を被覆する熱中性子吸収材１４Ｂとを有する。高速中性子反射体１４Ａは、例えば、内部空間を有する６面体である。高速中性子反射体１４Ａは、鉄、鉄合金、鉛、ジルコニウム合金及びコンクリートの少なくとも１つを含む。また、熱中性子吸収材１４Ｂは、カドミウム及び炭化ホウ素の少なくとも１つを含む板状の材料である。

【0029】

測定装置１としては、放射性固体廃棄物内における核分裂性物質に対する位置感度差を極力低減させるものであることが望ましい。このため、測定装置１において、測定対象の容器６を包囲する構造物１４は、上述のように、外枠である箱状の高速中性子反射体１４Ａの内壁に、熱中性子吸収材１４Ｂが内張された構造となっている。また、構造物１４に内張された熱中性子吸収材１４Ｂの内面から容器６に至る空間は中空となっている。

【0030】

このため、中性子発生源１１で発生した高速中性子は、構造物１４内の空間を通過し、そのまま容器６内に入射可能となっている。また、中性子発生源１１で発生した高速中性子のうち、容器６に入射しないものは、例えば、熱中性子吸収材１４Ｂを突き抜け、高速中性子反射体１４Ａに入射する。高速中性子反射体１４Ａに入射した高速中性子は、反射して熱中性子吸収材１４Ｂの内面から容器６に至る空間に戻るか、減速されて熱中性子となる。そして、熱中性子の多くは、高速中性子反射体１４Ａに留まるか、高速中性子反射体１４Ａで反射されて熱中性子吸収材１４Ｂに吸収される。このため、中性子発生源１１で発生した高速中性子のうち、熱中性子に減速されて容器６に入射するものは少ない。

【0031】

容器６には、核分裂性物質の他、例えば、コンクリート、ポリエチレン等の中性子吸収物質が母材の一部として含まれる。したがって、容器６に入射した高速中性子は、容器６内の母材に減速され、熱中性子に変化し、核分裂性物質と核分裂反応を引き起こす。すでに、特開平１１−６４５２８、特開２００３−９０８８３において、本発明者らが報告の通り、熱中性子に代えて高速中性子を直接容器６に入射させることによって、容器６の表面付近と中心軸付近とで、核分裂性物質量の測定感度の位置依存性が１／７５程度に抑制される。図１に示した、外枠である箱状の高速中性子反射体１４Ａの内壁に、熱中性子吸収体１４Ｂが内張された構造物１４は、このような核分裂性物質量の測定感度の位置依存性をさらに改善できる構造となっている。熱中性子吸収体１４Ｂが測定感度の位置依存性の原因となる熱中性子を容器６の外部で吸収するからである。

【0032】

図１、図２に例示するように、測定装置１では、中性子検出感度の放射性固体廃棄物内での位置依存性を軽減するため、放射性固体廃棄物を格納する容器６が中性子検出器１２と中性子発生源１１との間でターンテーブルを有するテーブル１３上に設置される。そして、核分裂中性子量の測定中には、ターンテーブルにより、容器６を所定の速度で回転させることが望まれる。加えて、測定対象物である放射性固体廃棄物の母材が自己中性子減速効果の小さい物質（例えば金属系物質）である場合には、中性子減速材であるポリエチレン製等の付加モデレータを容器６の外側に近接包囲して装備することが望ましい。ただし、ポリエチレン製等の付加モデレータを容器６の外側から離間した状態で包囲してもよい。

【0033】

図３に、計測制御ＰＣシステム５の構成を例示する。計測制御ＰＣシステム５は、ＣＰＵ５１と、主記憶装置５２と、外部記憶装置５３と、着脱可能記憶装置５４と、操作装置５５と、表示装置５６と、入出力インターフェース５７と、通信インターフェース５８と
を有する。

【0034】

ＣＰＵ５１は、主記憶装置５２に実行可能に展開されたコンピュータプログラムを実行し、計測制御ＰＣシステム５としての機能を提供する。ＣＰＵ５１が演算部に相当する。主記憶装置５２は、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラム及びＣＰＵ５１が処理するデータ等を記憶する。外部記憶装置５３は、不揮発性記憶装置として機能し、主記憶装置５２に記憶されるコンピュータプログラム、データ等を保存する。外部記憶装置５３は、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Solid State Drive）等である。着脱可能記憶装
置５４は、着脱可能な記憶媒体にコンピュータプログラム、データ等を入出力する。着脱可能な記憶媒体は、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk, Digital Versatile Disc）、ＵＳＢメモリ等である。

【0035】

操作装置５５は、キーボード等の情報入力装置、マウス、タッチパネル等のポインティングデバイス等である。表示装置５６は、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ等である。

【0036】

入出力インターフェース５７は、例えば、中性子発生制御器２、中性子パルス信号計数器４との間のデータ入出力インターフェースである。入出力インターフェース５７は、中性子発生制御器２から中性子発生源１１への駆動電圧のパルスと同期したパルス信号を受信する。また、入出力インターフェース５７は、中性子パルス信号計数器４から中性子検出器１２で検出された中性子のカウント数を取得する。

【0037】

なお、入出力インターフェース５７は、中性子検出器１２で検出された中性子のカウント数のうち、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生したタイミングから所定時間経過後の中性子のカウント数を取得するためのスイッチを有してもよい。ただし、ＣＰＵ５１が、中性子発生制御器２から中性子発生源１１への駆動電圧のパルスと同期したパルス信号のタイミングの時刻（時刻０）と、時刻０から所定の測定間隔ごとのカウント数を取得してもよい。そして、ＣＰＵ５１が、中性子検出器１２で検出された中性子のカウント数のうち、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生したタイミングから所定時間経過後の中性子のカウント数を抽出するようにしてもよい。

【0038】

通信インターフェース５８は、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）カード等である。通信インターフェース５８は、計測制御ＰＣシステム５をネットワーク上の通信機器に接続する。

【0039】

図４に、ＣＰＵ５１が取得する中性子検出器１２でのカウント数を例示する。このカウント数は、中性子検出器１２で検出された中性子のカウント数のうち、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生したタイミングから所定時間経過毎の中性子のカウント数を抽出した一例である。すなわち、図２の縦軸に例示する中性子カウント数は、図１の中性子発生源１１からの中性子照射開始時刻（例えば、時刻０）に同期させて、その照射開始時間（時刻０）より所定時間（Ｔ１）遅れて中性子検出器１２に検知される単位時間あたりの中性子カウント数を表す。

【0040】

上述のように、測定装置１内に誘起される熱中性子成分は測定装置１の構成上殆ど除去される。このため、測定される中性子成分は、図４のように、中性子発生源からの高速中性子成分（Ｌ１）と核分裂性物質からの核分裂中性子成分（Ｌ２）となる。

【0041】

中性子発生源１１からの高速中性子成分（Ｌ１）は、中性子発生源１１が10E-5秒以下
の極めて短時間にパルス的に高速で動作して高速中性子を発生させたものである。図４のように、高速中性子成分（Ｌ１）は、比較的早い時間に減速され熱中性子に変化するため
急激な減衰を示す。

【0042】

一方、容器６内の核分裂性物質からの核分裂中性子成分は、容器６内での核分裂に起因する。すなわち、中性子発生源１１からパルス的に容器６に照射された高速中性子は、容器６内の放射性固体廃棄物中に浸透し、容器６内の母材によって減速されて熱中性子に変化して放射性固体廃棄物中に存在する。そして、容器６内の熱中性子は核分裂性物質との核分裂反応を誘発して高速中性子（以下、核分裂中性子）を放出しながら減衰する。

【0043】

容器６内の放射性固体廃棄物中に存在する熱中性子量の減衰に応じて核分裂性物質から放出される核分裂中性子量も減衰する。この減衰時間（Ｔ）を消滅時間（Ｔ）と呼ぶ。つまり、核分裂中性子の消滅時間（Ｔ）は、核分裂中性子のカウント数が１／ｅになる時間に相当する。核分裂中性子の消滅時間（Ｔ）は放射性固体廃棄物に含まれる内容物の中性子吸収及び減速特性に依存する。ただし、核分裂中性子の消滅時間（Ｔ）は、高速中性子成分（Ｌ１）の減衰時間より長い。このため、図４のように核分裂中性子成分（Ｌ２）のカウント数は、中性子発生源１１からの高速中性子成分（Ｌ１）と区別可能である。測定装置１は、中性子パルス信号計数器４で計数され、入出力インターフェース５７を通じて取得した中性子のカウント数を核分裂中性子成分（Ｌ２）と、中性子発生源１１からの高速中性子成分（Ｌ１）とに分離する。例えば、測定装置１のＣＰＵ５１は、中性子発生源１１からの高速中性子成分（Ｌ１）が支配的な領域で、高速中性子成分（Ｌ１）の直線を最小自乗法等により、算出すればよい。また、測定装置１のＣＰＵ５１は、核分裂中性子成分（Ｌ２）が支配的な領域で、核分裂中性子成分（Ｌ２）の直線を最小自乗法等により、算出すればよい。

【0044】

また、図４のメッシュで例示される中性子総カウント数（Ｓ）は、中性子検出器１２に検知される単位時間あたりの中性子カウント数を積算することで取得できる。中性子総カウント数（Ｓ）は、位置感度差がないので放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量に比例する。

【0045】

以上のような手順で、測定装置１のＣＰＵ５１は、核分裂中性子成分（Ｌ２）の消滅時間（Ｔ）とその中性子総カウント数（Ｓ）を算出し、分析して放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量を特定する。

【0046】

測定装置１による核分裂性物質量の測定にあたっては、事前の校正試験が行われる。例えば、放射性固体廃棄物中に既知の核分裂性物質を内在させた状態で、測定装置１で得られる図２の消滅時間（Ｔ）、中性子総カウント数（Ｓ）との関係を予め求めておく。校正試験では、容器６内の母材の密度、種類等を変化させて、複数の放射性固体廃棄物について、消滅時間（Ｔ）、中性子総カウント数（Ｓ）との関係を予め求めておく。

【0047】

次の実施例に例示するように、核分裂中性子の消滅時間（Ｔ）と中性子総カウント数（Ｓ）との関係は、放射性固体廃棄物に含まれる母材の種類、密度等の依存性は少ない。すなわち、核分裂中性子の消滅時間（Ｔ）と中性子総カウント数（Ｓ）との関係は、測定装置１ごとに特有の相関関係ということができる。そこで、事前の校正試験により、母材の種類、密度等の異なる複数の放射性個体廃棄物から測定装置１における、核分裂中性子の消滅時間（Ｔ）と中性子総カウント数（Ｓ）との相関関係を複数の測定点のデータから求める。そして、この相関関係をテーブル等によってデータベース化しておく。または、核分裂中性子の消滅時間（Ｔ）と中性子総カウント数（Ｓ）との関係より相関式を求めておいてもよい。

【0048】

以上のような校正試験により、測定装置１のＣＰＵ５１は、主記憶装置５２、外部記憶装置５３等に上記相関関係を示すデータベース、あるいは、相関式の係数等を記憶する。
その結果、ＣＰＵ５１は、所定範囲の消滅時間（Ｔ）に対応する単位質量当たりの核分裂性物質での中性子総カウント数（Ｓ）を基準値として参照できるようになる。

【0049】

図５に、計測制御ＰＣシステム５による容器６内の核分裂性物質量の測定処理の手順を例示する。図４の手順は、例えば、ＣＰＵ５１がコンピュータプログラムにしたがって実行する。この処理では、まず、ＣＰＵ５１が、核分裂性中性子のカウント数を取得する（Ｓ１）。上述のように、ＣＰＵ５１は、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生したタイミングから所定時間経過後の中性子のカウント数を取得すればよい。ただし、ＣＰＵ５１は、中性子パルス信号計数機４で検出された中性子のカウント数から、図４に例示した直線Ｌ２の領域の中性子のカウント数を取得してもよい。例えば、ＣＰＵ５１は、中性子カウント数から、直線Ｌ１と、Ｌ２とを求め、２つの直線の交点より右側の領域の中性子カウント数を求めればよい。Ｓ１の処理を実行するＣＰＵ５１が、核分裂中性子の発生数を算出する手段の一例である。

【0050】

次ぎに、ＣＰＵ５１は、図４に例示した核分裂中性子成分（Ｌ２）から消滅時間Ｔを測定（算出）する（Ｓ２）。Ｓ２の処理を実行するＣＰＵ５１が、消滅時間を算出する手段の一例である。

【0051】

なお、消滅時間Ｔに対する単位質量での核分裂性物質から発生する核分裂中性子の総カウント数（Ｎu）のデータベースまたは相関式が主記憶装置５２、外部記憶装置５３等に
設定されている（ＰＲＥ）。上記データベースまたは相関式を記憶する主記憶装置５２、外部記憶装置５３等が相関関係を記憶する手段の一例である。

【0052】

そこで、ＣＰＵ５１は、消滅時間Ｔに対応する測定装置１での単位質量での核分裂性物質から発生する核分裂中性子の総カウント数（Ｎu）を導出する（Ｓ３）。Ｓ３の処理を
実行するＣＰＵ５１が、校正総カウント数を求める手段の一例である。

【0053】

一方、ＣＰＵ５１は、核分裂中性子総カウント数（Ｎｔ）を測定する（Ｓ４）。核分裂中性子総カウント数（Ｎｔ）は、測定装置１内のハードウェアのカウンタで行ってもよいし、ＣＰＵ５１が取得した核分裂性中性子のカウント数を加算してもよい。例えば、ＣＰＵ５１は、中性子発生源制御器２でパルス状の中性子が発生したタイミング（例えば、時刻０）から所定時間（Ｔ１）経過後、次のパルス波形が発生するまでの時間（ΔＴ）の間のカウント数を加算すればよい。Ｓ４の処理を実行するＣＰＵ５１が総カウント数を算出する手段の一例である。

【0054】

そして、ＣＰＵ５１は、核分裂中性子総カウント数（Ｎｔ）を単位質量(1g)での核分裂性物質から発生する核分裂中性子の総カウント数（Ｎu）で割り算する（Ｓ５）。Ｓ５の
処理を実行するＣＰＵ５１が核分裂性物質量を導出する手段の一例である。また、Ｓ５の処理を実行するＣＰＵ５１が除算する手段の一例である。以上の手順で、ＣＰＵ５１は、放射性固体廃棄物内に含まれる核分裂性物質の質量Ｍｆを算出し、例えば、表示装置５６に出力する。

【0055】

（数１）
放射性固体廃棄物内に含まれる核分裂性物質の質量Ｍｆ＝Ｎｔ／Ｎｕ；
なお、ここでは、計測制御ＰＣシステム５のＣＰＵ５１によって自動的に放射性固体廃棄物内に含まれる核分裂性物質の質量Ｍｆを算出する処理を例示した。しかし、例えば、計測制御ＰＣシステム５が、図４に例示するカウント数を出力するものでもよい。つまり、計測制御ＰＣシステム５は、中性子パルス信号計数器４からの信号を出力する単純な測定器であってもよい。すなわち、図１、図２の構成によって、容器６内の放射性廃棄物から、中性子の検出値が得られた後の手順は、どのような手順でもよい。例えば、図５に例
示した手順の一部を手計算で実行してもよい。

【実施例】

【0056】

図４、及び図６−８により、測定装置１による実施例を説明する。測定装置１を用いて、放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量、図４のＴに例示される消滅時間、及び図４のＳで例示される高速中性子成分の中性子総カウント数の関係を実験的に求めた。その結果、放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量、消滅時間、及び中性子総カウント数の間に明確な相関関係があることが判明した。

【0057】

図４の中性子総カウント数（Ｓ）は、放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量に比例する。また、図４の消滅時間（Ｔ）は、放射性固体廃棄物に含まれる内容物である物質の中性子吸収及び減速を示す特性値（例えば物質密度等）に依存することが分かった。

【0058】

さらに、図６に、種々の放射性固体廃棄物の中性子カウント数の測定装置１での２００リットルドラム缶の内容物に鉄材を用いた場合の実際の測定結果と、中性子輸送計算によって放射性廃棄物に対して高速中性子を照射するシミュレーション結果とを例示する。図６では、横軸は、中性子発生源１１での中性子の発生からの時刻であり、縦軸は、中性子検出器１２で検出される中性子のカウント数である。

【0059】

シミュレーションで用いた放射性個体廃棄物及び測定装置のモデル構造は、以下の通りである。図１の構造物４として、厚さ２０ｃｍの鉄製反射体（図１の１４Ａ）を設け、さらに鉄製反射体の周囲に、厚さ１０ｃｍのポリエチレン反射体を設けた。また、中性子検出器１２として、検出器６個を直線上に並べた検出器バンクを５個（合計３０個の検出器を含む）設置した。放射性個体廃棄物を挟んで、検出器バンクと向き合う位置に、中性子発生源１１を配置した。

【0060】

容器６として、２００リットルドラム缶に、以下の３種類の母材を充填し、シミュレーションを行った。

【0061】

（母材１）ウエス系試験体
２００リットルのドラム缶に、模擬の母材としてウエスを充填密度０．１〜０．６ｇ／立方センチメートルの範囲で充填し、ウラン２３５(U-235)を72ｇセットした条件で、シ
ミュレーションを行った。

【0062】

（母材２）金属系試験体
２００リットルのドラム缶に、模擬の母材として鉄を充填密度0.1〜2.0ｇ／立方センチメートルの範囲で充填し、中心に、ウラン２３５(U-235)を72ｇセットし、ドラム缶の周
囲に、ポリエチレンのモデレータを厚さ２０ｍｍ設定した条件で、シミュレーションを行った。

【0063】

（母材３）コンクリート系試験体
２００リットルのドラム缶に、模擬の母材としてコンクリートを充填密度0.5〜2.2ｇ／立方センチメートルの範囲で充填し、中心に、ウラン２３５(U-235)を72ｇセットし、ド
ラム缶の周囲に、ポリエチレンのモデレータを厚さ２０ｍｍ設定した条件で、シミュレーションを行った。

【0064】

図６のように、中性子カウント数の時間変化について、計測試験結果とシミュレーション結果がよく一致し、シミュレーションで試験結果がよく再現できることが確認できた。

【0065】

さらに、試験で実施していない領域での物質密度を変化させたシミュレーションによっ
ても、消滅時間と高速中性子成分の中性子総カウント数との相関関係を求めた。その結果、これまで試験的に得られていた消滅時間と高速中性子成分の中性子総カウント数との関係が試験よりも広い範囲の物質の中性子吸収及び減速を示す特性値（例えば、異なる物質の種類と、その物質密度）の領域でも適用できることが確認できた。そのシミュレーション結果を中心に放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量の導出法の実施例を説明する。

【0066】

核分裂性物質として、正味72gのＵ-235をドラム缶型放射性固体廃棄物の中心(200ccの
空間に均一に分布)に設置すると共に、廃棄物の内容物として金属（鉄）、ウエス(布等)
及びコンクリート瓦礫等を個々に200リットルドラム缶内に設置し、その内容物の物質密
度を変化させた計算を行った。

【0067】

図１の高速中性子線源１１の照射条件は１パルス当たり14MeVのエネルギーの高速中性
子10E+6個を100ppsで発生させ100秒間動作させる状態とした。ここで、ppsは、１秒間の
パルス数である。そして、その100秒間に測定される高速中性子成分（図４のＬ２）の消
滅時間（図４のＴ）と中性子総カウント数（図４のＳ）を計算した。図７には、その結果得られた消滅時間と中性子総カウント数の関係を例示する。図７より、金属系(鉄)、ウエス系(布等)系、コンクリート瓦礫等の内容物を含むコンクリート系の場合でも消滅時間と中性子総カウント数の関係はグラフ上ほぼ同一の直線状に分布する結果となることが判明した。すなわち、廃棄物の内容物の種類やその密度に影響されず、消滅時間と中性子総カウント数との間には図７に示すような相関関係があることが分かった。

【0068】

この計算シミュレーションでは、核分裂性物質として正味72gのＵ-235を用いており、
中性子総カウント数は核分裂性物質の量に比例する。そのため、図７を核分裂性物質の単位質量当たりにすると、図８の結果となり、消滅時間から核分裂性物質が放射性固体廃棄物中に単位質量(1ｇ)含まれる場合の中性子総カウント数が導き出せる。図８の消滅時間
と単位質量(1ｇ) の核分裂性物質での中性子総カウント数の関係を基準とすることにより、図５に例示した手順で、未知の放射性固体廃棄物中の核分裂性物質量を導くことが可能となることが分かる。

【0069】

すなわち、測定装置１は、まず、未知の放射性固体廃棄物について消滅時間（Ｔｘ）を測定する。そして、測定装置１は、実際に測定された消滅時間（Ｔｘ）から、その消滅時間（Ｔｘ）に対応する核分裂性物質の単位質量(1ｇ)での中性子総カウント数（Ｎｕ）を
校正試験により求められた相関関係（データベース、相関誌式等）から求める。次に、測定装置１は、実際に測定された中性子総カウント数（Ｎｔ）を測定したその消滅時間に対応する単位質量(1ｇ)当たりの中性子総カウント数（Ｎｕ）で除算すればよい。中性子総
カウント数は核分裂性物質に比例するので、図５に例示した手順通り、測定装置１は、計測した放射性固体廃棄物中に含まれる核分裂性物質量を導出または定量することができる。以上述べたように、測定装置１によれば、母材の種類に依存せず、未知の放射性固体廃棄物に、高速中性子を照射し、核分裂性物質量を測定することができる。

【0070】

また、図１、２に示すように、測定装置１の外壁となる構造物１４が箱状の高速中性子反射体１４Ａと、高速中性子反射体１４Ａの内壁を被覆する熱中性子吸収材１４Ｂとを有するので、構造物１４の内面空間中の熱中性子を低減できる。その結果、容器６の表面付近と中心軸付近とでの、核分裂性物質量の測定感度の位置依存性が中性子検出器１２として特開２００９−２８１８７８で提案されたものを用いることによって抑制されることに加えて、さらに抑制される。

【0071】

《コンピュータが読み取り可能な記録媒体》
コンピュータその他の機械、装置（以下、コンピュータ等）に上記いずれかの機能を実現させるプログラムをコンピュータ等が読み取り可能な記録媒体に記録することができる
。そして、コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。

【0072】

ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＤＡＴ、８ｍｍテープ、フラッシュメモリなどのメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスクやＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等がある。

【符号の説明】

【0073】

１ 想定装置
２ 中性子発生制御器
３ 中性子パルス信号増幅器
４ 中性子パルス信号計数器
５ 計測制御ＰＣシステム
６ 容器
１１ 中性子発生源
１２ 中性子検出器
１３ テーブル
１４ 構造物
１４Ａ 高速中性子反射体
１４Ｂ 熱中性子吸収材

【産業上の利用可能性】

【0074】

本発明の測定方法は、核燃料の計量管理、または原子力施設の解体廃棄物処理時におけるクリアランス検認による核分裂性物質の測定技術に利用される。また、本発明の技術は、アクティブ中性子非破壊測定技術による核分裂性物質の測定装置における核分裂性物質量を導出する計測アルゴリズムに関する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】