Cladding technique for development of Ag-In-Cd decoupler

Ag-In-Cdデカップラー開発のための被覆技術

勅使河原 誠   ; 原田 正英   ; 斎藤 滋   ; 菊地 賢司; 粉川 広行  ; 池田 裕二郎; 川合 將義*; 栗下 裕明*; 小無 健司*

Teshigawara, Makoto; Harada, Masahide; Saito, Shigeru; Kikuchi, Kenji; Kogawa, Hiroyuki; Ikeda, Yujiro; Kawai, Masayoshi*; Kurishita, Hiroaki*; Konashi, Kenji*

大強度陽子加速器計画(J-PARC)では物質・生命科学施設として核破砕中性子源の建設が進められている。早い時間減衰を持ったパルス中性子ビームを得るため、非結合型及びポイゾン型減速材を用いる。これらの減速材はデカップラと呼ぶ熱中性子吸収材を用いる。炭化硼素(B4C)が多く用いられてきた。しかしながら、MWクラスの中性子源では(n,)反応のHe生成を起因とするスウェリングのため使用が困難である。そこで、B4Cに似た特性を有するヘリウム生成を伴わない共鳴吸収型の材料としてAg-In-Cd系の合金に着目した。この合金をCdの焼損の観点からAg-Cd及びAg-In合金の2枚に分割する。熱除去及びコロージョンの観点から減速材の構造材であるアルミ合金(A6061-T6)と密着される必要がある。そのため、Ag-In, Ag-Cd合金とアルミ合金とに十分な接合を得ることを目的として、熱間等方加圧接合(HIP)を用いて接合試験を行った。温度: 803K、圧力: 100MPa、保持時間: 1時間で十分な接合が得られた。特に、Ag-In板をAg-Cd板で挟み、それをアルミ合金で被覆した条件がより良い接合となった。拡散層部には非常に硬い層が観測されたが、接合部の破断応力は設計応力の20MPaを越える値であった。

For decoupled and poisoned moderator, a thermal neutron absorber, i.e., decoupler, is located around the moderator to give neutron beam with a short decay time. A B4C decoupler is already utilized, however, it is difficult to use in a MW class source because of He void swelling and local heating by (n,a) reaction. Therefore, a Ag-In-Cd (AIC) alloy which gives energy-dependence of macroscopic neutron cross section like that of BC was chosen. However, from heat removal and corrosion protection points of view, AIC is needed to bond between an Al alloy (A6061-T6), which is the structural material of a moderator. An AIC plate is divided into a Ag-In (15wt%) and Ag-Cd (35wt%) plate to extend the life time, shorten by burn up of Cd. We performed bonding tests by HIP (Hot Isostatic Pressing). We found out that a better HIP condition was holding at 803 K, 100 MPa for 1 h for small test pieces (f20mm). Though a hardened layer is found in the bonding layer, the rupture strength of the bonding layer is more than 20 MPa, which is less than that of the design stress.