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Neutronic study on coupled hydrogen moderator for J-PARC spallation neutron source

J-PARC核破砕中性子源の結合型モデレータに関する中性子工学研究

甲斐 哲也  ; 原田 正英  ; 勅使河原 誠  ; 渡辺 昇; 池田 裕二郎

Kai, Tetsuya; Harada, Masahide; Teshigawara, Makoto; Watanabe, Noboru; Ikeda, Yujiro

J-PARC核破砕中性子源の結合型モデレータについて中性子工学研究を行った。100%パラ水素モデレータを用いることにより、最大の15meV以下の積分強度、2meV,10meVのパルスピーク強度が得られたが、最適なモデレータ厚さはそれぞれ異なっていた。最終結論としては、140mmの厚さを選択した。また、中性子取出面上の中性子強度分布評価より、プレモデレータ近傍のモデレータ周縁部が中心部分よりも強度が高いことがわかった。このことは、モデレータと中性子取出面の設計が重要であることを示している。さらに、強度の中性子取出角度依存性を評価し、大きな角度取出しでは強度減少が著しいことがわかった。円筒型モデレータを用いることにより、この強度減少を緩和することができることが明らかになった。これらをもとに円筒型モデレータの直径を140mmと決定した。

Neutronic design studies were carried out on the J-PARC coupled H$$_{2}$$ moderator. The highest time- and energy- integrated intensity below 15 meV, pulse peak intensity at 2 meV and 10 meV, were given by 100% para-H$$_{2}$$ moderators, but the optimal moderator thickness was different for each: more than 220 mm, about 120 mm and 80 mm, respectively. Finally, we concluded 140 mm was the optimal thickness for the 100% para-H$$_{2}$$ coupled moderator. Cold neutron distributions on the moderator viewed surface were found to exhibit an intensity-enhanced region at a picture frame part near premoderator. This rather peculiar distribution suggested that the moderator and the viewed surface must be designed so as to take the brighter region near premoderator in use. The intensity decreases along with beam-extraction angle to the normal direction down to about 70% at 25.4$$^{rm o}$$. Then, we propose a cylindrical shape coupled moderator which brings about a slight intensity decrease for 0$$^{rm o}$$ but a increase in the averaged intensity over the angles of interest.

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