[論文レビュー] Experimental Observations of Nuclear Activity in Deuterated Materials Subjected to a Low-Energy Photon Beam

Bruce M. Steinetz, Theresa Benyo+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2017

Nuclear Physics and Applications参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、2 MeVの光子ビームで照射された重水素化タリウムおよびネHo材料における実験的核反応を報告している。検出可能な放射性核種として、163Er、171Er、180mHf、181Hf、99Mo、101Mo、およびそれらの崩壊生成物である99mTcと101Tcが得られた。ガンマ線スペクトロスコピーおよび中性子検出による確認結果から、低エネルギー照射下における重水素化材料内での新しい核反応経路の可能性が示唆された。水素化またはガス不含有の対照試料では、核活性は観察されなかった。

ABSTRACT

Exposure of highly deuterated materials to a low-energy (nom. 2 MeV) photon beam resulted in nuclear activity of both the parent metals of hafnium and erbium and a witness material (molybdenum) mixed with the reactants. Gamma spectral analysis of all deuterated materials, ErD2.8-C36D74-Mo and HfD2-C36D74-Mo, showed that nuclear processes had occurred as shown by unique gamma signatures. For the deuterated erbium specimens, posttest gamma spectra showed evidence of radioisotopes of erbium (163Er and 171Er) and of molybdenum (99Mo and 101Mo) and by beta decay, technetium (99mTc and 101Tc). For the deuterated hafnium specimens, posttest gamma spectra showed evidence of radioisotopes of hafnium (180mHf and 181Hf) and molybdenum (99Mo and 101Mo), and by beta decay, technetium (99mTc and 101Tc). In contrast, when either the hydrogenated or non-gas-loaded erbium or hafnium materials were exposed to the gamma flux, the gamma spectra revealed no new isotopes. Neutron activation materials showed evidence of thermal and epithermal neutrons. CR-39 solid-state nuclear track detectors showed evidence of fast neutrons with energies between 1.4 and 2.5 MeV and several instances of triple tracks, indicating greater than 10 MeV neutrons. Further study is required to determine the mechanism causing the nuclear activity

研究の動機と目的

• 低エネルギー光子照射が重水素化材料に核変換を誘発するかどうかを調査すること。
• 制御された光子照射下で、重水素化タリウムおよびネホに測定可能な核活性が現れるかどうかを特定すること。
• 同じ材料の重水素化形と水素化形の間の核応答を比較すること。
• ガンマ線スペクトロスコピーおよび中性子検出技術を用いて反応生成物を同定・特徴づけること。
• 照射中に中性子放出（熱中性子、準熱中性子、高速中性子を含む）が測定可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 2 MeVの光子ビームを用いて、重水素化ネホ（ErD2.8）およびタリウム（HfD2）試料を照射する。
• 照射後試料のガンマ線スペクトロスコピー分析により、新たな放射性核種の存在を評価する。
• 核変換または活性化生成物の検出を目的としてモリブデンをウィtness材料として組み込む。
• CR-39固体核跡検出器を用いて、1.4〜2.5 MeVのエネルギーを持つ高速中性子を同定する。
• 中性子活性化フィルムを用いて、熱中性子および準熱中性子を検出する。
• 重水素化試料の結果を、水素化およびガス不含有の対照試料の結果と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2 MeVの光子ビームによる重水素化タリウムおよびネホの照射は、測定可能な核変換を生じるか？
• RQ2 163Er、171Er、180mHf、181Hf、99Mo、101Mo、およびそれらの崩壊生成物である99mTcと101Tcが、重水素化試料で検出可能か？
• RQ3 照射中に中性子放出（特に10 MeVを超える高速中性子を含む）が測定可能か？
• RQ4 同じ材料の水素化またはガス不含有バージョンは、同一の照射条件下で同様の核活性を示すか？
• RQ5 観察された核活性の性質と起源は何か？また、それを説明する物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 照射後におけるガンマ線スペクトロスコピーで、重水素化ネホ試料に163Erおよび171Erが検出され、核変換の兆候が示された。
• 重水素化タリウム試料に180mHfおよび181Hfが同定され、金属マトリックス内での核活性が確認された。
• ガンマ線スペクトルから、ネホおよびタリウム両試料に99Moおよび101Moが存在し、ベータ崩壊による99mTcおよび101Tcの後続検出が確認された。
• 中性子活性化フィルムにより、照射中に熱中性子および準熱中性子の存在が裏付けられた。
• CR-39検出器は、1.4〜2.5 MeVのエネルギーを持つ高速中性子を記録しており、さらに10 MeVを超えるエネルギーを持つ中性子を示す複数の三重跡も観測された。
• 水素化またはガス不含有の対照試料では、新たな核種や中性子放出が観察されず、観察された効果における重水素の役割が示された。