Induced-radioactivity in J-PARC spallation neutron source

J-PARC核破砕中性子源の誘導放射能

甲斐 哲也   ; 原田 正英   ; 前川 藤夫  ; 勅使河原 誠   ; 今野 力  ; 池田 裕二郎

Kai, Tetsuya; Harada, Masahide; Maekawa, Fujio; Teshigawara, Makoto; Konno, Chikara; Ikeda, Yujiro

J-PARC核破砕中性子源では大強度陽子(3GeV,1MW)がビーム窓を通過してTRMA(target-moderator- reflector-assembly)の水銀ターゲットに入射する。TMRA周辺の機器は1次陽子や2次粒子(中性子が主)により高度に放射化される。SS316製のターゲット容器が最も放射化されるが、デカップラー材であるAIC(Ag-In-Cd)合金も高度に放射化される材料である。反射体はベリリウムとアルミ被覆鉄からなり、中性子取出孔はAICで覆われている。またTMRA外側にはSUS316遮蔽が設置される。これら全ての機器は軽水,または重水で冷却されている。本論分では、メンテナンスシナリオ構築と施設設計基準を得るため、NMTC/JAM,MCNP4,DCHAIN-SPを使用してTMRA機器と冷却水の放射化を評価した結果を示す。結果から、遠隔操作メンテナンスの必要性、及び必要遮蔽厚さが示された。例として、反射体集合体に対して、表面線量を1mSv/h以下にするために、厚さ30cmの鉄キャスクが必要であり、キャスクを含めた機器の操作に130トンクレーンが必要となった。反射体のAl被覆鉄をSS316の代替として採用した結果、SS316中のニッケルの放射化を除去することができ、キャスク重量も軽減された。このような結果に基づき、施設の遮蔽壁が設計され、高放射化物のメンテナンスシナリオを構築した。

In J-PARC neutron source, intense protons (3 GeV,1 MW) pass through a proton-beam window and bombard a Hg target in a target-moderator-reflector-assembly (TMRA). The SS316 target chamber is the most highly activated. Decouplers (Ag-In-Cd (AIC) alloy) are also highly activated. Some neutron extraction holes of Be and AL-coated iron reflector are lined with AIC alloy. A SS316 shield is located outer the TMRA. All these components are cooled by HO or DO. We estimated the induced-radioactivity of the TMRA components and the cooling water using NMTC/JAM, MCNP4 and DCHAIN-SP. As results, the remote maintenance and massive shields were indispensable. For example, a 30 cm thick Fe cask for the reflector assembly was necessary to attenuate the radiation less than 1 mSv/h. The cask required a 130-ton crane. The AL-coated Fe of the reflector was adopted instead of SS316 resulting in eliminating the high activity of Ni in SS316 and reduction of the cask weight. Based on these results, shielding wall designs and maintenance scenarios of the highly activated components are developed.