京大、高レベル放射性廃棄物の低減につながる負ミューオンの新たな生成方法を考案

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負ミューオンの新規生成法(MERIT)原理実証機

科学技術振興機構(JST)は2017年12月12日、京都大学の研究グループが、半減期の長い核種を核変換して放射能を減らす際に用いる、負の電荷を持つミュー粒子(ミューオン)の新たな生成方式を考案したと発表した。

原子力発電所などで生じる高レベル放射性廃棄物の処理問題を解決するために、内閣府革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)では、長寿命核分裂生成物(LLFP)を取り出し、短寿命核種や安定核種に核変換することで放射能を減らす方法を開発している。

負ミューオンによる核変換処理は、効率の良さと処理後に生成される核種が最終的に非放射性であるという点で注目されている。しかし、生成効率が悪く従来の方法では核変換に必要な1000分の1程度の負ミューオンしか生成することができなかった。

そこで考え出されたのが、ビーム加速とエネルギー回復によるビーム貯蔵を両立させる、リング加速器での内部標的による負ミューオン生成法MERIT(多重エネルギー回復内部標的法:Multiplex Energy Recovery Internal Target)だ。

MERIT方式でのビーム加速とビーム貯蔵のためには、一定磁場での強いビーム集束力と一定周波数の高周波による連続ビーム加速を両立させる加速器が必要になるが、従来のリング加速器ではそれらを両立させるのが困難だった。

今回の研究では、その課題を解決する方法として、固定磁場強集束(FFAG)加速器に、一定周波数の高周波磁場により加速する蛇行加速方式を適用した、今までにないハドロン加速器の研究開発を実施。世界で初めてビーム加速の原理実証に成功した。これによってMERIT方式実現への展望が開けるという。

この研究は、内閣府 革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の研究開発プログラム「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」の一環として行われたものだ。今後は、引き続き高効率な負ミューオン生成を可能にするMERIT加速、貯蔵リングの研究開発を進め、最終的にはMERIT方式を用いたLLFPの低減につなげることを目標とするという。

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