炉物理の研究第76号（2024年3⽉）＜炉物理部会賞奨励賞 記念寄稿＞
核破砕中性⼦源の⾮ポアソン性を考慮した加速器駆動未臨界体系に対する原⼦炉雑⾳解析（研究実施時）近畿⼤学⼤学院 総合理⼯学研究科（現）国⽴研究開発法⼈ ⽇本原⼦⼒研究開発機構
⼤洗研究所 ⾼温⼯学試験研究炉部 HTTR 技術課

中嶋

國弘

はじめに
この度は「核破砕中性⼦源の⾮ポアソン性を考慮した加速器駆動未臨界体系に対する原⼦炉雑⾳解析」に関しまして炉物理部会賞奨励賞をいただき、⼤変光栄です。
本研究は近畿⼤学在学中に実施したものであり、研究の遂⾏にあたっては橋本憲吾教授、佐野忠史准教授、左近敦⼠講師に⼤変熱いご指導をいただきました。深く感謝を申し上げます。
また、本研究の成果は京都⼤学複合原⼦⼒科学研究所との共同研究による成果でございます。卞哲浩准教授をはじめとする京都⼤学複合原⼦⼒科学研究所の職員の皆様に深く感謝を申し上げます。

研究の概要
ADS の炉雑⾳解析に関する研究は 1990 年代末から始まり、最初はポアソン性の定常中性⼦源を前提としていた従来の炉雑⾳解析の理論式の改良から着⼿されました。まず、加速器の直流モードにおける核破砕中性⼦源の⾮ポアソン性を考慮して改良された理論式を導出し、炉雑⾳解析で得られる相関振幅が核破砕中性⼦源によって増加することを理論的に⽰されました。1-4)その後、Degweker ら 5-8)によって加速器のパルスモードにおける核破砕中性⼦源駆動下の理論式が導出されました。これらの理論式にはパルス状の核破砕中性⼦源による⾮ポアソン性と遅発中性⼦による寄与も考慮された厳密なものでした。しかし、これらの理論式に基づく⾮線形最⼩⾃乗フィッティングは理論式の複雑さと未知変数の多さから困難となっていました。さらに、先⾏研究のパルス中性⼦実験 9-14)ではパルス中性⼦⼊射による空間⾼次モードの影響が観察され、この影響についても検討する必要がありました。
本研究では ADS の核破砕パルス中性⼦源に対する核破砕反応による⾮ポアソン性とパルス中性⼦源による⾼次モードの影響を考慮した新たな炉雑⾳解析⼿法を開発し、その適⽤性を実験的に確認することを⽬的としました。本研究で⽤いる炉雑⾳解析⼿法として

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Feynman-法、Rossi-法 15)、パワースペクトル法 16)について検討しました。
まず、炉雑⾳解析の解析時間スケールを考慮した近似を与えることで厳密な理論式を簡単化し、炉雑⾳解析に適⽤可能な解析式を導出しました。
実験は KUCA の A 架台の未臨界炉⼼と FFAG 加速器を組み合わせた加速器駆動未臨界炉体系で実施し、核破砕パルス中性⼦源駆動下の未臨界炉体系で取得した中性⼦計数の時系列データに対して、炉雑⾳解析を実施し、新たに導出した解析式を適⽤しました。
Feynman-法で得られた即発中性⼦減衰定数は燃料固有中性⼦源駆動下の同様の未臨界炉体系で解析された参照値 17)とよく⼀致しました。しかし、Rossi-法で得られた即発中性⼦減衰定数は参照値を⼤きく過⼩評価しました。この原因はパルス中性⼦の⼊⼒で励起される空間⾼次モードによってパルスピーク形状に歪みが現れたからだと考えています。そこで、最⼩⾃乗フィッテイングの際に⾼次モードの影響を受けているピーク付近の計数確率データに対してマスキングを⾏う⼿法を提案しました。結果、フィッティング曲線は計数確率分布と⼀致し、即発中性⼦減衰定数の過⼩評価は解消されました。
パワースペクトル解析においても⾮相関ピークに⾼次モードの影響が現れ、得られた即発中性⼦減衰定数は参照値に対して過⼩評価となりました。そこで、パワースペクトルの解析式に⾼次モードを考慮した補正項を追加することで即発中性⼦減衰定数の過⼩評価を解消することができました。

おわりに
原⼦炉雑⾳に関する研究は筆者にとって UTR-KINKI と KUCA の再稼働が実現したことで実施できるようになった研究テーマであり、再稼働に⼒を尽くされた皆様に感謝を申し上げます。原⼦炉実験は炉物理を学ぶ上で必要不可⽋であるだけでなく、他⼤学の学⽣や共同研究者との交流の場でもあり、⼈⽣の中でかけがえのない経験と思い出となりました。研究から約２年経過しており、研究⽣活を思い返すと、すでに懐かしさを感じてしまいます。
現在は原⼦⼒研究開発機構の HTTR で勤務しております。HTTR では 2024 年 3 ⽉に安全性実証試験を完遂し、⼤きな節⽬を迎えました。次のミッションの HTTR 熱利⽤試験にむけて動き始めたところです。仕事をしていると、炉物理の知識よりも電気や機械、材料などの幅広い⼯学分野の知識を問われることが多くあり、原⼦⼒が総合⼯学分野であることを改めて感じています。もちろん研究⽣活で得られた炉物理を含む知識・経験は⾮常に役に⽴っています。これからも技術者として成⻑し、原⼦⼒の技術発展に貢献できるよう、頑張っていきます。
最近は原⼦⼒学会にあまり顔をだすことができておりませんが、今後ともよろしくお願い申し上げます。

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参考⽂献1)Pa ́
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