米国エネルギー省のロスアラモス国立研究所で行われたチヌ物理実験の結果は、原子力安全への応用を強化し、臨界安全性を理解し、高速中性子エネルギー炉を設計するための、これまでにない重要なデータを提供する。中性子誘起核分裂によって放出される中性子のエネルギースペクトルを測定する数年にわたる実験であるチヌプロジェクトは、最近、3つの主要なアクチニド元素であるウラン238、ウラン235、プルトニウム239の最も詳細かつ広範な不確実性分析を完了した。
ハイメ・ゴメス氏（左）とキーガン・ケリー氏はチヌ実験をセットアップし、検出器の距離を校正し、核分裂計数ターゲット（中央）にガスパイプを設置した。出典: ロスアラモス国立研究所
ロスアラモス国立研究所の物理学者キーガン・ケリー氏は、「核分裂とそれに関連する核連鎖反応は80年以上前に発見されており、実験家たちは主要なアクチニドの核分裂過程の全体像を明らかにしようと今も研究を続けている。プロジェクト全体を通して、我々は多くの場合、これまでの実験では観察されたことのない核分裂過程の明確な特徴を観察した。」と述べた。
同位体ウラン 238 に関するロス アラモス チームのチヌ研究の最終結果が、最近、フィジカル レビュー C 誌に掲載されました。この実験では、ウラン 238 の瞬間的な核分裂中性子スペクトル、つまり核分裂を誘発する中性子（原子核に衝突して原子核を分裂させる中性子）のエネルギーと、そのように放出された中性子の潜在的に広いエネルギー分布（スペクトル）を測定しました。 Chi-Nu実験の焦点は「高速中性子誘起」核分裂であり、入射中性子のエネルギーは最大数百万電子ボルトであり、その測定は一般的にまばらである。
物理学者のキーガン・ケリーは、チヌ実験のために核分裂計数ターゲットを設置したが、それには関連するアクチニドが約100ミリグラム含まれている。この装置には、さまざまなエネルギー範囲の中性子を測定するため、54 個の液体シンチレーション中性子検出器と 22 個のリチウムガラス検出器が含まれています。出典: ロスアラモス国立研究所
核分裂関連の研究に重要なデータ
ウラン 235 およびプルトニウム 239 で行われた同様の測定と同様に、チヌ実験の結果は現在、多くの場合、過渡核分裂中性子スペクトルの現代の評価を導く実験データの主要な情報源となっています。これらのデータは、核モデル、モンテカルロ計算、原子炉性能計算などの基礎を提供します。
アクチニドとその可能性のある連鎖反応は、核兵器やエネルギー炉にとって重要です。 (アクチニドとは、原子番号 89 から 103 までの 15 個の元素を指します。これらはすべて放射性です。) 原子核が分裂または分裂すると、いくつかの中性子が放出され、これが隣接する原子核の分裂を引き起こし、連鎖反応を引き起こす可能性があります。連鎖反応における後続の反応の確率は、核分裂中性子のエネルギーに依存します。
LANSCEの実験プロセス
ロスアラモス中性子科学センター（LANSCE）の兵器中性子研究施設で行われたチヌ実験は、複数のエネルギー範囲を試験する精密機器に依存している。 LANSCE 陽子ビームはタングステンターゲットに衝突し、生成された中性子は飛行経路に沿って Chi-Nu 装置に向かって飛行します。これらの中性子がウラン 238 同位体に衝突すると、ウラン 238 原子核が分裂する核分裂現象が発生し、記録されます。実験のエネルギー範囲に応じて、核分裂現象によって放出された中性子は、一連の液体シンチレーターまたはリチウムガラス検出器で測定され、どちらも検出器内で中性子が引き起こす閃光を記録します。
将来のアプリケーション
研究者は引き続きアクチニド同位体の全体像を概説しています。核臨界安全プログラムの資金提供を受けた隣接する研究で、チヌ実験チームは現在、プルトニウム 240 とウラン 233 に関するデータを収集し、分析している。
実験科学局の測定作業が完了したため、チームは核分裂中性子の測定から得たスキルと方法を他のさまざまな同位体の測定に適用することを目指しています。中性子散乱反応によって放出される中性子の測定にも取り組んでいます。これらの反応では、中性子が材料を通過し、その際にエネルギーを蓄積します。放出された中性子とガンマ線のエネルギーと角スペクトルを測定するだけでなく、反応が起こる確率も測定されます。これは、中性子散乱断面積と呼ばれることがよくあります。