Deterioration of pulse characteristics and burn-up effects with an engineering model in Japanese spallation neutron source

JSNS工学モデルを用いたパルス劣化と燃焼効果に関する検討

原田 正英   ; 渡辺 昇; 勅使河原 誠   ; 甲斐 哲也   ; 前川 藤夫  ; 加藤 崇; 池田 裕二郎

Harada, Masahide; Watanabe, Noboru; Teshigawara, Makoto; Kai, Tetsuya; Maekawa, Fujio; Kato, Takashi; Ikeda, Yujiro

JSNSにおいて、全ての中性子ビームラインに対するパルス特性データは、装置設計において不可欠である。詳細な計算モデルを構築し、PHITSコード及びMCNP-4Cコードを使用して評価を行った。これらの結果は、2004年9月よりJ-PARCのホームページ上で、公開している。製作設計を行っている中で、モデレータ形状の変更により、パルス特性(特にパルステールで)が低下していた。計算から、デカップラーと反射体容器設置する中性子吸収ライナーとの隙間からの漏洩中性子が原因であることがわかった。現在、製作設計の最終段階で、パルス特性を低下させるほかの要因を注意深く見つけ、製作設計にできるだけ反映させようとしている。さらに、デカップラー,ライナー及びポイズンの不均一な燃焼を考慮したパルス特性評価,各中性子ビームホールでのGeVまでの高エネルギー中性子エネルギースペクトルの導出も行った。

Pulse characteristics data for every neutron beam line are indispensable in designing devices for neutron scattering experiments of JSNS. A detailed model was built and pulse characteristics of each beam line were estimated using the PHITS code and the MCNP-4C code. These results have been disclosed on the J-PARC homepage since September 2004. Due to changes of moderator shapes in a progress of manufacture design, we observed from the calculation that pulse structures of decoupled moderators were deteriorated, especially, those of pulse tail. We found that this deterioration was caused by leakage neutron from gaps between decouplers and absorbing liners of the reflector. For a final stage of the manufacture design, we carefully tried to find other factors which deteriorated the pulse characteristics. Furthermore, pulse structures of poisoned and unpoisoned decoupled moderators were evaluated with the consideration of heterogeneous burn-up and leakage neutron spectra including high-energy region up to GeV were estimated for each neutron beam hole.