桜井淳カリフォルニア事務所のブログ

桜井淳所長は、国内の核燃料サイクル施設や国内外の高エネルギー加速器施設を繰り返し見学していますが、それは、モンテカルロ法による臨界安全解析（核燃料サイクル施設）と遮蔽安全解析（核燃料サイクル施設と高エネルギー加速器施設）の妥当性を確認するためで、主査を務めている日本原子力学会「最適モンテカルロ計算法」研究専門委員会の活動の一環であり、特に、安全審査へのモンテカルロ法による遮蔽安全解析の導入は、兵庫県播磨に設置されたパルス運転のSpring-8(Super photon ring -8GeV)では、まだ、経験式や簡易計算式の適用レベル(ただし、安全審査書類には、記載されていませんが、経験式や簡易計算式での計算値の妥当性を検証するため、モンテカルロ計算コードMARS等の計算値は、参照解として採用していました)であり(日本原子力学会「モンテカルロ計算法高度化」研究専門委員会において、安全審査に携わった経験のある、原研（原研）の笹本宣雄主任研究員を招いて講演していただき、専門的な質疑応答を行いました)、最近のJ-PARCにおいて、初めて実現しましたが、まだ、それでも十分ではなく、トラック競技に例えれば、第一コーナーを通過したに過ぎず、これから、数年かけて、本格化しなければならず、桜井所長は、J-PARC建設初期から（原子炉の安全審査は、建設する前に安全審査をするが、加速器に対しては、建設後、使用前検査として、設計の妥当性の確認がなされ、実際には、建設初期から、繰り返し、設計の妥当性を確認するような専門委員会は、開催されています）、高エネルギー中性子遮蔽安全解析をサポートするため、これまで、学術セミナー「高速PCによる計算演習　MCNPXによる高エネルギー中性子遮蔽安全解析セミナー」(MCNPXは、米Los Alamos National Laboratoryが開発した150MeVまでの評価済み核データライブラリを利用した連続エネルギーモンテカルロ中性子輸送計算コード)を12回開催し（日本原子力学会HP参照）、その分野の高度化に貢献してきました。

今年5月にCERNのLHCを見学した桜井淳所長に拠れば、世界の高エネルギー（素粒子）実験用加速器の開発の潮流は、ふたつあり、ひとつは、カレント(current, ビーム電流)は少なくとも、素粒子反応の新現象を狙った高エネルギー化、もうひとつは、エネルギー数十GeVそこそこでも、精密実験が可能な大カレント化(従来よりも一桁多い十数μA)であり、そのうち前者の象徴的な装置は、これまでの米Fermi National Accelerator Laboratoryのパルス運転の500GeV陽子-500GeV陽子の正面衝突型陽子シンクロトロンによる1TeV(テバトロン)の実現、さらに、9月10日から本格運転がスタートする欧州CERN(本欄バックナンバー参照)の地下150mに設置された円周27kmのLHC(Large Hadron Collider, パルス運転の7.5TeV-陽子7.5TeV陽子の正面衝突型陽子シンクロトロン, スイスとフランスの国境にまたがる、http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html )による15TeVの世界最高エネルギーの実現であり、後者の代表的な例は、試運転中のパルス運転のJ-PARC(本欄バックナンバー参照)であり、まさに、同時期、ふたつの特徴的な加速器が本格運転しようとしており、特に、LHCは、従来よりも一桁高いエネルギーであるため(エネルギーが一桁高くなると、新現象が発見され、過去に、少なくとも、ひとつ以上のノーベル賞が受賞されてきた)、素粒子の新現象が期待できるため、いま、世界で最も期待されている加速器ですが、はたしてその延長に、従来と同じパターンの加速器開発が保証されているかと言えば、そうではなく、費用効果論からして、いくらでも費用をかけて高エネルギー化が可能となる従来の研究者の考え方は、根源的に考え直さなければならない時期に差しかかっているそうです(桜井所長は、吉岡斉『科学革命の政治学-科学からみた現代史-』（中公新書、1987）の「第2章 加速器がひらく世界」(pp.52-82)を読み、良く文献調査しているものの、加速器を利用した実験をしていないため、細部が分からず、意識的にぼかしている箇所があり、現象が良く分かっていないと断定せざるをえない記載に遭遇し(どの加速器がカレント何μAの連続ビームで、どれが平均カレント何μAのパルスビームなのか、本質的な項目が記載されていない、さらに、「ただしSLACはシンクロトロン方式ではなく、線型加速器で加速した電子と陽電子を各々、ループ状の加速管に沿って走らせ、正面衝突させる独創的な線型コライダー方式を採用している」(p.71)とあるが、「電子と陽電子を各々、ループ状の加速管に沿って走らせ」の意味が読者に伝わらず、それは、吉岡自身がその独創的な加速原理をまったく理解できていないため)、複雑な心境のようです)。

桜井淳所長は、日本原子力学会「モンテカルロ計算法高度化」研究専門委員会(設置期間2002.10.1-2006.9.30)の会合において、原研東海サイト(2005.10から原子力機構)に原研と高エネルギー物理学研究所の共同で建設中のJ-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex, 400MeV陽子線形加速器と3GeV陽子シンクロトロンと50GeV陽子シンクロトロンからなる加速器複合研究施設、パルス運転)の加速器施設と中性子科学研究施設のモンテカルロ遮蔽計算について、2回ほど、原研（当時）の中島宏研究グループ長から報告していただき、専門的な討論をしましたが、昨年1月、中島氏の案内で(原子力機構広報をとおして見学申し込み)、試運転中の400MeV陽子線形加速器、建設調整中の3GeV陽子シンクロトロン、3GeV陽子による水銀ターゲット(発熱量1MW)の核破砕反応(nuclear spallation)によって発生させた中性子を物質科学研究に利用する建設調整中の中性子科学研究施設を見学し(見学報告の詳細と感想については本欄バックナンバー参照)、さらに、今年の5月、米テネシー州ノックスビルにあるOrk Ridge National Laboratory(実際には郊外の山中にある研究施設)の広大な森の中に建設され、J-PARCに先駆け運転中のSNS(Spallation Neutron Source,http://neutrons.ornl.gov/aboutsns/aboutsns.shtml , http://neutrons.ornl.gov/aboutsns/how_sns_work.shtml , 1GeV陽子線形加速器、パルス運転、水銀ターゲットの発熱量1.3MW(まだ、0.3MWで調整運転中))を見学しましたが、両施設は、非常に良く似ており、両者のターゲット発熱量から判断すると、SNSの方が、いくぶん、高性能のように感じたそうです(この件については、専門のモンテカルロ法での遮蔽計算を中心に、国内外で講演していますので、改めて、継続的に報告予定)。

先の記載で忘れてしまったことがあるため、ここで補足しなければなりませんが、桜井淳所長に拠れば、シリコン単結晶の大きさと熱中性子のシリコン中でのmean free pathを考慮すると、シリコン中でのthermal neutron flux depletionが小さくないため、核反応によって生成されるリンの数が、単結晶の表面から中心に向けて、無視できない差が生じてしまうそうです。