複数の重核を用いた核分裂計数管の開発

开发使用多个重核的裂变计数器

• 批准号: 21K14565
• 负责人: 中野 敬太
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14565/
• 关键词: 中性子検出器; 核分裂計数管; 重核; ビスマス; 加速器駆動核変換システム; PHITS; 高エネルギー中性子測定

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。

该研究主题旨在开发BI核裂变计数器，该计数器可以用作加速器驱动的转导系统（ADS）中的中子监测器。今年，我们使用phits模拟了BI裂变计数器的检测器形状和配置，并完成了BI裂变计数器的设计并预测了预期的性能。在制造的BI裂变计数器中选择了总体形状，尺寸，电极之间的距离，BI涂层的厚度，封装气体的类型和压力作为优化的因素。总体形状，大小和BI涂层厚度受中子检测效率的限制和裂变事件的分离性能，电极间距离受检测器响应速度的约束，并且裂变片段的范围受封装的气体物种和压力的约束，并通过导电模拟得出适当的条件。设计BI裂变计数器后，评估了使用PHITS获得的检测器的性能。在绩效评估中，我们假设在180°方向上从MLF的汞目标（3NBT）上游沿180°方向发射了材料生命科学实验设施（MLF）在高强度质子加速器设施（J-PARC）上的核对范围内的特定事件和数字歧视事件的鉴定，并估计数量的数量，并估算了材料生命科学实验设施（MLF）的上游，并估计了数量的数量，并估算了材料生命科学实验设施（MLF）的上游。 时间。该模拟证实，赋予检测器的能量中，由高能中子引起的BI的核裂变事件明显大于噪声或核断裂反应引起的事件，并且具有足够的歧视性能。此外，估计测量事件的数量估计每月300,000个事件的中子检测次数，证实可以获得足够的统计数据来估算下一个财政年度及以后计划的中子能量谱。