Shielding design of the 200kW Pb-Bi spallation target for the transmutation experimental facility

核変換実験施設のための200kW核破砕ターゲットの遮蔽設計

佐々 敏信   ; 大井川 宏之 ; 田山 隆一*; 林 克己*

Sasa, Toshinobu; Oigawa, Hiroyuki; Tayama, Ryuichi*; Hayashi, Katsumi*

日本原子力研究所では、加速器駆動核変換システム(ADS)の概念検討を進めており、ADSの技術開発を進めるため、大強度陽子加速器施設J-PARC計画の下で核変換実験施設の建設を計画している。核変換実験施設のうち、ADSターゲット試験施設(TEF-T)では、出力200kWの液体鉛・ビスマスターゲットを設置するが、ターゲット外周部には被曝防止のための遮蔽体を設置する必要がある。このため、必要かつ合理的な遮蔽体構成をMCNPXコード及びATRASコードを用いて解析した。両者の結果はよく一致し、鉄及びコンクリートを組合せた約6mの遮蔽厚が必要であることがわかった。遮蔽体には、貫通孔が存在するため、これらの貫通孔からのストリーミング解析をMCNPX及びDUCT-IIIコードを用いて実施した。この結果、加速器ビームライン貫通孔には追加遮蔽が必要なこと、また、一次冷却系配管は直線部の長さと屈曲部を最適化することで、十分にストリーミング量を低減できることがわかった。

The construction of Transmutation Experimental Facility (TEF) is planned under the framework of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) project. A liquid lead-bismuth (Pb-Bi) spallation target with beam power of 600MeV-200kW will be installed into the TEF. Analyses were performed to determine the effective thickness of biological shield for Pb-Bi target by using both MCNPX and ATRAS code system. Thickness of around 6m should be required to decrease the radiation level. The streaming analyses through the proton injection beam duct and the primary cooling circuit piping were also performed. The result of the beam duct streaming shows good agreement between the results of MCNPX and DUCT-III. The additional shield must be installed to suppress the activation of accelerator components. In the case of streaming through the primary cooling circuit piping, it is proved that the radiation level at the exit of the shield is allowable. The radiation level can be much more reduced by optimizing the bending position and length of the piping.