複数の重核を用いた核分裂計数管の開発

本研究課題では、加速器駆動核変換システム(ADS)の中性子モニターとして利用可能なBi核分裂計数管の開発を目的としている。今年度は、PHITSを用いたシミュレーションによりBi核分裂計数管の検出器形状や構成を最適化し、Bi核分裂計数管の設計と期待される性能の予測まで完了した。製作するBi核分裂計数管における最適化の要素として、全体形状、サイズ、電極間距離、Bi塗布厚及び封入ガス種と圧力をピックアップした。全体形状、サイズ、Bi塗布厚に対しては中性子の検出効率及び核分裂イベントの分離性能を制約条件とし、電極間距離に対しては検出器の応答速度を制約条件とし、封入ガス種と圧力に対しては核分裂片の飛程を制約条件として、シミュレーションを行うことにより、適切な条件を導き出した。Bi核分裂計数管の設計後は、PHITSを用いたシミュレーションにより得られた検出器の性能評価を行った。性能評価では、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質生命科学実験施設(MLF)上流側のビームライン(3NBT)におけるMLFの水銀標的から180度方向に放出される中性子照射場を想定し、Bi核分裂計数管による核分裂イベントの識別性能と一定期間照射時の予想される測定イベント数を見積もった。シミュレーションの結果、高エネルギー中性子により引き起こされるBiの核分裂イベントは、ノイズや核破砕反応に起因するイベントに比べて検出器へのエネルギー付与が有意に大きく、十分な識別性能を持つことが確認できた。さらに、測定イベント数の見積もりでは、1か月あたり30万イベントの中性子検出数が見積もられ、次年度以降計画している中性子エネルギースペクトルの推定に十分な統計量が得られることが確認できた。

本研究課題では、加速器駆動核変換システム(ADS)の中性子モニターとして利用可能なBi核分裂計数管の開発を目的としている。今年度は、PHITSを用いたシミュレーションによりBi核分裂計数管の検出器形状や構成を最適化し、Bi核分裂計数管の設計と期待される性能の予測まで完了した。製作するBi核分裂計数管における最適化の要素として、全体形状、サイズ、電極間距離、Bi塗布厚及び封入ガス種と圧力をピックアップした。全体形状、サイズ、Bi塗布厚に対しては中性子の検出効率及び核分裂イベントの分離性能を制約条件とし、電極間距離に対しては検出器の応答速度を制約条件とし、封入ガス種と圧力に対しては核分裂片の飛程を制約条件として、シミュレーションを行うことにより、適切な条件を導き出した。Bi核分裂計数管の設計後は、PHITSを用いたシミュレーションにより得られた検出器の性能評価を行った。性能評価では、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質生命科学実験施設(MLF)上流側のビームライン(3NBT)におけるMLFの水銀標的から180度方向に放出される中性子照射場を想定し、Bi核分裂計数管による核分裂イベントの識別性能と一定期間照射時の予想される測定イベント数を見積もった。シミュレーションの結果、高エネルギー中性子により引き起こされるBiの核分裂イベントは、ノイズや核破砕反応に起因するイベントに比べて検出器へのエネルギー付与が有意に大きく、十分な識別性能を持つことが確認できた。さらに、測定イベント数の見積もりでは、1か月あたり30万イベントの中性子検出数が見積もられ、次年度以降計画している中性子エネルギースペクトルの推定に十分な統計量が得られることが確認できた。