定常DD核融合中性子源 増田開

放 電 型 D-D 核 融 合 中 性 子 源
～ （トランス）ポータブル中性子源 ～
<108 sec-1 (DC)
<1010 sec-1 (Pulsed)
～数十cmφ
研究会 「On-site 中小規模中性子源」
平成１７年１１月１８，１９日
＠京都大学化学研究所
京都大学エネルギー理工学研究所
増 田
開
2
Inertial Electrostatic Confinement Fusion (IECF) Concept
by R.L. Hirsch, J. Appl. Phys., vol. 38, pp. 4522-4534, 1967.
high voltage
supply
>109 sec-1 (D-T)
@ 10mA, 150kV
6 ion guns
support
& pump
10-2 – 10-5 Torr
Neutron yield was
seen to increase as
pressure reduces.
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Glow-Discharge Based IECF Device
as a (trans)portable neutron/proton source
IECF (Inertial Electrostatic Confinement Fusion)
1 x 107 sec-1 (D-D)
4
IECF 中性子源 の 動作原理
ターゲット ＝ ガス
真空容器（接地）
メッシュ状陰極
（－ 数十 kV）
5
6
Current World Status of Neutron Yield
D-D Neutron/Proton Yield [sec-1]
Kyoto U.
UIUC
UW, Madison
LANL
TIT
Kansai U.
Hitachi
1.1 ×107
(DC, 62 kV, 30 mA)
2.0 ×106
(DC)
7.0 ×108
(Pulse)
1.8 ×108
(DC, 180 kV, 67 mA)
1.6 ×108
(DC, D-3He)
1.0 ×106
(DC)
5.0 ×105
(DC)
6.8 ×109
(Pulse, 70 kV, 10 A)
2.6 ×106
(DC, 60 kV, 50 mA)
8.5 ×107
(Pulse, 35 kV, 4.5 A)
7.5 ×107
(DC)
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人道的 対人地雷 探知・除去技術
研究開発推進事業
「アフガニスタンをはじめとして、現
在、世界には１億１千万個の地雷」
150-300 victims/month
「除去には、今のペースでは数百年
或いはそれ以上を要する」
「我が国政府においては、平成１４
年１月のアフガニスタン復興支援
東京会議において研究開発を通じ
た貢献を表明」
http://www.jst.go.jp/kisoken/jirai/
要求条件
30g以上，深さ20cm，100 %
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Landmine Detection Field Test
Landmine detection Field Test in
Kagawa, Japan, 25 Feb ’05
The vehicle has a detection
system attached at the end
of its long arm
GPR detection system
We are planning to take
our test using IEC neutron
source in 2006
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中性子捕獲γ線による探知
中性子捕獲反応
元素に固有の波長
のγ線を放出
H, C, N, O
元素成分比を同定可能
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IEC20 Device
DC Neutron Source for Landmine Detection
200mm
4 x 106 sec-1 DC
65mm
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IEC20 Operational Diagram
Cathode current [ mA ]
80
6k
W
70
5k
W
60
4k
W
50
3k
W
40
Neutron yield
2.2x106 sec-1
@70kV, 30mA
2k
W
30
1k
W
20
4.4x106 sec-1
@100kV, 50mA
10
0
0
20
40
60
80
Cathode voltage [ kV ]
100
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Experimental Rooms
control room
above pit
pit entrance
inside pit
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Experimental Setup
Detector
IEC
From center of IEC to
melamine: 30 cm
From surface of NaI to
melamine: 12 cm
Melamine（C3H6N6）: 60～800g
30
cm
1
m
c
2
Melamine
14
Detectors was covered with
Pb sheet
← X-Ray Shield
Melamine was covered with
sand in boxes
IEC was surrounded by
polyethyelene
← Neutron reflector
Detector was shielded by
neutron absorber
← Protection of detectors
from activation by neutrons
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Gamma-Ray Spectrum
at 2.2 x 106 sec-1(CW)
1.00E+05
H-2.22 MeV
With melamine800g 5 point
moving average
Without melamine 5 point moving
average
N-14: 10.83MeV
1.00E+03
20
1.00E+02
18
16
14
12
1.00E+01
10
8
6
1.00E+00
4
205
204
203
202
201
200
199
198
197
196
195
194
193
192
191
190
189
188
187
0
186
2
185
Arbitrary Unit
1.00E+04
1.00E-01
0
2
4
6
8
10
12
Energy[MeV]
Integration counts in this energy region were measured
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Experimental Results
at 2.2 x 106 sec-1 (CW)
Total count in 10.8MeV region
Amount of melamine
With melamine
W/O melamine
Polyethylene blocks cover melamine
800 g
102
36
270 g
57
38
60 g
50
38
Soil blocks cover melamine
800 g
61
37
270 g
78
47
Count time 1000~1500 sec
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¾ D-D 中性子発生率
2x108 sec-1 （DC），
7x109 sec-1 （Pulse）
¾ 地雷探査用の超小型装置の開発
200mmφ，70ｋV, 30mA, ２x106 sec-1 （DC）
¾ 中性子による爆薬探知
D-D： 後方散乱中性子 → H
中性子捕獲γ線 → H, N
D-T： 即発γ線 → H, N, O （関連粒子法適用可）
¾ フィールド試験（２００６年冬に予定）に向けて
高中性子束化： ＞ 107 sec-1 （DC）
検出系の高性能化
中性子源・検出器のモジュール化
遮蔽体，中性子源，検出器の最適配置