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研究成果

公開日:2018.10.12

放射性廃棄物は何へ、どれだけ変換されるか?
-重陽子による核変換のメカニズムを解明-

研究成果 理学 工学

【発表のポイント】
● 放射性廃棄物である長寿命核分裂生成物(LLFP)の有害度低減に向け、重陽子による核破砕反応でLLFPを他の原子核へと変換する手法が注目されている。
● この手法の詳細な検討に向け、重陽子による核破砕反応でLLFPがどのような原子核にどれだけ変換されるかを高精度に予測する計算手法を開発した。
● 医療応用や加速器施設での放射能発生量の評価など、様々な分野への貢献も期待される。


国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(理事長:児玉敏雄、以下「原子力機構」という。)原子力基礎工学研究センター核データ研究グループの中山梓介研究員らは、国立大学法人九州大学(総長 久保千春)の渡辺幸信教授と共同で、重陽子1)による核破砕反応2)から生成される原子核の種類や量を高精度に予測する計算手法を開発しました。本研究は、内閣府 総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)「核変換による高レベル放射性廃棄物の大幅な低減・資源化(藤田玲子プログラム・マネージャー)」の一環として行われました。
放射性廃棄物である長寿命核分裂生成物(LLFP)3)を安定もしくは短寿命な原子核へと変換して有害度を低減させる「核変換処理4)」の方法として、加速器で発生させた粒子をLLFPに照射し、そこで起きる核破砕反応を利用するものがあります。近年、この際の粒子として重陽子を用いると陽子等の他の粒子を用いたときよりも核変換処理の効率が良くなることが示唆され、注目されています。
最適な照射条件の探索など、こうした核変換処理システムの詳細な検討をする上では、重陽子による核破砕反応によってLLFPがどのような原子核にどれだけ変換されるのか、様々な条件において事前に予測しておくことが不可欠です。しかし、これまではその予測精度は高くありませんでした。これは、重陽子は陽子と中性子がゆるく結合した粒子であるため他の原子核と反応する中で容易に分解するにもかかわらず、この効果を十分に考慮した核破砕反応の計算手法が確立されていなかったためです。
本研究では、重陽子による核破砕反応の計算において、重陽子が陽子と中性子に分解する効果を厳密に考慮できる手法を開発しました。実測値との比較により本手法の有効性を検証した結果、核破砕反応から生成される原子核の種類や量を高精度で予測できることが分かりました。
本研究によって、今後、重陽子を用いた核変換処理システムの研究が大きく前進すると期待されます。さらに、重陽子照射による医療用の放射性同位体の製造や、重陽子加速器施設における放射能発生量の評価など、重陽子による核反応が関わる様々な分野への貢献も期待されます。

本研究は、米国物理学会誌「Physical Review C」に2018年10月11日(現地時間)付でオンライン掲載されました。

図1 重陽子による核反応からの原子核生成のイメージ図
(ある原子核が生成される際、DEURACSでは3つの経路がある。従来のCCONEでは1つ。)

図2 パラジウム107に236MeVの重陽子を照射した際の核種生成断面積
(丸がWangらによる実測値、黄色の実線がCCONE計算値、黒の実線がDEURACS計算値を示す。
破線はDEURACS計算値を図1中の各d+A, p+A, n+Aからの寄与に分けたものであり、
黒の実線は3成分の和である。)

研究に関するお問い合わせ先

総合理工学研究院 渡辺 幸信 教授

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