Neutronic performance of rectangular and cylindrical coupled hydrogen moderators in wide-angle beam extraction of low-energy neutrons

広角度での低エネルギー中性子取出しを目的とした円筒型結合型水素モデレータの中性子特性

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

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

結合型モデレータに対する多数の中性子ビームの要求に応えるため、中性子ビームの取出角度を大きくする必要がある。このとき、低エネルギー中性子の時間積分、及びパルスピーク強度を最大とするため、中性子特性計算を行った。中性子強度の合計はビーム本数の増加に伴って増加したが、それぞれの中性子ビームの強度は、反射体に設けられたビーム取出孔に起因する反射体欠損により減少した。直方型モデレータにおいて取出角度が大きな場合(法線から25度)、その方向へ向かう低エネルギー中性子の空間分布を計算すると、大きく強度が減少している領域が生じていることがわかった。代案として提案した円筒型モデレータを用いることにより、強度減少の見られる領域を縮小することができた。さらに円筒型モデレータについて、時間積分,パルスピーク強度,パルス幅,パルス減衰特性をモデレータ直径の関数として計算した結果、直径140mmが最適であることがわかった。両者の比較の結果、円筒型の方が、時間積分強度とパルス減衰特性は同等で、高いパルスピーク強度,狭いパルス幅,平坦な角度依存性の中性子ビームを供給できることがわかった。両者のパルス特性の違いについての説明も行っている。J-PARC核破砕中性子源において、円筒型の結合型モデレータを採用することとした。

Neutronic study was performed on coupled hydrogen moderators to maximize time-integrated and pulse-peak intensities of slow neutrons when a large number of beams was required. The total increased with the number of beams, although the average decreased due to a reflector-missing by the beam extraction holes in the reflector. At a large beam extraction angle (25 degree), the spatial distribution of the vector-flux of neutrons was undesirable for a rectangular shape moderator. As an alternative we proposed a cylindrical shape one, resulting in a much improved spatial distribution. In addition, neutronic performance was calculated as a function of the diameter, indicating the optimal diameter was about 140 mm. The cylindrical one gave higher pulse-peak intensities with narrower pulse widths without penalty in time-integrated intensities and pulse decay characteristics, providing a more uniform angle-dependence. Some explanations are given for the difference in the pulse characteristics between the two. We decided to adopt the cylindrical one for the Japanese spallation neutron source.