UTI-Bの放射線遮蔽計算
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(2) -HnvIVλ. neo. m p v. VE. ‘ ・ ・ ・. 的側州. --En4 U 戸 anHHunH. l f・u i na't. smgu. 2u. a'E. a F '. rE. I o nc h a m b e r s. J. r o dh o u s i n g t a n k C o r ec e n t er. 7 2 . 0 9cm. 士0.150cm a ・ ••. ・ .・.. ・ ・ .・ ... G r a p h i t er e f l e c t o r t i er i n g G r a p h i t er e f l e c t o r. C o r et a n k F u e l el e m e n t. V e r ti c aI S e c ti o n. --137.16cm. T o pc l o s u r e s. C o n tr o lv r o d . h o u s i n g. 、. S h i e l dt a n k. 町 ， 1 4 4. 7 住m. 士O.150cm. ， 、 、 . ・. N e u tr o n s o ur t e. (. I. 、 今、、 ι. ""ぞ'P.'. 品目置ι，~. J ; ム ι r e よ ; s よ ; u一 ¥ 〉 い い ム ム 4 p ム l ; ; i i a 一 i L . i よ ; じ t : j ; i :; ; { μ 、 ¥ u ¥ 一}一 i一~;~p; ……………raii一te…………ん p…lμlÎ いh川一ん i汁…t一r一んeef一rIJ 州 什 f h … 山 … 川 … … e 一 … ! … 何 i 一 … … … t … ω o … w r 川 …t i ei rn e c t o r Gr a p h 、. い ¥. V c r i i c a lS e c t i o n F i g . 2. -12-. け 川 f 肝川. 一…………削. 川.
(3) した側の鋼板の厚さは 10.0mmで、ある。この遮蔽壁の外側における放射線量が最大許容週線量の 1/10 以下になる。 上蓋は厚さ 3.2mmのSS41鋼とコンクリートで造られた 3個の厚さ 4 5 .72cmのブロックで取り去る ことができる。. UTR-Bの遮蔽体外に放出される放射線は種々のエネノレギーをもっ中性子と一次及び二次ガンマ線 を考えればよい。 反射体と遮蔽体の内側面との境界面にお付る中性子束の値は，原子炉設置許可申請書に添附提出し た説明書 1の原子炉の動特性 ( 8 0 頁〉の ιころに記載した結琴を採用して，境界面の速中性子束は 9.5x 104n/cm2 • sec， 熱中性子束は 9x1 0 ' l n / c m2 • sec とした。また速中性子のエネノレギ{の平均値は. 3Meυとした。この値は核分裂中性子スペクトノレの頂点の値よりも大きい。 ガンマ線は一次，二次の 2 群に分けられる。一次ガンマ線は即発と核分裂片の壊変及び U~8ñ の中. 性子捕獲によるガンマ線で，二次ガンマ線は燃料板及び炉心タンクのアノレミニクム，減速材の軽水， 反射体の黒鉛，遮蔽体の湿砂及び鋼板などが中性子を捕獲して放出するガンマ線である。ガンマ線の 減衰状況はそのエネノレギーによって著しく異なるので，一次ガンマ線はエネノレギーの範囲を 5つのグ ノレープに分けて計算した。. 2 .. 遮. 材. 蔽. 遮蔽材としては約 21重量%の水分を合んだ湿砂を用いる。使用する砂の化学成分としてはクラーク. 数3 . 3 9まで、の O2，Si，Al，Fe，および、 Caを考える。これらの元素の砂中の組成比は火成岩の平均化 学成分として Table1 の値をとる。 Table1 . Chemical C ornpositiono f IgneousRock (%) SiOz. 6 8 . 4 0. O. 4 8 . 5 7. Aら03. 1 7 . 7 7. S i. 3 1 .9 2. FeZ03. 3 . 5 6. Al. 9 . 4 1. FeO. 4 . 4 0. Fe. 5 . 9 1. CaO. 5 . 8 7. Ca. 4 . 1 9. . . ‘ 、. この組成の砂の見かけの比重を 2.0とし，この砂 1ccに対 C38.7% 容積の水を加えて湿砂とする。 この湿砂 1cc中の各要素の量は Table2の通りとなる。 Table2 . Cornpositiono fWet-Sand ( g r / c r n3) HzO. 0 . 3 8 7. H. 0 . 0 4. Si02. 1 .3 6. O. 1 .3 7. Aら03. 0 . 3 6. S i. 0 . 6 4. FeO. 0 . 0 7. Al. 0 . 1 9. 0 . 0 9. Fe. 0 . 1 5 *. 0 . 1 2. Ca. 0 . 0 8. CaO. Correctedwiths t e e lp l a t e. キ. 1c cの容積中にこれだけの元素が一様に混合しているものとして計算を進める。. - 1 3-.
(4) 3 .. 速中性子の拡散. 中性子の散乱断面積は Table3の通りである。 Table3 . Scattering-and Slowingdown-Cross Sectionso f ShieldingMateria1 . Means c a t tf'ring No.o fatomsjcm3 Targetelement C r ( o 2 s 8 ss e c t i o n (Nx10-23) X1 024). Xs em-1. 守. Xo l c m -1. ι. う. H. 5 . 2. 0 . 2 4 1. 0 . 1 2 5 3. 1 . 0 0 0. 0 . 0 0 7 4 1. O. 3 . 2. 0 . 5 1 6. 0 . 1 6 5 1. 0 . 1 2 0. 0 . 0 0 1 1 7. S i. 3 . 1. 0 . 1 3 8. 0 . 0 4 2 8. 0 . 0 7 0. 0 . 0 0 0 1 6. A l. 3 . 3. 0 . 0 4 2. 0 . 0 1 3 9. 0 . 0 7 2. 0 . 0 0 0 0 5. F e. 2 . 8. 0 . 0 1 6. 0 . 0 0 4 5. 0 . 0 3 5. 0 . 0 0 0 0 1. Ca. 2 . 5. 0 . 0 1 3. 0 . 0 0 3 2. 0 . 0 5 0. 0 . 0 0 0 0 1. T o t a l Xs二 0.355. T o t a l. . 1 : ， 1二. 一 一 c ι d. . 1 :8 1と ご と は . 1 : . . 1. 7. -y-~". Eo. x ; ; : -. X.~. l=0.0088. 2 A+÷. /一、の式を用いて計算した値である。また E ο は反射体表面の中性子の energyの平均値 Eo二 3x106evo. F 判. Ehは熱中性子の energy で E i h二 1/40e りとした。 Aは考えておる各票的元素の原子量である。 いま黒鉛反射体の表面を速中性子源と考え，この面に垂直方向に X軸をとる。簡単のため， Y及び. Z軸方向には中性子源も遮蔽体も無限にのびていると仮定すれば遮蔽体中で成り立つ拡散方程式は. d2 O l D1 - 瓦 γ - . l :ol O l二 O γ ( 1 ) ~付 l. である。 D1は遮蔽体の拡散係数，Euは先に求めた Totalsam の値を用いる。 これを解けば. 。. B. 1 二 Ae-x/L1+Bex / I L 1， I41ED1/Zd. を得る。積分定数の AとBとは境界条件から決定する。 境界条件の一つは外挿境界 (x二 α) でゆ1. 二. Oとおく。他の一つの条件は. X二. O すなわち中性子源. に接するところで立てる。中性子源の強さすなわち 1cm2当り毎秒放出される中性子数を 51とすれば x の正方向に向う中性子数は 5d2 である。. この二つの境界条件から. 。 1二. S1s i n hC ( α -x)/L1〕 2 (DdL1) c α/L1) o sh (. 2 α -x)/L1 - S 1 r e - x / L 1 - eー ( ) ー. 2(DdL1). -14-. ¥. ( 2 ).
(5) AY22a. _ γ F. 0.71 入 t~. ﹂ コoω. むU. 〆. 向 寸. 。. !Ex tr a p o l a t e d. a. b o u n d a r y. Ac tu aI. b o u n d a r y. l :Sl の間には 拡散係数D l ' 拡散距離 L1 及び減速断面積 .. D1. 二. ，， 丈L i. % . l :s λs =. 二. l :Sl D1 / .. の関係があるから輸送平均自由行程んγ 及び外挿距離. λ. f勺ー を 3A. d1 は. 2 . 9 0cm. ご. ム. 外挿距離 d1. 二. 0 . 7 1 xλr二 2.06cm. 但し， ここに用いた Aは各票的元素の原子量の比例平均値 A. D1 二三云 D1 / L1. 0.93cm. =0.09. 1. 二. .0 0 8 8 O .9 3/O. L1. 二. 1 0 . 3. =105.68. a-x 二 2 . 0 6cm，α 二 1 2 3 . 9 8cm. x二 1 2cm 21 .9. 。. L2. =22.75 とした。. ー 9 . 5x104f 1 3 _ 2 1 .9 2 -，/ -. -0 ( -e 、e 1 . 0 8 3 2x0 A. n. -. 0 . 3 ) 2 ) /1 ( 2 4 7 . 9 6- 1 .9 21. v. 2• s e c 0 . 6 3 4n/cm. 2 e c であって許容線東密度より小さ .32n/cm 遮蔽外に出てくる速中性子はこの値の半分 0 ・s. し 、 。.
(6) 4 .. 熱中性子の拡散方程式. 速中性子の遮蔽計算のところでの仮定はこの場合にも適用する。熱中性子の拡散方程式は D2. d2 O 2 一示~. ~2. O 2 +~sIØl. 二 O.. ( 3 ). 添字の 1 ， 2 は速中性子と熱中性子に対するものを表わす。 ~，.l は前記の Table 3 に与えた値を採用. する。 遮蔽材の各成分元素の. t1(t. ( 註 1) と Z日は Table4 の通りである。 Table4 .. 2 4 X1 0. I cm-I. 0 . 3 3 2. 8 . 0 0 X10-3. r J(t. H. (t. く0.2X10-3. O. 0 . 1 0 3X1 0 -3. S i. 0 . 1 6. 0 . 2 2 1X10-2. Al. 0 . 2 3. 0 . 9 6 6X1 0 -3. F e. 2 . 5 3. 0 . 4 0 5X1 0 -2. C ". 0 . 4 4. 0 . 5 7 2X1 0 -3. T o t a lI"二 1 5.7X 10-3. 3 )の ん の 値 と し て は T able与 の T o t a l 式(. 。. ~a 二本59 × 10匂用いる。. 2=Aem x/L2+Bex/L2+Zd61. ( 4 ). とおいて積分定数の A と B とを境界条件から決定する。条件の一つは x. S2. b で 向 二 Oとし，. b O 2. 他の一つは x 二 O七 一三一一一 D21xーの条件からきめる。. O 2二. 1"¥. s 2sin h C(b-x) /L2J 2 (D2 / L2 )cos h (b/L2 ). + ~..e O l二. O. ( 5 ). を得る。ここで前と同様に. = =. 1. 3~ (t. L2==D2/~刊. '~;;-~;;1. を用いて書替えると. 。-什 S2 ~in h C イ 3 ~(f 2 一一一，一一. ~. (b-x) J 一一一 + ~..l O l cos h (、/ 3 ~ "b). 遮蔽体の表面のところでは x 二 121 .92cm. b-x二 一3~ 2一 二 4 2 .46cm，b 日，. 1 6 4 .38cm. - 1 6一. ( 6 ).
(7) I S l 'O l は前に求めた値を用いる。またらは黒鉛反射体の表面での熱中性子束の値 9X 104 n /cm2，. sec を用いて計算すると. 。 2 二. 0.69 十. on/cm. 2. •. s e c二 O .69n/cm2 • s e c. となる。遮蔽体から外に放出される熱中性子束は上記の値の半分である。すなわち .4n/cm2 • s e c となる。 約 O. 許容線量の 1/100 よりも小さい。. 6 . 炉上面の中性子遮蔽 1回の核分裂で放出される中性子の平均数を 2.5個とし，それらの中性子の. energy スペクト. Jレ. ( 註 2) は Table5 に示す。 Table5 . Energy r ange. N o .o fneutronsemitted perf i s s i o n. (Mev). No.o fneutronsemitted persecond. o. r-.J. 2. 1 .5 0 5 0. 4 . 6 6X 1 09. 2. r-.J. 4. 0 . 7 2 2 5. 2 . 2 4X 1 09. 4. r-.J. 6. 0 . 2 0 7 5. 6 . 4 3X 1 08. 6. r-.J. 8. 0 . 0 5 0 6. 1 .5 7X 1 08. 8. r-.J. 1 0. 0 . 0 1 1 4. 3 . 5 3X 1 07. >10. 0 . 0 0 3 0. 9 . 3 0X 1 06. 2 . 5. 7 . 7 5X 1 09. 3 . 1X1010) X ( 0 . 1 )x ( 2 . 5 ) 放出される中性子の総数 No 二 (. =7.75 x 10n/sec。 9. 中性子は点線源から放出されるものとみなし，その Mが速中性子として逸出するものとすれば，線源 から. f の距離における中性子の線量は. N. =. lVO . ! . -Ir --4- 4 n r 2. で与えられる。式中. f. ( 7 ). は遮蔽体の厚さ， Iは遮蔽体の吸収断面積の総和である。. コンクリ{トは比重 2.32 で成分の約50%は酸素で， Ca が 19~ぢ Si が 18~ぢとその他少量の Mg， C，Fe などを含むものであるが，酸素， Ca， S i のほかはすべて Fe であるとして，. の組成を計算すると Table6 のようになる。. - 1 7一. コンクリ{ト.
(8) Table 6 . Target element. Weight i n A b u n d a n ( 9 c 6 e ). No. o f atomsi n1cm3. 2 . 3 2gr. O. 5 0. 1 .1 6. 2 2 4 . 3 7X 1 0. Ct <. 1 9. 0 . 4 4. 2 1 0 6 . 6 3X 1. S i. 1 8. 0 . 4 2. 2 1 9 . 0 4X 1 0. Fe. 1 3. 0 . 3 0. 2 1 3 . 2 1X 1 0. この組成のコンクリートの厚さは 45.72cm で，黒鉛の厚さは 60.96cm である。. 黒鉛の比重は. 1 .65にとる。遮蔽体の吸収断面積は Table 7 のように計算される。(註 3) Table7 . Average. Graphite. Concrete. Energy. 1 : " cm (Mev) σ“barn2. O. S i. Ct <. σ， ι. 2 : < t. σt <. 2 :a. σt <. Fe σ， ε. ~<t. ~(ε. l. 3;4. 0 . 2 8 2. 3 . 0. 0 . 1 3 1. 2 . 0. 0 . 0 1 3. 3 . 0. 0 . 0 2 7. 2 . 5. 0 . 0 0 8. 3. 2 . 0. 0 . 1 6 6. 2 . 5. 0 . 1 0 9. 2 . 0. 0 . 0 1 3. 2 . 5. 0 . 0 2 3. 3 . 2. 0 . 0 1 0. 5. 1 .3. 0 . 1 0 8. 1 .3. 0 ' 0 5 7. 2 . 0. 0 . 0 1 3. 2 . 5. 0 . 0 2 3. 3 . 6. 0 . 0 1 2. 7. 1 .0. 0 . 0 8 3. 1 .3. 0 . 0 5 7. 2 . 0. 0 . 0 1 3. 1 .8. 0 . 0 1 6. 3 . 5. 0 . 0 1 1. 9. 1 .0. 0 . 0 8 3. 1 .3. 0 . 0 5 7. 2 . 0. 0 . 0 1 3. 1 .8. 0 . 0 1 6. 3 . 0. 0 . 0 1 0. > 10. 1 .0. 0 . 0 8 3. 1 .3. 0 . 0 5 7. 1 .8. 0 . 0 1 6. 2 . 5. 0 . 0 0 8. 表中 Ca については中性子 energyO .8"-'7Me υ の間に実現.IJ値が見当らないので，この両端の実測 値から σ2.0barnとした。 Table 6 と 7の値を式( 7 )に入れて計算すると Table 8 のようになる。. Table8 . Energy (Mev). Source strength. ~IXl X !2X2. e 一(~山 +!2 X 2). Neutr 0 1 s 1 s h ， i outo fs h i e l d (njcm2s e c ). mrem/hr. 1. 4 . 6 6X 1 09. 2 5 . 4. 2 9 . 3 1X 10-1. 7 .75x10-8. 0 . 1 4X10-8. 3. 2 . 2 4X 1 09. 1 7 . 2. 3 . 3 9X 10-8. 2 . 8 2X 10-5. O .54x10-4. 5. 6 . 4 3X 1 08. 1 1 .4. 1 . 1 2xJO-5. 2 9 . 3 2X 10-. 0 . 1 7X 10-2. 7. 1 .57x108. 9 . 4 9. 7 . 5 6 ' ) (1 0 -5. 6 . 2 9x1 0一1. 0 . 1 2X 10-1. 9. 3 . 5 3X 1 07. 9 . 4 4. 7 .95x10-5. 6 . 6 1X 10-1. O.12xlO-1. > 10. 06 9 . 3 0X 1. 9 . 3 6. 8 . 6 1X 10-5. 7 . 1 6X 10-1. 0 . 1 3X 10-1. -1 8一.
(9) :2 は黒鉛とコンクリートとの積分吸収断面積，X1 とれとは両者の厚さを表わす。 表中2:1 と 2 4 π y2. 4π(136.21 )2. 二. No. 1. 一一一一一~. 4. 4π y~. =2.33 X 10. 5. =8.32 X. 103. Table9の最後の欄の数値は 4017n /cm2 • secの中性束を 7.5mrem/hrに相当するとして計算した もので，炉上面の中性子線量は O .04mrem/hrの程度となる。コンクリート上蓋の下面には厚さ 3.2 m mの鋼板を用いてあるが上の計算ではこれを無視した。. 6 .. 炉側面の遮蔽外の一次 Y線 量. 一次 T線スベクトル(註 4) は Table9 に示す。 Table9 .. Primaryγ-rayspectrum. o .o fphotons Totalenergey Energyrange Mean energy N o f( p M h e o V t o ) ns emiedperf (Mev) i s s i o n (Mev). o， . . ， 2. 1. 2， . . ， 4. 3. . . ， 6 4，. 9 . 3 1. 9 . 3 1. 0 . 7 5. 2 . 2 5. 5. 0 . 0 9 9. 0 . 4 9 5. 6， . . ， 8. 7. 0 . 0 1 5 4. 0 . 1 0 7 8. . . ， 1 0 8，. 9. 0 . 0 0 2 9. 0 . 0 2 6 1. d. 表示の T 量子数は即発 y，核分裂片の壊変 y， および U235 の中性子吸収による T の和である。 .1 X 1010 核分裂回数が 3. X. O .1 二 3 .1 X 1 0 ' )/s e c である場合に毎秒放出される T 量子数nは下. のようになる。 Energy(Mev). n/sec. 1. 2.89 X 1010. 3. 0 ' ) 2.32 X 1. 5. 3.07 x. 7. 4.77 x 1 0 '. 9. 8.99 X 106. 18~. 8 .42cmの この一次 T 線が点線源から放出されるものと考える。遮蔽体は 15.24cmの水，厚さ 5 累鉛， 124.46cmの湿砂，および1.6cmの鋼から成っておる。 2個の炉心タンクの厚さは 30.48cm にネ目当するがアノレミニクムの T線吸収は省略して計算する。 遮蔽体の線吸収係数は(註 5) Table 10に記す。. - 19-.
(10) Table1 0 . Energy CMev). Water μ. メ t x. Graphite μ. Wet sand. Iron. μz. μ. μ. メ t x. ' J .px. メ t x. 1. 0 . 0 9 4. 1 .4 3. 0 . 1 4 6. 8 . 5 3. 0 . 4 7. 0 . 7 4 9. 0 . 1 4 9. 1 8 . 5 4. 2 9 . 2 3. 3. 0 . 0 5 3. 0 . 8 1. 0 . 0 8 2. 4 . 7 9. 0 . 2 8. 0 . 4 5 4. 0 . 0 8 5. 1 0 . 5 8. 1 6 . 6 3. 5. 0 . 0 4 2. 0 . 6 4. 0 . 0 6 2. 3 . 6 2. 0 . 2 5. 0 . 3 9 4. 0 . 0 6 7. 8 . 3 4. 1 2 . 9 9. 7. 0 . 0 3 6. 0 . 5 5. 0 . 0 5 3. 3 . 1 0. 0 . 2 4. 0 . 3 7 8. 0 . 0 5 9. 7 . 3 4. 1 1 . 3 7. 9. 0 . 0 3 0. 0 . 4 6. 0 . 0 4 7. 2 . 7 4. 0 . 2 3. 0 . 3 7 1. 0 . 0 5 4. 6 . 7 2. 1 0 . 2 9. 表中に湿砂の線吸収係数は普通コンクリ{ト(比重 2 . . 3 0 ) の μ の・値掛をとった。 この値を用いて線量を計算すると Table 1 1 のようになる。. Table1 1 . f Buildup Energy No. o γphotons factor CMev) C~μ 〉 Cn/s e c ). e-Eμz. n t e Eメt r e - Zメ t x γrayi mrem/hr nsityout 4 πr2 o fs h i e l d. 1. 010 2 . 8 9X 1. 2 9 . 2 3. . 2 8X 10-6 2 . 0 2X 10-18 1 .4 8X 10-16 4. 7 . 1 3X 1 0 ). 3. 09 2 . 3 2X 1. 1 6 . 6 3. . 7 8X 10-2 . 4 9X 10-11 5 5 . 9 9X 10-8 2. 9 . 6 3x1 0 '. 5. 3 . 0 7X 1 08. 1 2 . 9 9. . 2 7X 10-1 . 4 1X 10-10 2 2 . 2 8X 10-6 7. 3 . 7 8X 1 0 ' <. 7. 4.77x107. 1 1 .3 7. .5 6X 10-2 1 .1 5X 10-5 3 . 2 7X 10-10 1. 2 . 6 0X 1 0 >. 9. 8.99x106. 1 0 . 2 9. . 8 6X 10-2 . 7 4X 10-9 7 3.40xlO-5 8. 1 . 3 1x1 0 ". Total 6 . 3 1x10-1. 1 1 4 π y2 - 4π(15.24+58.42十 124.46+1.6) 2. 表1 1の最後の数値は 600Mev/cm2 ・sec. 25X10-6. 1mrem/hr として計算した o. 4. 遮蔽外の一次 γ線量は 6 .31 x 10-mrem/hr となる。. 7 . 炉 上 面 の 一 次 r線 量 炉上回の遮蔽体の厚さは水 7 5 .25cm，鉄 0.32cm，コンクリート 4 5 .25cmである。水とコンクリ ートの γ線吸収係数は. T l どのよう山 - 2 0-.
(11) Table1 2 . sfof r i p ct i o n EnergylAbec o e f f i c i e n t. μ. (Mev). water*. Concrete. 1. 0 . 0 9 4. 0 . 1 4 9. *Calcuratedwiththeassamption. 3. 0 . 0 5 3. 0 . 0 8 5. faluminium dissolved that4 0lo. 5. 0 . 0 4 2. 0 . 0 6 7. fwater uniformlyi nthe1 2 0lo. 7. 0 . 0 3 6. 0 . 0 5 8. 9. 0 . 0 3 0. 0 . 0 5 5. 計算の結果を Table13にまとめである。すなわち遮蔽の上部外側の T線量は 0.2mrem/hrの程度 である。 Table1 3 . Energy. メ lX. Zμ1 ・. Mev. water*. Iron. Concrete. 1. 7 . 0 7. 0 . 1 5. 6 . 8 1. 3 5. ，. 7 9. 3 . 9 9 3 . 1 6 2 . 7 1 2 . 2 5. 0 . 0 9 0 . 0 8 0 . 0 8. 4 π r2. γrayi n t ensity on thE' s h i e l d. ん. m. V. 1 4 . 0 3. 2 . 8 0xlO-l1. 0 . 8 0 9. 0 . 0 0 1 4. 7 . 9 7. O .68x10-8. 1 5 . 7 7 6. 0 . 0 7 8 8. 6 . 3 5. 0 . 2 8X10-7. 8 . 5 9 6. 0 . 0 7 1 6. 5 . 4 4. 0 . 5 8X 10-7. 2 . 7 6 7. 0 . 0 3 2 3. 4 . 8 3. 0 . 9 5X 10-7. 0 . 8 5 4. 0 . 0 1 2 8. 3 . 8 9 3 . 1 1 2 . 6 5. 0 . 0 7. Zμre-Z メ lX. 2 . 5 1. Total 0 . 1 9 6 9. r .. ※C alcuratedwiththeassamptionthat4 0lo faluminiumdissolvedi nthe1 2 0lo fwate. 炉上面の一次ガンマ線量は O .2mrem/hr程度である。. 8 . 中性子捕獲による二次. Y線 の 計 算. 捕獲 7線は燃料板および、炉心タンクのアノレミニクム，減速材の水，反射体の黒鉛，遮蔽体の湿砂お よび鉄板から放出される。. 9 . 水 に よ る 捕 獲 y線 H20 は速または熱中性子の照射によってきわめてわずかに T 放射性になるが問題とする程度でな d日 二 O .333barns) して H!lとなり， い。軽水中の Hl は中性子を捕獲 (. これがまた中性子を捕獲. ( d日 二 O .0006barns) して H3となり ，r線を放出するが，その量はきわめて微量である。軽水中に. 天然に存在する H2 も微量(~誌δ) である。 -2 1一.
(12) 6 (存在比 99.8~ぢ)は中性子を捕獲して 0 16 (n，p) N16 となり H20 中の 01. N16 が半減期. ヲ. 7 . 4秒 で 6，-....， 7Mev の γ線を放出するが，噂 Mev以上の energy の中生子でないとこの反応を起 さない。 9Mev以上の e nergyをもっ核分裂中性子の割合は甚だ少なく，しかも水素核とただ一回の. 6 に捕獲されて 7放射性になし得る処女中性子束を 衝突で 9Mev以下になり易いから， 01. : fvとす. ればこれは次式で与えられる。. 戸u 一 一 笠 一 一 - . l :i n. 1 0 (3.1x1 0 )( 2 . 5 ) ρ. NJl. σH. 式中 nは炉心の 1cm3 から毎秒放出される中性子の数，. Ii nは 9Mev以上の核分裂中性子に対す. o .1 る水素核の全散乱断面積， ρは炉心 1cm3当りの出力 - 1 2 8x] 而 る 一. (燃料は 1 2 0 lの水中に一様に. 牙散しておるものと仮定する。燃料要素 8l)，Nは 1cm当りの水素核の数. 2J C ( 1 2 0 / 1 2 8 ) 6 . 6x1 02 ，. b は 9Mev以上の中性子に対する水素核の散乱断面積主 1b arn。. 上の値を入れて計算すると. : fv ~. 9 . 8X 1 05. 従って N16 の放射能の飽和値は. 9) 二1.3壊 変 /s OVN 二 (9.8x10り (3.3x1022)(4x10-2 e c・cm3 ( J. 8 の存在率は 0 9 反応を起すが ，01 8は熱中性子を捕獲して 018 (n，r) 01 . 2 天然に存在する 01 8cmで あ る か ら ， 燃 料 領 域 の 件 h 労でその断面積も約 2 . 1X 1 0 -2. -. 9 . 5X 1 05 での壊変回数は. 2 8) ~ 1 3 ( 9X 1 05) ( 3 . 3X 1 0! l 3 )( 2 . 0X 10) ( 2 . 8X 10.7X 1 0 -2 e c・cm3 となる。 壊 変 /s. 1 0 .. アルミニウムによる二次 Y線. 燃料要素と炉心タンクに用いられておるアルミニクムの量は約 1 0 8kg ( 4 0l ) である。アノレミニク. 4cm 2 とする。 1 ムの熱中性子に対する励起断面積を 0 . 2 X 10-2 0 8kg の ア ル ミ ニ ク ム が 燃 料 領 域. ( 1 6 0l ) に一様に分散しておると仮定する。 1cm3 内にあるアルミニクム核の数 Nは ( 1 0 8 0 0 0/2 7 ) 2 3)/160 X 1 0 03 ( 6 . 0 2X 1. 1 .5X 1 023. 壊変回数は. 戸N(J. 4 )皇 3) (0.21x10-2 (9.8x105) ( 1 .5x102. 全壊変回数は (3.1x104) ( 1 .6x105). 4.96x101. 3 . 1X 1 0 ' 1 壊 変 /s e c・cm! l 4 . 9 o x 1 0 ' ) となる。. この壊変に伴なう二次 T 線が点線源から放出されるものと仮定して計算を進める。. able1 4 に示す。 この二次 T線のスベクトノレは T. - 2 2-.
(13) Table 1 4 .. Secondaryγrayspectrumo faluminium. fphotons Totalenergy Energyrange Meanenergy No.o o fYray perdisintegr(Mev) (Mev) (Mev) a t i o n 1. r-..J. 3. 2. > 0.13. > 0.26. 3. r-..J. 5. 4. 0 . 7 7. 3 . 0 8. 5. r-..J. 7. 6. 0 . 2 1. 1 .2 6. >7. 7. 0 . 3 5. 2 . 4 5. U. p ν. ¥ノ. μ 、2 4 6 7. b. e n. v d 。 r. E. 壊変回数が 4 . 9 6 x 101j s e c であるから放出される T量子数は下のようになる。. njsec >6.45 x 18s 3 . 8 2X 1 99 1 .04 x ]0ヲ 1 .74 x 10ヲ. イ.炉側面の遮蔽外の二次 T線量 5 .24cm， 遮蔽体の線吸収係数及び再生係数は Table15 のようになる。但し炉心タンクの厚さ 1. 黒鉛58.42cm， 湿 砂 124.46cm，鋼1.6cm とする。 Table 1 5 . Water*. Energy (Mev). μ. メ t x. Graphite μ. Iron μ. μr. wet sand μ. メ t x. Zメt x μr. 2. 0 . 0 6 6. 1 . 0 0 6. 0 . 1 0 2. 5 . 9 5 9. 0 . 3 3 4. 0 . 5 6 0. 0 . 1 0 2. 1 2 . 6 9. 2 0 . 2 2. 4. 0 . 0 4 6. 0 . 7 0 1. 0 . 0 7 0. 4 . 0 9 1. 0 . 2 6 0. 0 . 4 0 0. 0 . 0 7 3. 9 . 0 9. 1 4 . 2 8. 6. 0 . 0 3 8. 0 . 5 7 9. 0 . 0 5 6. 3 . 2 7 2. 0 . 2 3 9. 0 . 3 8 2. 0 . 0 6 1. 7 . 5 9. 1 1 .8 2. 7. 0 . 0 3 6. 0 . 5 4 9. 0 . 0 5 3. 3 . 0 9 6. 0 . 2 3 6. 0 . 3 7 8. 0 . 0 5 8. 7 . 2 2. 1 .2 4 1. falminiumdissolvedi nthe1201o fwater . *Calculatedwiththeassamptiont h a t401o. この値を用いて遮蔽側面の線量を計算すると Table16 のようになる。すなわち炉側面外に出てく るアルミニクムからの二次 T線量は約 0.04mremjhr である。 Table 1 6 . Energy. e-Iμz. (Mev). Z μxe-μr 2 4 πr. I n t e n c i t yo fY ray outo fthes h i e l d. mrem/hr. 2. 1 .6 5X 10-9. 6 . 6 7X 10-14. 3 . 8 0X 10-5. 1 .2 3X 1 0 -7. 4. 6 .28x10-7. 1 .7 9X 10-11. 6 .84x10-2. 4 . 5 6X 1 0 -4. 6. 7 . 3 6X 10-6. 1 .7 4X 10-10. 1 .8 1X 10-1. 1 .8 1X 1 0 -3. 7. 1 .3 1X 10-5. 2 . 9 4X 10-10. 5 . 1 2X 10-1. 5 . 9 7X 10-3. Total - 2 3一. 8 . 2 4x1 0 -3.
(14) アルミニクムの二次 T線の炉側面における線量は許容量の約 1/100以下である。 口.アルミニウムからくる炉上面の二次 T線量 前と同様にして計算すると Table17のようになる。 Table 1 7 water. Energy (Mev). μ. I r o n μ. μr. Concrete μ. μr. μz. Zメ lX. z μx e-px. 4 πr2. I n t e n s i t y o fγrayon mrem/hr t h es h i e l d. 2. 0 . 0 6 6. 4 . 9 7. 0 . 3 3 4. 0 . 1 0 7. 0 . 1 1 0. 5 . 0 4. .0 1X 1 0 -9 1 0 . 1 2 1. 0 . 6 5 1. 0 . 0 0 2 2. 4. 0 . 0 4 6. 3 . 4 6. 0 . 2 6 0. 0 . 0 8 3. 0 . 0 7 3. 3 . 3 4. 0 . 0 2X 1 6 . 8 8 0. 7 . 6 4. 0 . 0 5 0 9. 6. 0 . 0 3 8 2 . 2 3 9 . 8 6 I0. 0 . 0 7 6. 0 . 0 6 2. 2 . 8 3. 0 . 4 6X 1 5 . 7 7 0. 4 . 7 8X 1 0. 0. 47 8. 7. 0 . 0 3 6. 0 . 0 7 5. . 6 5 0 . 0 5 8 2. 0 . 5 8X 1 5 . 4 4 0. 1 .0 1X 1 0. 1 .1 8. 7・ 7 7. 1. 2. Total 1 . 7 1. ".グラハイ卜からくる側面のニ次 y線 グラノ、イトの熱中性子に対する ( n，y) 断面積は 0.0045barnsで ， (Iα=0.00037cm-1)，放出さ れる T 量子の約80~ぢは 3. ' " ' ' 5 M e v (最大 energy4.95Mev) であって，約20必は 3Mev以下の. energyであるから，ここでは 1回の壊変で. 4Mevの量子を1.3個放出するものとして計算する。. グアノ、イトからくる二次 T線の炉側面の線量. I a O I T . .F D _ μ( G)x ( μ( c )Tc +μ( s )Tsコ ¥ "G・、'!:.ef "¥ . ) . ; t . ， dx.e μ(c)T c ・μ(s)Ts. _ fTI'. 7. J o. ¥J. 2. 式中. Iaはグラノ、イトの熱中性子に対する積分吸収断面積. 0.0037cm-¥ 戸th はグラノ、イト領域の. 熱中性子の平均線東二 4 . 9 8 X 104，F は 1回の壊変で放出される T量 子 数 = 1 .3 μ(G)，μ( c )，μ( s ) はれぞれグラノ、イト，づンクリート，鉄の T線吸係数 ; μ (G)二0 . 0 7 0，μ ( c )二. s )二 0 . 0 7 4 5，μ (. 0 . 2 6 0 ; T( G )， T( c )， T ( s )はそれぞれグラハイト，コンクリート，鉄の厚さで. ある。 T(G) 二 58 . 42cm. T(c). 1 2 4. 46cm. T(s) 二1.6cm として. 上式を積分すると T Gご. 刊2. th. F(1-e- )T. ー 〔 μ(c)Tc十 μ( s )TsJ. μ(c)Tc μ( s )1s μCg). 二. ( 9 . 2 1 )( 0 . 9 8 3 )( 1 .3 )( 6 . 2 0 x 10-5) ( 5 5 . 6 ) 0.04/cm2 ・s e c二 2 . 7 X 10-4mrem/hr. この最後の数値は. 6 0 0Me v/ cm2 • s e c. 1mrem/hr とした。. - 2 4一.
(15) 1 2 . 湿砂からくる側面のニ次 Y線 湿砂中の水による捕獲 T線は問題にならないほど微弱であるから計算を省き.他の成分につい計算 する。 Table 1 8 . No. o fatoms 6 i nthewetsand element Njcm3x10-2 3 (barn). Target. S i Al. F e Ca. 刊. 0 . 1 3 8 0 . 0 4 2 0 . 0 1 4 0 . 0 1 3. No.ofγphotons produced per di s i n t e g r at i o n. Iac ロ1-1. 5 ' " ' " ' 7 M e v >7Mev. 0 . 1 6. 0 . 2 2 X10-2. 1. 2 . 2 9. 0 . 4 1. 0 . 1 6. 0 . 2 3. 0 . 9 6 6X10-3. 0 . 1 3. 0 . 7 7. 0 . 2 1. 0 . 3 5. 2 . 5 3. 0 . 3 5 4X10-2. 0 . 1 0. 0 . 2 4. 0 . 2 2. 0 . 5 0. 0 . 4 4. 0 . 5 7 2X10-3. 0 . 5 0. 0 . 6 0. 1 .0 1. 0 . 0 2. 湿砂の吸収係数 μの値としてはコンクリートのそれを採用する。. ハ. LTc~γ~. FeP . ( c ) X. めの値としては黒鉛反射体の表面の熱中性子東 1 2 と遮蔽外側面ののとの平均値として 4 . 5x. 1 02 をとる o ~at は Table 18 の ~a の総和である。すなわち ~at 二 0.0073.. F及び μ ( c ) は下のようにとる。. Table 1 9 . Energy (Mev) 2 4 6 > 7. F. μ( c ). e μ( c )Tc. μ(c)Tc. I a tO 2. μ(s)Ts. c ) 2 μ ( 1 .7 3. 3 . 9 0 1 .8 5 1 .0 3. 0 . 1 0 5 0 . 0 7 4 0 . 0 6 3 0 . 0 5 7. 1 3 . 0 7. 2 . 1 1X10-6. 1 5 . 6 4. 2 . 0 0. 9 . 2 1. 1 .0 0X1 0 -6. 2 2 . 2 0. 1 .5 6. 7 . 8 4. 0 -4 3 . 9 4X1. 2 6 . 0 7. 1 .4 3. 7 . 0 9. 8 . 3 3X10-4. 2 8 . 8 2. 1 .4 2. Table 2 0 . e μ( s ) Tc. Energy. I a tO 2F. (Mev). 2. ρ( c ). 2. 2 . 8 8. 4. 1 e μ (c)Tc. o(r). 1 .2 9. 1 . 0 0 0. 3 . 7 1. 1 .2 4X10-2. 6 . 4 0. 2 . 8 4. 0 . 9 9 9. 3 . 9 8. 2 . 6 5X1 0 -2. 6. 3 . 0 4. 3 . 7 9. 0 . 9 9 9. 11 .5 1. 3 . 5 3X10-2. 7. 1 .6 9. 4 . 2 5. 0 . 9 9 9. 7 . 1 6. 8 . 6 3X1 0 -2. r mremjh. Total 0 . 1 6m r e m / h r. - 2 5一.
(16) μ( s )T . I " t O 2F e 8 一μ( c)Tc (1-e .，-/- ) ~ 0 . 2mremjhr 2 μ (c) t"'¥."/.... 一一一一一一一. 1 3 . 鉄からくる側面の二次 鉄板は湿砂の内側に 10mm厚 ， 計算する。遮蔽外の T 線東を. I 三. Z線. 湿砂の外側に 6mm厚であるから両者をともに面線源とみなして. r sで表わすと r sは次の式で計算される。. I a . ，o 2 1F eC μ( c )Tc+μ( s )1s コ キ Zαso 22F二. 式中 Z吋は鉄板の熱中性子に対する積分吸収係数. r +r. 2 s. h. o， o22 は内側及び外側の鉄板中の熱中性 21. . 2 1 4 子束 Zω= 0. O 2 1. 9 x 10 ， 4 O 2 2. 0 . 0 5 4 .( njcm2• sec). . Table 21 Energy (Mev). F. μ( c)Tc. μ( s ) T s. eμ ( c )T" xeμ ( s ) T s. ~as. O 2 1F. r h. . r 2 S. . r ， . l+ r ， 2. /. 2. 0 . 1. 1 3 . 0 7. 0 . 2 0 0. 7 . 0 3X 1 0 -7. 1 .9 3X 1 08. 0 . 0 0 1. 1 .3 6X 1 0 -3. 2 . 3 6X 1 0 -3. 4. 0 . 2 4. 9 . 2 1. 0 . 1 5 6. 2 . 0 9X 1 0 -7. 4 . 6 2X 1 08. 0 . 0 0 3. 0 -4 9 . 6 6X 1. 3 . 9 7X 1 0 -3. 6. 0 . . 2 2. 7 . 8 4. 0 . 1 4 3. 0 -5 9 . 4 2X 1. 4 . 2 4X 1 08. 0 . 0 0 2. 3 . 9 9X 1 0 -1. 4 . 0 1X 1 0 -1. 7. 0 . 5 0. 7 . 0 9. 0 . 1 4 2. 2 . 0 2X 1 0 -4. 9 . 6 3X 1 08. 0 . 0 0 6. 1 .9 4. 1 .9 5. Total 2 . 3 6n / c r n 2 . s e rs 二 2.36njcm 2 •. s e c. 1 6 . 1Mevjcm 2 • s e c ~ 0.027mremjhr. 炉側面の全二次 T線量は. r r +r 十 r o+r s A1. G. 告. 0 . 2mremjhr. となり，許容最大線量よりも小さい 炉上面の二次 T線量はアノレミニクムのみで1.7mremjhr となる。. 文 献. 1 . DonaldJ .HighesandRobert B. Schwarts，NeutronCross Sections，2ndEd. ( 19 5 8 ) n t r o d u c t i o nt oNuclearEngineering. p . 2 0 9 . 2 . Richard Stephenson，I. .HighesandRobert B. Schwarts，NeutronCrossSections，2ndEd. ( 19 5 8 ) 3 . DonaldJ .W. Motz. Garnrna-rayspectrao ft h eLosAlarnosReactorsAECD-3286( 1 9 51 ) ; 4 . J 5 . 文'部省大学々術研究助成課ガンマ線照射施設調査委員会編，ガンヲ線照射施設。.
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図
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