JPS6350778A - 核分裂性中性子線量計における異性体バ−ン・インを補正する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 免罪へ１１ 本願の主題である発明は、米国エネルギー省との契約の
基に創造されたものである。

本発明は、線量計を用いて中性子フルエンスを監視する
ことに係わり、さらに詳しくは、中性子線量測定の目的
で核分裂レート（率）測定中における妨害性核分裂同位
体の「バーン・イン（ｂｕｒｎ−ｉｎ）」もしくは内部
成長について補正する方法に関する。

米国原子力委員会により定められた基準によれば、原子
炉の冷却材圧力バウンダリーは、運転、保守、試験及び
想定される事故状態下で応力を受けた場合に該圧力バウ
ンダリーが非脆性挙動を示すように充分な裕度を有し、
然も迅速に伝播する破壊のｉ￥′、を最小限度にするこ
とが要求されている。これらの要求を満たすためには、
原子炉容器の全使用寿命期間中に亙り原子炉の容器に対
する放射線損傷の大きさを予測することが必要とされ、
一方、そのためには、圧力容器に対する中性子照射を監
視することが要求される。

核分裂中性子モニタは、しばしば、中性子線量測定にお
いて用いられており、軽水形原子炉圧力容器の監視に用
いられるような線束スペクトル情報な迅速に提供するこ
とができる。

中性子線量測定にＪ３いては、電荷２及び質量番号Ａの
核分裂モニタは、−ｉに時間を及び中性子エネルギーＥ
の関数であるエネルギースペクトル＝ｌ）（ｔ、Ｅ）を
有する中性子ビームに照射される。この照射中、高い順
位の、即ち大きい原子量のアクチニド同位体（Ｚ′、Δ
′）が、核分裂中性子線１計の（Ｚ、＾）同位体内に捕
獲される中性子により創成される。実際、中性子捕獲は
同位体（Ｚ、へ土１）を発生し、次いで、崩壊過程で（
Ｚ′、Δ′）同位体が生成される。但し、ここで八′；
＾＋１である８従って、この核分裂中性子線量計で観察
される単位体ｆｉ＆Ｆ、　１Ｇの全核分裂数は次式で与
えられる。

ＦＴ−Ｆ、＾＋Ｂｚ′、八′ 上式中へＦ　ｚ、Ａは、同位体（Ｚ、＾）において発生
される単位体積当たりの核分裂数３表し、そしてＢ２・
、Ａ・は、同位体が照射中に内部成長する際に該同位体
くＺ′、八′）によって発生される単位体櫃当たりの核
分裂数を表す、１Ｆ　！、Ａが望まれる量であるが、実
際には、ＦＴが測定される０項Ｂ２・、Ａ・は、高順位
のアクチニド（Ｚ′、Δ′）からの寄与分、即ち、謂わ
ゆる「バーン・イン」効果を表す、軽水形原子炉圧力容
器監視作業においては、この寄与分は、「バーン・イン
」効果が２ｊ＠ｐ、における核分裂から生ずる　２３１
Ｕ−閾値核分裂モニタにとっては無視することはできな
い、実際、最近の分析が示すところによれば、２）ａｌ
Ｊに対する「バーン・イン」効果は、軽水形原子炉圧力
容器環境においては約３０％のように高くなり得ること
がｉ１１明している。

上に述べた情況に鑑み、核分裂中性子線量計におけるバ
ーン・イン効果を効率良く且つ正確に補正するための方
法が望まれている。

ｆｌへ１灸 従って５本発明の目的は、核分裂中性子線量計における
同位体バーン・イン効果を補正するための方法であって
多様な幾何学的配置に適応することが可能である方法を
提供することにある。

本発明の他の目的は、無視しく）る程度の環境に対する
の擾乱しか伴わずに、現場で使用することが可能である
比較的小さい核分裂中性子線量計における同位体のバー
ン・イン効果を補正するための方法を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、高い感度及び高い絶対的精度
を保証する核分裂中性子線量計における同位体バーン・
イン効果を補正するための方法き提供することにある。

本発明の更に池の目的は、バックグラウンド効果と量化
することが可能である核分裂中性子線量計における同位
体バーン・イン効果を補正するための方法を提供するこ
とにある。

最後に、本発明の目的は、極めて高い中性子フルエンス
において測定を行うことができる核分裂中性子線量計に
おける同位体バーン・イン効果を補正するための方法を
提供することにある。

本発明の上に述べた目的並びに池の目的を達成するため
に、本発明によれば、核分裂中性子線量計におけるバー
ン・イン効果を補正するための方法であって、バーン・
イン寄与分を量化するために２つの量即ち、バーン・イ
ンされる（内部成長するＨ２′、八′）同位体の量であ
るＰ、・、Ａ・並びに（Ｚ′、Ａ′）同位体から造られ
ている線量計において照射の開始から発生する単位体積
毎の核分裂数であるＦ２・、Ａ・を測定する方法が提案
される。これら２つの量を測定するのに用いられるモニ
タは、核分裂中性子線量計が受ける照射そのものを受け
なければならない、即ち、モニタは核分裂中性子線量計
と同じ場所を占め且つ線束−時間頃歴を経なければなら
ない。

（Ｚ′、八′）アイソ１−一ブのバーン・インを測定す
るために、２つの固体飛跡記録分裂デポジットを、核分
裂中性子線量計を構成する物質と全く同じ物質から形成
し、これら２つのデポジットを量化する。即ち、その質
量及び′Ｍ量密度を測定する。これらデポジットの内の
一方は核分裂中性子線量計と共に照射され、他方、第２
のデポジットはその後に、核分裂線量計におけるアクチ
ニド不純物の核分裂飛跡寄与分であるバックグラウンド
の１１察に用いられる。　　（Ｚ’、八′）同位体のバ
ーン・イン量は第２の照射を行うことにより求められる
３この場合、単位体Ｔ？Ｘ苺の核分裂絶対数を観察する
ために、照射される核分裂デポジット及び照射されない
核分裂デポジットが固体飛跡記録線数計において用いら
れる。これら２つの固＃：飛跡記録計絶対測定値間の差
は、中性子横断面が既知であるので、バーン・イン量を
量化するのに用いることができる。

（Ｚ′、八′）同位体の阜位容積毎の核分裂数は、この
同位体に対し特別に用意された核分裂中性子線量計を用
いて求めることができる。（Ｚ′、八′）核分裂線量計
は、元の閾値核分裂中性子線量計と共に照射され、その
結果、同じｔｉＬ置で正確に同じ中性子線束−時間履歴
を経験する。

これらのＴＡ察からＢ２・、Ａ・を求めるためには、中
性早場の時間依存性に対する成る仮定を守らなければな
らない。更に詳しくは、中性早場は、−ａに、 （１）時間非依存性であるが、成るいは、（Ｚ）時間を
及び中性子エネルギーＥの回分関数である。

原子炉照射は、しばしば、一定の出力で実施することが
でき、その場合には、仮定（１）が妥当する。仮定（１
）が当て嵌まらない場合には、仮定（Ｚ）が妥当する確
率が極めて高い、更に、この場合には、中性早場の回分
時間−依存挙動を求めるために、原子炉出力計測系を使
用できることが多い。

−の百４か；９ 上にの述べたように、核分裂中性子線量計を、軽水形原
子炉圧力容器における監視の目的で用いられるような中
性子線量計測定に適用する場合には、中性早場により線
量計内に高原位のアクチニド同位体が生成し得る。この
ような高順位のアクチニド同位体も核分裂を受け、それ
により、ｔｉ量計で観察される核分裂数もしくは分裂率
に寄与し得る１本発明は、このような寄与分、即ちバー
ン・インを補正するために固体飛跡記録部を利用する新
規な方法を提案するものでる。

この方法においては、バーン・イン寄与を量化する目的
で２つの量が測定される。即ち、バーン・インされる（
Ｚ′、Ａ′）同位体の旦で烏るＦ２・、Ａ・並びに（Ｚ
′、Ａ′）同位体内に生ずる単位体積毎の核分裂数Ｆ２
・、Ａ・が測定される。これら２つの量を測定するのに
用いられるモニタは、核分裂中性子線量計が受けるのと
全く同じ照射を受けなければならない。即ち、中性子線
量計と同じ位置において同じ線束−時間履歴を経験しな
ければならない。

（Ｚ′、八゛）同位ｆ本のバーン・イン量ｐ　、　′、
　Ａ′を測定するために、核分裂中性子線量計を構成す
る物質と全く同じ物質がら２つの固体飛跡記録計核分裂
デポジットを形成する。これら２つの固体飛跡記録部は
、次いで、デポジットの！ｆ旦及び買置密度を・正確に
測定することにより量化される。これらデポジットの内
の１つは、核分裂中性子線量計に対して配置することに
より照射く被曝）され、他方筒２のデポジットは後にバ
ックグラウンドのｆｆ１ｍに用いられる。（Ｚ′、八′
）同位体のバーン・イン量Ｐｚ・、Ａ・は、２回口の照
射な行うことにより決定され、この場合、単位容績与の
核分裂絶対数を観察するために、固体飛跡記録線量計に
おいて照射された核分裂デポジット及び照射されていな
い核分裂デポジットを用いる。

例えば、′１Ｕ核分裂中性子線量計を用いて発生される
！ｆｆ１ｐｕバーン・インは、２回目の照射に熱中性早
場を用いることにより最も効率的に観察される。この場
合、元の核分裂中性子線量計物質に生じ得る核分裂バッ
クグラウンドを測定するために第２の固体飛跡記録線量
計が用いられる。これら２つの固体飛跡記録部絶対測定
値間の差を用いて、２３９ｐｕの量を１化することがで
きる。と言うのは、２５９Ｐ、の熱中性子断面積は既知
であるからである。

（Ｚ′、八′）同位体の単位容′ｇｉ町の核分裂Ｆ２・
、Ａ・は、この同位体に対して特別に製作された分裂中
性子線量計を用いて求めることができる０例えば、この
目的で、放射分析核分裂線量計を用いることができよう
、ここで、放射分析核分裂記録計もしくは線量計とは、
特定の核分裂生成同位体の放射能を測定する線１計であ
る。この核分裂生成同位体の絶対放射能から、核分裂レ
ート（率）が求められる。この目的でまた、固体飛跡記
録核分裂線量計を用いることができよう、いずれの場合
にも、（Ｚ′、Ａ′）核分裂線量計は、元の閾値核分裂
中性子線量計と共に照射され、その結果、＜２’、八′
）核分裂線量計は、同じ場所で正確に同じ中性子線束−
時間履歴を経験する。

これらの観察結果からバーン・イン、即ち、既述の式の
項Ｂ２・、Ａ・を求めるためには、中性子端の時間依存
性に関する成る仮定を守らなければならない、特に、中
性子端は一般に、 （１）時間非依存性であるか、成るいは（Ｚ）時１’Ｈ
ｔ及び中性子エネルギーＥの可分閏数である。

後者の場合には、項Ｂ２・、Ａ′は、時間ｔだけの関数
である関数と、中性子エネルギーだけの関数である関数
との２つの関数の頂として表現できるなければならない
。

原子炉の照射はしばしば、一定の出力で実施することが
でき、この場合には、仮定（１）が妥当する。仮定（１
）が当て嵌まらない後者の場合には、仮定（Ｚ）が妥当
する確率は極めて高い、更に、この後者の場合には、中
性子端の回分時間依存挙動を求めるために、原子炉出力
計測系記録を利用することができる。バーン・イン環Ｂ
２・、Ａ・の決定において、このような仮定を用いるこ
とに関し下に詳細に論述する。

＃ｚ、Ａ（ｔ＞及びｊ、−、Ａ−（ｔ）を、それぞれ枝
振の（Ｚ、＾）及び（Ｚ′、Ａ′）同位体の核分裂レー
トを表すものとする、とこれら核分裂レートは、次の形
態で表すことができる。

上式中、σ、’、、（Ｅ　）及びσ２・ｆ、Ａ・（Ｅ）
は、それぞれ、（Ｚ，＾）及び（Ｚ′、Ａ′）同位体の
核分裂断面積を表す、φ（ｔ、Ｅ）は−最に、時間を並
びに中性子エネルギーＥに依存する中性子スペクトルを
表す。

期間τの原子炉照射の場合に、（Ｚ、＾）及び（Ｚ′、
八り同位体に発生する中性子毎の全社分裂数Ｆ２．Ａ（
τ）及びＦ２・、Ａ・（τ）は時間ｔで式（１）及び（
Ｚ）を積分することにより求めることができる６即ち、
及び この照射中において、β２・、Ａ・をバーン、イン。

レート、即ち、時点ｔにおける核分裂中性子線量計の（
Ｚ、＾）同位体における中性子捕獲により創成される同
位体の生成レートく率）を表すものとする。

ここで、（Ｚ′、八′）同位体を形成する崩壊過程の半
減期が原子炉照射時間と比較して無視し得るものと仮定
すると、この生成レート（率〉は、（Ｚ、＾）同位体の
中性子捕獲断面積σ、’、Ａ（Ｅ）を用いて表すことが
できる。即ち、 上式中、ｒｌ！＋Ａは、（Ｚ、＾）同位体の原子数密度
を表す。尚、この原子数密度は、単位容積当たりの原子
数または単位質量当たりの原子数で与えることができる
。

従って、照射期間τ中における任意時点し≦τにおける
同位体くＺ′、八′）の生成密度Ｐ２・、Ａ・（１）は
次式で与えられる。

上式は下記のように書き換えることができる。

上式（７）は、照射期間に互りｎｚ、Ａにおける損失は
無視し得ると仮定している。この仮定は通常満足される
。満足されない場きでも、ここで述べている方法は有効
であり、ｎＺ、Ａの実際の時間依存性を、式（６）を式
（７）に書き換える際に考慮することができる。

従って、照射中（Ｚ′、Δ′）同位体のバーン　インに
より生成される核分裂密度Ｂ２・、Ａ・は次のように表
すことができる。

上式中、Ｂ２・、Ａ・ｍは式（７）により与えられるも
のでり、ｊ２・、Ａ・は式（Ｚ）により与えられるもの
である。

Ｂ２・、Ａ・が所望のバーン・イン環であるが、実際に
測定されるのは、照射期間τ中における（Ｚ′、八′）
同位体の生成密度Ｐ２・、Ａ・（Ｌ）及び期間τの照射
から生ずる枝振の全核分裂数Ｆ２・、Ａ・（τ）である
。

従って、式（８）からＢ２・、Ａ・を観察された量Ｐ２
・、Ａ・（τ）及びＦ２・、Ａ・（τ）として求めるこ
とができる条件を検討する必要があろう、ｔに依存しな
い中性子場の場合には、φ（ｔ、Ｅ）・φ（Ｅ）であり
、式（８）は次のように表すことができる。

時間に依存しない場合では、式（４）及び（７）からそ
れぞれ、 及び が得られる。

式（９）において、式（１０）及び（１１）を用いると
時間に依存しない場合について次式が得られる。

中性子場の回分時間依存挙動に関しては、次のように表
すことができる。

φ（ｔ、Ｅ）・Ｔ（ｔ）・φ　（Ｅ）　　　　　　　　
　　（１３）ここで時間依存項Ｔ　（ｔ）は、原子炉出
力計測系の記録から知られる。この仮定を式（８）に用
いると、次式が得られる。

またこの仮定下で、Ｆ２・、Ａ・（τ）及びＦ２・、Ａ
・（τ）はそれぞれ、 及び となる。

式（１４）に式（１５）及び（１６）を用いると、バー
ン・イン項は次式で表すことができる。

時間依存積分を除き、式（１７）は式（１２〉と同じ形
慧である。実際、Ｔ（ｔ）＝定数とすると、式（１７〉
は式（１２）に還元される。更に一最的には、時間依存
積分から生ずる式（１７）における係数は、回分時間依
存関数Ｔ（ｔ）を定める既知の原子炉出力計測系測定量
を用いて評価することができる。即ち、原子炉管制室に
通常配置されている図表もしくはチャート記録装置から
、原子炉照射の出力時間履′歴の記録が得られる。

上に述べた方法は、数多の池の仕方で適用することがで
きる。単位体績毎の核分裂Ｆ、が観察されると（Ｚ、＾
）同位体のための元核分裂モニタは、放射分析塑成るい
は固体飛跡記録型核分裂線量計の何れとしても良い、（
Ｚ’、八′）同位体における核分裂レート（率）も、放
射分析塑成るいは固体飛跡記録型核分裂線量計の何れを
用いても観察することができる０通常、特定の用途に関
する要件から、用いられる線量計の種類が決められるで
あろう１例えば、無限希釈核分裂レート（率）測定を行
うことができるように、りｚ、＾）及び（Ｚ′、Δ′）
同位体に対し極めて薄い固体飛跡記録線量計ｔ！−構成
することができよう、従って、共鳴自己じゃ蔽が無視で
きない用途においては、（Ｚ、八）及び（Ｚ′、Δ′）
核分裂レート（率）のｉ察に対しては、固体飛跡記録線
量計の使用が推奨される。

他方、放射分析型核分裂線量計が、固体飛跡記録に対し
フルエンス制限を課することはなく、従って、フルエン
スが非常に高い用途に対して使用することができる。共
鳴自己じゃ蔽が無視できない場合には、（Ｚ、＾）及び
（Ｚ′、八′）同位体の極めて蕩い固体飛跡記録デポジ
ットを、非常に高いフルエンスの無限希釈核分裂レート
測定のための放射分析線量計として用いることができる
。その場合、（Ｚ、＾）同位体の固体飛跡記録デポジッ
トをバーン・イン項を決定するために後続の照射で使用
することができよう。

この方法は、放射分析型線量計で既に行った核分裂レー
ト測定含遡及的に訂正するのにも適用することができる
。これは、広汎に亙る放射分析型核分裂線量計が既に存
在している軽水形原子炉圧力容器の監視作業にとって重
要である。この場合には、固体飛跡記録デポジットは元
の（Ｚ、Δ）核分裂レート測定に使用した照射済み及び
未照射の放射分析型線量計から構成される。これらデポ
ジットを用いて、バーン・インした（Ｚ′、八′）同位
体の量を求めることができよう、ここで、このバーン・
インの測定は、原理的に、放射分析型ｔＱ量計により導
入される共鳴自己しや蔽を補償できることを強調してお
く必要がある。この補正を完全にするためには元の原子
炉照射に対する（　Ｚ′、八’）同位体における核分裂
レートが既知でなければならない。

（Ｚ′、八′）同位体における核分裂レートが元の原子
炉照射中に測定されなかった場合には、この核分裂レー
トは、測定か成るいは計算により求めなければならない
であろう、測定の場合には、元のもしくは最初の照射に
可能な限り近似する放射分析型または固体飛跡記録型核
分裂線量計の第２の照々すが必要となろう、いずれの場
合にも、［察された（Ｚ′、八′）核分裂レートには、
共鳴自己じや蔽に対する計算補正が要求されることにな
ろう。

上述の方法は、放射分析型線量計測のような中性子線量
計測に用いられる受動性方法の総ての利点を有する共に
、次に述べるような利点を有する。

（１）５様な幾何学的構成形態に容易に適応可能である
こと、 （Ｚ）！ＩＪＩ計の寸法を小さくするこができ、従って
、環境に対する擾乱を無視し得る程度に抑制しつりで使
用できること、 （３）高い感度並びに高い絶対精度が実現可能であるこ
と、 （４）バックグラウンド効果を量化できること、及び （５）放射分析型線量計測を、照射中（Ｚ′、Ａ′）及
び（Ｚ、＾）同位体に誘起される単位体精毎の核分裂の
観察に適用できるので、測定は、極めて高いフルエンス
まで行うことができること等である。

以上に述べた説明は、本発明の原理の単なる例示に関す
るものに過ぎないと理解されたい、更に、当該技術分野
の専門家には、数多の変更及び交換を容易に想到し得る
であろうので、本発明を、ここに述べた正確な構成及び
動作に限定する意図はないことを述べておく、従って、
適切であれば有らゆる変形例及び均等物は、本発明の範
囲により包摂されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核分裂可能な同位体（Ｚ、Ａ）を用いる核分裂性中
   性子線量計におけるバーン・インを補正するための方法
   において （ａ）前記核分裂性中性子線量計と同じ核分裂可能な物
   質からなる核分裂性デポジットを用いて２つの固体飛跡
   記録部を形成し、 （ｂ）前記２つの固体飛跡記録部の内の第１の記録部及
   び前記核分裂性中性子線量計を、少なくとも実効的に、
   第１の中性子フルエンスにおける前記固体飛跡記録部及
   び中性子線量計の内の１つの位置に関し同じ中性子線束
   −時間履歴で該第１の中性子フルエンスに被曝させ、し
   かる後に、核分裂性中性子線量計で、バーン・イン対し
   て補正すべき核分裂総数Ｆ＿ｒを指示し、 （ｃ）前記２つの固体飛跡記録部を第２の中性子フルエ
   ンスで照射し、 （ｄ）前記２つの固体飛跡記録部における核分裂デポジ
   ットの単位容積毎の核分裂絶対数間の差から第１の固体
   飛跡記録部の核分裂デポジットにおける高順位の同位体
   （Ｚ′、Ａ′）のバーン・イン量（Ｐ＿Ｚ＿′、＿Ａ＿
   ′）を求め、但し、ここでＡ′＞Ａであり、（ｅ）前記
   第１の中性子フルエンスに被曝中に前記第１の固体飛跡
   記録部の核分裂性デポジットにおける高順位の同位体（
   Ｚ′、Ａ′）の核分裂数（Ｆ＿Ｚ′、＿Ａ′）を求め、
   そして （ｆ）核分裂性中性子線量計によって指示される核分裂
   総数（Ｆ＿ｒ）を前記バーン・イン量（Ｐ＿Ｚ＿′、＿
   Ａ＿′）及び前記核分裂数（Ｆ＿Ｚ＿′、＿Ａ＿′）を
   用いて補正して、バーン・インに起因する核分裂数につ
   いて補正された核分裂可能同位体の核分裂レート（率）
   に対応する値を得る段階を含む核分裂性中性子線量計に
   おけるバーン・インを補正するための方法。