KUR ビーム利用の方向 (1) イメージング研究

Research Reactor Institute
Kyoto University
KUR ビーム利用の方向
(1) イメージング研究
京都大学原子炉実験所
齊藤泰司
Research Reactor Institute
Kyoto University
中性子イメージング
基本的には、中性子透過像である。





画像解析技術
高速度撮像技術
パルス撮像技術
エネルギー選別技術
フェーズコントラスト
 高強度中性子源
 冷中性子～高速中性子
 J-PARC
高機能化、高性能化
現在でも、広く利用されているのは定常・熱中性子
 金属の透過性が良い
 水素化合物、Gd、Cd、B、Liなどは大きな断面積をもつ
 水であれば5mmの厚さで、約1/10に減衰する
 容易に透過像が得られ、直感的に理解しやすい
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Mass attenuation coefficients, Σ/ ρ [cm2/g]
定常中性子源におけるイメージングの概要
TV Monitor
Gas Outlet
Converter
Neutron Beam
Visible
Light
Mirror
Test Section
Collimator
Gas Inlet
High
Sensitivity
Camera
撮像法
 フィルム法
 イメージングプレート
 蛍光コンバータ＋高性能カメラ
Mirror
測定対象
 水分布あるいは、気泡分布
 Gd,Cdをトレーサとして用いた動態計測
 水素化合物の分布
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京都大学研究用原子炉(KUR)
•
•
•
•
2005
5MW
2006-2007 燃料低濃縮化のため停止
2008-2015 1MW、CNS停止
大阪府泉南郡熊取町
（関西国際空港近く）
5MW, プール型
Cold Neutron Source
BNCT
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KURのNR設備
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撮像システム（冷却式CCD、高速度カメラ）
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ビーム
静止物であれば、フラックスが弱くても露光時間を長くすることで
対応可能、ビームサイズについてもスキャンで対応
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動画撮影
最低限のフラックスとビームサイズが必要
α=1
α=0
a) Raw data
b) After griding
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KURにおけるNR実験（E2実験孔）
B4C shutter
・炉室内
・中性子束（～105n/cm2・s）
・撮影室の大きさ
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E2 port : in reactor hall
3×105(n/cm2s) at 5MW
15 cm dia.
50
4,500
45
4,000
40
3,500
35
3,000
30
2,500
25
2,000
20
1,500
15
1,000
10
500
5
0
0
重量変化率（%）
5,000
30%-1
30%-2
40%-1
40%-2
画像撮影
水分重量変化
9/6
9/7
9/8
9/9
9/10
9/11
9/12
9/13
9/14
9/15
9/16
9/17
9/18
9/19
9/20
9/21
9/22
9/23
9/24
9/25
9/26
9/27
9/28
9/29
9/30
ひずみ（ｘ10 -6 ）
CT system with CCD camera is installed
by RIKEN
date
Neutron radiography image and cross section of a bath
toy. K.Hirota et al.(Riken)
Continuous measurement of water in cement during hardening for more than
20 days. T.Numato et al.(Ibaraki U.)
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B4中性子導管を用いた熱流動研究
今まで、炉室内で実施困難な実験




大きな試験部の導入
高温・高圧実験
可燃性、毒性のある物質の使用
火気の使用
JRR-3M TNRF
KUR E2-Port
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B4実験孔
Inner Collimator
Heavy concrete
shield
Guide tube
Reactor
core
1
2
11
12
13
7.1m
Li, B-slit
H2O
Experimental room
Interlock shutter
H2O-shutter
Biological shield
Collimator
Reactor room
12.6m
・炉室外
・中性子束（～107n/cm2･s）
・撮影室の大きさ 12.6m×7.1m
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実験室のセットアップ
Reactor wall
PGA system
Interlock shutter
DC power supply
Imaging system
Cooling water unit
Schematic view of the B-4 experimental room
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KURにおけるプロジェクト研究
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共同利用風景
神戸大学
関西大学
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中性子イメージング : Ｂ４実験孔の活用
二相流研究（神戸大・関大・京大炉） → 大電力
超臨界水（東北大） → 高温・高圧
人工衛星用推進薬(ヒドラジン)(JAXA) → 毒薬かつ爆薬
コンクリート爆裂実験（東京理科大） → 火気使用
コンクリート中水分挙動（茨城大） → 30日間(!) 連続測定
JRR-3との協力によるユーザーの誘導（棲み分けと協力）
Water in a polymer electrolyte fuel
cell N.Takenaka et al.(Kobe U.)
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超臨界水熱合成反応器内の流動・混合状態のin-situ観察
（東北大・塚田）
超臨界水
圧力：25 MPa
常温水
1/4インチ
Run 1
Run 2
Run 5
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Hydraulic Behavior of High Strength Concrete
under High Temperature at B4 (Tokyo U. of Science)
ordinal concrete
Polypropylen(PP) fiber concrete
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Dry out phenomenon
-[s]
0.0[s]
Initial Injection

2[s]
Stop
2.03[s]
4.4[s]
-5G
4.43[s]
9.8[s]
Fall
10.0[s] 10.03[s]
Falling
It takes few seconds to dry up hydrazine after
stopping hydrazine injection to catalyst bed.
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Hydrazine thickness measurement result
Brightness (count)
1000
Dummy
100
0.0

Dummy(1MW)
Diffusion(1MW)
Diffusion(5MW)
Penetrate(5MW)
0.5
1.0
Penetrate(1MW)
1.5
Hydrazine Thickness (mm)
2.0
The relationship between the thickness and
the brightness is connected with the neutron
Diffusion Penetrate
absorption.
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Brightness data during operation
Catalyst Grains move to
down stream.
Hydrazine is going
to dry out.
Steady Sate opration
850
Briteness(count)
800
750
700
Catalyst Grains dried out
and fall down.
Brite(Upper)
650
Brite(Middle)
Brite(Bottom)
600
0
5
10
15
20
0.2 On / 0.8 Off * 30 pulses @ 2.4MPaG Time(sec）
25
30
35
40
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イメージングとPGAの同時計測（京大炉）
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E4ポート
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ビームの見積
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まとめ
KURにおける中性子イメージング利用の現状について概説した。
(1)B4実験孔をイメージングに用い、高温・高圧、大電流を用いた
熱流動研究が可能となった。
(2)可燃性、毒性があるものも十分な対策を施せば、実験可能
(3)中小型炉であるため、遮蔽がし易く、大きな装置を導入する
ことができる。
(4)最低限のフラックスとサイズがあれば、動画撮影などの可能性
が増える。

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