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NRF-based NDA of nuclear material using monochromatic $$gamma$$-ray beam

核共鳴蛍光散乱による単色$$gamma$$線ビームを用いた核物資の非破壊分析

静間 俊行; 早川 岳人; Angell, C.; 羽島 良一; 湊 太志; 須山 賢也; 瀬谷 道夫; Johnson, M.*; McNabb, D.*

Shizuma, Toshiyuki; Hayakawa, Takehito; Angell, C.; Hajima, Ryoichi; Minato, Futoshi; Suyama, Kenya; Seya, Michio; Johnson, M.*; McNabb, D.*

使用済み核燃料の核物質を非破壊で精度よく分析する技術を確立することは重要である。核共鳴蛍光散乱による非破壊分析では、使用済み燃料から放出されるバックグラウンド$$gamma$$線が計測誤差などのシステム性能に影響を与える。使用済み燃料から放出されるバックグラウンド$$gamma$$線は、一般的に$$gamma$$線エネルギーとともに指数関数的に減少することから、良いS/N比を得るためには、高エネルギーでの測定が望ましい。また、測定誤差は、レーリー、核トムソン、デルブルック散乱などのコヒーレント散乱にも影響される。このようなコヒーレント散乱の影響を少なくするため、第一励起状態へ遷移する共鳴散乱$$gamma$$線の測定を提案した。使用済み核燃料及びコヒーレント散乱に起因するバックグラウンド$$gamma$$線強度を計算し、励起エネルギー2から5MeVで、散乱断面積3から100eV barnを仮定し、測定システムの測定誤差を評価した。

One of the urgent issues for NDA is to establish a reliable technique for the assay of nuclear materials in spent nuclear fuel. The system performance such as counting precision for the NRF-based NDA, would be affected by radiation backgrounds from spent fuel. Generally, the $$gamma$$-ray spectrum of radiation backgrounds from spent fuel has characteristic shape with an exponential fall-off as a function of $$gamma$$-ray energy. Therefore, the NRF measurement at higher energies is preferable to obtain a better signal-to-noise ratio. The counting precision is also affected by backgrounds from the coherent scattering. In order to minimize the Coherent scattering contribution, we propose a method in which NRF transitions to the first excited state is measured. Assuming various cross sections for NRF in the range of 3 to 100 eV barn at excitation energies of 2 to 5 MeV, we have estimated the statistical uncertainties of the proposed NDA system.

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