Measurement of double-differential neutron yields for iron, lead, and bismuth induced by 107-MeV protons for research and development of accelerator-driven systems

加速器駆動システム研究開発のための107MeV陽子入射二重微分中性子収量の測定

岩元 大樹   ; 中野 敬太   ; 明午 伸一郎   ; 佐藤 大樹   ; 岩元 洋介   ; 杉原 健太*; 西尾 勝久   ; 石 禎浩*; 上杉 智教*; 栗山 靖敏*; 八島 浩*; 岡部 晃大  ; 牧井 宏之   ; 廣瀬 健太郎  ; Orlandi, R.  ; 洲嵜 ふみ  ; 大泉 昭人   ; 塚田 和明  ; 前川 藤夫  ; 森 義治*

Iwamoto, Hiroki; Nakano, Keita; Meigo, Shinichiro; Satoh, Daiki; Iwamoto, Yosuke; Sugihara, Kenta*; Nishio, Katsuhisa; Ishi, Yoshihiro*; Uesugi, Tomonori*; Kuriyama, Yasutoshi*; Yashima, Hiroshi*; Okabe, Kota; Makii, Hiroyuki; Hirose, Kentaro; Orlandi, R.; Suzaki, Fumi; Oizumi, Akito; Tsukada, Kazuaki; Maekawa, Fujio; Mori, Yoshiharu*

加速器駆動システム(ADS)の核特性予測精度の向上と京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)におけるADS炉物理実験で用いる中性子源情報の取得を目的として、京都大学の固定磁場強集束(FFAG)加速器を用いた核データ測定実験プログラムを開始した。このプログラムの一環として、鉄,鉛及びビスマスに対する陽子入射二重微分中性子収量(TTNY)及び断面積(DDX)を測定した。測定では、真空チェンバ内に設置された標的試料に107MeVの陽子ビームを照射し、核反応によって標的から発生した粒子の信号を、小型の中性子検出器を用いて検出した。検出信号とFFAGキッカー電磁石の信号の時間差から飛行時間(TOF)を求め、ガンマ線の事象を波形弁別法によって除去して中性子事象をカウントすることで中性子のTOFスペクトルを求めた。得られた中性子のTOFスペクトルから、相対論的運動学によりTTNY及びDDXを求めた。実験で得られたTTNY及びDDXを、モンテカルロ輸送計算コードPHITSによる計算と比較し、PHITSに組み込まれた核反応モデル及び評価済み核データライブラリJENDL-4.0/HEの妥当性を検証するとともに、PHITSによる計算の予測精度を評価した。

For accurate prediction of neutronic characteristics for accelerator-driven systems (ADS) and a source term of spallation neutrons for reactor physics experiments for the ADS at Kyoto University Critical Assembly (KUCA), we have launched an experimental program to measure nuclear data on ADS using the Fixed Field Alternating Gradient (FFAG) accelerator at Kyoto University. As part of this program, the proton-induced double-differential thick-target neutron-yields (TTNYs) and cross-sections (DDXs) for iron, lead, and bismuth have been measured with the time-of-flight (TOF) method. For each measurement, the target was installed in a vacuum chamber on the beamline and bombarded with 107-MeV proton beams accelerated from the FFAG accelerator. Neutrons produced from the targets were detected with stacked, small-sized neutron detectors for several angles from the incident beam direction. The TOF spectra were obtained from the detected signals and the FFAG kicker magnet's logic signals, where gamma-ray events were eliminated by pulse shape discrimination. Finally, the TTNYs and DDXs were obtained from the TOF spectra by relativistic kinematics. The measured TTNYs and DDXs were compared with calculations by the Monte Carlo transport code PHITS with its default physics model of INCL version 4.6 combined with GEM and those with the JENDL-4.0/HE nuclear data library.