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Neutronic studies on decoupled hydrogen moderator for a short-pulse spallation source

核破砕中性子源における非結合型水素モデレータのニュートロニクス研究

原田 正英; 渡辺 昇; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也 ; 池田 裕二郎

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

パラ水素濃度,デカップリングエネルギー,モデレータサイズ/形状及び反射体物質をパラメータとし、非結合型水素モデレータのニュートロニクス特性を評価した。異なるパラ水素濃度での中性子エネルギースペクトルは、修正マクスウェル関数を用いて特徴づけられることを示した。また、100%パラ水素モデレータが、最小パルス幅と最小パルステールでかつ、最高ピーク強度を与えることを示した。反射体によるパルスの広がりは、デカップラーを通してモデレータに流入するソース中性子の時間分布によって、説明できることを示し、時間分布に対する反射体材料依存性について明らかにした。デカップリングエネルギーが1eV以上の場合、中性子強度は大きく減少し、パルス幅やパルステールに大きな改善が見られないことを示した。さらに、直方体型及び水筒型モデレータに対する最適なモデレータ厚さについても検討を加えた。

Neutronic studies of decoupled hydrogen moderators were performed by calculations taking into account para hydrogen content, decoupling energy, moderator dimensions/shapes and reflector material. Low-energy parts of calculated spectral intensities with different para hydrogen contents were analyzed by a modified Maxwell function to characterize neutron spectra. The result shows that a 100% para hydrogen moderator gives the highest pulse peak intensity together with the narrowest pulse width and the shortest decay times. Pulse broadening with a reflector was explained by time distributions of source neutrons entering into the moderator through a decoupler. Material dependence of time distribution was studied. A decoupling energy higher than 1 eV does not bring about a large improvement in pulse widths and decay times, even at a large penalty in the peak intensity. The optimal moderator thickness was also discussed for a rectangular parallelepiped shape and a canteen shape moderators.

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